Вірусні хвороби зернових
У рейтингу найшкодочинніших для рослин патогенів віруси посідають друге місце після грибних інфекцій. Особливістю вірусів як серйозної загрози сучасному сільському господарству є їхня ефективна система поширення за допомогою різноманітних векторних організмів.
У рейтингу найшкодочинніших для рослин патогенів віруси посідають друге місце після грибних інфекцій. Особливістю вірусів як серйозної загрози сучасному сільському господарству є їхня ефективна система поширення за допомогою різноманітних векторних організмів.
А. Кириченко,
Інститут мікробіології і вірусології
ім. Д.К. Заболотного НАН України
У світі відомо понад 90 вірусів, які здатні уражувати лише злакові культури або мають розширену спеціалізацію (таблиця). В агробіоценозах України на зернових культурах найпоширеніші: вірус жовтої карликовості ячменю (ВЖКЯ), вірус мозаїки стоколосу безостого (ВМСБ), вірус штрихуватої мозаїки ячменю (ВШМЯ) і вірус смугастої мозаїки пшениці (ВСМП).
Вірус смугастої мозаїки пшениці (ВСМП) (Wheat streak mosaic virus, типовий вірус роду Tritimovirus, родина Potyviridae) поширений у всіх регіонах вирощування зернових та є найшкодочиннішим вірусом зернових культур в умовах України, оскільки, окрім пшениці, уражує ячмінь, кукурудзу, просо, сорго, а також дикорослі рослини і бур’яни. ВСМП не становить загрози для дводольних рослин. Циркуляція ВСМП у природі відбувається з допомогою кліщів роду Aceria (A. tulipae, A. tosichella Keifer) (фото 1) у персистентний спосіб. Інкубаційний період вірусу у кліщі становить 24 год, а для інфікування рослини достатньо 2 хв живлення. Найбільш вірофорними є німфи першого року, а найменш — дорослі імаго. Вірус не поширюється рослинами у контактний спосіб, а насінням передається з досить низькою частотою.
Особливе значення у резервації збудника має саме озима пшениця, де зимують як кліщі, так і віруси. Втрати врожаю, спричинені ВСМП, залежать від віку рослин на момент інфекції, температури і вологості. Прохолодна, волога погода сприяє розвитку культури і мінімізує втрати врожаю, в той час як теплі сухі умови сприяють розвитку кліщів і збільшенню втрат урожаю.
Вірусіндуковані симптоми. Вірус змінює забарвлення молодих листків пшениці та ячменю у вигляді пожовтіння, появи світло-зелених і жовтих смужок різної довжини, що поширюються паралельно жилкуванню. За значного розвитку хвороби смуги вкривають поверхню всього листка, штрихи зливаються у смуги, які з часом ширшають. Таким чином хлоротичність охоплює всю листкову пластинку, яка нерідко стає майже білою, як пергаментний папір. Через деякий час листок набуває світло-коричневого забарвлення і засихає. На мишії та просі хвороба проявляється у вигляді темно-зелених украплень уздовж пожовклої листкової пластинки. Перші симптоми захворювання зазвичай з’являються на межі поля і поширюються до центру, оскільки вітер сприяє поширенню вектора. За значного ураження кліщами листки рослини скручуються, утворюючи петлі. Продуктивні стебла не розвиваються, зернини стають дрібними. Хвороба проявляється через два-три тижні після появи сходів. На ранніх стадіях захворювання симптоми досить важко відрізнити від наслідків дефіциту азоту, впливу холодної погоди, хімічних чинників чи інших хвороб. Ознаки захворювання на рослинах з’являються за температури не нижче 8°С, а в прохолодну погоду і за високої температури симптоми маскуються.
Вірус смугастої мозаїки пшениці за своїми біологічними, епідеміологічними властивостями та характером індукованих симптомів дуже подібний до захворювань пшениці, спричинених вірусом мозаїки пшениці (ВМП), або «російської мозаїки» (Triticum Mosaic Virus, рід Poacevirus, родина Potyviridae), виявленим у 2006 р. у Канзасі. Проявляється ВМП сильним відставанням рослин у рості і характерним мозаїчним забарвленням листків. Попри те, що інфіковані вірусом мозаїки пшениці рослини продукують симптоми, які не відрізняються від таких за ураження ВСМП, геноми цих збудників за результатами секвенування ідентичні лише на 17–41%. У разі змішаної інфекції цими двома вірусами сприйнятливих сортів пшениці зазначають серйозні втрати врожаю (до 96% залежно від сорту пшениці) або навіть загибель уражених рослин. Оскільки патогени характеризуються подібними екологічними та епідеміологічними особливостями, для обмеження вірусної інфекції застосовують однакові захисні чи профілактичні засоби.
Заходи захисту. Основним методом, який дає змогу уникати захворювання, є порушення життєвого циклу кліща. Це досягається насамперед завдяки знищенню самосійних рослин-господарів принаймні за два тижні до висівання озимої пшениці (включаючи сусідні поля). Кліщі не можуть жити поза живими злаками понад 10 днів. Самосійні злакові і трав’янисті бур’яни можуть бути знищені механічним видаленням або обробкою гербіцидами. Окрім того, бажано не сіяти озиму пшеницю неподалік від незрілої ярої або інших злаків. Висівати озимину необхідно із дотриманням рекомендованих для певної території термінів — наприкінці серпня або у вересні, уникаючи періоду міграції кліщів із ярих зернових культур. Не можна засівати поле озимою пшеницею після того, як у насадженнях ярої пшениці було виявлено вірус. Наразі невідомі хімічні або біологічні агенти, які дають змогу знищувати кліщів чи вірус безпосередньо. Пестициди не здатні забезпечити довгостроковий захист насаджень від кліщів, і в деяких випадках після початкового зниження їхньої чисельності спостерігають спалахи розмноження переносників до рівнів вищих, ніж на необроблених контрольних ділянках поля. На початку 2000 р. було розроблено перші трансгенні лінії пшениці, які містили вірусний ген реплікази і ген білка оболонки. Деякі із трансформованих ліній виявились стійкими до ураження вірусом у лабораторних умовах, однак у польових — не проявляли такого високого ступеня резистентності.
Група грунтових вірусів злакових. Епідеміологічною особливістю вірусів зернових, які переносяться грунтовими грибоподібними найпростішими Polymуха graminis із відділу Plasmodiophora mycota, є те, що вектори цих вірусів одночасно є й основними їхніми резерваторами. Патогени мають відносно вузьке коло рослин-хазяїв, які не відіграють суттєвої ролі у виживанні цих вірусів. До групи грунтових вірусів належать: вірус жовтої мозаїки ячменю (Barley yellow mosaic virus) (фото 2), вірус м’якої мозаїки ячменю (Barley mild mosaic virus), вірус мозаїки вівса (Oat mosaic virus), вірус золотистої смугастості вівса (Oat golden stripe virus), грунтовий вірус мозаїки злакових (Soil-borne cereal mosaic virus) та грунтовий вірус мозаїки пшениці (Soil-borne wheat mosaic virus).
Втрати врожаю на сприйнятливих до ураження цією групою вірусів культурах можуть становити 50%. Кожне із цих мозаїчних захворювань викликається вірусом, передається грунтовим вектором Polymyxa graminis (фото 2). Зазначені віруси мають паличко- чи ниткоподібну форму, належать до родів Furovirus або Bymovirus, геном цих вірусів представлений одноланцюговою РНК. Хвороби уражують тільки озимі культури. Перехресного ураження інших зернових не спостерігається.
Вірусіндуковані симптоми. Типовими симптомами цих захворюваннь є наявність на листках блідо-жовтих смуг, які найяскравіше виражені на початку весни, особливо після тривалих холодів. Згодом кінчики листків стають коричневими або фіолетовими, а забарвлення смуг міняється на темно-коричневий колір. Постраждалі рослини значно відстають у рості і мають бліде забарвлення. Хвороби з цієї групи часто фіксують на різних ділянках насаджень, площі ураження зростають із року в рік. Позаяк вірус переноситься грибом Polymyxa graminis, який уражує корінь рослини, саме рух грунту під час культивування поля сприятиме поширенню цих вірусів на інші його ділянки. Спори гриба можуть слугувати джерелом інфекції навіть за відсутності зернових культур упродовж багатьох (понад 25) років.
Грунтовий вірус мозаїки пшениці (ГВМП) (Wheat soil-born mosaic virus) є типовим членом роду Furovirus, родини Virgaviridae. Він викликає серйозне затримання росту і мозаїку у сприйнятливих сортів пшениці, ячменю та жита. Інфіковані рослини зазвичай низькорослі, а листя може мати хлоротичну мозаїку або неправильну плямистість і смугастість. На озимій пшениці, ураженій вірусом, спостерігається поява блідо-жовтого забарвлення листків рано навесні, невдовзі після пробудження посівів. Листя уражених рослин часто має мозаїчний візерунок у вигляді темно-зелених цяток на блідому зеленкувато-жовтому фоні. Деякі штами викликають надмірне кущіння рослин. Найхарактернішою діагностичною ознакою інфекції є те, що із підвищенням температури понад 20°C симптоми, як правило, зникають, оскільки за таких умов (наприкінці весни) активність вірусу в уражених рослинах значно знижується. Грунтовий вірус мозаїки пшениці найчастіше плутають із хворобою, спричиненою іншою грунтовою інфекцією — вірусом веретеноподібної смугастої мозаїки пшениці (ВВСМП) (Wheat spindle streak mosaic virus, родина Potyviridae, рід Bymovirus), який викликає подібні симптоми (затримання росту і хлороз), а також чутливий до температури. Основною діагностичною ознакою, яка допомагає розрізнити ці віруси, є поява хлоротичних переривчастих смуг, орієнтованих паралельно до жилок листя, видовженої чи веретеноподібної форми із темно-зеленими острівцями по центру за інфікування рослин ВВСМП (фото 3).
Захворювання частіше проявляється у низинах, де вологі грунтові умови сприяють розмноженню найпростіших протист — векторів вірусу. Поширення вірусу відбувається з допомогою мікопаразита Polymyxa graminis, який циркулює у прохолодних вологих грунтах. Грунтові віруси потрапляють у корені рослини із грибними зооспорами: у прохолодних вологих грунтових умовах сплячі спори продукують зооспори, які «підпливають» до молодих коренів пшениці та інтродукуються через кореневі волоски або клітини епідермісу (рисунок). За утворення плазмодію вірусні частки переносяться у клітини рослин, у цій самій фазі відбувається й інфікування гриба. Після того як корені інфікованої рослини перегнивають, сплячі спори потрапляють у грунт, де можуть зберігатись і бути джерелом вірусної інфекції упродовж багатьох років, тому вирощування рослин-господарів за умов частої сівозміни неефективне. Так, грунтовий вірус мозаїки пшениці здатен зберігатись понад 20 років у сплячих спорах та 10 років — у сухій рослинній тканині, інфекція може поширюватись із ураженим грунтом, який розноситься вітром, водою або забрудненою сільськогосподарською технікою.
Заходи захисту. Виходячи із розуміння епідеміологічних особливостей грунтових вірусів, найпрактичнішою стратегією боротьби із хворобами, викликаними грантовими вірусами, є використання стійких сортів. Так, у Німеччині майже 70% усіх районованих сортів озимого ячменю стійкі до цих вірусів. Тільки завдяки швидкому селекційному прогресу в багатьох регіонах стало можливим вирощування цієї культури. Попри те, що точного механізму сортової стійкості наразі не встановлено, достеменно відомо, що в резистентних рослинах порушується системний рух вірусів від коренів до листя, однак це не впливає на реплікацію і міжклітинний транспорт збудника в тканинах коренів. Використання хімічних речовин — грунтових фумігантів для контролю P. graminis виявилось економічно невиправданим.
Вірус карликовості пшениці (ВКП) (Wheat dwarf virus, рід Mastrevirus, родина Geminiviridae). Економічно важливий і значно поширений ДНК-вмісний вірус, що здатен уражувати пшеницю, жито, ячмінь, овес та спричинювати збитки врожаю до 50%. В Україні ВКП поширений у Хмельницькій, Київській, Черкаській, Одеській, Херсонській та Харківській областях. Уперше цей збудник було описано у 1961 р. у Чеській Республіці. Передається цикадками Psammotettix alienus у персистентний спосіб (фото 4). Спалахи захворювань, які все частіше фіксують останнім часом, викликані, ймовірно, змінами у сільськогосподарській практиці раннього висіву озимої пшениці, так що вірофорні комахи можуть інфікувати проростки злаків ще з осені. Саме тому на осінніх полях пшениці та жита можна спостерігати ділянки жовтого кольору, представлені ураженими рослинами із надмірним кущінням і надірваним краєм листкової пластинки. Верхня частина листя інфікованих рослин набуває червонуватого відтінку, а на райграсі вірус спричинює смугастість. Упродовж зими і до фази викидання колоса більшість інфікованих рослин гине. Ті рослини, які вижили, як правило, стають стерильними чи продукують малу кількість насінин у колосі.
Заходи захисту. Наразі відсутні препарати, здатні знищувати цикадок — переносників вірусу на зернових культурах. Ефективність дії інсектицидів обмежується через часті міграції векторів. Найекологічніший шлях контролю вірусу карликовості пшениці — використання вірусостійких сортів, однак відсутність джерел резистентності до зазначеного вірусу значно гальмує селекційний процес.
Вірус жовтої карликовості ячменю (ВЖКЯ) (Barley yellow dwarf virus, родина Luteoviridae, рід Luteovirus) є збудником найбільш поширеного і небезпечного захворювання злакових культур у всіх країнах світу, в тому числі й Україні. Вірус уражує близько 100 видів зернових, зокрема пшеницю, ячмінь, овес, кукурудзу, рис та ін. Захворювання, спричинене цим збудником, є нагальною проблемою у понад 50 країнах, де вірус періодично викликає епіфітотії та призводить до значних втрат урожаю (60–90%). За симптоматикою захворювання ВЖКЯ нагадує вірус карликовості пшениці. Як правило, візуально відрізнити один вірус від іншого неможливо — для цього необхідно застосувати серологічні чи молекулярні методи дослідження. Спалахи обох вірусів мають місце час від часу, причому домінує якийсь один вірус.
Вірусіндуковані симптоми. Ранні симптоми інфекції зазвичай проявляються хлоротичністю та пожовтінням молодих верхніх листків на окремих рослинах (фото 5). Пізніше плямистість набуває яскраво-жовтого, а згодом — червонувато-коричневого забарвлення, рослини стають низькорослими і кущаться. Нерідко вся верхівка листків стає червонуватою, тоді як решта рослини залишається темно-зеленою. Найнебезпечніший ВЖКЯ для молодих рослин: ураження проростків злакових призводить до їхньої загибелі. Негативний вплив інфекції може посилюватися іншими факторами стресу, такими як погодні умови, кислотність грунту, інфікування іншими шкідниками та хворобами.
Відомо декілька штамів вірусу, в рослинах збудник локалізується у флоемі і передається різними видами зернової попелиці. Наразі відомо 98 видів попелиць, які можуть розносити вірус. ВЖКЯ циркулює у комасі-переноснику, і вірофорні попелиці поширюють вірус на великі відстані. Зазвичай кількість хворих рослин на посівах залежить від чисельності популяції переносника та її активності. Восени вірус потрапляє у зернову культуру двома способами: безпосередньо безкрилими попелицями, що живуть у траві і на самосійних злакових, або в результаті непрямого передавання крилатими попелицями, які мігрують на нові культури рослин і таким чином сприяють поширенню вірусу. Високому рівню ураженості посівів сприяє тривалий період вегетації та помірний температурний режим, за якого і вірус, і переносник краще розмножуються. Так, уведення загальної практики посіву озимого ячменю в ранні строки та досить часті теплі зими призводять до масового поширення захворюваності і як наслідок — до великих втрат урожаю. ВЖКЯ не передається механічним шляхом чи через насіння.
Заходи захисту. Для боротьби із вірусом карликовості ячменю застосовують такі самі агротехнічні заходи, як і за контролю вірусу карликовості пшениці, зокрема: боротьбу з попелицями-переносниками шляхом інсектицидних обробок насіння, обробку озимих ранніх висівних строків та інсектицидні обробки протягом вегетації; оптимальні строки висівання (залежно від масового льоту попелиць); боротьбу із бур’янами — резерваторами вірусу і переносниками (злакові бур’яни, сходи падалиці); застосування збалансованих доз добрив (надлишок азоту сприяє розмноженню попелиць) та створення стійких (або толерантних) сортів.
Вірус мозаїки стоколосу безостого (ВМСБ) (Brome mosaic virus, рід Brovovirus, родина Bromoviridae) — один із «найдрібніших» РНК-вірусів. ВМСБ функціонує на всіх континентах і є одним із найпоширеніших фітовірусів у світі. Збудник захворювання належить до групи типових природно-вогнищевих патогенів — поширення вірусу обумовлюється насамперед наявністю природних вогнищ інфекції і чисельністю вектора. Уражує рослини 162 видів із семи родин, зокрема пшеницю, овес, ячмінь, жито, кукурудзу, сорго, кострицю безосту, пирій повзучий, житняк, різні види райграсу та костриці лучної (вівсяниці), тимофіївку, тонконіг лучний, а особливо озиму пшеницю та ячмінь. Часто зустрічається у змішаній інфекції із вірусами смугастої мозаїки пшениці і карликової мозаїки кукурудзи на кукурудзі та сорго. Деякі сорти пшениці є безсимптомними носіями захворювання. Злаки для цього патогену є єдиними рослинами-хазяями, хоча деякі дводольні можуть бути сприйнятливими до інфекції. Серед дводольних рослин коло його господарів обмежене декількома родами із шести родин.
Стійка циркуляція ВМСБ у природі відбувається за допомогою імаго і личинок п’явиці червоногрудої (Oulema melanopus L.), здатних переносити вірус із дикорослих однодольних бур’янів на культурні зернові (фото 6). Є відомості, що вірус передається деякими видами жуків роду Diabrotica, нематодами роду Xiphinema, злаковими попелицями. Легко передається механічним та контактним шляхом, що особливо характерно для загущених насаджень. Не передається із насінням.
Вірусіндуковані симптоми. Листки хворих рослин пшениці набувають світло-зеленого забарвлення, а на листках ячменю з’являються мозаїчна крапчастість і плямистість, які часто зливаються, утворюючи переривчасті видовжені хлоротичні смуги. Специфічною ознакою вірусу мозаїки стоколосу безостого у злакових рослин є деформація (ниткоподібність) центрального листка, рослини стають кволими, пригніченими, відстають у рості, продукують дрібні зморщені зернини. ВМСБ викликає мозаїку на листках костриці безостої, егілопса циліндричного та інших диких трав. Найчутливішими до ураження є культури ярої пшениці та ячменю.
Заходи захисту. ВМСБ належить до групи вірусів, що послаблюють кущіння злаків, але не впливають на їхній ріст. Завдяки компенсаційному ефекту хворі рослини не витісняються здоровими і їхня шкодочинність незначна. В окремі роки вірус уражує до 14% зернових. Попри те, що вірус не відносять до категорії збудників, які спричинюють значні економічні збитки, хвороба може призводити до відчутних втрат урожаю (від 50 до 100%) фуражних культур та пшениці, а також впливати на проростання насіння інфікованих рослин. Тому для обмеження вірусного захворювання застосовують комплекс профілактичних агротехнічних засобів: боротьбу із резерваторами вірусу і комахами-переносниками, уведення сівозмін, які обмежують негативний вплив монокультури і сприяють підтриманню на належному рівні фітосанітарного стану посівів і агротехніки, санітарну обробку ураженого поля із видаленням хворих рослин.