Растения — индикаторы

Растения-индикаторы в борьбе с вирусами

Все живые существа на Земле — бактерии, грибы, растения, животные и человек — связаны между собой родственными связями. Расшифровка генома человека, всех его генов показала, что на планете мы все «братья». Существуют также неклеточные формы жизни — вирусы, которые являются внутриклеточными паразитами, поражающими как животных, так и растения. Возможно, они являются ставшей самостоятельной частью клеточного генома и с эволюционной точки зрения обеспечивают обмен информацией на генном уровне. Однако для индивидуума попадание вируса в его организм приводит к большим неприятностям и даже летальному исходу.

В прошлом столетии было выяснено, что многие заболевания сельскохозяйственных культур вызываются вирусами. Эпифитотии (растительный аналог эпидемий у человека) способны нанести значительный урон овощеводству и плодоводству. Быстрое распространение вирусных болезней нередко приводило к необходимости уничтожения тысяч и даже миллионов плодоносящих деревьев. Подобная вредоносность вирусных заболеваний и наносимый ими экономический ущерб требовали уделить возникшей проблеме самое серьёзное внимание. Стремительный прогресс вирусологии и молекулярной биологии определили быстрые успехи в изучении вирусов и нахождении методов борьбы с ними.

На начальных этапах изучения вирусных заболеваний из-за отсутствия надёжных методов идентификации одни и те же вирусы нередко многократно описывали как различные. Это было связано с тем, что внешние симптомы вирусных заболеваний крайне изменчивы и модифицируются в зависимости от вирулентности штамма (вирулентность штамма — совокупность особенностей микроорганизмов, которая определяет характер и силу их болезнетворного действия), восприимчивости поражаемых культур, стадии развития болезни и даже от погодно-климатических условий. Поэтому открытие растений-индикаторов явилось важным прорывом в разрешении задач борьбы с вирусными заболеваниями.

В середине XX столетия удалось перенести один из вирусов, вызывавших заболевание вишни, на огурцы. Это позволило приступить к выделению вирусов из плодовых растений, очистке их и глубокому изучению. Проблема состояла в том, что у плодовых культур процесс выделения вирусов из поражённых тканей весьма затруднён. Окислительные ферменты в соке плодовых растений обладают высокой активностью, в результате чего вирусы образуют с веществами, содержащимися в клетках, нерастворимые комплексы. Вирусы либо выпадают в осадок и теряются на первых этапах очистки, либо вообще теряют активность. Сок плодовых культур отличается высокой кислотностью и вязкостью, что также препятствует выделению вирусов. Кроме этого, ничтожное содержание вирусов в тканях плодовых культур и нахождение в одном растении нескольких разных вирусов одновременно осложняет их выделение и идентификацию.

Преодолеть эти проблемы позволил перенос вирусов плодовых культур на травянистые индикаторы. Из заражённых травянистых растений выделить и очистить вирусы плодовых культур оказалось намного проще. Это позволило выделить и идентифицировать многие вирусы, поражающие плодовые культуры.

Вегетативный способ размножения плодовых культур, применяемый человеком, — окулировка глазками и прививка черенками, взятие отводков — привёл к массовому распространению вирусных заболеваний и заражению ими большинства посадочного материала. Взятие черенков с заражённого маточного дерева и прививка их на заражённый клоновый материал увеличивают вероятность образования вирусного комплекса более вредоносного, чем отдельные составляющие его вирусы. Было также установлено, что вирусы переносятся насекомыми, нематодами, клещами, а также могут передаваться с пыльцой и семенами.

Так как вирусная инфекция приводит к ослаблению роста и плодоношения плодовых культур, освобождение их от вирусов является главнейшей задачей современного садоводства. Интенсивное садоводство базируется на использовании оздоровлённого посадочного материала.

Для выявления вирусов используют древесные растения-индикаторы, которые характеризуются высокой чувствительностью к определённым вирусам. Так, например, декоративная вишня сорта Сирофуген позволяет быстро определить растения заражёнными вирусами некротической кольцевой пятнистости и хлоротической кольцевой пятнистости. Если Сирофуген на прививку глазка с испытуемого дерева реагирует некрозом, то, значит, последнее заражено вышеуказанными вирусами.

У вишни и черешни заражённость вирусами некротической кольцевой пятнистости и хлоротической кольцевой пятнистости может достигать 100%. Чтобы определить, какие из деревьев являются здоровыми, применяют диагностику прививки на Сирофуген. К сожалению, с помощью этого индикатора удаётся выявить только, является ли испытуемое дерево здоровым или заражённым данными вирусами, но не позволяет определить, каким именно вирусом оно больно. Благодаря травянистым растениям-индикаторам, которые дают характерную различную реакцию на эти вирусы, удаётся не только дифференциально диагностировать вирусы, но и выделить их из смесей.

Деревья плодовых культур, заражённые вирусами некротической кольцевой пятнистости и хлоротической кольцевой пятнистости, живут меньше и снижают урожай плодов вдвое. Поэтому современная технология выращивания предполагает получение исходных безвирусных клонов районированных сортов, размножение их на безвирусных подвоях и закладку садов с территориальной изоляцией от существующих насаждений, так как у этих культур заражение вирусами происходит не только в процессе прививочного размножения, Но и из-за переносимой насекомыми пыльцы.

Так как вирусы ослабляют плодовые растения, снижают их продуктивность и приводят к преждевременной гибели, важно своевременно выявлять заражённые деревья и не использовать их при дальнейшем размножении. В промышленных маточно-черенковых садах наблюдение за состоянием деревьев проводят постоянно. В мае-июне можно визуально выявить на яблоне и груше мозаику, на вишне и черешне — некротическую кольцевую пятнистость и хлоротическую кольцевую пятнистость, на сливе — шарку, карликовость. В августе-сентябре отчётливо проявляются симптомы заболеваний типа желтухи и вирусных болезней, поражающих в первую очередь плоды.

Однако даже внешне здоровые растения подлежат проверке на скрытое вирусное заболевание. Для этого проводят предварительное тестирование с использованием методов серодиагностики, иммунноэлектронной микроскопии и тестирования на травянистых индикаторах (табл. 10). Чаще всего в качестве индикаторов используют марь (Chaenopodium amaranticolor, Chenopodium foetidum, Chenopodium quinoa) и огурцы (Cucumis sativus). Для выявления отдельных вирусов эффективными индикаторами являются такие овощные, технические и декоративные растения, как никандра (Nicandra phisaloidus), новозеландский шпинат (Tetragonia expanse), петуния (Petunia hybrida), табак (Nicotiana glutinosa, Nicotiana rustica, Nicotiana tabacum), фасоль (Phaeseolus vulgaris), целозия (Celosia argentea, Celosia plumose) и другие. Те плодовые растения, у которых не выявлено заражения сокопереносимыми вирусами, тестируют на древесных индикаторах.

Для определения вирусных заболеваний на других плодовых культурах в качестве древесных индикаторов используют сорта яблони Вирджиния Крэб, Лорд Ламбурн, Спай-227, сорта груши Бере Гарди и Вильямс, пиронию Вича (Pyronia veitchii), яблоню плоскоплодную (Malus platycarpa), сорта черешни Бинг и Сэм, сорт персика Эльберта, микровишню войлочную (Microcerasus tomentosa) и другие.

Если проверка на индикаторах показала, что среди ценных сортов не выявлено здоровых деревьев, то применяют специальные методы оздоравливания, например термическую терапию. Для этого больные растения подвергают длительному прогреву с последующей повторной проверкой на растениях-индикаторах.

Помимо фруктовых деревьев, вирусные заболевания распространены среди ягодных культур, на картофеле, многих декоративных растениях. Для их идентификации подобраны соответствующие растения-индикаторы.