Прибуток від вирощування сої прямо залежить від того, в якому місці заголовка аграрій поставить кому. Віруси, бактерії та патогенні гриби істотно знижують урожай, адже якщо ситуацію не контролювати, то його можна й зовсім втратити. Для того аби відчувати, якими технологіями захисту варто користуватися, слід глибоко розумітися на біологічних процесах сої та екологічних аспектах її вирощування. Наші співрозмовники допомогли зорієнтуватися у цих питаннях та окреслити ефективні методи, які дадуть змогу запобігти відчутним втратам урожаю

Віруси - невидимі та непереможні

Віруси як внутрішньоклітинні облігатні паразити неабияк впливають на еволюційні процеси у біосфері, кругообіг живої матерії, екологічний стан довкілля, продуктивність рослинного й тваринного світу, біобезпеку, здоров’я і добробут людей. Відтак до вірусів привернуто увагу багатьох науково-дослідних лабораторій по всьому світу. Завідувач лабораторії вірусів рослин Інституту мікробіології та вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України Ангеліна Кириченко розповіла про особливості вірусних інфекцій сої та ефективні методи запобігання ним.

- Отже, лікувати чи запобігти?

- Насамперед слід мати на увазі, що рослина, уражена вірусом, не підлягає лікуванню, тому основне завдання для аграріїв - запобігти вірусному інфікуванню культури, а якщо вже таке трапилося, вчасно виявити вогнища захворювання та вилучити хворі рослини. Це допоможе зупинити поширення вірусів на здорові рослини й знизить ризик відчутної втрати врожаю. Весь життєвий цикл вірусів тісно пов’язаний із метаболізмом свого хазяїна, саме тому вірусна інфекція рідко призводить до загибелі рослини (якщо природні умови стабільно толерантні). З іншого боку, інфікування вірусами вельми знижує імунний статус рослини, й тому грибна та бактеріальна інфекції - звичні супутники вірусів. Саме через це сукупний патогенний вплив цих збудників може призвести до неочікуваних неприємних наслідків і чималих збитків. Сою уражує величезна кількість хвороб і шкідників, потерпає вона через свій статус - стратегічної культури землеробства. У природних умовах сою пошкоджують близько 46 вірусів, а в експериментальних вона чутлива до більш як 100 вірусів із різних родин. Я можу виокремити три з них, найпоширеніші на території України: мозаїки люцерни (родина Вromoviridae), мозаїки сої (родина Роtyviridae) та жовтої мозаїки квасолі (родина Роtyviridae). Основними ознаками вірусного захворювання є пригнічення росту, зморшкуватість і деформації листкової пластинки, посвітління жилок, жовто-зелена плямистість, віспоподібна пухирчастість. Ці ознаки захворювання надто помітні на молодих листках верхівки. Хай до якої б родини належали віруси, всі вони призводять до виснаження рослини, наслідком чого є істотне зниження продуктивності. Так, у випадку ураження вірусом мозаїки сої, наприклад, урожайність падає на 70%.

Ці віруси циркулювали в Україні й раніше, проте впродовж останніх десятиліть їх кількість відчутно зросла. Чим це можна пояснити? Насамперед зростанням посівних площ під вирощування як сої, так й інших бобових. Адже віруси, які уражують ці культури, більшою мірою в них «спільні», тому самі рослини (як і бобові бур’яни) слугують резерваторами вірусу. Масовому поширенню вірусів (і не лише бобових) сприяє глобальне потепління та зростання кількості переносників, а також завезення інфікованого посадкового матеріалу.

Ще у 1960-х рр. співробітниками Інституту було описано вірус жовтої мозаїки на сої, але то були лише поодинокі повідомлення про ураження культур. Ми з колегами з Національного університету біоресурсів та природокористування дослідили поширеність цього вірусу в агроценозах нашої країни. Нами було встановлено, що вірусом жовтої мозаїки масово уражено не лише рослини квасолі, а й люпину та сої. Для того аби встановити, чи це один і той самий вірус, чи його різні штами, нами було проведено молекулярно-біологічні дослідження (ми просеквенували певні ділянки геному цих збудників) і встановлено, що віруси на різних культурах (сої, квасолі та люпині) належать до одного й того самого штаму. Тобто вірус жовтої мозаїки квасолі з легкістю «перейшов» на нехарактерних господарів - люпин і сою.

Під час діагностики та ідентифікації вірусів трапляються часом і детективні історії. Так, цьогоріч аграрії звернулися до нас із проханням встановити причину захворювання сої. Уражені рослини мали листя з характерними для вірусу мозаїки сої симптомами -зморшкуватість, пухирчатість, істотна деформація листкової пластинки (між собою у лабораторії ми називаємо такі листки «жабами»). Візуально - хвороба очевидна, але зробили аналіз кількома методами й не виявили жодних слідів вірусу. Не знайшли ми вірусних часток і в електронному мікроскопі. Чим тоді пояснити такий фізіологічний стан рослини? Виявилося, що сусіднє поле соняшнику обробляли гербіцидом на основі 3,6-дихлор-2-метоксибензойної кислоти (Дикамбою), який являє собою синтетичний ауксин. Цей препарат, як і будь-який стимулятор росту, активізує ростові процеси та поділ клітин. Саме через таку «стимуляцію» листки набули асиметрії і «гофрованості». Під час обробки соняшнику препарат потрапив на поле із соєю та спричинив у рослині фізіологічні зміни, дуже схожі на ознаки вірусного ураження.

- Де можна провести діагностику вірусів, що уражують сільгоспкультури?

- Звичайно, в нашій лабораторії вірусів рослин, і діагностику не лише сільськогосподарських, а й квітково-декоративних культур і плодових дерев. Окрім того, вірусами рослин та їх діагностикою опікуються на кафедрі вірусології Київського національного університету імені Тараса Шевченка та кафедрі молекулярної біології, мікробіології та біо-безпеки Національного університету біоресурсів і природокористування України. У лабораторії «Агрогенезис» також проводять діагностику насіння та посадкового матеріалу на наявність вірусів.

- Чи можлива поява «нових» вірусів в Україні?

- Із потеплінням клімату є висока ймовірність того, що з’являться нові віруси через розширення ареалу існування інвазійних переносників. Наприклад, віруси родини Geminiviridae впродовж останніх років стали важливими вірусними патогенами продовольчих і декоративних культур у більшості країн світу. Вони інфікують широкий спектр культур і спричиняють величезні збитки в сільському господарстві. Впродовж останніх двох десятиліть ці віруси масово з’являються не лише в тропічних і субтропічних регіонах планети - своїй природній екологічній НІШІ, а й за межами цих кліматичних поясів. Таку швидку експансію захворювань, спричинених цими вірусами, вчені пов’язують із появою нових штамів і збільшенням кількості векторів через глобальне потепління та формування стійкості переносників проти інсектицидів. Важливу роль в еволюції відіграють комахи - вектори вірусів, що відповідають за їх поширення.

Головний вектор гемінівірусів - білокрилка Bemisia tabaci вважається чи не найсерйознішою загрозою для сільгосп-культур в усьому світі, переважно через велику кількість вірусів, які ця комаха передає. З огляду на зміни клімату на території України, у членистоногих змінюватимуться життєві ритми та цикли, комахи пристосовуватимуться до нового, спекотнішого клімату зі змінами періодів спокою на періоди активності. В Україні вірусів цієї родини виявлено не було, однак ми озброєні діагностичними засобами для вчасного виявлення та ідентифікації цього збудника.

- Як ми можемо допомогти рослині протистояти вірусній атаці?

- Насамперед потрібно дотримуватися всіх агротехнічних заходів, аби запобігти самій можливості вірусного інфікування культури. Обов’язковим є проведення фітосанітарних заходів, такі як боротьба з переносниками, санітарні прополювання, знищення бур’янів-резерваторів довкола полів, звільнення поля під сівбу від падалиці, правильна сівозміна. Рослині конче потрібне належне азотне живлення, добрі ґрунти, збалансовані добрива.

- Чи можна займатися органічним землеробством і мати здорові рослини, вільні від вірусів?

- Так, за умови використання безвірусного посівного матеріалу, чіткого дотримання технології вирощування культури та санітарних норм цілком можливо. А ще краще - впроваджувати в сільське господарство нові вірусостійкі сорти рослин.

Бактерії - організовані та стійкі

Сою є за що любити. Аграрії полюбляють її за прибутковість, худоба - за поживність, а все людство назагал - за сосиски. Бактерії, на жаль, також полюбляють сою, адже вона для них є ідеальним середовищем існування, багатим білком, оліями та цукрами. Про особливості бактеріальних вторгнень у мирне життя сої та методи боротьби з ними ми говорили з Наталією Житкевич, співробітником відділу фітопатогенних бактерій Інституту мікробіології та вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України, куратором колекції фітопатогенних бактерій.

«Соя наразі для нас, науковців, - модельна рослина, - наголошує моя співрозмовниця. - По-перше, її дуже багато сіють, ареал охоплює всю територію України. Все, що відбувається на сої, ті самі тенденції, ті самі хвороби, ми маємо й у загальній фітопатології. Чималі площі посівів дають змогу відстежувати всі загальні фітопатогенні процеси в масштабах країни. По-друге, соя є чудовим середовищем для різноманітних патогенів: м ясиста, має щільну структуру, на ній добре розмножуються збудники. Для сої характерні 15 видів збудників - тож маємо із чим боротися.

Із загальних тенденцій, які впадають в око, - пришвидшилася еволюція. Те, що ми раніше могли побачити протягом кількох поколінь, відбувається нині куди швидше. Ще одна тривожна тенденція - зростання агресивності патогенів. Умовно патогенні бактерії дедалі частіше стають патогенними. Як взагалі виникли патогени? Все це розвиток: колись були просто клітини, опісля з’явилися сапрофіти й почалася спеціалізація. Надалі ось ці сапрофіти ставали дедалі агресивнішими. Наприклад, така історія простежується зі смугастістю стебла. Раніше це було умовно патогенне захворювання, але нині воно переходить в основні й стає дуже агресивним. Ці тенденції можна пояснити комплексним антропогенним навантаженням, змінами клімату. Ріст кількості посівних площ під сою - це не лише економічний чинник. Соя - теплолюбна рослина, і наш клімат був для неї прохолодний ще 30-40 років тому. Звичайно, не можна скидати з рахівниць і роботу селекціонерів - сорти адаптують до умов. Проте загальний вплив на можливість поширення культури чинить, звичайно, клімат.

Соя - популярна культура ще й через те, що нею можна почасти врятувати пошкоджені посіви. Її часто саджають по озимій пшениці, якщо пшениця вимокла чи вимерзла. Проте тут є закономірність - що більше сої саджають, то більше вона хворіє - насамперед, через недотримання сівозмін.

Завозять чимало нових сортів, і на сої з’являються збудники, яких не було раніше. Наприклад, іржаво-бура плямистість квасолі з’явилася на сої в останні десять років. Відбувається міграція фітопатогенів, і соя для них є чудовою домівкою.

У природі завжди є рівновага. Рядів і видів грибів куди більше, ніж фітопатогенних бактерій, але гриби чутливі до різноманітних агентів - хімічних і біологічних, а фітопатогенні бактерії відчутно стійкіші. Єдине правило, яке однозначно працює, таке: якщо ви берете препарат, а на ньому написано, що він проти бактерій, грибів і вірусів, то викидайте його одразу! Такого не може бути!

Уявіть собі, є 20 видів збудників бактеріальних інфекцій. Кожен вид має істотні розбіжності: в одних клітинах стінка товща, в інших - тонша, в одних поліцукридів більше, в інших - менше, КІЛЬКІСТЬ органел різна - зробити один препарат на всі випадки життя неможливо. Недбалі виробники, користуючись тим, що фермер шукає панацею та простих рішень, пишуть на препараті все, що завгодно, але це лише підриває довіру до ЗЗР.

Якщо ми візьмемо 20 найпоширеніших фунгіцидів та інсектицидів, може, один із них діятиме на деякі види бактерій, а інші боротимуться з грибковими інфекціями.

Наразі випускають величезну кількість препаратів - як у світі, так і в Україні. Протибактеріальних препаратів також більшає. Дієвішими з цієї категорії можемо вважати біопрепарати, вітчизняні зокрема. Загалом біологічні препарати куди ефективніші, ніж хімічні, позаяк із хімічних препаратів ефективна проти бактерій лише сірчана кислота. Біологічні ж препарати розроблено на механізмі взаємодії патогенів з їх антагоністами. Антагоністи - це бактерії чи гриби, які є природними «ворогами» патогенів. Так чи інак, антагоністи витісняють патогенів двома шляхами: або виокремлюючи певні речовини, або займаючи їхні біологічні ніші. Знайти антагоністів для біопрепаратів дуже важко, інколи на це потрібно багато років. Здавалося б логічно, якщо фітопатогенні бактерії не виживають у ґрунті, то з ґрунту антагоністів і варто брати, але так не виходить.

Із біопрепаратами є певні складнощі - вони то працюють, то не працюють.

Бувають випадки, коли один і той самий препарат - ліцензований, перевірений, надійний - раптом «замовкає», а опісля знову починає працювати. Чому так відбувається, складно сказати, ми досі досліджуємо цей феномен.

Фото 1. Запобігти не потрібно лікувати

Є кілька хімічних речовин, які, входячи до складу препаратів, посилюють дію, але тут ми стикаємося з проблемами дозування. Якщо концентрацію препарату буде внесено меншою кількістю, то ефекту це не дасть. Аграрії часто-густо не дотримуються інструкцій, а опісля скаржаться на безрезультатність.

Я кілька разів стикалася з виробниками, які, рекламуючи свою продукцію, говорять про те, що вони намішали туди й того, й сього - препарат вийшов дієвий. Вони це підкріплюють результатами польових випробувань. Усе має починатися з лабораторного столу! У лабораторії проводять об’єктивні дослідження. Поле - це тонка річ: різні погодні умови, різні попередники, різні виробники насіння, різний обробіток. Яка тут може бути об’єктивність?

Елементарне дотримання аграрних технологій убезпечить сою від багатьох негараздів. Переважна більшість фітопатогенних бактерій зберігається лише на рештках рослин, вони у ґрунті не виживають. Тому чисте поле після сезону - одна з умов розвитку здорових рослин. А також перевірка насіння до висівання на чистоту від фітопатогенів. Ефективність препаратів буде максимальною, якщо дослухатися до порад виробників, обробляти насіння і проводити кілька обробок упродовж вегетації. Запобігти захворюванню куди дешевше, ніж лікувати й, зрештою, все одно недоодержати прибуток».

Гриби - численні та різноманітні

«Гриби - «дурніші» за віруси, але аграрію від того не легше, - зауважує Наталія Житкевич. - Віруси не зацікавлені у загибелі рослини, на якій вони паразитують, а гриби не вирізняються гуманністю та знищують рослину, якщо не вжити заходів. Грибкові інфекції різняться неперевершеною різноманітністю, але, на щастя, не вирізняються стійкістю проти захисних препаратів. Цей вид інфекцій має вияв під час усього періоду вегетації рослини, а також під час зберігання зерна. Під впливом грибів у рослинах виникають патологічні процеси, що призводять до порушення фізіологічних функцій і структур рослини. Плямистості, виразки, грибкові нальоти добре класифіковані та помітні неозброєним оком. У роки масового поширення грибкових хвороб утрати врожаїв сої становлять від 50 до 70%. Протидіяти грибам можна двома класами препаратів -алкілпохідних сечовин і тріазолів. Алкілпохідні сечовини впливають на синтез нуклеїнових кислот, білків та жирів і підвищують щільність мембран у клітинах патогену. Так патоген капсулюється, і припиняється його поїли рення. Клас тріазолів також діє на стінки клітини гриба - він блокує біо синтез ергостерину, який входить до складу клітинної стінки мембрани гриба, що призводить до порушень у процесі поділу клітин, а згодом і до заги белі патогену.

Клас тріазолів контролює захворювання з класу справжніх грибів (борошниста роса, оїдіум, біла гниль, чорна гниль, іржа, альтернаріоз, септо ріоз, макроспоріоз, сіра гниль), алкіл похідні сечовини - з класу несправжніх грибів (переноспороз, фітофтороз). Більшість фунгіцидів не ефективна проти цих двох типів захворювань водночас, позаяк не контролює несправжні гриби. Блокування ергостерину, який входить до складу клітинної стінки мембрани, актуальне лише для справжніх грибів, але у несправжніх грибів немає цієї стінки, тому фунгіциди не ефективні проти них. Найчастіше грибкові інфекції «підчіплюють» у період зберігання зерна. Плісняві грибки вражають близько 6-7% якісного насіння. Чимала кількість грибків активно розмножується у насінні під час зберігання. Зморшкуватість, плямистість, деформація насіння та зміна кольору або сірий наліт вказують на ураженість грибковими інфекціями. Порушення цілісності оболонки насіння та мікротріщини є додатковим шляхом проникнення грибкової інфекції. Профілактичні засоби - це введення у виробництво стійких сортів, дотримання сівозмін, обробка насіння від пероноспорозу, пліснявих грибів, білої і сірої гнилі, а також ретельне очищення поля від пожнивних решток. Біла гниль - чи не найстійкіша грибкова інфекція, тому повторну сівбу сої в разі виявлення на полі цієї інвазії рекомендують проводити не раніше як через 8 років. За інших грибкових інфекцій повторення культури може бути й через чотири роки».

Фото 2. Запобігти не потрібно лікувати

Є два аспекти, про які хочеться подумати, підсумовуючи цей матеріал. По-перше, про агроценози. Поширені наразі технології боротьби з бактеріями та грибами діють радше тактично, аніж стратегічно. Мислення на перспективу передбачає прогностичний аналіз агроценозу полів на найближчі 10 років. У погоні за результатом забувається те, що найлютіші вороги сої чи будь-якої іншої культури - це частина екосистеми, й що скорочення популяції однієї ланки неминуче веде за собою збільшення популяції іншої.

По-друге, методи, які ми наразі використовуємо для захисту рослин, доволі безпорадні та грубі. Порівняно з ними метод РНК-інтерференції виглядає, як розумна перспектива, що найближчим часом набуватиме популярності. До того ж це поки що єдиний результативний метод боротьби з вірусами, який має пролонговану дію.

Дозволю собі нагадати принцип дії РНК-інтерференції:

РНК - це одинарний ланцюг нуклеотидів. Він має однакову будову в усіх організмів, крім вірусів. У вірусів РНК 2-ланцюжкова. Генетики навчилися активувати в рослині специфічні білки (dicer), які ріжуть вірусну РНК на фрагменти. Ці фрагменти підхоплюються іншими білками RISK, і ворожа РНК, образно кажучи, оголошується в розшук. Якщо білки RISK знайдуть у гені схожу послідовність, вони її знищать. Позаяк РНК - це єдиний спосіб для гена виявити свою активність, виходить, що гени, які відповідали 2-лан-цюжковій РНК, припиняють синтезувати білок і «замовкають».

Ця технологія за останній рік істотно прогресувала, і програмування білків, поки що в лабораторних умовах, дає змогу розв’язувати кількавекторні задачі. Можливо, у найближчому майбутньому за допомогою технології «мовчання» генів можна буде здійснити мрію аграрія про універсальний засіб проти «всього» (і комах, і бактерій, і грибів, і вірусів).

 

Лада-Олександра Антомонова