Современные методы оздоровления растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЗДОРОВЛЕНИЯ РАСТЕНИЙ

Баматов Ибрагим Мусаевич, Заведующий

Учебно-Научно Исследовательской

Лаборатории Чеченского Государственного Университета

Реферат

оздоровление плодовый ягодный инфекция

В статье рассмотрены проблемы оздоровления плодовых и ягодных культур от вирусной инфекции, перечислены требования к посадочному материалу категории «базисные», приведен анализ современных методов оздоровления плодовых и ягодных культур и перспективы их использования. В результате исследования выбрана суховоздушная термотерапия в сочетании с методом апикальных меристем, как наиболее перспективная в условиях промышленного получения посадочного материала категории «базисные» плодовых и ягодных культур.

Ключевые слова: посадочный материал, оздоровление, хемотерапия, термотерапия, магнитноимпульсная обработка, вирусная инфекция.

Annotation

This research illustrates the problems of healing fruit and berry crops from viral infections, lists the requirements for planting materials of the basic" category, analyzes modern methods for improving fruit and berry crops and the prospects for their use. As a result of the research, dry-air thermotherapy in combination with the method of apical meristems was chosen as the most promising in the conditions of industrial production of planting material of the category "basic" of fruit and berry crops.

Key words: planting material, healing, chemotherapy, thermotherapy, magnetic pulse treatment, viral infection.

Введение

Основным залогом успеха современного садоводства является использование свободного от вирусов, грибных и бактериальных заболеваний посадочного материала, как подвоя, так и привоя. Согласно данных, приведенных отечественными исследователями, вирусные заболевания могут привести к потере от 20 до 70% урожая плодовых и ягодных культур [2, 5, 17]. Упадышев М.Т. приводит данные о снижении продуктивности груши под воздействием латентных вирусов на 20% и снижении содержания хлорофилла на 14% [25]. Он же указывает на снижение урожая ежевики и малино-ежевичных гибридов на 71%, а также на уменьшение длины их побегов на 40 % под действием неповирусов[20]. Вирусы обычно распространяются тлями и нематодами - лонгидоридами, с зараженным посадочным материалом, переносятся с пыльцой и семенами[32].

В западных странах и США размножением и оздоровлением посадочного материала занимаются специальные центры, в состав которых в обязательном порядке входят лаборатории по тестированию на инфекцию и лаборатории биотехнологии [4]. Эти центры обеспечены всеми условиями для выращивания, выкопки и хранения саженцев. Также эти центры проходят сертификацию, подтверждающую качество выращиваемого там материала. Требования к питомникам очень высокие, минимальные требования следующие:

- в размножении участвует только базисные, элитные и сертифицированные растения;

- растительный материал должен быть свободен от грибных, бактериальных, вирусных и фитоплазменных заболеваний, а также от вредителей;

- в почве питомника не должно содержаться таких патогенов, как Globoderaspp. и Synchytriumendobioticum а также нематод Longidorusspp. и Xiphinemaspp.;

- состояние посадочного материала необходимо регулярно проверять согласно методикам Европейской и средиземноморской организацией по защите растений ЕРРО [33]

Согласно голландских требований посадочный материал, маркированный как «вирус фри» (VF) тестируется на наличие следующих вирусов:

- семечковые - Apple chloroticleafspot virus, Apple mosaic virus, Apple
stem grooving virus, Apple stem pitting virus, Apple proliferation phytoplasma,
Apple ring spot;

- косточковые - Plumpoxpotivirus, Pruned warfilarvirus, Prunus
necrotic ringspotilarvirus;

- ягодныекультуры - Arabis mosaic virus, Raspberry ringspot virus, Tomato black ring virus, Strawberry crinkle virus, Strawberry latent ringspot virus,
Strawberry mild yellow edge virus [38].

Объекты и методы исследований

В данном исследовании проведен анализ мирового опыта в области оздоровления посадочного материала плодовых и ягодных культур. Объектом исследований являются работы ряда отечественных и зарубежных авторов, разрабатывающих методы оздоровления растений от вирусной инфекции. Использован метод анализа и обобщения литературных данных за последние 10 лет.

Обсуждение результатов

В последние годы усилиями ВСТИСП и других профильных учреждений совместно с Минсельхозом России разработан ряд нормативных документов по питомниководству, в том числе национальные стандарты [7-9], методические указания [24, 27], «Стратегия развития садоводства и питомниководства Российской Федерации на период до 2020 г.» [14].

Например, в национальном стандарте на посадочный материал - ГОСТ Р 53135-2008 «Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия»[8] установлены требования по фитосанитарному состоянию посадочного материала, в том числе и по наличию основных вредоносных вирусов.

Для начала размножения какого-либо растения отбирают здоровый исходный материал. Первым этапом в технологии размножения безвирусного посадочного материала является диагностика исходных растений. Для диагностики необходимо использовать как минимум 2 метода, один из которых является высокочувствительным - ИФА или ПЦР. Если комплекс диагностических мероприятий подтверждает отсутствие вирусов в растениях, то такие растения переводят в группу «базисные». В дальнейшем материал для размножения берут только с этих растений.

Но зачастую необходимые образцы, визуально здоровые, имеют скрытое носительство какого-либо заболевания, чаще всего вирусного. В таких случаях необходимо провести комплекс мероприятий по оздоровлению данного растения или группы растений исходя из генетических особенностей культуры и свойств вирусов.

Оздоровление растений основывается на следующих механизмах оздоровления:

- ингибирование репликации вирусов и снижение титра вируса;

- нарушение транспортных функций и ингибирование перемещения вируса по растению или отдельным его органам и тканям;

- индукция неспецифической устойчивости;

- деградация вирусных частиц, инактивация вирусных ферментов и ингибирование синтеза нуклеиновых кислот;

- увеличение пула безвирусных клеток [3, 11].

Чаще всего в таких случаях различные виды терапии - хемо-, термотерапию, магнитоимпульсную терапию [26] сочетают с биотехнологическими методами.

К биотехнологическим методам относится метод апикальных меристем, который основан на гипотезе отсутствия вирусных частиц в конусе нарастания - меристеме. Впервые эту гипотезу высказал Чунг [37] и Уайт[39]. Отсутствие вирусных частиц можно объяснить отсутствием проводящей системы в апикальной меристеме, однако остается возможность медленного проникновения их через плазмодесмы, которые соединяют клетки меристемы [30].

Начиная с середины ХХ века, появились данные об успешном получении свободных от вирусов растений, полученных из меристемы [35, 36]. R. Galsy получил положительные результаты при культивировании меристем винограда в 1972г. [34]. В дальнейшем методика оздоровления растений апикальными меристемами стала активно развиваться.

Во время хемотерапии в питательные среды добавляют различные противовирусные препараты. Упадышев М.Т рекомендует салициловую, галовую или сиреневую кислоты, которые обеспечивают оздоровление растений от 80% до 100%. Им же проведено оздоровление малины от вирусов при помощи хемотерапии in vitro [28] с добавлением в питательную среду препаратов рибавирин, кагоцел и арбидол в концентрациях 20, 40 и 80 мг/л. Л.А. Лукичева и др. проводили хемотерапию с использованием ингибиторов вирусов - вироцидов: виразола в концентрациях 1-50 мг/л и HEO-DHT в концентрациях 50-100 мг/л путём непосредственного введения их в питательные среды [15]. Дорошенко Н.П. использовала гентомицин и цефотаксим при микроклональном размножении винограда [12]. Данилова С.А. и Долгих Ю.И. считают, что цефотаксим действует различно на различные виды растений[10]. Он положительно влияет на рост и развитие микрорастений яблони [40]. Таким образом, был сделан вывод о положительном влиянии цефатоксима на регенерацию растений в процессе микроклонального размножения [13].

При магнитноимпульсной обработке растения подвергаются обработке магнитными импульсами с частотой 3,2-128 Гц, что также позволяет получить от 60 до 100% здоровых растений [21, 22]. Упадышев М.Т. использовал импульсы магнитной индукции с частотой от 0,8 до 51,2 Гц на протяжении 3-10 мин совместно с хемотерапией и смог получить от 14 до 57 % свободных от вируса шарки сливы и 14-29 % - свободных от комплекса вирусов растений [23]. Он же использует для оздоровления суховоздушную термотерапию в сочетании с культурой апексов, которая позволяет на выходе получить от 60 до 100 % оздоровленных растений. Митрофанова О.В. и др. сочетала три вида терапии для получения оздоровленных растений цветочных и декоративных культур - термотерапию, хемотерапию и культуру апексов [18].

На сегодняшний день имеется несколько методов инактивации вирусных частиц и освобождения отдельных органов растения от вирусной инфекции. К ним относятся термическая и химическая терапия.

Термические методы можно подразделить на водные и сухо-воздушные способы обработки.

Способ воздушной термообработки в настоящее время является наиболее изученным, его часто применяют для получения безвирусных клонов всех плодовых культур. Таким способом [1,5] инактивированы некоторые вирусы плодовых: шарка, карликовость сливы, некротическая пятнистость листьев вишни и т.д. Он заключается в следующем: растения укореняют в горшках с питательным субстратом и помещают в специальные термокамеры с регулируемой температурой от +32 °С до +40 °С. Успех в этом случае зависит от термостойкости вирусов, которыми заражены обрабатываемые растения [29]. От вирусов освобождаются отдельные органы или только верхушки стебля, отросшие во время термообработки. Такие верхушки прививают на безвирусные сеянцы или выращивают in vitro.

Для объяснения механизма освобождения растений от вирусов в процессе термообработки существуют различные гипотезы. Так A. I. Campbell [31] считает, что повышенные температуры воздействует на вирусные частицы, лишая их инфекционности. Действительно при термическом оздоровлении растений, находящихся в состоянии покоя, когда температура обработки повышается до +60 °С, такое объяснение приемлемо. Однако для понимания механизма инактивации вирусов вегетирующих растений, это объяснение совершенно неудовлетворительно. Как было отмечено ранее, температура не превышает при этом способе +40 °С. Между тем, большая часть изученных вирусов плодовых культур имеет температуру инактивации в пределах 50…70 °С [5], то есть более высокую, чем температура, при которой проходит процесс термотерапии. Поэтому прямым воздействием высоких температур нельзя объяснить инактивацию вирусов.

Другую гипотезу принимают многие исследователи, работающие в области термотерапии растений [6]. Суть её состоит в следующем: в зараженных вирусами растениях непрерывно протекают противоположно направленные процессы синтеза и деградации вирусных частиц. Если преобладает первый процесс, то концентрация вируса в зараженных тканях растет, если второй - то пул вирусных частиц уменьшается. При помещении растений в температурные условия, неблагоприятные для вирусов и благоприятные для процессов их деградации на достаточно длительное время, может произойти разрушение всех накопленных в клетках вирусных частиц и полное освобождение целого растения от вирусной инфекции, но чаще от вирусов освобождаются лишь части растения, отросшие в процессе обработки. Это объясняется тем, что при термообработке концентрация вируса в тканях резко уменьшается, и он не успевает продвигаться в новые, быстрорастущие ткани, которые, таким образом, «уходят» от вируса.

Третья гипотеза связывает инактивацию вируса при термообработке с ингибирующей активностью компонентов клеток растения хозяина, возрастающей под действием высоких температур [5]. В итоге растения сами освобождают себя от вируса.

Однако ни одна из приведенных гипотез не объясняет полностью все факты, накопленные практикой термотерапии растений. Мы придерживаемся гипотезы «ухода» верхушечных тканей от вирусов в процессе быстрого роста растений в условиях термокамеры, что было доказано использованием данной камеры в процессе оздоровления клоновых подвоев косточковых культур.

В настоящее время метод суховоздушной термотерапии применяется в практике получения безвирусных клонов в научных центрах разных стран. Но требуется его детализация и доработка для проведения оздоровления отдельных пород и видов плодовых растений, в особенности косточковых, т.к. работы проведены в основном, на семечковых культурах. Исследователи, работавшие над разработкой и совершенствованием термотерапии косточковых [19], отмечают большие трудности, связанные с низкой теплотолерантностью большинства косточковых плодовых культур.

Ученые из Никитского ботанического сада проводили термотерапию 4 сортов вишни и 4 сортов сливы и отмечали необходимость снижать температуру в ночное время на 10°С, что нашло подтверждение в литературных источниках[16]. При этом экспозиция термотерапии in vitro составляла 20-40 суток в зависимости от термостойкости вируса, термотолерантности культуры, типа экспланта, генотипа донорного растения [15]. Ими же доказана неодинаковая реакция одного и того же вируса на разных растениях на изменение температуры. Например, растения вишни оздоровлены от вируса некротической кольцевой пятнистости за 20 суток на 100%, а от вируса карликовости - за 40 суток, регенеранты же сливы за 40 суток оздоровлены от вируса карликовости оздоровлены на 70% [15]

Выводы

Как видно из обзора литературы ученые не пришли к единому мнению о необходимости использования тех или иных видов терапии в процессе оздоровления плодовых и ягодных культур. Общепризнано только то, что для каждого нового сорта необходима отработка всех критериев и параметров оздоровления. По нашему мнению, перспективно использование суховоздушной термотерапии в сочетании с методом апикальных меристем в связи с высоким процентом оздоровления исходных растений и возможностью заложить маточный питомник посадочным материалом категории «базисные».

Список литературы

1. Барабаш, Т.Н. Термотерапия при микроклональном размножении // современные проблемы плодоводства: тезисы докл. международ. науч. конф., посвящ. 70-летию Бел. НИИ П. 9-13 окт. 1995 г. Самохваловичи, 1995. С.128.

2. Белошапкина О.О. Биологические итехнологические основы оздоровленияпосадочного материала земляники отвирусов. М.: Изд-во МСХА, 2005, 162 с.

3. Бобырь А.Д. Химиопрофилактика и терапия вирусных болезнейрастений. Киев: Наукова думка, 1976. 255 с.

4. Бунцевич, Л.Л. Фитосанитарная ситуация и сортовая политика в питомниководстве Краснодарского края / Л.Л. Бунцевич, М.А. Костюк, Е.Н. Палецкая, М.В. Макаркина // Плодоводство и виноградарство Юга России. [Электронный ресурс]. Краснодар: СКЗНИИСиВ, 2013. № 20 (2). С. 47-55. Режим доступа: http://www.journal.kubansad.ru/pdf/13/02/05.pdf.

5. Вердеревская, Т.Д. Вирусные и микроплазменные заболевания плодовых культур и винограда / Т.Д. Вердеревская, В.Г. Маринеску. Кишинев: Штиинца, 1985. 311 с.

6. Гиббс, А. Основы вирусологии растений / А. Гиббс, В. Харрисон // М.: Мир, 1978. 429 с.

7. ГОСТ Р 53044-2008. Материал плодовых и ягодных культур посадочный. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2009. 11 с.

8. ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2009. 42 с.

9. ГОСТ Р 54051-2010. Плодовые и ягодные культуры. Стерильные культуры и адаптированные микрорастения. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2011. 11 с.

10. Данилова, С. А. Стимуляция регенерации растений в культуре тканей кукурузы под действием антибиотика цефотаксима / С. А. Данилова, Ю. И. Долгих // Физиология растений. 2004. Т.51. №4-рр. С. 621-623.

11. Дорохов Ю.Л. Транспорт инфекции в растении: функция, контролируемая геномом вируса и хозяина // Успехи современной генетики. М.: Наука, 1994. В. 19. С. 3-24.

12. Дорошенко Н.П. Антибиотики при клональном микроразмножении винограда / Н.П. Дорошенко // Плодоводство и виноградарство Юга России. Краснодар: СКЗНИИСиВ,2016. № 37(01). С. 126-143.

13. Дорошенко Н.П. Применение антибиотика цефотаксим при клональном микроразмножении винограда / Н.П. Дорошенко // Русский виноград. 2015. Т.1. С. 62-67.

14. Куликов И. М. Стратегия развития садоводства и питомниководства РФ до 2020 г. / И. М.Куликов, В.Ф.Воробьев, А.С.Косякин, Н.А.Конькова // Садоводство и виноградарство, 2011. № 1. С. 10-13.

15. Лукичева Л.А. Оздоровление сортов вишни (РrunusСerasus l.) и сливы (РrunusDomestica l.) от вирусов с использованием биотехнологических приемов / Л.А. Лукичева, О.В Митрофанова, Н.П. Лесникова-Седошенко // Труды Никитского ботанического сада. Ялта, 2007. Т. 127. С. 27-34.

16. Лукич?ва Л.А., Митрофанов В.И. Оздоровление вишни и сливы методом термотерапии in vitro // Бюл. Никит.ботан. сада - 2002. Вып. 86. С. 59 -61.

17. Лукьянова Е.А. Вирусные болезниягодных растений в ЦЧР. Мичуринск: МГПИ, 2007, 115 с.

18. Митрофанова О.В. Применение биотехнологических методов в оздоровлении растений и размножении безвирусного посадочного материала перспективных цветочно-декоративных культур / О.В.Митрофанова, И.В. Митрофанова, Н.П. Лесникова-Седошенко, Н.Н. Иванова // Сборник научных трудов ГНБС. 2014. Т. 138. С. 5-56.

19. Подорожный, В.Н. Устройство для суховоздушной терапии плодовых культур / В.Н. Подорожный // плодоводство и виноградарство России: сб. науч. работ ВСТИСП. М., 2012. Т.32, ч.1. С. 226-341.

20. Упадышев М.Т. Вирусные болезни и современные методы оздоровления плодовых и ягодных культур: дис. докторас.-х. наук. М., 2011, 479 с.

21. Упадышев М.Т. Магнитно-импульсная терапия при оздоровлении растений груши от вирусов in vitro / М.Т. Упадышев, В.И. Донецких, А.Д. Петрова, К.В. Метлицкая // Применение химических веществ, ионизирующих и неионизирующихизлучений в агробиотехнологиях: сб.докл. круг.стола в рамкахXX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва, 21 сентября2016 г., Обнинск: ФГБНУ ВНИИРАЭ. С. 119-121.

22. Упадышев М.Т. О Биохимическом механизме действия магнитной обработки на процесс оздоровления растений малины от вирусов / М.Т.Упадышев, С.М. Мотылева,М.Е. Мертвищева, В.И. Донецких // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования. М.: ВНИИСОК, 2017. № Р3. С. 315-317.

23. Упадышев М.Т. Оздоровление садовых культур от вирусов с использованием экологически безопасных методов / М.Т. Упадышев, К.В. Метлицкая,Г.Ю. Упадышева,В.И. Донецких,К.О. Тихонова,А.Д. Петрова // Плодоводство и ягодоводство России: сб. науч. тр. М., 2014. Т.40. С. 329-333.

24. Производство и сертификация посадочного материала плодовых, ягодных культур и винограда в России. Контроль качества. Часть 1. Ягодные культуры. М.: ВСТИСП, 2009. 164 с.

25. Упадышев М.Т. Оздоровление садовых растений от вирусов / М.Т. Упадышев // Защита и карантин растений. М., 2012. №5. С. 17-18.

26. Упадышев М.Т. Теоретические основы и практические аспекты оздоровления плодовых и ягодных культур от вирусов / М.Т. Упадышев // Плодоводство и ягодоводство России: сб. науч. тр. М., 2011. Т.26. С. 109-118.

27. Упадышев М. Т.Технология получения оздоровленного от вирусов посадочного материала плодовых и ягодных культур: метод.указания. / М. Т.Упадышев, К. В.Метлицкая, В. И.Донецких, А. А.Борисова. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. 92 с.

28. Упадышев М.Т. Хемотерапия вирусов плодовых и ягодных культур invitro. / М.Т.Упадышев, Ю.Н.Приходько, А.Д.Петрова и др. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009, 72 с.

29. Технологический процесс получения безвирусного материала: Методические указания / сост.: В.И. Кашин, А.А. Борисова, Ю.Н. Приходько и др. М.: ВСТИСП, 2001 г. С. 58.

30. Шевелуха B.C. Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по с.-х. биотехнологии. М., 1987. 83 с.

31. Сampbell A.I. Le taux de gucrisonet in position du burgeon, in duree et l`йpoque du treltoment. Table ronbei Le Thermotheratie des esficesligneuses // Stat. Cult. fruit. mar. aich. a Grand-Marie (Gembloux), ies 11 et 12 mars 1970. Р. 104-110.

32. Converse R.H. Virus disease of small fruits. -Washington: US DA Agricultural Handbook, 1987. № 631. 277 p.

33. Czynczyk, A. The polish system for the production of elite plants of pomological material / А. Czynczyk // Agronomijasvзstis (Latvian Journal of Agronomy). - Jelgava, LLA, 2006. No. 9. P. 10-15.

34. GaIsy R. Culture in vitro des apex de Vitisrupestris.C.R / Acad.Sc. Paris, Serb D. 1972.274-pp.210-213.

35. Morel G., Martin C. Guйrison de dahlia atteintsd?unemaladie a virus // C.R. Acad. Sci. 1952. V. 235. P. 1324-1325.

36. Thomson A.D. Heat treatment and tissue culture as a means of freeing potatoes from virus Y // Nature. 1956. Vol. 177. P. 709.

37. Thung T.H. Smetstof en plantencelbijenkelevirusziekten van de tabaksplant.IV // Tijdschr. Plantenziekten. 1938. Bd. 44. S. 225-245.

38. Van den Berg, Arie. Certified Nursery Tree Production in Holland / As presented togrowers during his visit to Australia in April 2002; reprinted with permission from TechnicalBulletin of the Northern Victoria Fruitgrowers' Association (June 2002). Режимдоступа: http://www.virtualorchard.net/idfta/cft/2003/ august/page43.pdf.

39. White P.R. Handbook of Plant Tissue Culture. Lancaster: Pa. JaguesCattel Press,1943. 277 p.

40. Yepes L. M. Aldwinckle H. S. Factors that Affect Leaf Regeneration Efficiency in Apple.and Effect of Antibiotics in Morphogenesis//Plant Cell Tissye Organ Cult. 1994. V. 37. P. 257-269.

Размещено на Allbest.ru