Характеристика растений семейства Orhidaceae, пораженных вирусом огуречной мозаики Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Известия ТСХА, выпуск 4, 2007 год

УДК 576.865.1

ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА ORCHIDACEAE, ПОРАЖЕННЫХ ВИРУСОМ ОГУРЕЧНОЙ МОЗАИКИ

В.Ф. ТОЛКАЧ, к. 6. н.; Р.В. ГНУТОВА, д. б. н.

Биолого-почвенный институт Дальневосточного Отделения РАН

Представлен анализ трех вирусных штаммов, выделенных из разных видов орхидеевых, сопоставлены их характеристики с другими известными штаммами, оценены особенности круга хозяев. Доказана высокая степень видового разнообразия ВОМ в Дальневосточном регионе России.

Вирус огуречной мозаики встречается на всех континентах и является широко распространенным и вредоносным для многих важнейших в экономическом отношении культурных растений. Круг растений-хозяев, поражаемых вирусом огуречной мозаики (ВОМ), довольно широк. Установлено, что число естественных хозяев ВОМ включает 476 видов, относящихся к 67 семействам, а экспериментальный круг растений — еще 536 видов и разновидностей из 53 семейств [5]. Суммарное число растений-хозяев ВОМ — 1012 видов — составляет самый широкий круг тест-растений из всех известных вирусов растений в настоящее время. В то же время устойчивы к инфекции ВОМ растения 402 видов из 71 семейства.

Заболевание, вызываемое ВОМ на культивируемых растениях, является наиболее вредоносным для многих овощных и декоративных культур. У большинства декоративных растений отсутствует иммунитет к этому вирусу, поэтому очень трудно выделить не только виды, но и сорта, устойчивые к ВОМ.

Орхидные, или ятрышниковые (семейство Orchidaceae) — одно из самых многочисленных семейств цветоч-'ных растений, включающих более 25000 природных видов и около 100000

искусственно полученных гибридов [3]. На выращивание одного растения уходит от 5 до 10 лет, поэтому особое внимание уделяется диагностике болезней.

Распространение вирусной инфекции происходит с помощью насекомых-переносчиков. Основные переносчики вируса это виды тлей — Aphis gossypii и Myzus persicae, кроме того, вирус легко передается механически, во время ухода за растениями и при срезке цветов, но через почву вирус не передается [6]. Следует отметить, что обычные штаммы вируса через семена зараженных растений не передаются. Исключение составляют лишь бобовые штаммы.

Вирус выделен из многих декоративных растений: гладиолуса, георгина, нарцисса, дельфиниума, лилии, примулы, петунии (рис.1), флокса, циннии и др. На юге Дальнего Востока России ВОМ идентифицирован на 7 декоративных растениях открытого и защищенного грунта со следующими симптомами на лилии тигровой {Lilium tigrinum) — светло-зеленая и буровато-зеленая штриховатая мозаика; гладиолусе гибридном (Gladiolus hybridus) — темно-окрашенные продолговатые пятна на лепестках цветков и светло-зеленые штрихи на листьях; на канне индийской (Саппа

Рис. 1. Мозаика и деформация листьев и мозаичная окраска цветка петунии, вызванные поражением вирусом огуречной мозаики

indica) —чередующиеся полосы желтого и светло-зеленого цвета на листьях и продолговатые некротические пятна на лепестках цветов; на примуле обратноконической (Primula obco-nica) — морщинистая мозаика листьев, а также измельченность и обесцвеченная пятнистость цветков растения; на дельфиниуме гибридном (Delphinium hybridum) — желтая кольцевая пятнистость на листьях и уменьшенные в размерах цветки, которые деформированы и имеют бледную окраску; на эхинации пурпурной (Echinacea purpurea) в начале вегетации — посветле-ние жилок, морщинистая мозаика, лепестки цветков вытянуты, с неровными краями и на бальзамине или недотроге бальзаминовой (Impatiens balsamina) — светлая окраска листьев, слабая облиственность и обильное цветение, а также преждевременное увядание и осыпание листьев и цветов [1].

В настоящей работе приводятся результаты идентификации вируса огуречной мозаики по биологическим и антигенным свойствам ранее неизученного на юге Дальнего Востока России на цветочных растениях семейства Orchidaceae родов каттлея (Cattleya sp.), камбрия (Cambria sp.) и фаленоп-сиса (Phalenopsis sp.)

Материал и методика исследования

Материалом исследования являлись растения орхидей с вирусоподобными симптомами, переданные дальневосточными цветоводами-любителями из частных коллекций. На растениях каттлея отмечено посветление жилок листьев, на фаленопсисе — хлоротич-ная штриховатость листьев и на камб-рии — деформация листьев и карликовость растения.

Идентификацию патогена, поражающего цветочные растения, проводили методами биологического тестирования. Изучали морфологию и размеры вирионов, круг растений-хозяев, симптоматологию заболевания, возможность передачи инфекции тлями Myzus persicae Sulz., антигенные свойства вирусных изолятов, а также определяли физические свойства вири-онов (точку термической инактивации — ТТИ, предельное разведение сока — ПРС и период сохранения инфекционное™ сока при комнатной температуре — ПСИ).

Результаты и их обсуждение

Для выявления вируса, поражающего изучаемые цветочные растения, была использована антисыворотка против ВОМ, полученная нами к изоляту ВОМ из огурца в реакции двойной диффузии (РДД). Положительный результат свидетельствовал о присутствии в больных цветочных растениях ВОМ. Кроме того, исследуемые изоляты ВОМ в РДД формировали идентичные полосы преципитации, что свидетельствовало о наличии идентичных эпи-топов капсидных белков у всех изоля-тов ВОМ и подтверждало их близкое антигенное родство с вирусом, имеющим распространение на овощных культурах. Это позволило исследуемые нами декоративные изоляты ВОМ отнести, как и изученные ранее [1], к обычной группе штаммов ВОМ дальневосточного серотипа.

В препаратах из растений N. ta-Ъасит су. Xanthi, которые инфицировали соком из изучаемых растений кам-брии, фаленопсиса и катллеи, пораженных изолятами ВОМ, были выявлены сферические частицы диаметром около 28—30 нм, что соответствует морфологии и размерам для ВОМ, описанным в литературе [4]. Все изоляты легко передавались с больного растения на здоровое тлей Myzus репчсае, что также характерно для ВОМ.

Дальнейшее изучение ВОМ из кам-брии (ВОМкам), фаленопсиса (ВОМф) и каттлеи (ВОМкат) заключалось в проведении сравнительной биологической

характеристики для отнесения выявленных изолятов к группе обычных штаммов ВОМ.

Круг поражаемых растений и симптоматология являются при изучении вирусов и их штаммов важным диагностическим критерием. В нашем эксперименте изоляты механически передавали на растения 52 видов и сортов, относящихся к семействам: Aizoaceae, Apiaceae, Amaranthaceae, Asteraceae, Balsaminaceae, Chenopo-diaceae, Cucurbitaceae, Fabaceae, Scrophu-lariaceae, Solan aceae. Изучаемые растения по-разному реагировали на заражение вирусом (табл. 1), но легко

Таблица 1

Реакция тест-растений на заражение изолятами вируса огуречной мозаики, выявленными из растений семейства Orchidaceae

Тест-растение Вирусные изоляты

каттлея фаленопсис камбрия

1 2 3 4

Antirrhinum majus S:Dis, Stu

Apium graveolens сорт Паскаль +

Balsamin sp. +

Callistephus chinensis +

Cucumis sativus сорта Турниф +

ДВ-6 S:CISp

Хабар S:CIMot,Sp

Каскад +

ДВ-27 +

Chenopodium. quinoa +

Capsicum annuum сорт Богатырь S:CIMot, DisVe

Cucurbita maxima сорт Ананас- +

ная

С.meló +

Datura stramonium S:CIVe, Dis, CISf

D.innoxia +

Faba bona +

Hyoscyamus niger S:CIMot,Dis

Gomphrena globosa L:N

Gailardia aristata S:GrSp

Lactuca sativa сорт Лолло-Россо +

Lycopersicon esculentum сорта +

Союз 8

Манимейкер +

Белый налив +

Новичок +

Невский S:Dis

Дар Заволжья +

Перцевидный розовый +

Рома +

Титан +

Черный принц +

S:CI +

+ + + + + + + + +

S:CLMot, CIM +

S:GrMot, Dis +

+

S:CIM, Dis +

+ + + + + + +

S'.CIMot +

+ +

S:CIVe, Dis

+

S:Dis, CI +

+ +

S:CIM, CIVe +

S:CIVe CIMot, Dis +

L:N

S:CIVe +

S:CISp, GrM

S.DisVe, Stu, CIMot +

+

L:N +

+ + + + + +

S:CIMot, CI S:Dis

S:M, Dis, +

Продолжение табл. 1

Nicotiana tabacum cvs. Samsun Xanthi

N.alata N.fruticosa N. rustica N.panniculata N.glutinosa Petunia hybrida

S:CI,Mot S:CI Mot

S:Dis, CIMot S:CIVe,Dis

S:CI, Roll +

S:GrSp,Dis S:CI, Dis.GrMot, Stu

S:Dis +

+

S:CIVe, Dis, CIMot S:CIVe, Stu, Dis

+ +

S:CIVe, Dis

S:CIVe S:CIMot, Dis S:CI

+ + + + + + +

L:N S'.CIM, CI,

S:Dis,M, CIVe +

+ + + +

S:CIM S:CIVe, CIMot,

Dis, Stu +

S:CIVe

S:CI, Dis +

+ S:CI

Dis

S'.CIMot,

S:CI +

+

S:DisVe,CI +

Nicandra physaloides Physalis pubescens Ph.floridana сорт Кондитерский Phaseolus vulgaris Ph. Mungo

Spinacia oleracea сорт Малина Solanum melongena сорта Фиолетовое чудо Черный красавец Tagetes erecta Tetragonia expansa Trigonella foenum-graecum Zinnia elegans сорт Новый ат- S'.CIM, Cl, Dis тракцион

Vigna unquiculata + + +

Примечание: + — не заражается, Mot — крапчатость, M — мозаика, DisVe — деформация жилки листа, CIVe — хлороз жилки листа, Stu — задержка роста, Roll — скручивание листа, S — системная реакция, L-локальная реакция, N — некроз, GrMot — зеленая крапчатость, CIMot — хлоротичная крапчатость, Cl — хлороз листа, Dis — деформация.

+ + + + + +

S:CI, Mot +

+

+

заражали дурман обыкновенный Datura stramonium. При этом ВОМкат вызывал на растении системный хлороз жилок, деформацию и хлоротичную пятнистость, ВОМф — системную зеленую крапчатость, деформацию, а ВОМкам — хлоротичную пятнистость и зеленую мозаику. Изоляты ВОМф, ВОМкат и ВОМкам инфицировали табак

настоящий

Nicotiana

tabacum

cvs.

Samsun и Xanthi, махорку никандру физалисовидную и петунию Растения

N. rustica, Nicandra гибридную неодинако-

physaloides Petunia hybrida. во реагировали на заражение. Так, ВОМф и ВОМкА на листьях N. tabacum cv. Xanthi вызывали системный хлороз жилок, деформацию и задержку роста растений, а ВОМкат — только хлоротичную крапчатость растения. Табак N. tabacum cv. Samsun реагировал на инфицирование ВОМкат только хлоротич-ной крапчатостью, а на ВОМф — де-

формацией, ярким хлорозом жилок, между которыми наблюдалась хлоро-тичная крапчатость. ВОМкам вызывал у растения табака хлоротичную мозаику. Растения P. hybrida одинаково реагировали на инфицирование ВОМф и ВОМкам _ хлорозом всех листьев, на заражение ВОМкат, кроме хлороза, реакция проявлялась еще в виде деформации и зеленой крапчатости, иногда задержки роста.

Все изоляты вызывали у N. physaloides деформацию листьев, но при заражении этого растения ВОМф наблюдались мозаика, хлороз жилок, а ВОМкам — хлоротичная крапчатость. ВОМкат и ВОМф системно заражали львиный зев Antirrhinum majus, причем ВОМкат вызывал у растения сильную деформацию листьев и задержку роста растения, а ВОМф— слабый хлороз листьев; к заражению ВОМкам это растение было устойчиво (рис. 2).

Рис. 2. Слева —Anturrhinum majus с симптомами деформации и задержки роста растения, индифицированной ВОМкат! справа — здоровое растение

Все изучаемые орхидные изоляты не заражали бальзамин Balsamin sp.; астру китайскую Callistephus chinensis; огурец посевной Cucumis sativus сортов Турниф, ДВ-27; салат посевной' Lactuca sativa сорт Лолло-Россо; томат съедобный Lycopersicon esculentum сортов Союз 8, Манимейкер, Белый налив, Новичок, Титан; фасоль обыкновенную Phaseolus vulgaris', шпинат Spinacia oleracea сорт Малина; баклажан Solanum melongena сортов Фиолетовое чудо, Черный красавец.

Вместе с тем следует отметить, что каждый изучаемый изолят ВОМ имел свои индивидуальные особенности, отличающие его от других изолятов. Так, большинство тест-растений к заражению ВОМф оказались устойчивыми. Из растений 52 видов и сортов ВОМф заразил только 15, тогда как ВОМкати ВОМкам — 21 и 20 соответственно. Однако ВОМф заражал тыкву крупноплодную Cucurbita maxima сорт Ананасная, L. esculentum — сорт Черный принц, тогда как на ВОМкат и ВОМкам эти растения не реагировали.

ВОМкат и ВОМкам по сравнению с ВОМф поражали в количественном отношении большее число тест-растений, но при этом симптомы на разных видах и сортах растений, вызываемые этими изолятами, были различные. ВОМкат в отличии от двух других изолятов инфицировал С. sativus сорт Хабар, гайардию остистую Gaillardia aristata, гомфрену головчатую Gom-phrena globosa, L. esculentum сорт Невский, табак душистый Nicotiana alata (рис. 3), пажитник греческий Trigo-nella foenum-graecum и циннию изящную Zinnia elegants, причем G. globosa и Т. foenum-graecum заражались

с образованием локальных некрозов. Особенность ВОМкам заключалась в том, что это единственный из изо-лятов, поражающий марь квиноа Chenopodium quinoa, которая реагировала на заражение образованием локальных некрозов; дурман индейский Datura innoxia два вида фасоли — пушистая Ph. pubescens и урд Phaseolus типдо\ томат L. esculentum сортов Перцевидный розовый и Рома и бархатцы прямостоящие Tagetes erecta.

Таким образом, на основании изучения круга растений-хозяев и симптоматологии заболеваний установлено, что для ВОМ, поражающего цветочные растения на юге Дальнего Востока России, характерно видовое разнообразие. Различия между изолята-ми ВОМ подтверждают также и изученные их физические свойства (табл. 2).

По нашим данным, самым устойчивым среди изучаемых изолятов яв-

Таблица 2

Физические свойства изолятов ВОМ, идентифицированных на декоративных культурах в Приморском крае

Изолят ТТИ, °С ПСИ, сут ПРС

ВОМкат 55-60 4 10"5-10"

ВОМф 75-80 4 10"3-10"

ВОМкам 45-50 около 10~1-10"

суток

Бальзамин** 65-70 3-7 -

Гладиолус** 65-70 -

Дельфиниум** 65-70 3-4 -

Канна** 67-68 3-4 -

Эхинация** 66-67 3-4 -

Примула** 65-70 3-5 10"3-10

ВОМ* 55-70 1-10 10~3-10

Примечание:** данные по [2]; * данные по [4].

лялся ВОМф, который имел ТТИ 75-80°С. Ни один из ранее изученных дальневосточных изолятов ВОМ на декоративных культурах не имел такую высокую точку термической инактивации [6]. Довольно сильно по этому показателю отличался и ВОМкам Он

был самым неустойчивым, имея очень низкие показатели по ТТИ — 45-50°С, ПРС — 10-1—10~2 и ПСИ — около суток. Результаты физических свойств вирионов, полученные нами для изо-лята ВОМкам, также существенно различаются от данных, представленных для этого вируса в литературе [4]. Только результаты по физическим свойствам вирионов у ВОМкат — ТТИ — 55-60°С, ПРС — 10-5-10-6 ПСИ — 4 сут и у ВОМф — ТТИ — 75-80°С, ПРС — 10-3—10-4 и ПСИ — 4 сут не имели столь резких различий от литературных данных. В то же время вновь выявленные изоляты ВОМ на цветочных растениях отличались результатами по физическим свойствам от изо-лятов ВОМ, выявленных ранее в Дальневосточном регионе России на декоративных растениях [1, 2]. Эти данные свидетельствуют о высокой степени видового разнообразия ВОМ в Дальневосточном регионе России на декоративных растениях.

В последние годы в Россию и, в частности, на ее Дальний Восток, официально ввозится огромное количество посадочного материала из-за рубежа. Так, в розницу поступают луковицы декоративных культур из семейств: LШaceae — гиацинты (более 11 сортов), тюльпаны (более 50 сортов и 5 ботанических видов), лилии (5 разновидностей и более 5 сортов); AmaryШdaceae — нарциссы (более 35 сортов и 5 ботанических видов); ^^ daceae — гладиолусы (более 37 сортов), крокусы (8 сортов и ботанических видов), ирисы (более 10 сортов), фрезии (более 5 сортов), тигридии (5 сортов); АШасеае — декоративные луки (более 10 видов); Саппасеае — канны (6 сортов) и Compositae — георгины (8 групп и более 5 сортов). Учитывая то обстоятельство, что посадочный материал закупается коммерческими структурами по низким ценам, зачастую отработанный или выбракованный, то велика вероятность заноса пораженного вирусами материала, а как резуль-

тат — его массового распространения луковицами и корневищами. Кроме того, существующая система фитоса-нитарного контроля не позволяет выявить наличие вирусов в поступающих Мз-за рубежа в луковицах и корневищах декоративных культур. В настоящее время стали популярными многолетние и однолетние декоративные растения, поступающие к потребителю с закрытой корневой системой, что позволяет культивировать их в открытом грунте и более продолжительное время размножать черенками и розетками. Поэтому возникает реальная опасность появления и быстрого распространения новых, ранее не встречавшихся вирусных заболеваний, а также их переносчиков. Следовательно, необходимо детальное изучение поступающего зарубежного материала и мониторинг фитосанитарного состояния интродуцированных культур, их видов и сортов.

Заключение

Итак, полученные нами результаты по морфологии и размерам вирусных частиц; положительной реакции изучаемого патогена с антисывороткой против ВОМ; по кругу растений-хозяев и симптомам поражения; физическим свойствам вирионов и анализ литературных данных свидетельствуют о том, что на Дальнем Востоке России нами впервые выявлен и изучен на растениях семейства Orchidaceae типичный представитель рода Cucumovirus семейства Bromoviridae — вирус огуречной мозаики Cucumber mosaic virus. Это один из самых распространенных вирусов на декоративных растениях не только в Дальневосточном регионе России, но и повсеместно там, где выращивают эти культуры.

Сравнительный анализ биологических свойств изучаемых изолятов ВОМ из растений трех видов орхидей показал, что они имеют свои индивидуальные особенности, отличаются друг от друга, а также от обычного штамма ВОМ как по кругу растений-хозяев, так и по

физическим свойствам вирионов. Нами выявлен самый термоустойчивый дальневосточный изолят ВОМ из орхидеи фаленопсиса (ТТИ — 75-80°С). Ни один из ранее изученных дальневосточных изолятов ВОМ на декоративных культурах не имел такую высокую точку термической инактивации. Идентифицирован оригинальный изолят ВОМ из орхидеи камбрии, который был самым неустойчивым по физическим показателем для ВОМ, имея очень низкие значения по ТТИ — 45-50°С, ПРС — КГ'-КГ2 и ПСИ — около суток. Результаты изучения физических свойств вирионов (за исключением вирионов изолята ВОМ из орхидеи катллеи), полученные нами для изолята ВОМ из камбрии, к тому же существенно отличались от данных, представленных по этому вируса в литературе. Лишь физические свойства не имели столь резких отличий от литературных данных. Изучаемые изоляты ВОМ в РДД формировали идентичные полосы преципитации с антителами к изоляту ВОМ из огурца, что свидетельствует об их близком антигенном родстве и наличии идентичных видоспеци-фичных эпитопов капсидных белков у всех дальневосточных изолятов ВОМ. Таким образом, сравнительный анализ полученных данных по биологическим и антигенным свойствам капсидных белков исследуемых изолятов ВОМ, выявленных на растениях орхидей, позволяет отнести их к группе обычных штаммов ВОМ дальневосточного серотипа.

Вновь выявленные изоляты ВОМ на цветочных' растениях семейства Orchi-daceae отличались по кругу растений-хозяев и физическим свойствам вирио-нов от изолятов ВОМ, выявленных ранее в Дальневосточном регионе России на декоративных растениях из других семейств [1, 2]. Полученные данные свидетельствуют о высокой степени видового разнообразия ВОМ в Дальневосточном регионе России на декоративных растениях.

Декоративные растения являются ре-зерваторами вирусной инфекции, в т. ч. и ВОМ, и служат опасным источником для заражения многих с.-х. культур.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гнутова Р.В., Козловская З.Н., Чуян А.Х., Сибирякова И.И. Иммунологическая характеристика дальневосточных изолятов вируса огуречной мозаики / Взаимоотношения вирусов с клетками растения-хозяина. Владивосток, 1985. С. 64-71. — 2. Крылов А.В. Вирусы растений Дальнего Востока. М.: Наука,

1992. — 3. Орхидеи: выращивание и уход. М.: Act, 2002. — 4. Brunt А.А., Crabree К, Dallwitz M.J. et al. Cucumber mosaic cucumovirus. Plant Viruses Description and Lists from the VIDE Database, 1997. P.476-486. — 5. Horvath i. // Acta phy-topathol. Acta. Sci. Hung, 1979. Vol. 14. N 3-4. P. 285-295. — 6. Pares R.D., Gunn L.V. // Phytopathol. Ztschr, 1989. Vol. 126. N 4. P. 353-360.

SUMMARY

For the first time of the Russian Far East study of comparison biological and antigenical characteristic isolates Cucumber mosaic virus (CMV) from Cattleya sp., Cambria sp. and Phalenopsis sp. has been done. It is shown that Orchidaceae isolates different from simple strain CMV unimportant by range plants-hosts, symptomatology, physical characteristic virions.The most high thermal inactivation point Far-East Isolate CMV was identified from Orchidaceae Phalenopsis sp. (TIP — 75-80°C). Far-East isolates CMV were studied before not have so high thermal inactivation point. Original isolate CMV from Orchidaceae Cambria sp. was identified which was not so stable by physical index for CMV. It had very low significance by TIP — 45—50°C, DEP — 10-1 —10-2 and LIP — a day. Results physical characteristic virions, received by us for isolate CMV from Cambria sp. essential different from data this virus in literature. Comparative analysis received data by biological and antigenical characteristic capsid proteins studied isolates CMV discovered in plants of the family Orchidaceae. It allows to apply this isolates to group simple strains CMV Far-East serotype.