Патосистема «вектор – растение – фитовирус» в агроценозах картофеля в Приморском крае

Возникновение, развитие и затухание вирусных болезней растений зависят от взаимодействия популяций возбудителя болезни, растения-хозяина и насекомого-переносчика, а также от окружающей среды. Из условий, определяющих течение эпифитотий, основное значение имеет наличие возбудителя (Назаров и др., 2020). В агроценозах, как в искусственно созданных экосистемах, складываются своеобразные взаимоотношения между культурными, сорными растениями и насекомыми (Рогатных, Аистова, 2014; Фролов 2019). Многие сорные растения являются источниками заражения культурных растений вирусами и вредителями. Фитофаги вначале питаются на сегетальных растениях и с них переходят на картофель (Зубков, 2014; Wen et al., 2019). Длительный период вегетации картофеля позволяет большинству видов сорных растений обсемениться, что увеличивает опасность сохранения фитопатогенных вирусов в семенах сорняков.

Большинство растительных вирусов могут передаваться от зараженных растений к здоровым с помощью другого организма, называемого переносчиком (или вектором). Переносчик способен подхватывать патоген с одного растения и передавать его другому растению (Назаров и др., 2020; Sarwar, 2020). Часто участвуют в передаче вирусов Hemiptera (полужесткокрылые) которые передают 90% болезней растений, Thysanoptera (трипсы), Coleoptera (жуки), Orthoptera (кузнечики) и Dermaptera (уховертки). Из 850 описанных вирусов растений около половины передаются тлями. Основными переносчиками являются Myzus persicae (Sulzer), Aphis gossypi Glover и Aphis craccivora Koch, а также цикадки, мучнистые червецы, белокрылки и трипсы. Большинство переносчиков вирусов растений имеет колюще-сосущий или грызущий ротовой аппарат (Raccah, Fereres, 2009).

Цель исследования – определить видовой состав вирусов картофеля, определить насекомых-переносчиков и резерваторов фитовирусов в агроценозах картофеля в Приморском крае. 

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследование проведено в 2019–2022 гг. в Приморском крае. Насекомых собирали стандартными энтомологическими методами (Аникина, Сейтжанова, 2015). Для выявления вирусов методом PCR листья картофеля и сорных растений были собраны в отдельные биологические пакеты и быстро заморожены при –20 °C. Загрязнения с поверхности листьев удаляли нетканым материалом, смоченным спиртом (Рябушкина и др., 2012). Тотальную РНК выделяли коммерческими наборами для выделения нуклеиновых кислот «ФитоСорб» (Синтол) с использованием магнитных частиц на автоматической станции выделения KingFisher Flex (ThermoScientific). Наличие/отсутствие фитовирусов в пробах проводили одношаговой ОТ-ПЦР с флуоресцентной детекцией в реальном времени в амплификаторе QuantStudio 5 (Applied Biosystems) с использованием коммерческих наборов серии «Фитоскрин» «Potato Virus X. Y. M. L. S. A – РВ» (Синтол) предназначенных для выявления вирусов PVХ, PVY, PVM, PLRV, PVS, PVA (Рязанцев, Завриев, 2009; Рябушкина и др., 2012). Статистическую обработку данных проводили в программе Past 4.03.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В агроэкосистеме картофельного поля в Приморском крае нами была выявлена смешанная вирусная инфекция, представленная вирусами мозаичной группы: Y вирус картофеля (potato virus Y, PVY, род Potyvirus, сем. Potyviridae), X вирус картофеля (potato virus X, PVX, род Potexvirus, сем. Flexviridae), A вирус картофеля (potato virus A, PVA, сем. Potyviridae), S вирус картофеля (potato virus S, PVS, сем. Flexviridae), M вирус картофеля (potato virus M, PVM, сем. Flexviridae), вирус скручивания листьев картофеля (Potato leaf roll virus, PLRV, род Polerovirus, сем. Luteoviridae) и вироид вертеновидности клубней картофеля (potato spindle tuber viroid, PSTVd, род Pospiviroid, сем. Pospiviroidae). На картофеле наблюдались следующие симптомы – мозаичность, хлороз, выпуклость листовой пластины, волнистость края листа, курчавость листьев, карликовость растений, на некоторых растениях отмечены скрученные лепестки цветков, нераскрывшиеся бутоны, красная кайма по краю листа. На обследуемых картофельных полях в 2019–2022 гг. выявлено 43 вида сорных травянистых растений, относящихся к 22 семействам. Преобладающими сорными видами в агроэкосистеме картофельного поля с встречаемостью от 80% были: амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia), ежовник обыкновенный (Echinochloa crusgalli), акалифа южная (Acalypha australis), марь белая (Chenopodium album), осот полевой (Sonchus arvensis), виды семейства злаковые. Из 43 видов сегетальных растений резерваторами вирусной инфекции были 18 (табл.). 

Среди насекомых, обитающих в агроэкосистеме картофельного поля в Приморском крае, векторами вирусной инфекции являлись Cicadella sp., Henosepilachna vigintioctomaculata, Dolycoris baccarum, Mythimna separata, Lygus pratensis, Rhopalosiphum padi. Причем насекомые Cicadella sp. и Rhopalosiphum padi являются переносчиками PVY, PVS, PVM, PVA, PLRV и PSTVd.

Вредителем и вектором вирусов в энтомофауне картофельного поля является Lygus pratensis. В Приморском крае доля клопов на картофеле составляет до 17% от численности всех насекомых в посадках. Взрослые клопы и личинки – полифаги, при большой численности повреждают посевы злаков, бобовых, а также питаются на крестоцветных, сложноцветных, маревых и других овощных и плодовых культурах (Мацишина и др., 2020), могут развиваться на многих видах сорной растительности, впоследствии переходя на возделываемые культуры. По нашим данным, Lygus pratensis является переносчиком PVY и PVS, PVM и PLRV – 50%. По литературным данным L. pratensis является вектором вирусов, вызывающих мозаичные болезни картофеля – PVM, PVY, PVS, а также вируса скручивания листьев картофеля (Лебедева, 1982). Способностью переносить PLRV обладают перезимовавшие клопы, личинки, отродившиеся и выросшие на растениях картофеля, зараженного PLRV, имаго 1-го и 2-го поколения, питавшиеся на инфицированном растении (Мацишина и др., 2020).

В Приморском крае наибольшее значение как вредитель сельскохозяйственных культур имеет картофельная коровка Henosepilachna vigintioctomaculata (Ермак, Мацишина, 2022). Ротовые органы этих грызущих насекомых часто несут вирусы PVX, PVS и PVM, которые вместе с зараженным соком растений задерживаются на ротовых органах, переходят в пищеварительный канал и экскременты. Особенно эффективными переносчиками являются личинки и молодые жуки двадцативосьмиточечной картофельной коровки в силу своей мобильности и прожорливости. В картофельных коровках были обнаружены вирус скручивания листьев картофеля (PLRV), вироид веретеновидности клубней картофеля (PSTVd), вирус картофеля S (PVS), вирус картофеля Y (PVY), вирус картофеля M (PVM), вирус картофеля X (PVX). Количественно преобладали PVS и PVM. Наличие вируса картофеля A (PVA) установлено не было.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Определен видовой состав вирусов картофеля, видовой состав переносчиков вирусов и растений-резерваторов в Приморском крае. В посадках картофеля чаще всего встречается комплексная вирусная инфекция, состоящая из вирусов мозаичной группы (PVX, PVY, PVM, PVA, PVS), PLRV и PSTVd. Из 43 видов сегетальных растений резерваторами вирусной инфекции были 18: одуванчик лекарственный, марь белая, клевер луговой, подорожник большой, трехреберник непахучий, сурепка обыкновенная, амброзия полыннолистная, осот полевой, галинсога мелкоцветковая, злаки, щавель конский, гибискус тройчатый, мышиный горошек, крапива двудомная, пырей ползучий, щавель конский, соя дикая, чистотел большой. Большинство сегетальной растительности оказалось носителями комплексной вирусной инфекции, состоящей из двух и более вирусов. Ассоциативная инфекция включала вирусы мозаичной группы картофеля: PVY, PVX, PVS, PVM, PVA, вирус скручивания листьев картофеля – PLRV и вироид вертеновидности клубней картофеля – PSTVd. Нами установлено, что векторами вирусной инфекции являлись Cicadella sp., Henosepilachna vigintioctomaculata, Dolycoris baccarum, Mythimna separata, Lygus pratensis, Rhopalosiphum padi.