Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Биологические особенности и методы борьбы с А-вирусом картофеля

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Автореферат диссертации по теме "Биологические особенности и методы борьбы с А-вирусом картофеля"

Российская акадеияя сельскохозяйственных наук Научно-исследовательский институт картофельного хозяйства

На правах рукописи УДК 635. 21: 632. 33-631. 811

МУЛЕТАРОЗА Стефка Шкодова

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С А-ЕИРУСОМ КАРТОФЕЛЯ

Специальность 06.01.11 - зашта растений от вредителей

и болезней

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва - 1992

Работа выполнена на Ценральной опытной станции по селекции сортоподдер&анига картофеля г. Пловдив, Болгария и в Биотехкологическс центре Научно-исследовательского института картофельного хозяйст! Россельхозакадемии.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Л. II Трофимец Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Б. А. ИЪмгля кандидат биологических наук, старший научный сотрудник В. А. Князев.

Ведущее предприятие - кафедра защиты растений Университета Дружбы Народов имени Патриса Лумумбы

Защита состоится '¿?С" февраля 1992 г. в 14 час. на заседайш Специализированного совета К 122.19. 01 при Научно-исследовательскок институте картофельного хозяйства по адресу: 140052, пос.Коренево, Московской области, Люберецкого района.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ картофельного хозяйства.

Автореферат разослан января 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат биологических наук ■ ■ ■ . .<<->' Е П. Склярова

' V

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

."--"....■.Актуальность темы. Из распространенных Фитопатогенов картофеля в Болгарии в последние несколько десятилетий особое значение приобрели вирусы. Их большое число - более 20 - и вегетативный способ размножения растения-хозяина являются Бажнымл предпосылками для увеличения пораженных вирусами растений и для резкого снижения урожаев. Потери достигают от 10-20 до 70-807. (Стайков, Ковачевски и др. ,1980). В последние годы в литературе сообщаются новые данные о расширении ареала распространения и потерях, вызываемых А-вирусом картофеля (АВК). Вместе с тем в Болгарки до настоящего времени не изучены биология, экология, эпидемиология и средства борьбы с ним. Цель и задачи исследований.

Цель исследований - изучить распространение, вредоносность, симптоматику и диагностику АЕК и разработать гффектившэ методы борьбы с ним в Болгарии.

В задачу исследований входило изучение:

- экологии АВК и эпидемиологии болезни;

- физических свойств Еируса и его биологических особенностей;

- влияния АВК на некоторые метаболические процессы в больном растении картофеля;

- действия биологически активных веществ с антивирусными свойствами на АВК в растениях;

- разработка эффективных методов оздоровления картофеля и мер борьбы с АВК.

Научная новизна работы.

Впервые в Болгарии изучены ареал распространения, вредоносность, физические и биологические свойства изолятов АЕК, а таютэ экологические условия, способствующие накоплению вирусной инфекции на тлррит-рии Болгарии.

Установлены физколого-биохимические изменения ь растениях под влиянием АВК, характеризирущиеся подавлением фотосинтеза, нарушением бзлково-углеводного «Обмена, индукцией защитных реакций, изменением активности ферментов. Впервые выявлены сопряженные изменения активности окислительно-восстановительных ферментов (пероксидаза, катала-8а) и фитогормоков, связанные с количественными и качественными изменениями их компонентного состава.

Показана высокая антивирусная активность новых синтетических регуляторов роста (о-фенилтиоуреидобензойная и алилтиоуреидобэнзойная кислоты),' полученных в Болгарской, академии наук.

Охарактеризованы распространенные и перспективные ' в Болгарии сорта картофеля по устойчивости к АВК.

Практическая ценность работы.

Результаты наших исследований даш основание отнести АВК к группе вредоносных вирусов. Данные по распространению, динамике накоплен ния АВК в растениях, симптоматике служат основой для разработки перспективных методов оздоровления и защиты семенного картофеля от АВК.

■В целях повышения эффективности производства безвирусного исходного материала рекомендовано использование о-фенил- и алил- производных гиоуреидобензойной кислоты, обладающих высокой антивирусной активностью.

-.Выявлены сорта картофеля (Карина, Мондиал, Солара, Лизетта, Витал), обладающие высокой устойчивостью к АВК.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы доложены на лаучно-методической конференции кафедры биохимии Болгарского аграрного университета (Шовда, 1990) и на НГС Биотехнологического центра НИИ картофельного хозяйства Российской сельскохозяйственной академии (1991).

. Публикации. Основное содержание-работы отражено в Z публикациях.

Объем работы. Общий объем диссертация составляет страниц, включая таблицы и/У рисунка. Список использованной литературы -/96 наименования, в том числе /¿^"иностранных.

МАТЕРИАЛЫ И ÍCTOJTÜI

Исследования проводились в 1989-19-1 гг. на базе Центральной опытной станции по сортоподдержанию и сортоиспытанию картофеля г. Пловдив, республика Болгария.

Основные эксперименты проведены на растениях картофеля сорта Вокал и табака сорта Самсун. На всех этапах исследований определяли наличие вирусной инфекции методом иммуноферментного анализа (Й£>А). Использовали "сэндвич" вариант ИФА (Clark, Adams,1976) с диагностическими наборами фирмы Boehringer Mannheim.

При проведении исследований использовали зараженные AKt растения картофеля, а в качестве контроля - элитные клубни, полученные с использованием тканевых культур.

Схема посадки в поле - 70«30 см. Опыты закладывали в трехкратной повторности по сорок растений а каждой, математическую обработку данных проводили при помощи персональной ЗВМ.

Изучение морфологических особенностей вируса проводили по методу BFandes (1957), Derrick (1973), Leseman (1973), Кайтазова (1983), а физических свойств: точки температурной инйктизации, степени предельного разведения и стабильности инфекционного сока при комнатной температуре - по А. Е. Проценко (1966).

Содержание индольных ауксинов и гибберилинов определяли по Lang (1961) и Машеву (1977). Активность каталазы определяли по методу Баха и Опарина (Ермаков, 1972) и газометрически в "аппарате Варбурга. Перок-сидазную активность устанавливали согласно метода, описанного Kami nek (1962), а также колориметрически с использованием субстрата р-диметил-фенилдиамин (Corvini, Giacomelli,1960). ИзоферментиыЯ сос-

- о -

тав пероксидаз определяли с помощью диск-электрофореза по методике tiovasky, Hamton (1963), фотосинтетическую активность - в аппарате Нарбурга, а растворимый белок - по методу Lowry (1956).

Исследование количественного и качественного состава свободных и связанных аминокислот проведено согласно методике stacman, Mur, Stoin (1958), Boason (1967) с помощью автоматического аминокислотного анализатора типа ЕАА 881.

Работу по оздоровлению картофеля in vitro проводили на питательной среде, по методике, предложенной Винклер и Бутенко (1970) с добавлением синтетических регуляторов роста (о-ФГБ и АТБ) в концентрациях 1.0 и 1.5 мг/л.

Устойчивость распространенных и перспективных сортов к АВК картофеля проводили по методу de Bokx (1S76).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Биолого-экологические исследования АВК.

Распространение АВК. Результаты изучения распространения АВК в основных районах производства картофеля в Болгарии показывают, что вирус распространен повсеместно. Степень зараженности отдельных сортов в различных районах варьирует от > 0.5-2.1Z в первый год до 3. 6-37.8Z на третий год выращивания клопового материала.

Влияние АВК на урожайность картофеля. Влияние вирусной инфекции на продуктивность картофеля изучали в вегетационных и полевых опытах. В вегетационных опытах установлено, что вирус задерживает рост и развитие зараженных растений, в результате чего масса листьеЕ и стеблей у них была ниже на 36%, а число клубней и средняя масса одного клубня составляли соответственно 56,77, и 83,0% по сравнению со здоровыми растениями.

Эха тенденция сохранялась в полевых опытах. В среднем за два года исследований количество клубней у больных растений составило 81.0% по сравнению со здоровыми растениями. При этом вредоносность вируса возрастала с 16.0% в 1989 г до 22.0% в 1990 г.

Таблица 1 Влияние АЕК на количество клубней (Полевой опыт, сорт Вокал)

1 1 |Количество! Количество клубней

1 Год Iрастений, Н 1 1 НСР095 |

| шт | 1 | здоровые 1 больные 1

1989

1990

40 40

403 337

339 294

37. 9 37.3

Сильнее• выражено отрицательное влияние АВК на массу клубней. За зва года она снизилась на 36.2% (таблица 2).

Таблица 2 .Влияние АВК на массу клубней . (Пслевой опыт, сорт Вокал)

■ |Количество!

Год |растений, |-

| шт ) здоровые

Масса клубней, кг -1-

больные

1989

1990

40 40

12. 4

10.6

ю: 1

6.9

2.17 1. 25

Влияние экологических ¿акторов на накопление вирусной инфекции. Экологические условия в картофелепроизводящнх районах Болгарии благоприятствуют быстрому накоплению вирусной инфекции ABR и в сочетании с другими вирусами способствуют вырождению культуры. За период 1989-1990 гг у испытываемых сортов зараженность Еозрасла от 0 до 32%.

В связи с этим определяли динамику лета и видовой состав тлей-переносчиков. В качестве векторов были установлены Myzus pérsicas, Aphis nasturtii, Aphis fabae, Aphis franguíae, Macrosiphum solanifolii, Aulacortum solaiii. Массовый лет тлей совпадал с активным вегетационным периодом картофельного растения.

Изучение морфологических и физических свойств АВК. Эксперименты проводили с изолятом сорта Чернатица как на основном хозяине - картофеле, так и на исскуственно зараженном табаке. Для' контроля использовали сетки, инкубируемые и декорируемые антисывороткой против У-вируса картофеля. Низкая концентрация вирионов в расте= ниях картофеля и табака не позволила наблюдать вирусные частицы в препаратах, приготовленных по методу погружения (Brandes,1957). Впервые в Болгарии A-вирус идентифицирован при помощи электронной микроскопии в препаратах, приготовленных по методу Milne и Luísoni (1975) из накопителя АВК - растения ;абака.

Исследования показали, что модальный размер вирионов составляет 725 НМ.

При изучении физических свойств АВК установили:

- точка температурной инактивации изученных изолятов колеблется от 42" до 54* С;

-i

- точка предельного разведения инокулюма варьирует от 10 до 10 ;

- сохранение инфекционности сока от 13 до 24 часов, причем у изолятг. Чернатица она сохраняется в течение 46-48 часов.

наук,

Физиолого-биохкмические исследования.

Изучали специфические изменения в метаболизме пораженных АВК и АВК+УВК растений табака и картофеля, ргчлнз данных показывает, что в период развития патологического процесса в растении нарушается биосинтез белка (таблица 3).

Таблица 3

Содержание сырого и чистого белка в тканях листьев здоровых и пораженных АВК растений картофеля и табака ( 7. от сухой массы)

1----1--1-1-1---1--1-1

| 1 Общий | Сырой | В % к |Белко- I Чистый | В 7. к |

| Вариант | азот | белок |контро-1 вьй |белок !контро-| I 1 |(N06. * | лю | азот ЦЬ'бел. лю |

I ! ! 6.25) | | | 6. £5) | |

Табак здоровый 4. 24 Табак с ЛЕК 3. 21 Картофель

здоровый Картофель с АВК Картофель ЗДОрОЕЫЙ

Картофель с АВК+УЕК

6.18

5.74

6.17

5. 85

26. 5 20. 1

38. о

35. 8 38.5

36. 5

100 2.90 18.1 100 75.8 2.10 13.1 72.3

4.16 26.0 100

92.7 3.78 23.6 90.7

1С0

4. 97

94. 8 4. 53

31. О

П8. 3

100

91.;

Результаты исследований, приведенные в таблице 4, показывают, что как на табаке, так и на картофеле отмечалась тенденция к сникению содержания пластидных пигментов (хлорофилла "а") при заражении что указывает • на нарушение фотосинтетической деятельности у г.'о ль них

растений.

Таблица 4

Содержание; хлорофилла "а" в листовой ткани (мг/г)

Вариант

Здоровые растения

Больные 1 В % к конт- |

растения

рож

Табак с АВК Картофель с АВК Картофель с АВК+УВК

2.16

1.62

84.2

0. 84

0. 53

66.6

0. 74

О. 47

63. 5

Полученные результаты об изменении'в биосинтезе белка и снижении содержания пластидных пигментов являются указанием о расстроенной синтетической деятельности и значительном усилении процессов деграда-_ ции.

Инфицированные АВК растения табака и картофеля характеризовались также нарушенной оксидазной активностью. Отмечали тенденцию к повышению активности пероксидазы - на 42,8% у табака, на 20.7% у картофеля, при смешанной инфекции АВК+У/.К - на 34. 9%. Одновременно активность катал аз и снижалась соответственно на 56..4 , 80.7 , 85.8%.

Проведенные исследования свидетельствуют о повышении содержания свободных аминокислот у зараженных растений картофеля на 25.6-88. 3%. При этом содержание общ« аминокислот снижалось на 60.5-72.5%, а незаменимых - на 63. 2-90. 0% по сравнению, со здоровыми растениями.

Изоферментный полиморфизм, вызываемый АВК, тесно связан с содержанием Фитогормонов, посредством которых нарушается рост и развит растений. Исследования показали, что пероксидаза, выделенная из рас-

тений картофеля сорта Вокал, представлена пятью нзоферменташ!. У больных растений белковые компоненты обладают электрофоретическсй подвижностью в узком интервале - от О.04 до 0.70, в то время как у здоровых - от 0.05 до 0.75 (рисунок 1).

Наиболее четко проявляются полосы 3,4,5 и 6, причем высокой активностью обладают полосы 4,5,6. Из них новой у больных АЕК растений является полоса 5. По (У7--величинам она совпадает с полосой 6 у здоровых растений, чья активность наиболее высокая.

130

120

110

100

90

Здоровые

Больные

п

Ч] о

1

к

0,0

0,5

1,0 0,0

0,5

1.0

Рис. 1. Гистограммы биологической активности свободных ауксинов и ингибиторов роста в ткани листьев растений картофеля. Разделительная смесь: изопропанол, аммиак, вода С10:1:1): бумага 2043а.

Рис, 2. Денситограмма изоферментного спектра пероксидазы. в листовой ткани здорового растения картофеля сорта Вокал.

Рис. 3. Денситограмма изоферментного спектра пероксидазы в листовой ткани картофельного растения сорта Вокал, зараженного ABK.

Приведенные данные позволяют предположить, что у пораженных АВК растений наступают качественные и количественные изменения в изофер-ментном составе пероксидазы.

При электрофоретическом исследовании эндогенных регуляторов роста (индольных ауксинов и ингибиторов) у пораженных А-вирусом растений установили активность в зоне с Rf-величинами 0.65-0.75, соответствующей природному ингибитору - абсцизовой кислоте (рисунок 2). Последняя может подавлять биосинтез ауксинов и их предшественников.

Методы и средства борьбы с А-вирусом картофеля.

Анализ данных о биологии, экологии и патофизиологии А-вируса позволяет обосновать поиск новых направлений, методов и средств борьбы с патогеном наряду с традиционными агротехническими приемами. При этом основное внимание было уделено:

1. Изучению устойчивости ч АВК распространенных и перспективных сортов картофеля на территории Болгарии. Большинство из 43 испытанных сортов проявили себя восприимчивыми к вирусу, причем процент зараженных растений колебался от 20 до80£. При этом в течение двух лет изучения у большинства сортов не проявлялось внешних признаков болезни. Наиболее рельефные признаки проявлялись при вторичной инфекции у сорта Белорусский ранний в виде слабой мозаичности и курчавости листьев, у сорта Приор - просветления жилок, у сорта Черцзтйца - просветления жилок И курчавости листьев, у сорта Вокал - мозаичности листьев и просветления жилок. Выделена группа сортов, обладающих относительной устойчивостью к АВК: Мондиал, Солара, Лизетта, Павлин и Витал.

2. Влияние некоторых регуляторов роста на АВК. Из литературных источников (Каранов и др. ,1968; Машев,1377) известна физи югическая активность производных мочевины и тиомочевины ь качестве регуляторов роста, особенно перспективными оказались о-ОТБ (о-фенилткоуреидсСеч-зойная кислота) и А?Б (алилтиоуреидобенэойная кислотл\ которые |:эу-

ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРА РОСТА о-ФГБ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ АВК ПРИ ЗАМАЧИВАНИИ КЛУБНЕЙ СОРТА ВОКАЛ

-га-

чены с точки зрения ингибирования вирусной инфекции. Испытывали добавление регуляторов роста в питательную среду, а также опрыскивание и полив растений,полученных методом тканевых культур, и замачивание клубней в растворах с концентрацией 1.0 и 1.5 мг/л.

Цель испытаний "in vitro" заключалась в установлении влияния испытываемых веществ на подавление вирусной инфекции в разных частях растений при выращивании на питательной среде. После трехкратного пассажа при помаши ИФА установлено, что оба вещества неодинаково подавляли концентрацию вируса в разных частях растения. В наибольшей степени концентрация вируса снижалась при использовании АТБ (1 мг/л) в части растения ме?ду 5 и 8 междоузлиями, при АТБ (1.5 мг/л) - между 4 и 6 междоузлиями, при о-ФТБ (1 мг/л) - по всему растению и при о-ФГБ (1.5 мг/л) - метзду 4 и 7 междоузлиями.

При изучении влияния регуляторов роста путем опрыскивания наилучшие результаты были получены при использовании о-ФТБ в дозе 1 мг/л. При этом вирусная концентрация в растениях методом ИФА не обнаруживалась.

В опытах с поливом оздоровительный эффект не был получен.

Изучение .замачивания клубней в растворах о-ФТБ и АТБ показало, что наибольший эффект дает замачиЕзнйе клубней в течение 24 часов. При этом в случае использования с ФГБ в концентрации 1 мг/л подавле-яие вирусной инфекции наблюдали при экспозиции б часов (рисунок 4).

Анализ показателей экономической эффективности производства продовольственного картофеля свидетельствует о том, что освобождение

г

картофеля от А-вируса позволяет получить условно чистый доход в средам за два года в размере 2509.2 руб/га. При этом окупаемость дспол-штельных затрат составляет 60. 2 рубля на рубль затрат.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. А-вирус картофеля распространен повсеместно в районах произ-ъодсва картофеля в Болгарии. В зависимости от экологических условий, сортовой структуры и применяемой агротехники у отдельных сортов пора-леность варьирует от 0. 5 до 3?. 8%.

2. Экологические условия в картофелепроизводящих районах благоприятствуют быстрому распространению вирусной инфекции ABK. За период 1909-1990 гг. зараженность отдельных сортов возросла от О до 32Х.

3. Основными переносчиками АВК для Лловдивского района являются Aphis frangulae, Aphis nasturtu, Myzus pérsicas и Aphis fabae. Mac-совый лет совпадает с активным накоплением клубней у растений картофеля.

4. Проведена ишлуноэлектронномикроскопическая идентификация АВК, выявившая нитевидные вирионы размером около 725 ни. Определенны физические свойства вируса А:

- точка температурной инактивации у различных изолятов колеблется от '12° ¡[О 54'С;

- предельное разведение инфекционного сока варьирует от Ю** до 10 ;

- сохранение икфекционности сока in vitro от 18 до 24 часов, причем у изолята из сорта Чернатица оно составило 46-48 часов.

5. Под влиянием АВК у больных растений1 наблюдается тенденция к повышению содержания свободных аминокислот и снижению содержания незаменимых аминокислот. Наряду с этим у зараженных растений табака отмечено нарушение деятельности оксидаэ. Выявлена тенденция к повышению активности пероксидазы и подавлению катадазной активности. В больных растениях сильно снижено содержание хлорофилла "а" и "б". Изменение изоферментного состава пероксидазы у больных растений коррелирует с более низкой ауксиновой активностью под слиянием АВК, что свидетельствует о существовании связи между уровнем индолил-3-уксусной кислоты

и активностью некоторых изоферментов пероксндазы.

Нарушения з метаболизме больных растет?« приводят к снижению качества продукции. Больные клубни отличаются более низким содержанием сухого вещества и крахмала.

6. Впервые испытаны в культуре картофеля синтетические регуляторы роста алил-тиоуреидобензойная и о-фенил-тиоуреицобензойная кислоты. В ряде случаев они способствовали ингибировашш вирусной инфекции и оказывали положительный эффект нз рост , развитие и продуктивность картофеля.

7. Изучена устойчивость к вирусу районированных и перспективных сортов картофеля в Йзлгарии. Выделены сорта с высокой степенью устойчивости 1С вирусу А, такие как Карина, Шндиал, Солара, Лизетта, Витал.

8. В условиях Болгарии вирус А - экономически важный патоген. В полевых условиях у зараженных растений масса клубней ниже, чем у здоровых растений на 18.3-35.27», а число их на 16-22%. Вырадшвание картофеля на основе материала, освобожденного от АВК, экономически еы-гсдно и обеспечивает получение условно чистого дохода в размере 2509. 2 руб/га. Окупаемость дополнительных затрат при этом составляет 60. 2руб/руб.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Учитывая полученные данные о распространенности и вредоносности А-вируса на территории Болгарии, необходимо проведение работ по оздоровлению картофеля от АВК. При этом в качестве устойчивых сортов рекомендуется вырацнпать сорт?: Карина, Монднал, Солара, Лизетта, Витал.

2. В целях повышения эффективности производства Сезеирусного исходного материала рекомендуется использовать о-фенил- и алил- производные тиоурекдоСенэойной кислоты (о-ФТБ, АТБ), обладающих ьиоокзй

антивирусной активностью, в концентрации 1 мг/л путем замачивания клубней в течение 24 часа.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Влияние на картофения А-вирус върху някои физиологобиохимични промени в картофено-то растение. - Сб. Научни трудове на ВСЯ, Пловдив, 1390, том XXXV, кн. 31 (в соавторстве).

2. Изменения в някои гостоприемници под влияние на А-вирус и в смесена инфекция А- и У-вирус. - Сб. Научни трудов- на ВСИ, Плов-лив,1990, том XXXV, кн. 31 (в соавторстве).

Подписано к печати 27.12.91 г. Формат бумаги 60x90. Еаказ )¿6 С'бъем-I п.л. Тираж ICO экз.

Отпечатано на ротапринте HUILtüí а/о Коренево Цосковской области