CC BY
175
УДК 633.3
Изучение фитоплазменных болезней картофеля
К.А. МОЖАЕВА,Н.В. ГИРСОВА,
Т.Б. КАСТАЛЬЕВА, Д.З. БОГОУТДИНОВ
Заболевания растений,называемые желтухами, известны с начала 20-го века, но тогда этиология их была неизвестна. В 1967 г японскими учеными был выявлен возбудитель нескольких таких болезней, который был сходен с возбудителями микоплазмозов болезней млекопитающих, и по этой причине он также был отнесен к микоплазмам. С 1994 г микоплазмы растений стали называть фитоплазмами.
Фитоплазмы принадлежат к классу Молликуты, который таксономически наиболее близок к бактериям. Как и вирусы, они характеризуются малыми размерами (от 200 до 1000 нм) и облигатным внутриклеточным паразитизмом. В отличие от бактерий они не имеют клеточной стенки, а окружены трехслойной цитоплазматической мембраной. Фитоплазмы локализуются в ситовидных трубках флоэмы растений. Некоторые болезни способны снижать урожай на 50-85 % и даже приводить к гибели пораженных растений. Фитоплазменные болезни распространены повсеместно. К настоящему времени известно более 100 видов фитоплазм, которые являются возбудителями около 300 болезней, поражающих около 700 видов 98 семейств (Власов и др., 1987).
До начала 90-х годов идентификацию и классификацию фитоплазм проводили на основании симптоматики, биологических свойств, круга растений-хозяев и способов передачи. В настоящее время для диагностики и идентификации фитоплазм используют более 20 биологических и инструментальных методов: визуальную диагностику, метод растений-индикаторов, световую и
электронную микроскопию, иммунологический и микробиологический анализ, а также молекулярные методы - молекулярную гибридизацию, полимеразную цепную реакцию (ПЦР) и RFLP метод. К настоящему времени выделено четырнадцать групп фитоплазм, включающих 32 подгруппы, а также еще пять не-идентифицированных групп. Фито-плазмозы картофеля относятся к группам ^г1, ^гИ, ^М, 16БгХИ и ^г^Ш ^ее е1 а1, 2000).
Возбудители фитоплазм передаются насекомыми (цикадки и псил-лиды), растениями-паразитами (повилика, заразиха) и с помощью прививок. Не передаются механически и с настоящими ботаническими семенами, но могут сохраняться в вегетативных органах (клубнях, черенках и т.п.) и в инфицированных насекомых, с которыми и распространяются.
Фитоплазмы обычно связаны с природными очагами, их циркуляция осуществляется посредством переносчиков, культурные растения ими поражаются при возделывании в зоне очага. Резерваторами фитоплазм могут быть многие виды диких и сорных растений, из которых наиболее распространены вьюнок полевой, цикорий, бодяк полевой, осоты и др.
В бывшем СССР болезни растений, возбудителями которых являются фитоплазмы, начали изучать еще в 30-е годы. Основные результаты исследований и обзоры по фи-топлазмозам были опубликованы в 70-80-е годы (Егураздова, 1974, Власов и др., 1987), последние публикации относятся к 2000 г. (Бого-утдинов).
Известно несколько фитоплазменных болезней картофеля: стол-
бур, ведьмины метлы, пурпурное закручивание верхушки (красно-вершинность), круглолистность и другие. Эти болезни выявлены в большинстве стран Европы, Азии, Северной и Южной Америки, а также в некоторых странах Африки. Вредоносность обычно небольшая, и поэтому они не имеют экономического значения. Однако если уровень заражения посадок картофеля высокий, то потери урожая могут быть существенными. В последние годы отмечены меньшие, по сравнению с 1950-ми годами, потери урожая картофеля от фитоплазм, но возросли потери из-за снижения качества клубней (появление так называемой «зебры чипсов»).
Если для столбура и пурпурного закручивания верхушки наиболее характерны симптомы изменения формы и цвета листьев, и в меньшей степени стеблей, то при ведьминых метлах и круглолистности наблюдается низкорослость, увеличение количества стеблей и листьев. Зачастую присутствуют одновременно и те и другие типы симптомов.
Защитные мероприятия против фитоплазмозов при практическом отсутствии устойчивых и толерантных сортов картофеля в основном носят профилактический характер. К ним относятся использование здорового посадочного материала, пространственная изоляция от очагов инфекции, уничтожение расте-ний-резерваторов гербицидами и агротехническими мероприятиями, борьба с насекомыми-переносчи-ками и т.п. Для освобождения ценных сортообразцов картофеля от поражения фитоплазмой возможно использование термотерапии, а также препаратов тетрациклиново-го ряда (Власов и др., 1987).
Столбур - наиболее распространенное фитоплазменное заболевание картофеля. Оно встречается в большинстве стран мира, особенно в южных регионах его возделывания.
В 2006 и 2007 гг нами с помощью молекулярных методов (ПЦР и RFLP) изучены образцы листьев картофеля, собранные в разных регионах и имевшие характерные симптомы заражения фитоплазмами. Всего с использованием nested ПЦР было проанализировано 120 образцов. В 26 % была обнаружена фитоплазма.
Групповую и видовую принадлежность фитоплазм определяли методом RFLP анализа. Установлено, что столбуром было поражено 26 образцов из Северного (Вологодская область) и Центрального (Московская область) регионов, Поволжья (Самарская область) и Северного Кавказа (Краснодарский край). Желтухой астр было инфицировано только два образца из Московской области (Girsova et al, 2007). Фитоплазма, относящаяся к группе стол-бура, была выявлена также в семи образцах томата из Ростовской области.
В соответствии с современной классификацией столбур отнесен к группе столбура пасленовых (16SrXII). По симптомам, которые вызывает это заболевание на разных растениях-хозяевах (картофеле, томате) и в разных регионах, оно может быть отнесено и к желтухам, и к ведьминым метлам и даже к большому бутону томатов. Между тем симптомы, подобные столбуру. на картофеле могут быть вызваны и абиотическими факторами.
Условно можно выделить 3 типа симптомов столбура на картофеле: изменение формы и окраски листьев, генеративных органов, частично стеблей; карликовость, преждевременное увядание; полное отмирание без изменения формы и цвета генеративных органов. В СССР по симптомам и месту возделывания картофеля столбур разделялся на южный и северный. Южный столбур преобладает в Поволжье, Крыму, на Кавказе. Заболевание в основном проявляется во второй половине вегетации. Листья из-
мельчаются, имеют антоциановую илижелтовато-красную окраску, на стеблях имеются вздутия и воздушные клубни. Ботва усыхает раньше, чем у здоровых растений, особенно при засухе. Клубни мелкие, при прорастании могут иметь нитевидные ростки. В зависимости от времени заражения, сорта и погодных условий урожай клубней снижается на 20-80 %, наблюдается и отсутствие клубнеобразования. Северный столбур, вероятно, является проявлением ведьминых метел на следующий год после заражения. Так называемый клубневой столбур проявляется в первой половине вегетации, при этом растения имеют укороченные стебли с хлоротичной и реже с антоциановой окраской. Позднее они приобретают типичные симптомы южного столбура. Вероятно, такие растения появляются в результате посадки клубней от инфицированных фитоплазмой кустов. По данным зарубежных авторов, передача столбура с семенными клубнями от инфицированных растений возможна, но крайне незначительна. Однако в бывшем СССР была выявлена передача этого заболевания с семенными клубнями в Армении (до 80 %) и до 3060 % - в Поволжье (Богоутдинов, 2000).
Основными растениями-хозяева-ми столбура являются 45 видов растений сем. Пасленовых. Также он инфицирует еще 16 видов шести других семейств. Дикорастущие растения и сорняки, особенно такие, как вьюнок полевой, клевер и сорняки сем. Астровых, играют основную роль в циркуляции патогена в природе, являясь растениями-ре-зерваторами и создавая очаги инфекции. Известно также, что столбур, как и другие фитоплазмы, передается повиликой.
Установлено, что в разных регионах России переносчиками фитоплазм являются цикадки: Нуа^эШеэ оЬво^иэ (основной переносчик), Сюас1е!!а утсНэ, РИу!аепиз эрита-
rius, Olcarus leporinus, известны и другие виды (Богоутдинов, 2000). Инкубационный период патогена в переносчике зависит от вида насекомого и составляет от нескольких дней до 1-2 месяцев. Насекомое сохраняет инфекционность в течение всей своей жизни. Вспышки заболеваний наблюдаются, когда погодные условия (например, летняя жара) заставляют переносчика мигрировать с дикорастущих растений на культурные (картофель, томаты и др.). Столбур легко передается с помощью прививок на такие растения, как томат, картофель, дурман, барвинок и другие. Прививки обычно используют для диагностики заболевания растений этим патогеном и его идентификации.
Вредоносность столбура зависит от времени заражения, количества инфицированных растений в посадках картофеля, а также сорта и погодных условий. По зарубежным данным, если инфицируется до 80 % растений, то потери урожая бывают значительными. Обычно потери урожая картофеля от столбура меньше, чем томатов и баклажанов. В Поволжье урожайность клубней разных сортов снижалась на 20-80 %, а при сильной степени поражения клубни вообще не образовывались (Богоутдинов, 2000).
Меры борьбы с заболеванием в посадках картофеля и томатов те же, что и при поражении другими видами фитоплазм. Основные из них - контроль за переносчиками, особенно в местах произрастания растений-резерваторов инфекции; применение в севооборотах агротехнических мероприятий, снижающих распространение столбура и его переносчиков; выбраковка больных кустов в посадках картофеля и т.п.
Пурпурное закручивание верхушки или красновершинность
(potato purple top-roll, potato purple wilt) ранее относили к группе желтухи астр. В последние годы была проведена идентификация этого
заболевания по схеме классификации фитоплазм, разработанной на основе ПЦР и RFLP и показано, что пурпурное окрашивание верхушки может вызываться разными группами фитоплазм ^ее е1 а!, 2000).
Наиболее характерными симптомами этого заболевания являются закручивание листьев на верхушке стеблей и их покраснение, укорачивание междоузлий, образование пазушных побегов и воздушных клубней. Растения отстают в росте, часто не цветут. Клубни бывают мелкими, уродливыми, а при прорастании могут давать нитевидные ростки.
Впервые пурпурное закручивание верхушки картофеля в России было описано В.Г Рейфманом на Дальнем Востоке в 1970-е годы. Картофель, имеющий симптомы пурпурного закручивания верхушки, был обнаружен в Московской, Ленинградской, Воронежской и Самарской областях (Богоутдинов, 2000; Филиппов, 2006). В 2006-2007 гг. с помощью ПЦР и RFLP нами было проанализировано 11 образцовли-стьев картофеля, собранных в Поволжье и Центральном регионе и имеющих симптомы покраснения верхушки. Фитоплазмы были обнаружены в 3 образцах и принадлежали к группе столбура картофеля (^гХИ).
Как и у других фитоплазм, главными переносчиками являются цикадки. В России это виды родов Масгс^е^э и Огов^в (Богоутдинов, 2000). Идентифицируют заболевание с помощью растений-индикаторов (томаты и барвинок). На томатах симптомы (мелкие листья с ан-тоциановой окраской) появляются через 35-45 дней после прививки. Пурпурное скручивание верхушки не передается настоящими семенами и, вероятно, клубнями, хотя в Поволжье при выращивании клубней больного растения отмечали в 6-50 % случаев признаки этого заболевания.
Главные потери от болезни связаны не со снижением урожая карто-
феля, а с ухудшением качества клубней. При производстве чипсов стали наблюдать образование так называемой «зебры чипсов»: ломтики клубней становятся темными и (или) полосатыми. Эта проблемы стала серьезной и экономически значимой как для производителей картофеля, так и для фирм-перера-ботчиков. В последние годы на юге России (Поволжье, Северный Кавказ) также было отмечено появление «зебры чипсов» при переработке картофеля.
Опыты, проведенные в США, не выявили корреляции между заражением картофеля фитоплазмой и образованием «зебры чипсов» (Мапуапе2а е1 а!, 2007).
Причины появления «зебры чип-сов»на юге России (Поволжье, Северный Кавказ) остаются невыясненными. В 2007 г. с использованием ПЦР и RFLP нами проанализированы 73 образца листьев картофеля из Гулькевичского района Краснодарского края, где до 5 % клубней при переработке образуют «зебру чипсов». 63 образца имели симптомы поражения фитоплазмой (столбур, пурпурное закручивание верхушки), но только в 11 образцах (17,5 %) был выявлен возбудитель столбура.
Таким образом, к настоящему времени окончательно не установлено, что является причиной появления «зебры чипсов». Фитоплазмы, в т.ч. пурпурное закручивание верхушки и вилт, могут быть одной из причин. Роль тех или иных причин трудно понять, пока не будет выяснено, с какими изменениями биохимического состава клубней связано появление «зебры чипсов», как влияют на него изменения в обмене веществ картофеля, связаны ли они с поражением фитоплазмой или другими патогенами, с жизнедеятельностью насекомых, а также с действием абиотических факторов.
Ведьмины метлы картофеля по современной классификации относятся к группам ведьмины метлы
(16SгII) и пролиферация клевера (16SrVI) ^ее е1 а!, 2000). Заболевание распространено в Северной Америке (США, Канада), во многих странах Европы и Азии. В России оно впервые описано еще в 20-е годы А.А. Ячевским, позднее выявлено в Центральном регионе, в Поволжье и на Северном Кавказе. На основании микробиологических, серологических и электронно-микроскопических исследований возбудитель болезни из Поволжья был отнесен к фитоплазмам семейства АсИо!ер!азта1асеае (Самсонова, 1980).
Фитоплазмы этого вида вызывают разнообразные симптомы. Вначале наблюдается увеличение количества побегов с изменением формы, а иногда и цвета (покраснение) их верхушек, листья становятся измельченными, хлоротичными. На побегах образуются пазушные стебли и мелкие воздушные клубни. На более поздних этапах заболевания начинается отмирание листьев и побегов, растение становится карликовым, обычно образуется много мелких клубней, при их прорастании могут образовываться нитевидные ростки. Особенно сильно выражены симптомы бывают в засушливые годы. Отмечена возможность передачи заболевания с клубнями от больных кустов. Вредоносность заболевания для больного растения обусловлена многими факторами (штамм, сорт, продолжительность и интенсивность поражения) и может колебаться от 20 до 90 %.
Переносчиками заболевания являются цикадки: в Европе -Нуа^эШеэ оЬэо^иэ, в Поволжье -АрИгоСеэ ЫэтсШэ, возможно, и другие. Ведьмины метлы передаются на многие виды сем. Пасленовых (томат, паслен, дурман), а также на бобовые (люцерну, клевер, вику), вьюнок, барвинок и др. Меры борьбы - те же, что и для других видов фитоплазмы.
Круглолистность картофеля
впервые была обнаружена на Украине в 1941 г., позднее отмечена в Поволжье (Самарская область), на Северном Кавказе (в Чечено-Ингушетии) и в Оренбургской области (Богоутдинов, 2000). Нигде в мире больше не зарегистрирована. Выделение возбудителя и определение его фитоплазменной природы было проведено Л.Н. Самсоновой (1980) на основании серологического и электронно-микроскопического изучения, а также культивирования на искусственной среде, что и позволило отнести его к роду Acholeplasma.
Симптомы заболевания при посадке больных клубней начинают появляться сразу. Растение становится карликовым, число побегов увеличивается в 1,5-2 раза, но наиболее характерным является образование мелких листьев, имеющих округлые доли с желтыми расплывчатыми краями. Через 3-4 недели у части (до 40 %) растений симптомы круглолистности маскируются и
куст становится обычного размера, нормально цветет. У больных растений образуется много мелких, обычно уродливых клубней, часть из которых прорастает до уборки, урожай клубней снижается на 2065 %. Передача инфекции от больных растений клубнями может достигать 100 %. Симптомы круглолистности сохранялись и во втором клубневом поколении при выращивании в теплице.
В опытах по искусственному заражению картофеля с помощью цикад, клопов и псиллид переносчик этого заболевания не был выявлен, но передача была осуществлена с помощью прививок на растения томата и картофеля. Не исключено, что круглолистность является вторичным фактором столбурной инфекции, а резерваторы и переносчики столбура могут быть таковыми и для круглолистности (Богоутди-нов, 2000).
В последние два года благодаря поддержке Международного научно-технического центра изучение
фитоплазм картофеля началось во ВНИИФ совместно с Самарской сельскохозяйственной академией. В настоящее время уровень имеющегося научно-технического обеспечения ВНИИФ позволяет проводить идентификацию и изучение фитоплазм с помощью современных методов. В 2006 и 2007 гг. с использованием ПЦР и RFLP нами были выявлены и идентифицированы фитоплазмы в образцах картофеля, томата и некоторых других видов растений, собранных в разных регионах России (Северный, Северо-Западный, Центральный, Поволжский, Северо-Кавказский и Дальневосточный). Почти во всех случаях обнаруженные фитоплазмы относились к группе столбура картофеля (16SrXII) и только в двух образцах из Центрального региона выявлена фитоплазма из группы желтухи астр (16Sг1).
Всероссийский НИИ фитопатологии, Самарская сельскохозяйственная академия
УДК 632.934: 633.521
Комплексная защита льна-долгунца
Л.М. ЗАХАРОВА, старший научный сотрудник Всероссийского НИИ льна П.В. НОВИКОВ, менеджер компании «Байер КропСайенс»
В июле 2008 г ВНИИ льна совместно с компанией «Байер КропСайенс» продемонстрировал специалистам результаты комплексной защиты льна-долгунца, включающей использование протравителя семян раксила ультра, инсектицида деци-са профи, гербицида секатора тур-
бо. Опыты проводили в производственных семеноводческих посевах льна(сорт Тверской, маточная элита 2-го года) в Торжокском районе Тверской области. Свидетельством высокой эффективности используемой системы защиты стали прибавки урожая льносоломы 913 ц/га и льносемян 2-2,5 ц/га с положительными характеристиками качества.
Семенной материал во многом определяет величину урожая и его качество. Защитить семена и всходы не только от семенной, но и от
ранней аэрогенной инфекции (ант-ракноз, крапчатость, пасмо, поли-спороз) на этапе подготовки к севу позволил раксил ультра - улучшенная препаративная форма широко известного раксила. Препарат обладает защитным и куративным действием,подавляет образование клеточных мембран, что ведет к гибели патогенов. Благодаря системным свойствам проникает в зародыш семени, а затем распределяется по растению по мере его роста. Обработка семян позволила снизить зараженность семян антракнозом на 88,9 %, крапчатостью - на 88,2 %, бактериозом -на 75 %,способствовала получению здоровых дружных всходов культуры при относительно высоком уровне семенной и почвенной инфекции.
