Биологическая бо­рь­ба с виру­са­ми растений

Биологическая бо­рь­ба с виру­са­ми растений

Биологическая бо­рь­ба с виру­са­ми растений

Проблемным местом в агротехнологиях выращивания кукурузы является система защиты от вредных организмов, в частности сорняков. Это вызвано низкой способностью кукурузы к их угнетению из-за исключительно благоприятных условий (достаточная площадь питания и хорошее освещение в течение длительного времени) для роста сорной растительности.

[]
1 Step 1
ПОЛУЧАЙТЕ ЦЕНЫ НА СЕМЕНА ПРЯМО НА ВАШ EMAIL
keyboard_arrow_leftPrevious
Nextkeyboard_arrow_right

Жизненный цикл вирусов растений как облигатных внутриклеточных паразитов полностью зависит от метаболизма своих растений-хозяев. Пока не существует эффективных терапевтических средств борьбы с вирусными заболеваниями, а основными средствами контроля в сельском хозяйстве является применение профилактических средств. Это внедрение сортов с повышенной естественной резистентностью к патогенам, борьба с переносчиками и санитарная обработка пораженных полей с удалением больных растений (рис.1).

Наиболее эффективным, экономически выгодным и экологичным мероприятием контроля вирусных инфекций является использование сортов растений с генетической устойчивостью к возбудителям. В последнее время эта стратегия широко используется в программах повышения урожайности культур – crop improvement programs. Вирусоустойчивые сорта получают как методами классической селекции, так и с помощью генетических манипуляций – относительно быстрого способа введения в растения нужных генов устойчивости, что может быть особенно полезным в борьбе с вирусными заболеваниями, которые появляются внезапно. Трудности, возникающие при создании устойчивых растений генно-инженерными методами, обычно обусловлены ограниченным количеством доступных «традиционных» генетических источников устойчивости и высокой скоростью мутации вирусных геномов, что приводит к непродолжительной устойчивости в полевых условиях. Сейчас созданы и успешно культивируются растения с трансгенной устойчивостью против вирусов растений на основе доминантных генов устойчивости – сорта томатов, устойчивые к Tomato spotted wilt virus (TSWV), Tomato mosaic virus (ToMV), Tomato chlorotic spot virus (TCSV), Groundnut ringspot virus ( GRSV) и Impatiens necrotic spot virus (INSV), сорта фасоли, устойчивые к Bean common mosaic virus (BCMV) и ряда других вирусов. Ген структурного белка оболочки (БО) вируса табачной мозаики (ВТМ) – один из первых вирусных генов, перенесенных в растения табака. Сейчас трансгенная устойчивость на основе гена БО известна для более 35 вирусов из 15 различных таксономических групп, в частности tobamo-, potex-, cucumo-, tobra-, carla-, poty-, luteo- и alfamo- вирусов.

Биологическая бо­рь­ба с виру­са­ми растений

Биологическая бо­рь­ба с виру­са­ми растений

 

Наиболее консервативным механизмом защиты клеточных РНК от чужеродной информации в виде нуклеиновых кислот вирусов, транспозонов или трансгенов считают РНК-умолчание. В основе механизма РНК-умолчания лежит распознавание клеточными белками (фермент Dicer) двухцепочечной РНК экзогенного или эндогенного происхождения и нарезки ее на короткие (21-26 нуклеотидов) фрагменты, известные как короткие интерферирующие РНК и микроРНК. Большинство исследований генно-инженерной устойчивости на основе РНК-умолчания были проведены на модели одноцепочечных + РНК вирусов. Однако применение подобных вирусных трансгенов было эффективным и относительно других вирусов, в частности, тосповирусов, вирусов с “?” РНК-геномом или геминивирусов с одноцепочечным ДНК-геномом. Эта стратегия была успешно применена для создания трансгенных растений, устойчивых к Pepper mild mottle virus (PMMoV) и Plum pox virus (PPV).

Именно механизм РНК-умолчания был положен в основу создания нового биологического препарата «BioClay», в котором ученые удачно соединили РНК с наночастицами глины: такая смесь при опрыскивании надежно прилипает к листьям и долгое время не смывается. В «BioClay» положительно заряженные частицы глины связывают и защищают от разрушения отрицательно заряженные молекулы РНК. Микроскопические частицы глины постепенно разрушаются, медленно высвобождая РНК, и, таким образом, однократное распыление препарата обеспечивает длительную (по крайней мере на 20 дней) защиту от вирусов растений. Результаты своих исследований австралийские исследователи опубликовали в научном труде «Clay nanosheets for topical delivery of RNAi for sustained protection against plant viruses» (Nature Plants, № 3, 2017). Основным препятствием при создании биопрепарата в коммерческих объемах является достаточно высокая себестоимость получения РНК, однако, в ближайшее время, как заверил John Killmer – владелец биотехнологической компании Apse, будут применяться технологии, которые значительно удешевлят этот процесс и позволят производить РНК себестоимостью менее 2 долл. за грамм. Несомненным преимуществом данного препарата является его экологическая безопасность, он не задерживается в почве и не загрязняет воду. «BioClay» со временем деградирует, уменьшая риск для окружающей среды и здоровья человека.

Генетическая инженерия открывает новые возможности для повышения устойчивости растений к патогенам и насекомых-вредителей. Количество трансгенов, используемых для трансформации растений, постоянно растет. Альтернативным подходом повышения устойчивости сельскохозяйственных культур является использование защитных потенциалов самих растений. Этого можно достичь как повышением уровня экспрессии собственных генов устойчивости, так и переносом генов, кодирующих белки и пептиды с антивирусными свойствами из других видов растений. Таким образом, традиционные методы селекции сельскохозяйственных культур, устойчивых к различным патогенам, дополнились генно-инженерными подходами. Эти подходы отличаются по своей эффективности, и их количество постоянно растет.

Как уже отмечалось выше, не существует химических или биологических препаратов, которые можно было бы применять в терапевтических целях, то есть для «лечения» растения. Однако, использование некоторых химических или биологических препаратов с профилактической целью может индуцировать в растениях различные механизмы защиты (резистентности) к широкому спектру как вирусных, так и грибных и бактериальных патогенов. Сейчас известны растительные гормоны, экзогенное применение которых запускает эффективные механизмы системной устойчивости к вирусным и не вирусным возбудителям. Безопасным среди аналогов растительного гормона салициловой кислоты был признан бензотиадиазол (benzothiadiazole).

Этот эффективный индуктор устойчивости ко многим патогенным микроорганизмам, включая вирусы, на рынке средств защиты растений известен под общим названием ацибензолар-S-метил (acibenzolar-S-methyl) и торговыми марками «Actigard», «Bion 50WG», «Blockade», «Boost». Препарат действует непосредственно на вирусы, поскольку активирует естественные защитные механизмы растений. Конечно, эффективность действия ацибензолар-S-метила, как и других индукторов системной устойчивости, зависит от многих факторов: дозы, вида и сорта растения, стадии развития, климатических условий и срока применения, однако, применение препарата в сочетании с методами селекции и генетической инженерии является чрезвычайно эффективным в увеличении устойчивости растений к возбудителям вирусной природы.

Применение биопрепаратов, особенно в предпосевной период, может быть одним из эффективных, экологически безопасных приемов снижения вредоносности вирусных инфекций. При создании биологических препаратов в их основу положены полезные для защиты растений микроорганизмы или продукты их жизнедеятельности. Препараты натурального происхождения способствуют улучшению функциональных показателей больных растений за счет увеличения площади ассимиляционной поверхности как корней, так и надземной массы (что влияет на усвоение питательных веществ), интенсификации процессов фотосинтеза у растений​. 

У зернобобовых культур, важной функцией обеспечения жизнедеятельности которых симбиотрофное азотное питание, физиологическое состояние растений улучшается путем активизации симбиотической азотфиксации (активизируется азотное питание). Кроме того, биопрепараты могут содержать фитогормональные вещества, которые, по характеру воздействия на растения принадлежат к биогенным елиситорам, и их антивирусная активность обусловлена ​​усилением экспрессии защитных генов, синтезом стрессовых белков и фитоалексинов и индуцированием системной резистентности к патогенам или неблагоприятным условиям.

При предпосевной обработке семян микробными препаратами украинского производства ( Эковитал, Хетомик, Ризобофит, Ризогумин и Гаупсин) наблюдается значительное снижение концентрации вируса в растениях, замедление развития вирус-индуцированных симптомов, уменьшение негативного влияния вирусной инфекции и как следствие – улучшение многих физиологических показателей культуры. Результаты научных исследований антивирусной активности данных препаратов свидетельствуют об их положительном влиянии на течение вирусной инфекции, показатели урожайности и качество полученной продукции.

В мировой практике широко используют биологические препараты, стимулирующие рост ризобактерий растений и подавляющие развитие бактериальной и вирусной инфекции. Так, на основе эндофитного штамма Bacillus pumilus INR7 было создано биологический фунгицид с коммерческим названием Yield Shield. Препарат является природным мощным средством защиты бобовых (преимущественно сои) от ряда вирусов и бактерий. Основным механизмом действия данного препарата является развитие системной индуцированной устойчивости в растениях, а поскольку он содержит колонизирующие бактерии, то обработка семян биофунгицидов способствует образованию активной корневой системы и улучшению физиологических показателей растения и росту урожая. Другой коммерческий бактериальный биопрепарат BioYield на основе B. subtilis GB03 и B. amyloliquefaciens значительно повышает производительность сои и кукурузы, а также положительно влияет на экспрессию генов устойчивости и индуцирует развитие резистентности к вирусным или бактериальным заболеваниям.

Одной из мер борьбы с вирусными инфекциями является снижение численности их естественных векторов. К переносчикам вирусов, которые вызывают заболевания наиболее экономически важных культур, относятся клещи, тли, цикадки, белокрылки и почвенные грибы. Так, клещи рода Aceria (A. tulipae, A. tosichella Keifer) являются основными векторами вирусов Wheat streak mosaic и Wheat spot mosaic, достаточно распространенных в Украине. С помощью переносчиков вирусы с больных растений расселяются на яровые колосовые, кукурузу, многолетние злаковые травы, злаковые сорняки, позже – на падалицу злаков, где размножаются. Ячейки массового размножения клещей на озимой пшенице целесообразно опрыскивать препаратами с акарицидным действием (действенными именно против клещей) для локализации распространения вредителя и предотвращения поражения растений вирусом полосатой мозаики пшеницы. К акарицидам биологического происхождения относятся препараты на основе авермектинов – сравнительно нового класса макроциклических лактонов, которые являются продуктами биологического синтеза. В естественных и производственных условиях они синтезируются грунтовым микроорганизмом Streptomyces avermitilis. Механизм действия вещества этого класса (абамектина и эмамектина) на насекомых заключается в блокировании передачи нервного импульса, что приводит к необратимому параличу и гибели вредителей. Торговые названия таких препаратов – Abba, Abathor, Affirm, Agri-Mek, Avid, Dynamec, Vertimec, Zephyr. Эти средства применяются путем опрыскивания листьев до появления или сразу после появления вредителей. Поскольку абамектин имеет трансламинарные свойства, при опрыскивании он довольно быстро проникает в листья. В растении препарат стимулирует выделение гамма-аминомасляной кислоты, которая оказывает нервно-паралитическое действие на клещей. Препараты на основе авермектинов хорошо переносятся растениями, не уничтожают полезных насекомых, малоподвижны в почве и быстро разлагаются микроорганизмами.

К важнейшим представителям тлей, являющихся переносчиками фитовирусов, относят Macrosiphum (Sitobion) avenae (большая злаковая), Rhopalosiphum padi (черемуховая), Rhopalosiphum maidis (кукурузная), Schizaphis graminum (обычная злаковая), Myzus persicae (зеленая персиковая), Macrosiphum euphorbiae (большая картофельная) и др. Вирусы наиболее экономически важных для Украины культур переносятся именно тлями (вирусы карликовой мозаики кукурузы (Maize dwarf mosaic virus), желтой карликовости ячменя (Barley yellow dwarf virus), морщинистой мозаики фасоли (Bean wrinkle mosaiс virus), желтой мозаики фасоли (Bean yellow mosaic virus), мозаики сои (Soybean mosaic virus) и т.д.)​.

Основой биопрепаратов, предлагаемых для биологического контроля тли, являются энтомопатогенные грибы отделов Deuteromycota и Zygomycota. На основе природных штаммов этих грибов были разработаны биопрепараты Боверин (на основе гриба Beauveria Bassiana Bals. Vuil.), Вертициллин (на основе Verticillium lecanii Nees), Пириформин (на основе Entomophthora piriformis (Petch) Hall et Bell) и др. Еще в начале 1980-х годов был разработан биопрепарат Микоафидин, представляющий собой 1-2% -ную суспензию спор и конидий грибов Entomophthora thaxteriana. Микоафидин эффективен в борьбе с различными видами тлей и практически не токсичен для энтомофагов и теплокровных животных. Наиболее чувствительными к Микоафидину в лабораторных и полевых условиях оказались бахчевая, хлопковая, зеленая яблоневая и злаковые тли (гибель насекомых составляла 80-100%). Попадая на поверхность тела клещей, конидии и споры гриба прорастают, грибница проникает в ткани. После гибели хозяина на поверхности его тела появляется налет, образующийся конидиеносцы с конидиями, которые в условиях высокой влажности (близкой к 100%) рассеиваются на значительные расстояния и прорастают. При неблагоприятных условиях в теле погибших клещей формируются споры с двойной оболочкой, способны сохраняться в почве и на растительных остатках в течение многих лет. Препарат Вертициллин рекомендован для борьбы с белокрылками, табачным трипсом, тлей и другими насекомыми.

«Пециломицин» – это новый биотехнологический препарат для борьбы с почвенными вредителями (нематодами, медведками, проволочником). Активную действующую основу препарата составляют споры энтомопатогенного гриба Paecilomyces fumosoroseus (Wize) Brown et Smith. Поражение насекомых грибом связано с проникновением гиф гриба через покровы тела вредителя. Споры гриба прорастают, ростовая трубка проникает в тело насекомого. Клетки гриба размножаются и распространяются по гемолимфе, заполняя всю полость тела. Больная насекомое теряет активность и аппетит. После гибели тело насекомого становится жестким и мумифицированным, заполняясь мицелием гриба. Формирующиеся споры являются источником вторичной инфекции в популяции вредителя. Пециломицин экологически безопасен и обладает высокой биологической активностью, не фитотоксичен и безвреден для животных и полезных насекомых, не накапливается в продукции и окружающей среде, продукция может использоваться в диетическом и детском питании.

Хотя главным преимуществом биопрепаратов является высокая степень экологической безопасности, в отличие от химических пестицидов, их эффективность значительно зависит от температуры, влажности, инсоляции. Достаточно часто пестициды являются относительно дешевыми, дольше сохраняются на семенах и более эффективно защищают их при различных погодных условиях. Однако в сельском хозяйстве часто возникают ситуации, когда использование биопрепаратов является более целесообразным и выгодным. Так, биопрепаратами заменяют фунгициды с низкой эффективностью, к которым у патогенов возникла резистентность; их используют вместо опасных для окружающей среды химических пестицидов; без биологической защиты невозможно ведения биологического (органического) сельского хозяйства.

Другим типом биопрепаратов с инсектицидным действием являются так называемые зеленые инсектициды ( green insecticides) – препараты на основе растительных экстрактов. Такими инсектицидами являются препараты на основе действующего вещества матрина, содержащегося в корнях софоры. Действующее вещество препарата – гликозид матрин, который эффективно действует против широкого спектра вредителей. В Украине инсектициды на основе матрина представлены препаратами Биорейд и Натур Гард. Они начинают действовать сразу после внесения, имеют четко выраженное контактно-кишечное действие – вызывают паралич нервной системы и гибель насекомых-вредителей. Кроме общих преимуществ, присущих всем биопрепаратам, Биорейд и Натур Гард работают в широком диапазоне температур и остаются эффективными даже при значительных температурных колебаниях.

Другим примером подобных веществ является азадирахтин. Так, экстракты из семян индийской сирени – азадирахты индийской (Azadirachta indica) – имеют достаточно высокую инсектицидную активность. Она, как правило, обусловлена ​​наличием азадирахтина, который является вторичным метаболитом и относится к классу натуральных продуктов с общим названием лимоноиды. Исследования последних 20 лет показали, что азадирахтин является достаточно мощным регулятором размножения, роста и питания. Он снижает или полностью прекращает способность питаться  у многих вредителей, в том числе нематод. Благодаря сходству к гормонам насекомого азадирахтин проникает в организм и начинает полностью контролировать гормональную систему, в частности, влияет на рост и развитие насекомых, нарушает эндокринную систему, останавливает трансформацию личинки в куколку​.

Пиретрум получают из соцветий далматской ромашки. С химической точки зрения препарат представляет собой смесь из шести эфиров хризантемовой кислоты, основным компонентом которого является пиретрин I. Пиретрум – это контактный яд, который попадает в тело насекомого через дыхательные отверстия. Синтетические пиретроиды являются одними из самых доступных инсектицидов и применяются против многих вредителей. Сейчас существует очень мало инсектицидов для обработки семян, не содержащих активных веществ этой группы ( Бульдок, Децис, Фастак, Фьюри, Требон).

К биологическим средствам борьбы относятся и феромонные ловушки – экологически чистый и безопасный для природы способ контроля (мониторинга) насекомых-вредителей и борьбы с ними с уже более чем 30-летней историей, заслуживший широкое признание во всем мире. Феромоны – биологически активные вещества, выделяемые насекомыми для привлечения особей противолоположного пола своего вида. В феромонных ловушках приманкой для насекомых-вредителей служат синтезированные в лаборатории феромоны, позволяющие надежно защитить готовую продукцию от насекомых, помогающие сократить расходы на борьбу с насекомыми-вредителями и сокращающие количество химических обработок на 50-70%, тем самым предотвращая загрязнение окружающей среды и урожая.

Выводы

Таким образом, основными методами биологического контроля вирусных заболеваний растений являются: борьба с резерваторами вируса – сорняками и самосейными растениями (альтернативными хозяевами вирусов или их векторов) на полях и прилегающих территориях; соблюдение рекомендованных для определенной территории сроков посева культуры; постоянный мониторинг и санитарное удаление растений с симптомами вирусного заболевания; использование безвирусного семенного материала; борьба с переносчиками путем биоинсектицидних обработок семян и растений в течение вегетации; применение биологических препаратов для индукции в растениях механизмов неспецифической резистентности к патогенам; применение комплексных микробных препаратов, обладающих разносторонним влиянием на развитие и функционирование сельскохозяйственных культур; создание и внедрение устойчивых (или толерантных) к вирусам сортов.

А. Ки­ри­чен­ко, Инсти­тут микробиологии и виру­со­логии им. Д.К. За­бо­лот­но­го НАН Ук­раины

Біологічні ме­то­ди бо­роть­би з віру­са­ми рос­лин/ А. Ки­ри­чен­ко// Спецвипуск ж. Пропозиція. Біозахист та біопрепарати – актуальна перспектива/ — 2017. — С.- 42-46

Мы используем файлы cookie, чтобы подбирать для вас подходящий контент. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять