ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ РАСТЕНИЙ: ЭТИОЛОГИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Текст научной статьи по специальности « Биологические науки»

CC BY

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Назаров Павел Александрович, Балеев Дмитрий Николаевич, Иванова Мария Ивановна, Соколова Любовь Михайловна, Каракозова Марина Викторовна

За последние годы отмечено увеличение числа заболеваний, вызванных фитопатогенными бактериями , грибами и вирусами . Эти возбудители поражают растения на разных стадиях их роста и производства сельскохозяйственной продукции. В зависимости от погодных условий и фитосанитарного состояния посевов распространенность болезней может достигать 70-80% от всей популяции растений, а урожайность снижаться в ряде случаев на 80-98%. Растения обладают врожденным клеточным иммунитетом, однако специфичные фитопатогены способны его преодолевать. В представленном обзоре рассмотрены фитопатогены вирусной, грибной и бактериальной природы, а также современные концепции защиты растений, методы химического, биологического, агротехнического контроля и идентификации фитопатогенов.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Назаров Павел Александрович, Балеев Дмитрий Николаевич, Иванова Мария Ивановна, Соколова Любовь Михайловна, Каракозова Марина Викторовна

INFECTIOUS PLANT DISEASES: ETIOLOGY, CURRENT STATUS, PROBLEMS AND PROSPECTS IN PLANT PROTECTION

In recent years, there has been an increase in the number of diseases caused by bacterial, fungal, and viral infections. Infections affect plants at different stages of agricultural production. Depending on weather conditions and the phytosanitary condition of crops, the prevalence of diseases can reach 70-80% of the total plant population, and the yield can decrease in some cases down to 80-98%. Plants have innate cellular immunity, but specific phytopathogens have an ability to evade that immunity. This article examined phytopathogens of viral, fungal, and bacterial nature and explored the concepts of modern plant protection, methods of chemical, biological, and agrotechnical control , as well as modern methods used for identifying phytopathogens.

Текст научной работы на тему «ИНФЕКЦИОННЫЕ БОЛЕЗНИ РАСТЕНИЙ: ЭТИОЛОГИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ»

Инфекционные болезни растений: этиология, современное состояние, проблемы и перспективы защиты растений

П. А. Назаров1,2,3*, Д. Н. Балеев4, М. И. Иванова5, Л. М. Соколова5, М. В. Каракозова6 1НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, 119992 Россия

2Московский физико-технический институт (государственный университет), Долгопрудный, Московская обл., 141700 Россия

3Федеральный научный центр овощеводства, пос. ВНИИССОК, Московская обл., 143080 Россия 4ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений, Москва, 117216 Россия

5Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства — филиал ФГБНУ «Федеральный научный центр овощеводства», д. Верея, Московская обл., 140153 Россия 6Центр наук о жизни, Сколковский институт науки и технологии, Москва, 121205 Россия *E-mail: nazarovpa@gmail.com Поступила в редакцию 25.05.2020 Принята к печати 30.06.2020 DOI: 10.32607/actanaturae.11026 РЕФЕРАТ За последние годы отмечено увеличение числа заболеваний, вызванных фитопатогенными бактериями, грибами и вирусами. Эти возбудители поражают растения на разных стадиях их роста и производства сельскохозяйственной продукции. В зависимости от погодных условий и фитосанитарного состояния посевов распространенность болезней может достигать 70-80% от всей популяции растений, а урожайность снижаться в ряде случаев на 80-98%. Растения обладают врожденным клеточным иммунитетом, однако специфичные фитопатогены способны его преодолевать. В представленном обзоре рассмотрены фитопа-тогены вирусной, грибной и бактериальной природы, а также современные концепции защиты растений, методы химического, биологического, агротехнического контроля и идентификации фитопатогенов. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА бактерии, грибы, вирусы, пестициды, фитопатоген, селекция, устойчивость к болезням, интегрированная защита растений, биологический контроль, агротехнический контроль, иммунитет растений.

Считается, что растение подвержено заболеванию, если под действием факторов внешней среды в нем изменяются физиологические процессы, приводящие к нарушению нормальной структуры, роста, функций или других параметров. Болезни растений подразделяются на инфекционные и неинфекционные в зависимости от природы агента, вызывающего болезнь. Симптомы болезни могут зависеть от причины, вызвавшей заболевание, от характера и локализации воздействия, которое оказывается на растение. Факторы, вызывающие болезни растений, могут иметь биотическую и абиотическую природу. Неинфекционные заболевания обусловлены неблагоприятными условиями выращивания, они не передаются от больного растения здоровому, тогда как инфекционные заболевания могут распространяться от одного восприимчивого хозяина к другому, по-

скольку инфекционный агент способен размножаться внутри растения или на его поверхности.

Выделяют такие признаки болезней растений, как увядание, пятнистости (некрозы), налеты, пустулы, гнили, опухоли (наросты), деформации, мумификации, изменение окраски и разрушение пораженной ткани. Увядание обусловлено потерей тургора клеток и тканей, оно вызывается как абиотическими, так и биотическими факторами. Пятнистости в большинстве случаев появляются при отмирании части тканей растения под действием биотических факторов. Налеты и пустулы возникают при поражении растений грибами. Гнили приводят к отмиранию как внутриклеточного содержимого (бактериальные мокрые или грибные твердые гнили), так и к разрушению межклеточного вещества и оболочки клеток (грибные, сухие гнили). Опухоли возникают в результате разрастания пораженной ткани под влиянием

возбудителей болезни. Деформации (морщинистости, скрученности, курчавости, нитевидности листьев, уродливость плодов, махровость цветков) могут вызываться различными биотическими и абиотическими факторами вследствие оттока продуктов фотосинтеза, неравномерного поступления в растение питательных веществ и неравномерности роста различных элементов ткани. При мумификации наблюдается поражение органа растения мицелием гриба, что приводит к его усыханию, потемнению и уплотнению. Изменение окраски обычно обусловлено нарушением функций хлоропластов и низким содержанием хлорофилла в листьях, что проявляется светлой окраской участков листа (мозаики) или всего листа целиком (хлороз) [1, 2].

Возбудители инфекционных болезней могут распространяться по воздуху, с водой, переноситься животными и человеком и сохранять инфекционность долгие месяцы и годы. Естественными резервуарами инфекций являются почва, вода и животные, особенно насекомые.

Инфекционные заболевания растений вызываются в основном патогенными организмами, такими, как грибы, бактерии, вирусы, простейшие, а также насекомыми или паразитическими растениями [1]. С развитием сельского хозяйства инфекционные болезни растений становятся все более значимым фактором, влияющим на урожайность и экономическую эффективность. В полевых условиях каждое растение, культивируемое в виде монокультуры, имеет одинаковые стандартные условия и требования к посадке, уходу и уборке, что приводит к большей урожайности и меньшим затратам на производство, чем при использовании поликультуры [3]. За последние полвека современные технологии, в том числе и монокультивирование, сократили количество дополнительной земли, необходимой для производства продуктов питания. Однако ежегодное выращивание одной и той же культуры на одном и том же месте истощает почву и делает ее неспособной поддерживать здоровый рост растений. Другая критически важная проблема — подверженность монокультуры инфекционным заболеваниям. Даже на стадии хранения, транспортировки и распределения до конечного потребителя потери могут составлять до 30% (рис. 1) [4, 5]. Поэтому контролировать и предотвращать развитие инфекционных болезней необходимо на всех стадиях производства растениеводческой продукции: от технологий работы с семенами до доставки и хранения продукта на полках магазинов и в домах потребителей. В данном обзоре обобщена текущая информация о причинах и патогенетических механизмах инфекционных заболеваний растений, вызванных вирусами, бактериями и грибами, которые

поражают основные сельскохозяйственные культуры, включая зерновые, овощные и технические. Рассмотрено современное состояние, проблемы и перспективы защиты растений.

ИММУНИТЕТ РАСТЕНИЙ И МЕХАНИЗМЫ ЕГО ПРЕОДОЛЕНИЯ

Обычно растения обладают устойчивостью к неспецифичным для них патогенам, поскольку имеют восковую кутикулу, покрывающую эпидермальный слой клеток, и постоянно синтезируют различные антимикробные соединения, в то время как специфичные патогены используют разнообразные стратегии для проникновения в растения, что часто делает такую защиту неэффективной. Грибы могут проникать непосредственно в клетки эпидермиса или распространять гифы поверх растительных клеток, а также между ними, что не требует специальных структур или каких-либо особых условий, тогда как бактериям или вирусам часто необходимы либо поврежденные ткани, либо попадание в специализированные структуры (например, устьица), либо нужен специфический переносчик (вектор), которым обычно бывают насекомые, грибы и простейшие. Как же происходит инфицирование растений фитопатогенами? Чтобы представить это, необходимо обратить внимание, что растения, в отличие от животных, полагаются на врожденный иммунитет каждой клетки и системные сигналы, исходящие из мест заражения, а не на подвижные защитные клетки и соматическую адаптивную иммунную систему. При этом инфицирование патогенными микроорганизмами не всегда успешно из-за структурных изменений в клеточной стенке или запрограммированной гибели клеток.

У растений имеются так называемые трихомы -выросты эпидермиса, препятствующие росту и проникновению патогена. Трихомы могут содержать антимикробные соединения или обладать ингиби-рующим действием на микробные гидролитические ферменты, вовлеченные в повреждение клеточной стенки. Роль клеточной стенки невозможно переоценить, она является первым препятствием, которое должны преодолеть патогенные микроорганизмы, а успешная защита на данном рубеже обороны наиболее эффективна против неспецифических патогенов. Клеточная стенка состоит из микрофибрилл целлюлозы и гемицеллюлозы, она армирована лигнином, а также содержит значительное количество белков, выполняющих структурную и ферментативную функции [6]. Гетерогенность строения клеточной стенки растений вынуждает патогены применять разные стратегии для ее преодоления.

Антимикробные соединения растений — низкомолекулярные вещества небелковой природы — под-

https://cyberleninka.ru/article/n/infektsionnye-bolezni-rasteniy-etiologiya-sovremennoe-sostoyanie-problemy-i-perspektivy-zaschity-rasteniy