Наша адреса

03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12

тел./факс.

+380 (44) 526-23-38

Наш Email

agroecologynaan@gmail.com

Вірусні хвороби рослин: діагностика і профілактика

     Вірусні хвороби притаманні не лише людям і тваринам, а і рослинам. До нинішньої пандемії коронавірусу широкий загал практично не приділяв уваги цьому питанню. А дарма. У світі рослин так само можуть траплятись епідемії вірусної природи, здатні спричинити значні ресурсні та економічні втрати у сільському та лісовому господарстві. За даними ФАО, втрати врожаю сільськогосподарських культур від хвороб, збудником яких є віруси, можуть сягати 40% і мати непередбачувані наслідки.

     Колектив учених Інституту агроекології і природокористування Національної академії аграрних наук України (ІАП НААН) провели аналіз уже відомих результатів вірусологічних досліджень та дослідили вірусні хвороби в агроценозах і лісових екосистемах.

     Для цього було використано спектр методів, який містив візуальну діагностику, імуноферментний аналіз у різних модифікаціях, виділення тотальної РНК із рослинного матеріалу, очищення кДНК, форез нуклеїнових кислот, ЗТ-ПЛР і метод статистичної обробки даних.

     ІАП НААН було проаналізовано результати вітчизняних та іноземних досліджень за напрямом фітовірусології. Також проведено спільні дослідження ІАП НААН та Національного університету біоресурсів і природокористування України щодо профілактики вірусних інфекцій рослин за використання композиції грибів базидіоміцетів. Для оздоровлення рослин від вірусних хвороб було задіяно процеси імітованої мікрогравітації.

     Науковці дійшли висновку, що з урахуванням наукової, екологічної та соціальної значущості біологічної безпеки в АПК як важливої умови збалансованого розвитку України та виробництва якісної продукції харчування сільське та лісове господарства мають базуватися передусім на використанні якісного безвірусного сертифікованого посівного матеріалу, стійких сортів. Тому актуальним є питання створення депозитарію основних вірусів, які уражають сільськогосподарські і лісові культури, та наукового центру «Вірус», що й було ініційовано на засіданні Бюро Президії Національної академії аграрних наук України 18 вересня 2019 року.

     Зважаючи на розвиток нових молекулярних методів і можливостей біотехнологічної науки, біологічна безпека стає невід’ємною складовою екологічної, а отже і національної безпеки. Відтак особливої актуальності набуває питання фітовірусології в аграрному виробництві, а саме — поширення, накопичення, поява нових видів та резистентних форм вірусів в агроценозах і лісових екосистемах.

     Нині міжнародним комітетом з таксономії вірусів (International Committee for Taxonomy of Viruses, ICTV) зареєстровано 1100 видів вірусів, що уражують рослини (див. Мал. 1). Зважаючи на важливість сільськогосподарської продукції та лісових екосистем для господарювання і в майбутньому для компенсації наслідків зміни клімату, необхідно розширювати дослідження вірусів рослин.

Мал.1. Джерело: кафедра вірусології ННЦ «Інститут біології та медицини» та Aschersleben (Німеччина)

     Адже, за даними НААН, середні втрати врожаю на території України від вірусних інфекцій можуть сягати: для зернових культур від вірусу жовтої карликовості ячменю 60,2-95,5%, від вірусу смугастої мозаїки для пшениці — 20,4-63,1%; від вірусу мозаїки сої для бобових культур — 25,8-67,3%, від вірусу карликовості сої — 10,8-45,6%. Для овочевих культур, які уражуються вірусом огіркової мозаїки, врожайність знижується від 3,3% до 80,2%, вірусом тютюнової мозаїки — на 38,6-57,3%; для картоплярства від Y-вірусу картоплі врожайність втрачається на рівні 3,8-79,5%, від X— віруса картоплі втрати сягають від 39,6 до 52,1%. Плодові культури уражує вірус шарки сливи, який є карантинним видом на території України, і втрати врожаю складають 30,1-53,1%, вірус кільцевої плямистості вишні — втрати на рівні 25,2-43,5%, вірус коротковузля винограду — втрати врожаю на рівні 20,3-40,6%.

     У лісових екосистемах виділено та ідентифіковано 9 вірусів, які належать до Potex–, Tobamo-, Poty- та Necrovirus груп. Ці патогени несуть потенційну загрозу для економіки лісового господарства. Ця проблема посилюється зі зміною клімату.

     Зміни клімату, що спричинили зміни у популяціях комах-переносників та біорізноманітті загалом, а також виникнення нових змішаних інфекцій, ринковий обмін насіннєвим матеріалом — все це сприяє швидкій зміні патогенності вірусів. Підтвердженням цього є дані про появу високовірулентних штамів та ізолятів вірусів, що уражують сільськогосподарські і лісові культури. Уражені вірусами рослини стають сприйнятливими до чинників навколишнього середовища, а також до збудників грибних і бактеріальних хвороб.

     Останніми роками широко застосовуються молекулярні методи досліджень, що дозволило розширити можливості і поглибити знання за напрямом екології вірусів рослин. Молекулярна екологія уможливлює моніторинг поширення вірусів у ґрунтовому, водному, повітряному середовищах та різних екосистемах, прогнозування епіфітотій вірусних захворювань.

     Знання характеристик вірусу (ідентифікація вірусів), а також інфекційного процесу є першими кроками з розробки відповідних фітосанітарних стратегій для виробництва рослин на безвірусній основі та підвищення рівня продуктивності аграрного і лісового сектора економіки.

     Світовий ринковий обмін насіннєвим і садивним матеріалом, перебудова домінуючих груп у популяціях комах-переносників та виникнення нових змішаних інфекцій сприяють зміні патогенності вірусів. Ці проблеми посилюються зі зміною клімату.

     Тому важливим завданням є створення нових сортів рослин, стійких до вірусних інфекцій, і розроблення екологічно безпечних методів захисту агрофітоценозів від вірусних хвороб (вірозів).

     В Україні перші широкомасштабні вірусологічні дослідження було розпочато 1962 року зі створенням першої кафедри вірусології (єдиної в колишньому Радянському Союзі) у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка. У розвиток кафедри в різний час значний внесок зробили висококваліфіковані викладачі і відомі вчені: Н.П. Корнюшенко, М.К. Топчій, В.Г. Байшева, О.В. Сидоренко, Ж.А. Дулевич, Н.В. Тайкова, С.М. Московець, А.Л. Бойко, В.П. Поліщук, І.Г. Будзанівська, Л.Т. Міщенко. Академік А.Л. Бойко очолював кафедру 26 років, заснував наукову школу досліджень структури та функції вірусів за різних екологічних умов «Структура і функції вірусів за різних екологічних ситуацій». У результаті цієї роботи вітчизняні вірусологи здобули чимало цінних відомостей про властивості низки нових вірусів соняшнику, хмелю, пшениці, ефіроолійної троянди та інших культур.

     Від 1994 року Інститут агроекології і природокористування НААН разом із кафедрою вірусології КНУ ім. Тараса Шевченка здійснює важливі дослідження з проблеми ураження рослин агроценозів України вірусами та їх локалізації в ґрунтах. Постійно ведеться моніторинг контамінації шкодочинними фiтовiрусами агроценозiв, розробляються шляхи запобігання їхньому розповсюдженню та створюються високоспецифічні сироватки. Створено комп’ютерну базу даних ураження сільськогосподарських культур вірусами та розроблено математичну модель поширення інфекцій. Значним досягненням є спосіб бездеградаційної експрес-діагностики вірусної інфекції у рослин. Поєднання цього способу з можливостями сучасних методів дистанційного зондування відкриває шляхи швидкого моніторингу фітовірусної інфекції в агроценозах.

     В Україні немає загальнодержавної програми з проблем біобезпеки в АПК та моніторингу фітовірусів, а наукові дослідження з вірусології рослин не узгоджені між собою. Їх проводять безсистемно в наукових установах НАН України, НААН і закладах вищої освіти, що ускладнює проведення консолідованих вірусологічних досліджень.

     Дослідження з питань вірусології виконують у межах програм НААН на 2016-2020 рр.: «Агроекологія» — Інститут агроекології і природокористування НААН, «Сільськогосподарська мікробіологія» — Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН, «Плодове та декоративне садівництво» — Інститут садівництва НААН, «Картоплярство» — Інститут картоплярства НААН, «Виноградарство і виноробство» — ННЦ «Інститут виноградарства і виноробства імені В.Є. Таїрова», «Захист рослин» — Інститут захисту рослин НААН, «Цукрові буряки» — Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН.

       Вірусні хвороби спричиняють на рослинах низку симптомів: мозаїки, некрози, хлорози, карликовість, різнопланові деформації.

     Вірусна інфекція негативно впливає на перебіг фізіолого-біохімічних процесів у рослинах. Зокрема, продуктивність кущіння в уражених зернових рослинах на 72-95% є нижчою, ніж у здорових, зменшується вміст хлорофілу й каротиноїдів, порушується процес утворення зерна та погіршується його якість. Кількість зерен у колосі та їхня маса знижуються на 29,2-54,5%. У бобових рослин знижується здатність до азотофіксації, погіршується теплостійкість рослин. У буряків, уражених вірусом мозаїки буряку, цукристість коренеплодів у середньому нижча на 1,7-2%. Х-вірус картоплі знижує вміст крохмалю в бульбах картоплі до 2%.


ВЖКЯ (Barley yellow dwarf virus) на озимій пшениці

     У лісових екосистемах віруси спричиняють симптоми розтріскування кори дерев, на листках — крапчасту мозаїку тощо. До таких вірусних хвороб належать представники: Potex-, Tobamo-, Poty-, Nepo- та Ilarviruses груп. Також багато вірусів було ідентифіковано у квіткових лісових рослинах. Ці патогени є потенційною загрозою — знижують продуктивність лісових деревостанів, чим завдають збитків економіці лісового господарства загалом.

     Віруси рослин мають здатність досить швидко розповсюджуватися в біоценозах. Вони можуть поширюватися завдяки механічному контакту рослин, під час вегетативного розмноження через бульби, живці, цибулини, комахами переносниками (кліщами, попелицями, нематодами, грибами).

     Передавання за допомогою насіння може відбуватися кількома способами. Вірус може перебувати всередині насіння (віруси кільцевої плямистості тютюну, штрихуватої мозаїки ячменю, огіркової мозаїки) або міститися на поверхні насіннєвої шкірки (вірус тютюнової мозаїки).

     Передавання вірусів у процесі вегетативного розмноження рослин може здійснюватися за допомогою бульб (Х-вірус картоплі), цибулин і черенків. Найекологічніший шлях контролю вірусних хвороб — використання вірусостійких сортів.

     До переносників вірусів, які спричиняють захворювання найбільш економічно важливих культур, належать кліщі, попелиці, цикадки, білокрилки та жуки. За допомогою переносників віруси з хворих рослин поширюються на великі відстані до здорових рослин і розмножуються в них.

     Вірусні хвороби можуть передаватися також через ґрунт. Вірусні частки від 10 до 40 діб можуть міститися у відмерлих рештках рослин. Скажімо, вірус огіркової мозаїки (ВОМ) зберігається упродовж 29 діб, Х-вірус картоплі (ХВК) — 25, вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) — 39 діб.

     Найбільш дієвими заходами контролю і боротьби з вірусними хворобами є вчасна діагностика та проведення профілактичних заходів із виділення рослин-резерваторів інфекцій, запровадження стійких сортів та отримання безвірусного посадкового та насіннєвого матеріалу. Розуміння молекулярних механізмів взаємодії «вірус-господар» відкриває широкі можливості під час розробки засобів профілактики і лікування вірусних інфекцій. Моніторинг розповсюдження вірусних інфекцій, дослідження генетичної мінливості вірусів рослин дозволяє передбачити еволюційні зв’язки, їхню вірулентність, відтворення можливих шляхів поширення та прогнозування ймовірності виникнення нових патогенних штамів, які здатні уражувати рослини та локалізуватися в ґрунтовому та водному середовищі.

     Для профілактики вірусних захворювань рослин ІАП запропоновано використання імітованої мікрогравітації, як ефективний захід у оздоровленні рослин. Установка моделі кліностату «Еколог» розроблена академіком А.Л. Бойко та виготовлена фахівцями ННЦ Інститут механізації і електрифікації сільського господарства НААН (див. Мал. 2).

Мал. 2.

Мал. 2.

     Для діагностики вірусних інфекцій нині використовують такі методи: візуальну діагностику, біологічне тестування, електронну мікроскопію, серологічні методи, імуноферментний аналіз, полімеразну ланцюгову реакцію, сиквенування ділянок нуклеїнових кислот і філогенетичний аналіз.

     Останніми роками широкого застосування набули молекулярні методи досліджень, що дозволило розширити можливості і поглибити знання за напрямом екології вірусів рослин.

     Знання характеристик вірусу (ідентифікація вірусів) та його інфекційного процесу є першими кроками з розроблення відповідних фітосанітарних стратегій для виробництва рослин на безвірусній основі та підвищення рівня продуктивності аграрного і лісового секторів економіки.

ПРОПОЗИЦІЇ:

  • Розробити пропозиції до чинного законодавства України з питань біобезпеки агропромислового комплексу в частині діагностики та профілактики епіфітотій вірусних захворювань рослин.
  • Сформувати комплексні дослідження в наукових установах НААН з питань фітовірусології аграрних і лісових екосистем на 2021-2025 рр.
  • Створити в системі НААН науковий центр з питань діагностики та профілактики епіфітотій вірусних захворювань («Вірус»).
  • Створити Депозитарій основних ізолятів вірусів рослин в системі НААН;
  • Створити єдину академічну лабораторію з вірусології на базі Інституту агроекології і природокористування НААН.
  • Забезпечити належну підготовку кадрів — фахівців з вірусології в співпраці з ВНЗ.

 

Орест Фурдичко,  директор Інституту агроекології і природокористування НААН, доктор економічних наук, доктор сільськогосподарських наук, професор, академік НААН

Джерело: “Agroprofi”: Український тижневик ділової інформації