Застосування різних методів оздоровлення цінних сільськогосподарських культур від вірусних захворювань

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут садівництва (ІС) НААН України

Застосування різних методів оздоровлення цінних сільськогосподарських культур від вірусних захворювань

Я.С. Запольський, молодший науковий співробітник

Проведено оцінку сучасних методик оздоровлення перспективних сільськогосподарських культур від вірусних захворювань та ефективності їх застосування в порівнянні з існуючими, котрі дають позитивний результат. Проаналізовано дані ряду досліджень, спрямованих на отримання оздоровленого садивного матеріалу. Встановлено закономірність у структурній та біологічній характеристиках вірусів, які впливають на позитивний результат оздоровлення. Вивченні нові методики оздоровлення, які в подальшому матимуть широкий спектр застосувань при оздоровленні рослин від вірусних хвороб.

Ключові слова: вірус, оздоровлення, хемо-, магніто-, термо-, кріотерапія, жимолость, ожина, слива, вишня.

Y.S. Zapolskiy, The prospect of application events of sanitation of valuable crops against viral diseases

Purpose. Evaluation of modern methods of sanitation of the valuable cultures of viral diseases and the effectiveness of their applications. Results. Analyzed a number of modern scientific research in getting healed planting material of promising crops. Described and compared to existing methods of sanitation that are positive in their application.. Conclusions.. Effectiveness of sanitation procedures are dependent from the structural and biological characteristics of the virus, characteristics of plants, transmembrane transport of antiviral compounds and requires an integrated approach to the selection method or combination of methods for sanitation and ways to control their therapeutic efficacy, toxicity and genotoxic effects on all stages of sanitation.

Keywords: cure, honeysuckle, chemotherapy, magnetic therapy, thermotherapy, cryotherapy.

An assessment of the modern methods of improvement of promising crops from virus diseases and the effectiveness of their application in comparison with existing that give a positive result. Analyzed data of several studies aimed at obtaining healthy planting material. Set up the pattern in the structural and biological characteristics of viruses that affect the positive outcome of recovery. The study of new techniques, will continue to have a wide range of applications in the recovery of plants from viral diseases.

Keywords: virus, recovery, chemo-, magneto-, thermo and cryotherapy, honeysuckle, blackberry, plum, cherry.

Вступ

У теперішній час розповсюдженість вірусів внаслідок появи нових штамів і розмноження інфікованого садивного матеріалу істотно зростає. Найбільш шкідливі віруси здатні призводити до втрат 20-70% урожаю. Конкретно стосовно садівництва у зв'язку з необхідністю інтенсифікації галузі все більшого значення набуває розробка високоефективних технологій виробництва оздоровленого садивного матеріалу. Аналіз поширення вірусних хвороб, прогноз їх розвитку, знищення джерел карантинних об'єктів і створення безвірусних маточних насаджень плодових і ягідних культур є актуальними завданнями в захисті рослин. Для успішного їх оздоровлення та подальшого мікророзмноження необхідне вдосконалення існуючих біотехнологічних методів, таких як термо- та хемотерапія та розробка нових технологічних прийомів, направлених на збільшення виходу здорових рослин [9].

Оцінка сучасних методів оздоровлення цінних сільськогосподарських культур від вірусних захворювань, аналіз їх стійкості до вірусів, порівняння існуючих методик та ефективності застосування було метою даного дослідження.

Результати

Для деяких сортів плодових і ягідних культур виділення безвірусних клонів уже сьогодні є проблематичним. Найчастіше це відбувається саме з перспективними, садивний матеріал яких обмінюють найбільш інтенсивно. Це робить актуальним запровадження у практику високоефективних та економних схем оздоровлення. Технології виробництва оздоровленого садивного матеріалу багатьох видів рослин базуються на комплексному застосуванні методів відбору безвірусних зразків, культури апікальної меристеми, термо-, хемо-, магніто-, електро- та кріотерапії.

Метод термотерапії з 1991 по 2010 рр. був успішно використаний проти вірусів, які належать до 13-ти родин для 60,3% деревних (виноград - 17,4%, персик - 7,4 і яблуня - 9,1%) і 39,7% трав'яних порід (картопля - 6,6, часник - 9,1%), тоді як хемотерапія та культура тканин - проти дев'яти. Перелічені культури найчастіше ставали об'єктами оздоровлення від різних вірусів вищевказаним методом [20]. основаному на тривалому утримуванні інфікованих вірусами рослин або частіше їх окремих органів чи тканин при температурі від 38 до 54⁰С в культурі in vivo або in vitro і зазвичай поєднуваним із застосуванням апікальних меристем, що дає набагато вищий відсоток виходу оздоровленого рослинного матеріалу. Їй можуть підлягати інтактні рослини або культури клітин.

Режим термотерапії: температура - 37±1⁰С, освітленість - 2-3 клк/м², фотоперіод - 16 годин, відносна вологість повітря - 60-70%. Контролем служать мікропагони та мікророслини, що культивуються на середовищах при температурі 25-26⁰С протягом 30 діб. За цей час формуються пагони висотою 15-20 мм. Їх життєздатність визначають як відношення (виражене у відсотках) кількості життєздатних до загального числа пагонів, що піддаються термообробці. Перед її початком проводять акліматизацію дослідних рослин, які вміщують у термокамеру з температурою 25⁰С, підвищуючи її щоденно на 2⁰С на протязі тижня і доводячи до 37±1⁰С. Облік виконують з 2-го по 20-й день термообробки. Всі експерименти ставлять у двократній повторності, обсяг вибірки становить 20 рослин.

Термотерапія in vitro використовується для рослин, які характеризуються низькою термотолерантністю. Ефективність такого способу звільнення від вірусів показана для значної кількості культур [8].

В умовах in vivo термотерапії піддають добре вкорінені однорічні саджанці сортів і клонових підщеп, щеплених на сіянці чи кореневласні рослини, вирощені у горщиках. Їх вміщують у термокамери, де протягом 4-5 тижнів витримують за температури 38±1 °С, 16-годинного освітлення, відносної вологості повітря близько 50% і шестиразового його обміну. Кращий результат досягається, якщо дії високих температур піддають лише органи пагонів, а корені у горщиках ростуть при нормальному температурному режимі [6].

Стійкість до високих температур і ефективність термотерапії визначаються видовими та сортовими особливостями рослин. Так, для груші вона є низькоефективною - після проведення термообробки на протязі 82 днів вдається оздоровити від двох вірусів ACLSV (Apple chlorotic leafspot virus) i ASGV (Apple stem grooving virus) 56 % рослин, а з урахуванням імовірно заражених - тільки 11%. Недостатньо високий вихід здорових рослин зв'язаний із термостабільністю даних вірусів. Можна успішно виконувати термотерапію заокуліруваних підщеп груші. В умовах термокамери після окуліровки розвивається пагін довжиною 30-40 см, із якого беруть верхівки для введення в культуру тканин.

Сорти горобини за стійкістю до високої температури поділено на дві групи: 1) з низькою - вони майже не дають приростів і гинуть через 2-3 тижні після початку термотерапії; 2) із середньою - формують невеликі прирости, дозволяючи ізолювати меристематичні верхівки з наступною висадкою на поживні середовища.

Із сортів ожини краще переносить термотерапію Навахо, в якого відсутні некрози, а прирости пагонів досягають 10-20 см. У сорту Торнфрі та гібриду Тейберрі з'являються місцеві некрози листя, а прирости складають 58 см.

У дослідах зі сливою та вишнею при дотриманні вищевказаних методик термотерапії вихід оздоровлених рослин становив 100% [7].

За використання термотерапії на такій культурі, як банан (Musa spp.), для оздоровлення від CMV (Cucumber mosaic virus) вихід оздоровлених рослин сягав 75% [16], а в інших дослідах з цією рослиною BBTV (Banana bunchy top virus) і BMV (Brom mosaic virus) - 100 і 60% відповідно [15].

Крім повітряної, застосовується й водяна термотерапія. Вперше її було використано в 1916 році для лікування винограду від вірусних хвороб. Однак цей та всі наступні експерименти в даному напряму зазнавали невдач у зв'язку з намаганням оздоровити пагони певних культур. Застосування ж водяної термотерапії одночасно з культурою тканин дає можливість істотно підвищити вихід життєздатних та оздоровлених рослин господарсько важливих сортів [4].

Ряд дослідів показав, що підвищення температури при термообробці хворих рослин пригнічує рухливість вірусних білків, що, у свою чергу, обмежує інфікування тканин. Дійсно, різна здатність вірусних частинок до руху в рослинних тканинах впливає на вибір оздоровчої процедури. Термотерапія найбільш ефективна проти вірусів, локалізованих у паренхімі, в порівнянні з культурою меристем. Остання найбільш придатна для елімінації флоемних вірусів, які обмежені васкулярною тканиною та рідко зустрічаються в частинах рослини, де відсутні диференційовані тканини. Однак відмінності в локалізації флоемних і паренхімних вірусів у тканинах рослини-господаря не повністю пояснюють їх різну чутливість до термотерапії. Встановлено, що різні вірусні агенти характеризуються неоднаковим рівнем чутливості до температурного стресу. Це свідчить про існування інших механізмів елімінації, крім тканинної локалізації [20]. Присутність вірусної РНК (рибонуклеїнової кислоти) в інфікованих рослинах приводить у дію механізм вірус-індукованого замовчування генів (VIGS - virus-induced gene silencing), який неефективний за низьких температур, а в умовах теплового шоку індукує стійкість рослини до вірусів. Він розглядається як захисний механізм, що діє на генному рівні та підвищує здатність захисної системи рослини-господаря створювати бар'єри для інфекції.

В цьому відношенні на увагу заслуговує транскриптаза (RNA-dependent RNA polymerase), яка дуже чутлива до змін температури і приводить у дію систему замовчування генів. Це, у свою чергу, сприяє збільшенню деградації вірусної РНК [20].

Застосування термотерапії може призводити до змін фенотипу рослин, модифікації форми листків, а у винограду - до зменшення концентрації фенольних сполук у листі і плодах.

Хемотерапія - один із методів оздоровлення рослин, який базується на використанні різних хімічних речовин і препаратів, котрі пригнічують і знищують віруси. На сучасному етапі розроблено ряд методик із застосуванням різноманітних інгібіторів фітопатогенних вірусів. Методика оздоровлення включає введення віроцидних препаратів безпосередньо в поживні середовища для культивування рослини. Життєвий цикл вірусу складається принаймні з 10 етапів: адсорбція на поверхні клітини, проникнення в неї, декапсидація, ранні транскрипція і трансляція, реплікація вірусного геному, пізні транскрипція і трансляція, формування вірусної частки та вихід з клітини господаря. Кожен з цих етапів може бути цільовим для інтервенції того чи іншого антивірусного препарату. При цьому вихід здорових рослин залежить від видових особливостей культури, виду вірусу та антивірусних сполук. Як останні часто використовують рибавірин (віразол), кверцетин, оселтамівір, ціаногуанідин, фенолкарбонові кислоти та ін. [9].

Перша є синтетичним аналогом гуанозину, синтезована в 1972 р. Механізми її дії в різних патосистемах досить неоднакові. Дуже важливим серед них є взаємодія рибавіринтрифосфату з вірусними полімеразами. Вона може бути специфічною щодо різних полімераз. Але це не єдиний шлях пригнічення вірусної експресії рибавірином. В інших патосистемах він пригнічує інозиммонофосфатгідрогеназу (IMPH). Отже, механізм його дії може протікати за декількома сценаріями, котрі все ще недостатньо досліджено [20].

Застосування препаратів віразолу та (RS)-DHPA на банані свідчить про низьку ефективність даної методики оздоровлення від CMV. Вихід здорових рослин становить 29% після використання рибавірину та лише 2% після (RS)-DHPA [16]. В інших дослідах з цією культурою (BBTV і BMV) із застосуванням віразолу та саліцилової кислоти було оздоровлено 75% рослин від першого з названих вірусів і 70% від останнього [15].

Використання рибавірину в комбінації з оселтамівіром забезпечило 100%-ве оздоровлення рослин винограду від Grapevine flack virus [13].

Вплив деяких антивірусних сполук на полімеразу має надзвичайно високі терапевтичні можливості. Внаслідок їх дії утворюються генетично спотворені нуклеїнові кислоти, що призводить до порушень трансляції та нефункціональних або обмежено функціональних білків, а відповідно і вірулентності. Найважливішим класом антивірусних препаратів, безперечно, є штучні нуклеозиди.

Вивчення біохімічної та метаболічної активності тіазофурина та селеназофурина, котрі є структурно близькими до рибавірину, свідчить про те, що навіть невеликі структурні відмінності справляють значний вплив на різноманітність біологічної активності речовини.

Найбільша антивірусна активність серед фенолкарбонових кислот відмічається у саліцилової кислоти на плодових культурах. Експланти горобини вдається оздоровити від вірусів PNRSW/Yunus necrotic ringspot virus) і PDV (Prunus dwarf virus), включивши до складу середовища саліцилову та бузкову кислоти. Високу інгібуючу дію по відношенню до вірусу PDV проявляли ферулова кислота і тіоурацил.

Оздоровлення рослин від вірусів із застосуванням саліцилової, галової чи бузкової кислот дозволяє підвищити його ефективність в середньому на 2830% і знизити вартість цього процесу. З урахуванням оптимальних концентрацій фенольних сполук їх використання обходиться приблизно у 25 разів дешевше, ніж 2-тіоурацилу [9]. При оздоровленні рослин черешні та сливи за допомогою поєднання термо- та хемотерапії були досягнуті кращі результати, тоді як використання 100 мг/л рибавірину призводило до того, що у другої з названих культур залишалися життєздатними лише 2 із 30 експлантів. Черешня виявилася більш стійкою до високих концентрацій рибавірину і температури 36°С [12].

З 1991 по 2010 рр. хемотерапію частіше застосовували для оздоровлення трав'янистих рослин (66,1%), серед яких переважали картопля (18,9%), орхідеї і томати (9,4), а серед деревних (34,0%) ва основному виноград (11,3), яблуня та слива (7,5%) [20].

Хемотерапія рослин вивчена слабо. Декілька груп препаратів, які продемонстрували високий терапевтичний потенціал проти вірусів, належать до інгібіторів ферментів, зокрема інозинмонофосфатдегідрогенази (IMPDH), аденозилмоцистеїнгідролази (SAH) і нейрамінідази. Група інгібіторів IMPDH представляє собою клас молекул, похідних від рибавірину, що характеризуються високою антивірусною активністю. IMPDH безпосередньо залучений у процес транскрипції рибонуклеотидтрифосфатів і, таким чином, може запобігати реплікації нуклеїнових кислот. Основною мішенню антивірусної активності цієї молекули є інозинмонофосфат дегідрогеназа - ензим, який каталізує перетворення інозин 5'-монофосфату (IMP) у ксантозин 5'-монофосфат і готовий таким чином запобігати утворенню гуанозин моно-, ди- і трифосфатів. Присутність інгібіторів призводить до зменшення кількості інтрацелюлярного гуанозину і, отже, запобігає синтезу вірусної РНК. Крім того, гуанозинтрифосфат відповідає за перетворення інозин 5'-монофосфату у сукцинілмонофосфат, який каталізує аденозилсукцинат, котрий впливає на утворення аденозинтрифосфату і його редукцію. Відповідно це сприяє зменшенню кількості АТФ, яка необхідна для синтезу вірусних часток [20].

Фермент реплікації вірусів, S-аденозилметіонін (SAM), бере участь у реакції трансметилювання, завдяки якій молекули SAM, котрі є донорами метильної групи, передають цю групу цілому ряду акцепторів, включаючи нуклеїнові кислоти, вірусні білки та фосфоліпіди, і перетворюються при цьому на S-аденозилгомоцистеїн. Метилювання регулюється за принципом негативного впливу, як при збільшенні кількості S- аденозилмоноцистеїнгідролази (SAH) і редукції SAM, так і внаслідок змін співвідношення останніх. Таким чином, акумуляція SAH робить визрівання вірусної РНК неможливою [20].

Використання інгібіторів ще одного ферменту (нейрамінідази) є перспективним способом антивірусної дії, особливо для вірусів, геном яких представлено одноланцюговою РНК, зокрема для деяких представників Orthomyxoviridae і фітовірусів. Механізм такої дії полягає у зв'язуванні молекули інгібітора з активним сайтом нейрамінідази, що попереджує реалізацію та розповсюдження новостворених віріонів від інфікованих клітин до здорових [20].

Механізм дії широкого спектру антивірусних сполук обмежений періодом глікозилювання поверхневого протеїну. Тому вони діють протягом етапу реплікації. Порушення процесу глікозилювання мембранного білку вірусів може негативно впливати на абсорбцію, проникнення вірусу до клітини та декапсидацію. Недоліком у застосуванні антивірусних препаратів є швидка адаптація вірусів до їх дії. Широкий спектр препаратів не пов'язують із виникненням резистентності до них, але їх вплив завжди є балансом між токсичним і терапевтичним.

Взаємодія між поверхневим білком вірусу та плазматичною мембраною клітини часто призводить до конформаційних змін, які підвищують ефективність вірусного ендоцитозу та патогенності вірусів. Для тих із них, які мають покривний білок, було підібрано речовини, що можуть у нього вбудовуватись, інактивуючи віруси, і блокувати таким чином їх проникнення у клітину та інфекційність без цитотоксичних наслідків [25].

Перебудови у ліпідному шарі мембрани можуть запобігати як проникненню вірусу всередину клітини, так і виходу з неї. Деякі ліпіди спрацьовують як інгібітори утворення в мембрані сайтів зв'язування з вірусом перед проникненням у клітину і, таким чином, можуть потенційно виступати в ролі антивірусних сполук [18].

Останнім часом набувають також популярності методи оздоровлення з використанням рослинних екстрактів. Вищі рослини можуть стати важливим джерелом прототипів біологічно активних та антивірусних сполук. Прикладом останніх можуть бути таніни, флавоноїди та алкалоїди, декотрі з яких володіють антивірусними властивостями. Застосування лікарських рослин часто є набагато ефективнішим у порівнянні з широким рядом синтетичних сполук [11]. Проблемою цих екстрактів є складність у визначенні концентрації діючої речовини і стандартизація такої схеми оздоровлення.

Останні дослідження показують, що перспективним є інгібування вірусів шляхом поєднання хемотерапії з культурою тканин, яке забезпечує високий рівень успіху у знищенні вірусів.

Методику оздоровлення в культурі тканин пропорційно використовували як на деревних (48,3%), так і трав'янистих (51,7%) рослинах проти дев'яти родин вірусів. Серед досліджених культур переважали виноград (34,5%), цукрова тростина (13,8), часник (10,3) і картопля (6,9%). Для даної методики найбільше застосовуються апікальні меристеми - ділянки стеблового апексу, розміщені дистально по відношенню до наймолодшого листкового примордія, котрі в певному сенсі є чистими від деяких штамів вірусів. Їх культура широко використовується для отримання рослинного матеріалу, вільного від патогенів. Пояснюється це декількома причинами. По-перше, вважається, що ріст апікальних меристем надто швидкий і деякі віруси не встигають переміщатися до нових клітин і тканин, а це, у свою чергу, свідчить про чистоту даних експлантів. По-друге, швидкому росту меристем сприяють фітогормони, що, на думку науковців, також пригнічують розмноження певних фітопатогенних вірусів. Основними факторами, котрі впливають на процес мікроклонального розмноження, є фізіолого-біохімічний стан експланта, склад поживного середовища та умови культивування.

Вихід оздоровлених рослин залежить від величини та розміщення на пагоні ініціюючого експланта, видів вірусів, наявності одного з них або їх комплексу, ступеня зараження вихідного матеріалу та біологічних особливостей культури.

Ефективність оздоровлення, наприклад, рослин горобини від вірусів варіює від 55 до 64% при культивуванні меристем величиною 0,4-0,8 мм. Високі результати по звільненню від іларвірусу дає застосування експлантів величиною 1-1,5 мм. Однак при збільшенні їх розміру до 2-5 мм спостерігається тенденція до зменшення числа оздоровлених рослин.

Щодо малини, доведено, що звільнення її рослин від вірусів відбувається при використанні як меристем, так і бруньок. Вихід здорових рослин сягає 20-40% і не залежить від розміру експланта. Імовірно, даний феномен зв'язаний з нерівномірним розподілом вірусів по рослині і можливим пригніченням їх реплікації умовами культивування.

Процес оздоровлення від вірусів складний, і його ефективність визначається тісною взаємодією випадковості і закономірності. При цьому під першою розуміється ймовірний характер звільнення від вірусної інфекції, а під останньою - збільшення виходу оздоровлених клонів у міру зменшення розміру ініціюючих експлантів.

Із збільшенням віку вихід здорових рослин знижується на 10-27% у порівнянні з мікророслинами внаслідок поступового накопичення вірусів.

При оздоровленні мікропагонів ожини кількість рослин, вільних від вірусів, є більшою (71%) при застосуванні меристем розміром 0,12 0,62 мм, ніж при 1-5 (63%). Однак ці розбіжності незначні, що свідчить про можливість використання меристем для оздоровлення даної культури. Це помітно полегшує роботу по оздоровленню та знижує затрати.

На чорній малині ізоляція експлантів величиною 2-5 мм призводить до зниження виходу здорових рослин в 1,6-1,9 раза порівняно до 0,2-1,0 мм. Поряд із експлантами малого розміру (0,2-0,8 мм), стійкі високі показники оздоровлення забезпечують експланти величиною 1 мм.

Найвищий ефект досягається за комбінування сухо-повітряної терапії та культури меристем, причому він залежить від їх величини.

При оздоровленні горобини вихід здорових рослин за використання апексів розмірів 0,5-1,0 мм складає 83%. Однак при збільшенні розміру понад 1 мм всі рослини виявляються інфікованими. Ізоляція експлантів величиною до 1 мм забезпечує високий вихід безвірусних рослин незалежно від культури та методу терапії.

При застосуванні комплексної терапії вихід здорових рослин збільшується в середньому на 11% у порівнянні з культурою тканин. Залежність оздоровлення від розташування ініціюючих експлантів на пагоні не носить чітко вираженого характеру [9].

Досліди з поєднанням двох методів терапії проводилися також на сливі, персику та абрикосі. Спочатку ці рослини культивували на середовищі MS за оптимальних умов освітлення і температури. Потім протягом 15-20 днів їх утримували при підвищених температурах (36-38°С). Після термотерапії меристеми досліджуваних культур переносили на нові середовища. Під час перевірки рослин на наявність вірусів усі результати були негативними, що свідчить про ефективність комбінування методів терапії [17].

При оздоровленні винограду за допомогою культури апікальних меристем отримують здоровий садивний матеріал, який у подальшому розмножують до необхідної кількості [5].

Одним із перспективних методів оздоровлення садивного рослинного матеріалу є магнітотерапія, в основі якої здатність магнітного поля модифікувати метаболізм рослин і впливати на їх імунну реакцію. Перевагами магнітно-імпульсної обробки є висока технологічність, можливість автоматизації процесу, низька енергоємність, безпечність для людини.

Наприклад, найбільш перспективним режимом інгібування вірусу RBDV (Raspberry bushy dwarf virus) малино-ожинового гібриду є обробка магнітним полем із частотою 6,4 Гц. Вона дозволяє оздоровити всі рослини гібриду.

Цінність магнітотерапії як нового способу оздоровлення рослин полягає у відсутності фітотоксичного ефекту на організм господаря на відміну від використання багатьох хімічних препаратів. До того ж застосування магнітної терапії сприяє активізації ростових процесів і підвищенню коефіцієнта розмноження [9].

Новою і доволі цікавою є методика кріотерапії, що базується на використанні температури, близької до температури рідкого азоту (-196 °С), за якої, як свідчать дані досліджень, будь-які патогенні мікроорганізми та віруси ліквідуються. Позитивні результати досягнуто на таких культурах, як банан (Musa spp.), лимон (Citrus spp.), виноград (Vitis vinifera), слива (Prunus spp.), малина (Rubus idaeus), картопля (Solanum tuberosum), батат (Ipomoea batatas), які були оздоровлені від дев'яти різних вірусів.

Поєднання кріо- і термотерапії забезпечило позитивні результати при оздоровленні рослин малини, інфікованих вірусом RBDV. В середньому 33-35 % усіх дослідних зразків дали негативні дані про наявність вірусів за поєднання методик оздоровлення. При повторному проведенні аналізу після двохмісячного терміну результати не змінилися [24].

Застосування кріотерапії в поєднанні з хемотерапією для оздоровлення абрикоса від вірусу шарки сливи (PPV - Plum pox virus) забезпечує 100%-ий вихід здорових рослин при використанні кверцетину, 80%-ий - рибавірину, а 8-азагуанін виявився фітотоксичним і рослини не виживали [14].

При оздоровленні винограду від вірусу А (Grapevine virus A) за допомогою кріотерапії даний показник становив 97%, у подальших їх адаптації та дорощуванні здорових залишалося тільки 12 % [23].

У банана найбільш поширеними є вірус мозаїки огірка (CMV) та вірус штрихуватості банана (BSV). При застосуванні кріотерапії для елімінації цих патогенів кількість оздоровлених рослин складала 30 і 90% відповідно [16].

Картоплю уражують вірус скручування листя картоплі (Potato leaf roll virus) та Y вірус картоплі (Potato virus Y). Після використання культури тканин як окремої методики та кріотерапії вихід рослин, оздоровлених від обох вірусів, дорівнював близько 60 і 90% відповідно.

Електротерапія - один із сучасних методів, який передбачає застосування сили струму від 5 мА для стимуляції оздоровлення рослин від фітопатогенів, зокрема при звільненні картоплі від Х-вірусу - 5, 10 або 15 мА протягом 5-10 хвилин. Через 60 днів після процедури оздоровлення рослин названої культури були проведені аналізи на наявність в них фітопатогенів. Отримані результати показали найвищу ефективність використання сили струму 15 мА протягом п'яти хвилин - 100% здорових рослин [19].

При оздоровленні картоплі від інших фітопатогенів (вірус скручування листя картоплі та Y вірус картоплі) використовували силу відповідно 10 і 15 мА на протязі 5 і 10 хвилин. Найкращі результати були отримані при застосуванні сили струму 10 мА протягом 5 хвилин - відсоток оздоровлення становив 46,7 і 40, а за комбінування цієї методики з хемотерапією з використанням як інгібуючого препарату рибавірина - 67,2 і 62,8 відповідно [22].

Однією з найбільш привабливих культур в аматорському садівництві в даний час є жимолость їстівна. У промисловому плодівництві вона може бути ефективною лише при закладанні насаджень високопродуктивними сортами української селекції [3]. Однак їх впровадження стримується відсутністю достатньої кількості високоякісного садивного матеріалу, що зумовлено недосконалістю існуючих технологій його виробництва. Тому одним з найважливіших завдань сучасного розсадництва є вдосконалення способів прискореного розмноження та оздоровлення даної породи, серед яких провідне місце належить культурі тканин з наступним дорощуванням укорінених рослин до стандартних розмірів.

В сучасних умовах виправданим і економічно ефективним є застосування мікроклонального розмноження, особливо стосовно ягідних культур [21]. Зокрема, використання культури in vitro є оптимальним вирішенням завдання розмноження важковкорінюваних генотипів рослин, масового розмноження, а також оздоровлення рослин від вірусних хвороб [1, 2].

У дослідах, проведених в 1995-2003 роках за допомогою імуноферментного аналізу, були виявлені факти контамінації рослин жимолості їстівної такими вірусами: латентної кільцевої плямистості суниці (SLRSV), чорної кільчастості томату (TBRV), кільцевої плямистості малини (RpRSV) та мозаїки резухи (ArMV). Здебільшого вони мали латентну форму, але в деяких випадках проявлялася симптоматика вірусної контамінації [10].

Жимолость - чутлива до високих температур: через 2 місяці термотерапії гинуть 33% рослин сорту Ізбранніца і всі сорту Роксана. Поєднання термотерапії та культури in vitro забезпечує оздоровлення близько 80% експлантів названої рослини [9]. Дослідження вірусних захворювань жимолості, їх впливу на рослинний організм, аналіз і розробка методів оздоровлення є надзвичайно перспективними, адже це дасть змогу поліпшити і підвищити вихід оздоровлених рослин даної культури.

оздоровлення сільськогосподарський вірусне захворювання

Висновки

Високий рівень спеціалізації багатьох вірусів, зокрема механізмів їх реплікації та патогенезу в різних рослинах-господарях, робить методи оздоровлення надзвичайно варіаційними та складними. Тому оптимізація схем оздоровлення рослинного матеріалу є актуальною проблемою. Результат терапевтичних дій значною мірою залежить як від онтологічних особливостей вірусу, так і від характеристик самої рослини, а також від трансмембранного транспорту антивірусних сполук.

Використання хемо- або термотерапії дозволяє зупиняти синтез віріонів, але повна елімінація вірусів може бути досягнута лише за умови, що вірусні частинки в рослині повністю відсутні. В багатьох випадках хемотерапія пов'язана з виключенням з обмінного ланцюга певного ферменту, здатного ефективно блокувати синтез нової вірусної частки, але, як правило, неефективного проти тих часток, які вже сформовані і можуть деградувати лише природним способом відповідно до специфіки вірусу та характеристик господаря.

На протилежність хемо-, термотерапія високоефективно сприяє деградації вірусних часток, присутніх у клітині, але неефективна проти нових часток вірусу, що синтезуються. Як правило, ця тема не часто обговорюється в роботах, пов'язаних із застосуванням термотерапії для оздоровлення рослин. Отже, кожен із цих методів має свої переваги та недоліки.

При розробці систем оздоровлення необхідно також враховувати структурні та біологічні характеристики вірусів, які великою мірою впливають на його результат. Обмеженість інформації про ці параметри може призводити до неповного їх знищення навіть коли використано схему, здатну блокувати активність вірусної реплікації.

Доступність даних у світовій науковій літературі про оздоровлення основних сільськогосподарських культур від вірусних інфекцій досить обмежена, оскільки такі розробки носять виражений корпоративний та комерційний характер. Але загальний досвід застосування методів оздоровлення, преференційних для деяких культур свідчить, що розробка універсальних підходів до цього процесу можлива. Проте це вимагає комплексного підходу з огляду на підбір методів або їх комбінацій та способів контролю їх терапевтичної ефективності, токсичної та генотоксичної дії на всіх етапах оздоровлення.

Використання нових методик оздоровлення - магніто-, електро- чи кріотерапії, поєднання кількох методів здатні підвищити відсотки оздоровлених рослин, але ці дослідження потрібно пристосувати до конкретної культури та конкретних вірусів. Вивчення закономірностей факторів, які впливають на успішність оздоровлення, дає можливість розробляти максимально лояльні для рослини та універсальні його системи.

Результативність процедур оздоровлення залежить від структурних і біологічних особливостей вірусу, характеристик рослини і трансмембранного транспорту антивірусних сполук. Вона вимагає комплексного підходу до підбору методів оздоровлення чи їх комбінацій та способів контролю на всіх етапах їх терапевтичної ефективності, токсичної та генотоксичної дії.

Список використаних джерел

1. Бутенко РГ. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологий на их основе / Р.Г. Бутенко. - М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. - 160 с.

2. Высоцкий В.А. Биотехнологические методы в системе производства оздоровленного посадочного материала и селекции плодовых и ягодных растений: Автореф. дисертации д. с.-х. наук. - М., 1998. - 44 с.

3. Гризодуб С.М. Господарсько-біологічна характеристика сортозразків жимолості селекції Краснокутського НДЦС в умовах східного Полісся / С.М. Гризодуб // Вісник ЦНЗ АПВ Харківської області. - 2010. - Вп. 7. -С. 45-50.

4. Дорошенко Н.П. Оздоровление винограда от хронических болезней методом водной терапии/Н.П. Дорошенко.//Виноделие и виноградарство. - 2004. - №6. - С. 24-26.

5. Іванова-Ханіна Л.В. Клональне мікророзмноження і отримання оздоровленого садивного матеріалу винограду в культурі in vitro: автореф. дисертації на здобуття наук. ступеня канд. с.-г. наук: спец. 06.01.14 "насінництво" / Л.В. Іванова-Ханіна. - Сімферополь, 2010. - 21 с.

6. Куян В.Г. Плодівництво/ В.Г. Куян. - Київ: Аграрна наука, 1998. - 472 с

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

8. Манушкіна ТМ.Термотерапія in vitro рослин Lavandula angustifolia MILL./ ТМ. Манушкіна., Л.О.Бугаєнко // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». Т. 24 (63). - 2011. -№2. - С. 186-194.

9. Упадышев М.Т. Вирусные болезни и современные методы оздоровления плодовых и ягодных культур: автореф. дисертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук: спец. 06.01.07 «Защита растений»/ М.Т. Упадышев. - Москва, 2011. - 20 с.

10. Упадышев М.Т. Вирусные болезни жимолости / М.Т. Упадышев // Матер. Межд. научн.- метод. конф. “Состояние и перспективы развития культуры жимолости в современных условиях”. - Мичуринск, 2009. - С. 200-202.

11. Al-Ani R.A. Efficiency of Thuja orientalis and Artimisia campestris extracts to control of Potato

leaf roll virus (PLRV) in potato plants / R.A. Al-Ani, S.N. Diwan, M.A. Adhab // Agric.

Biol. J. North Am. - 2010. - №1. - P. 579-583.

12. Cieslinska M. Application of thermo- and chemotherapy in vitro for eliminating some viruses infecting Prunus sp. fruit trees / M. Cieslinska // Journal of Fruit and Ornamental Plant Research. - 2007. - №15. - P. 117-124.

13. Guta Catalina I. Elimination of Grapevine fleck virus by in vitro chemotherapy / Catalina Guta I., E.-C.Buciumeanu, E. Vi§oiu //Notulae Botanical Horti Agrobotanici Cluj-Napoca. - 2014. - Vol.42, №1. - P. 115-118.

14. Gfil§eker M. In vitro elimination of PPV from infected apricot shoot tips via chemotherapy and cryotherapy / Gfil§eker M., V.Sfizerer, I.O. Elibuyuk, Y.6zden9if<;i // Int. Journal of Agriculture and Biology. - 2015. - 17(5).

15. Hazaa M.M. Eradication of banana viruses from naturally infected banana plants 2. Production of certified banana plants and virus tested / M.M. Hazaa, Kh.A. El-Dougdoug, Sabah Abo El- Maaty // Journal of Applied Sciences Research. - 2006. - №2. - P. 714-722.

16. Helliot B. Ultrastructural changes associated with cryopreservation of banana (Musa spp.) highly proliferating meristems / B. Helliot. // Plant cell rep. - 2003. - №21. - P. 690-698.

17. Laimer M. Elimination and detection of pathogens from tissue cultures of Prunus sp. / [M.

Laimer, V. Hanzer, D. Mendonca et al.] // ActaHorticulturae. - 2006. - №725. - P. 319-324.

18. Lorizate M. Role of lipids in virus replication / M. Lorizate, H. G. Krausslich // Cold Spring Harb Perspect Biol.. - 2011. - №3.

19. Lozoya-Saldana H. Electrotherapy and shoot tip culture eliminate Potato virus X in potatoes / H. Lozoya-Saldana, F. Abello, G. Garcia // American Journal of Potato Research. - 1996. - №4. - P. 149-154.

20. Panattoni A. Elimination of viruses in plants: twenty years of progress. Review. / A. Panattoni, A. Luvisi, E. Triolo // Spanish Journal of Agricultural Research. - 2013. - №11. - P. 173-188.

21. Ruzic D. Micropropagation as means of rapid multiplication of newly developed blackberry and black currant cultivars / D. Ruzic, T. Lazic // Agric. Consp. Sci. - 2006. - V. 71, № 4. - P. 149153.

22. Shambu P. Dhital. Electrotherapy and chemotherapy for eliminating double-infected potato virus (PLRV and PVY) from in vitro plantlets of potato (Solanum tuberosum L.) / P. Dhital Shambu, Hak Tae Lim, Buddhi P. Sharma // Horticulture environment and biotechnology. - 2008. - №49. - P. 11-12.

23. Wang Q. Cryotherapy of potato shoot tips for efficient elimination of Potato leaf roll virus (PLRV) and Potato virus Y (PVY) / Q. Wang // Potato Research. - 2003. - №49. - P. 119-129.

24. Wang Q. Improved recovery of cryotherapy-treated shoot tips following thermotherapy of in vitro grown stock shoots of raspberry (Rubusidaeus L.)/ Q. Wang, J. Valkonen // Cryoletters. - 2009. -(30) №3. - P. 170-182.

25. Wolf M.C. A broadspectrum antiviral targeting entry of enveloped viruses / [M.C. Wolf, A.N. Freiberg, T. Zhang et al.] // Proc Natl Acad Sci USA. - 2010. - №107. - P. 3157-3162.

References

1. Butenko R.G. (1999) Biologia kletok vyshih rasteniy in vitro i biotechnologiy na ih osnove [Biology in vitro cells of higher plants and biotechnology based on them] (160 p.) Moscow [in Russian]

2. Vysotsky V.A. (1998) Biotehnologycheskie metody v sisteme proizvodstva ozdorovlenogo posadochnogo materiala i selekciy plodovyh i yagodnyh kultur [Methods of biotechnology in the production system improved planting material and breeding of fruits and berries plants] (44 p.) Moscow [in Russian]

3. Grizodub S.M. (2010) Gospodarsko-blologlchna characteristic sortozrazkiv zhimolosti selektsii Krasnokutskogo NDTSS v umovah skhidnogo Polissya [Economic-biological characteristics varieties and samples of honeysuckle selection Krasnokutsk NDTSS in terms of the Eastern woodlands] Visnik TSNZ APV Harkivskoi oblasti [Bulletin TSNZ APV Kharkiv region] 7, 4550. [in Ukrainian]

4. Doroshenko N.P. (2004) Ozdorovlenye vinograda ot chronicheskih boleznej metodom vodnoy termoterapii [Improvement of grapes from chronic diseases by water therapy] Vinodelie i vinogradarstvo [Wine-making and viticulture] 6, 24-26. [in Russian]

5. Ivanova-Hanina L.V. (2010) Clonalne mlkrorozmnozhennya i otrimannya ozdorovlenogo sadivnogo materialu vinogradu v kultun in vitro [Clonal micropropagation and getting healed vine planting material culture in vitro] (21 p.) Simferopol [in Ukrainian]

6. Kuyan V.G. (1998) Plod^vnitstvo [Orcharding] (472p.) Kiev [in Ukrainian]

7. Lukicheva L.A., Mitrofanov V.I. (2002) Ozdorovlenye vishni i slyvy metodom termoterapiy in vitro [Improvement of cherry and plum by thermotherapy in vitro] Buleten Nikitskogo botanichnogo sada [Bulletin of the Nikitsky botanical garden]. - 86, 59-61. [in Russian]

8. Manushkina T.M., Bugaenko L.O. (2011) Termoteraptya in vitro roslyn Lavandula angustifolia MILL [Thermotherapy in vitro plants Lavandula angustifolia MILL] Uchenie zapiski Tavricheskogo natsionalnogo universiteta imeni VI. Vernadskogo [Scientific notes of Tavria National V.I. Vernadsky University. A series of "Biology, Chemistry"] T. 24, 2, 186-194. [in Ukrainian]

9. Upadyshev M.T. (2011) Virusnye bolezni i sovremenie metody ozdorovleniya plodovyh i yagodnyh kultur [Viral diseases and modern methods of rehabilitation of fruits and berries crops] (20 p).Moscow. [in Russian]

10. Upadyshev M.T. (2009) Virusnye bolezni zhymolosti [Viral diseases honeysuckle] Materialy mezhdunarodnoi naychno-metodichnoi konferentsiy “Sostoyanie i perspektivy razvitia kultury zhymolosti v sovremenyh usloviyah” [Mater. Int. Scientific method. Conf. "The state and prospects of development of culture of honeysuckle in modern conditions"] 200-202 p. [in Russian]

Размещено на Allbest.ru