Дослідження циркуляції фітовірусів в грунтах різних регіонів України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський університет імені Тараса Шевченка

УДК 578.864; 574.64

Дослідження циркуляції фітовірусів в грунтах різних регіонів України

03.00.16 -екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Будзанівська Ірина Геннадіївна

КИЇВ - 1999

Анотація

Будзанівська І.Г. Дослідження циркуляції фітовірусів в грунтах різних регіонів України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук по спеціальності 03.00.16 - екологія. Інститут агроекології та біотехнології УААН, Київ, 1999.

В роботі викладені результати вивчення розповсюдженності та циркуляції РНК-геномних фітовірусів різних таксономічних груп (таких як Tobamovirus -ВТМ; Cucumovirus - ВОМ; Potyvirus -УВК, ВМБ; Potexvirus - ХВК; Luteovirus - ВСПБ, ВЖКЯ, Hordeivirus -ВШМЯ) в грунтах в різних екологічних умовах України та оцінюється можливість виникнення епіфітотій, викликаних цими вірусами.

Вперше обстежені грунти різних регіонів України на наявність антигенів фітовірусів та створена карта розповсюдженості антигенів фітовірусів різних таксономічних груп. Показана нерівномірність розповсюдження фітовірусів в обстежених областях та її залежність від характеристик грунту та ступеню антропогенного навантаження агро- та природніх ценозів.

Запропоновано схему відбору зразків грунту для визначення антигенів фітовірусів, розроблено методику підготовки та проведення імуноферментного аналізу грунту. Показано, що в грунтах агроценозів спостерігається коливання концентрацій антигенів вірусів рослин з року в рік, яке залежить від рослин, що культивуються.

Сформульовані загальні закономірності впливу забруднення оточуючого середовища важкими металами на віруси рослин. Така дія може призводити до виникнення нових штамів вірусів або зміни інфекційності вже існуючих.

Доведено, що збільшення концентрації важких металів в грунті призводить до підвищення контамінації рослин вірусами, розвитку вірусної інфекції та, як наслідок, вторинної контамінації грунту вірусами або їх антигенами.

Ключові слова: антигени фітовірусів, контамінація грунту, рослинні залишки, полютанти, важкі метали, розповсюдженність, циркуляція, база данних.

Аннотация

Будзанивская И.Г. Изучение циркуляции фитовирусов в грунтах различных регионов Украины. - Рукопись.

Дисертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16. - экология. Институт агроэкологии и биотехнологии УААН, Киев, 1999.

В работе представлены результаты изучения распространения и циркуляции РНК-геномных фитовирусов разных таксономических групп (таких как Tobamovirus -ВТМ; Cucumovirus - ВОМ; Potyvirus -УВК, ВМС; Potexvirus - ХВК; Luteovirus - ВСПС, ВЖКЯ, Hordeivirus -ВШМЯ) в грунтах в различных экологических условиях Украины и оценивается возможность возникновения эпифитотий, вызванных этими вирусами.

Впервые обследованы почвы разных регионов Украины на наличие антигенов фитовирусов и составлена карта распространения антигенов фитовирусов различных таксономических групп. Показана неравномерность распространения фитовирусов в обследованых областях и их зависимость от характеристик грунта и степени антропогенной нагрузки агро- и природных ценозов. На примете ВТМ показано, что концентрация вирусных антигенов в грунте зависит также и от севооборота в агроценозе, в то же время в природных ценозах этот уровень концентрации находится на более-менее постоянном уровне.

Предложено схему отбора образцов грунта для определения антигенов фитовирусов, разработана методика подготовки и проведения имуноферментного анализа грунта. Показано, что в грунтах агроценозов наблюдаются колебания концентраций антигенов вирусов растений из года в год, зависящее от растений, которые культивируются.

Сформулированы общие закономерности влияния загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами на вирусы растений. Такое воздействие может приводить к возникновению новых штаммов вирусов или изменения инфекционности уже существующих.

Полютанты из окружающей среды оказывают негативное влияние на грунт, на котором растут растения (путем изменения кислотности, изменения концентрации ионов металлов, изменение концентрации органических веществ, изменение влажности и ферментативной активности грунта), на онтогенез растений, что приводит к изменению имунного статуса растений, на процессы взаимодействия вирус - растение или вирус - переносчик, или непосредственно на вирусные частицы. Доказано, что увеличение концентрации тяжелых металлов в грунте приводит к повышению контаминации растений вирусами.

Проведена серия модельных экспериментов по изучению действия тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb) на систему вирус-растение, которые показывают, что загрязнение грунта тяжелыми металлами помогает контаминации вирусами растений из окружающей среды за счет угнетения их физиологической активности, развитию вирусной инфекции, и как следствие, вторичной контаминации грунта вирусами или их антигенами.

Создана компъютерная база данных идентификации вирусных антигенов в исследованных грунтах, которая выполняет такие функции как: сохранение, сортирование и реляционное объединение предыдущих данных; анализ первичных и вторичных данных; отбор и поиск необходимых данных, а также компонировка новых заданных массивов с целью их дальнейшего использования для прогнозирования.

Планомерное исследование агроценозов на предмет циркуляции фитовирусов позволит, с учетом данных о погодных условиях, биологии культурных растений и возбудителей, с высокой точностью прогнозировать циркуляцию возбудителей и возникновение заболеваний с целью снижения экономического ущерба от потерь урожая. Компъютерная база данных является необходимым условием для работы в данном направлении и должна широко внедряться и использоваться для фитосанитарной оценки агроценозов.

Ключевые слова: антигены фитовирусов, контаминация грунта, растительные остатки, полютанты, тяжелые металлы, распространение, циркуляция, база данных.

грунт фітовірус імуноферментний екологічний

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В теперішній час віруси рослин привертають увагу дослідників та виробників великим розповсюдженням та підвищенням шкодочинності, що призводить до значних втрат врожаїв і, як наслідок, економічних збитків. Недостатньо вивченим є питання про екологію вірусів та їх циркуляцію в біоценозах (Бойко, 1989).

Існуючі на сьогодняшній час підходи, як правило, спираються на дослідження та прогнозування поширення збудників вірусних інфекцій рослин, які передаються комахами (Kegler H. et all, 1995, Nelson M.R., 1994) або нематодами (Brown D., 1989). Вивченню ролі грунтів та інших резервантів (Heldel G.B., C.M.Rush., 1994; Spaar D.,Kegler H., 1994) присвячено зовсім мало робіт. Однак не підлягає сумніву, що вектори можуть первинно інфікуватися не лише з культурних рослин, але і з грунту. При цьому можуть виникати епіфітотії, які фактично викликають повну загибель урожаю на великих площах (Бойко А.Л., 1990).

В останні роки віруси рослин в великій кількості були детектовані в грунті та поверхневій воді. Багато з цих вірусів мають невідомих повітряних векторів (Koenig R., 1988). До давно відомих двох груп грунтових вірусів, які передаються або нематодами з родів Longidorus, Xiphinema i Trichodorus, або зооспорами грунтових грибів з родів Polymixa i Olpidium в теперішній час додається група грунтових вірусів, представникам якої притаманне те, що вони вільними віріонами (in vitro) зустрічаються в грунті та воді і мають змогу переходити без допомоги переносників від хворих рослин до здорових, хоча деякі з них можуть передаватися за допомогою нематод або мікроскопічними грибами (Kegler H., 1995).

Віруси рослин можуть зберігатися від сезону до сезону в грунті, попадаючи туди як прямим (з рослинних залишків або кореневих волосків), так і опосередкованим шляхом (вірусвмісні екскременти); в зв”язку з цим існує загроза зараження нових рослин вірусними інфекціями. Тому необхідно виявляти резервуари вірусних інфекцій в агроценозах, а також досліджувати можливі шляхи розповсюдження вірусів через грунт, який є також накопичувачем радіонуклідів та важких металів. Він є основною ланкою екологічної ніші в якій необхідно вже на ранніх етапах антропогенного забруднення оцінювати віддалені наслідки такої дії на його біологічну активність. Мікроорганізми та віруси, які знаходяться в грунті, достатньо швидко реагують на зміну умов оточуючого середовища (Егорова Е.И., 1996). З другого боку, дія антропогенного навантаження на ріст та розвиток рослин опосередковано або безпосередньо впливає на фітовіруси. Рослинні середовища в великій мірі підпадають під руйнівну дію антропогенних абіотичних та біозабруднюючих факторів. В екологічно несприятливих регіонах в біоценозах накопичуються в великій кількості фітопатогени, в тому числі і віруси. Коли патоген інтродукується, він може викликати серйозні ураження природніх членів біоценозу, посилюючи пресинг несприятливих факторів середовища.

Встановлення можливих взаємозв”язків між наявністю вірусних антигенів в рослинах та грунті сучасними вірусологічними та молекулярно-біологічними методами є дуже важливим в розумінні розповсюдження фітовірусів рослин та циркуляції їх в агроценозах.

Мета і завдання досліджень. Вивчити розповсюдженість РНК-геномних фітовірусів різних таксономічних груп (таких як Tobamovirus -ВТМ; Cucumovirus - ВОМ; Potyvirus -УВК, ВМБ; Potexvirus - ХВК; Luteovirus - ВСПБ, ВЖКЯ, Hordeivirus -ВШМЯ) в грунтах в різних екологічних умовах України та оцінити можливість виникнення епіфітотій, викликаних цими вірусами. Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі завдання:

1.Використовуючи методи рендомізованого польового експерименту, ІФА, ТЕМ та ІСЕМ, вивчити розповсюдженість фітовірусів в грунтах різних екологічних регіонів України.

2.Створити комп"ютерний банк даних ідентифікації вірусів в грунті (за результатами ІФА).

3.Дослідити вплив оточуючого середовища (тип грунту, фізико-хімічний склад грунту, сівозміни) на контамінацію грунту вірусами.

4. Розробити рекомендації для раціонального землекористування з врахуванням даних сучасних методів фітовірусної діагностики грунтів.

Наукова новизна одержаних результатів.. Вперше в Україні проведено обстеження різних регіонів на наявність в грунті антигенів таких фітовірусів як ВТМ, ВОМ, ХВК, УВК, ВЖКЯ, ВШМЯ, ВСПС, ВМС.

Вперше створено карту поширення фітовірусів в грунтах досліджених сільськогосподарських регіонів України.

Для поліпшення роботи з великими масивами результатів ІФА створено комп”ютерний банк даних розповсюдження фітовірусних інфекцій на базі Microsoft Access.

Розроблено рекомендації щодо раціонального землекористування агроценозів України з врахуванням даних фітовірусної діагностики грунтів.

Практичне значення одержаних результатів. Модифіковано методику обстеження грунтів на вірусоносійство за допомогою ІФА. Це дозволяє швидко та ефективно проводити детекцію антигенів фітовірусів в грунтах та грунтових водах.

Створено карту поширення фітовірусів в грунтах у досліджених регіонах України, використання якої дозволяє простежити кореляцію між наявністю антигенів вірусів в грунті та антропогенним навантаженням оточуючого середовища іншими полютантами.

Розроблено рекомендації для сільськогосподарських дослідних станцій та станцій захисту рослин для запобігання втрат врожаїв від вірусних інфекцій, використовуючи дані детекції антигенів фітовірусів в грунтах агро- та біоценозів.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження по темі автором виконані самостійно. Відбір зразків грунту з різних екологічних регіонів України, виділення та накопичення вірусів, постановка імуноферментного аналізу, електронна, імуноелектронна мікроскопія, аналіз отриманих результатів, побудова комп”ютерного банку даних були виконані автором особисто за безпосередньою участю к.б.н. В.П. Поліщука на базі лабораторії екології та детекції вірусів Інституту агроекології та біотехнології УААН.

Проведення досліджень фізико-хімічних властивостей грунтів проводилися в лабораторії оцінки якості сільськогосподарської продукції Інституту агроекології та біотехнології УААН за участю зав. лаб., к.х.н. Саженюка А.Д.

Розробка комп”ютерної бази даних проводилася на базі кафедри вірусології Київського університету імені Тараса Шевченка за участю аспіранта кафедри Дем”яненко Ф.П.

Наукові дослідження по темі виконано відповідно проекту № 01.196U 012976.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи доповідались на Всеросійскому з'їзді по захисту рослин “Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность.” (Санкт-Петербург, Росія, грудень 1995); на 10 Міжнародному Конгресі по вірусології (Єрусалим, Ізраіль, серпень 1996); на Міжнародній конференції “Лютеовіруси” (Чіренчестер, Англія, березень 1997); Міжнародному регіональному семінарі “Охорона довкілля”, (Ужгород, Україна, травень 1997); на Конференції “Збереження біорізноманітності в Україні” (Канів, жовтень, 1997); на Міжнародній конференції “Пути решения проблем и перспективы развития биотехнологии в декоративном садоводстве и плодоводстве” (Ялта, Крим, вересень 1997); на 2 Міжнародній конференції “Біоресурси та віруси”, (Київ, вересень 1998); на 4 Міжнародному Симпозиумі “Забруднення навколишнього середовища в Центральній та Західній Європі” (Варшава, Польща, вересень 1998); на 16 Всесвітньому Конгресі з грунтознавства (Монпелье, Франція, серпень 1998); VII Міжнародний симпозіум по епідеміології вірусів рослин (Алмерія, Іспанія, квітень 1999).

Публікації. За матеріалами дослідження опубліковано 17 робіт, з яких 6 - статті у наукових журналах, 11 - матеріали конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, огляду літератури, експериментальної частини (3 розділи власних досліджень, висновків, списку використаних літературних джерел, який включає 153 джерела з них 94 іноземних авторів). Викладена на 124 сторінках машинописного тексту, має 20 малюнків, 27 таблиць, 5 схем та 5 фотографій.

Основні положення, що виносяться на захист:

1.Виявлено кореляцію між детекцією антигенів фітовірусів у грунті агро- та природніх ценозів та загальним забрудненням оточуючого середовища.

2.Показана можливість фіксації (збереження) антигенних детермінант вірусів рослин в грунті як показник фітовірусного навантаження агро- та біоценозів (навколишнього середовища).

3.Доведено необхідність використання даних детекції грунтів на вірусоносійство для зменшення ризику розвитку фітовірусних захворювань сільськогосподарських культур, які вирощуються на території України.

4. Збільшення концентрації в грунті важких металів призводить до підвищення контамінації рослин вірусами, розвитку вірусної інфекції та як наслідок вторинної контамінації грунту вірусами або їх антигенами.

2. Основний зміст роботи

Огляд літератури. Викладені відомості про віруси, які зустрічаються у грунті, та роль грунтів у розповсюдженні вірусів рослин. Приведені відомі дані про вплив факторів навколишнього середовища на фітовіруси та безпосередньо на статус рослин та зв”язок забруднення агроценозів з поширенням вірусів. Показана необхідність використання комп”ютерних баз даних в сучасних дослідженнях.

Матеріал і методи дослідження. Матеріалом слугували грунти, відібрані з агро та біоценозів трьох регіонів Ураїни, які відрізняються між собою ступенем антропогенного навантаження. Було обстежено такі регіони: а) Волинська область, Шацький Національний парк з найменшим ступенем антропогенного навантаження; б) Київська область, Богуславський регіон, з середнім рівнем антропогенного навантаження; в) Харківська область, Змієвський регіон з високим ступунем антропогенного навантаження (Рис. 1).

Загальний стан поля обстежувався за такими параметрами : фаза розвитку рослин в онтогенезі, вид рослини, стан посiвiв, кiлькiсть рослин-бур'янiв, процент рослин з симптомами вiрусних захворювань.

Грунт відбирали з трьох точок на кожному полі в трьох повторностях по 200 гр. Відбір проводився на різній глибині: 10, 20, 40 см. Зразки готували шляхом гомогенiзацii наважки грунту (Рис. 2). Гомогенiзацiя проводилась в натрiй-фосфатному буферi (рН 7.5) у спiввiдношеннi 2:1 (мaсa:об'єм). Пiсля гомогенiзацii зразки центрифугували ( 5000 g, 20 хв., центрифуга РС-6 ), надосад аналiзувався в електронному мiкроскопi (JЕМ -1200) методом негативного контрастування ( 2 % ФВК рН6,5 або 2 % УА рН 4,0 ) (Stephen A. Hill, 1984) ).

Наявнiсть вiрусу в рослинах та грунтi визначали за допомогою модифiкованого методу IФА (Гнутова Р.В., 1993). Iмунoферментний аналiз застосовувався в модифiкацii непрямого плашкового das-ELISA на полистиролових планшетах (фірми Lab Systems ) за загальноприйнятою методикою (Kegler H., Fuchs H., Spaar D., Kegler J, 1994). Для дiагностики використовувалися полiклональнi кролячi сироватки (ПАТ) та моноклональні антитіла (МАТ). Другi антитiла ( АТ ) - кон'югованi пероксидазою з хрiну (баранячi) проти Ig G кроля та кролячi проти Ig G мишi. Субстрат для проявки та фарбування - перекис водню та діамінобензидін (ДАБ).

Для дiагностики використовувалися антисироватки до таких вiрусiв : - вiрус жовтоi карликовостi ячменю (ВЖКЯ) - МДУ, в розведенні 1: 100; -вiрус штрихуватоi мозаiки ячменю (ВШМЯ) - MSU, USA, в розведенні 1: 100; -вiрус мозаiки цукрового буряку (ВМБ) - МДУ, в розведенні 1 : 100; -вiрус слабкого пожовтiння цукрового буряку (ВСПБ) - RES, UK, в розведенні 1 : 100 ; -Х-вiрус картоплi (ХВК) - ІСМ УААН, в розведенні 1:25; -У-вiрус картоплi (УВК) - ІСМ УААН, в розведенні 1:20; -вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) ІСМ УААН, в розведенні 1: 6; - вірус огіркової мозаїки (ВОМ) - ІСМ УААН, в розведенні 1:16.

Аналіз фізико-хімічного складу грунтів проводили методами атомної абсорбційної спектроскопії (Шинкаренко В.Л., Саженюк А.Д., 1996).

Електронномікроскопічний аналіз зразків проводили за загальноприйнятими методиками (Бойко А.Л., 1990)

Банк даних отриманих за допомогою ІФА, створений на базі Microsoft Access .

Результати досліджень та їх обговорення

Розповсюдженість вірусів рослин в різних екологічних регіонах України. Одержанi результати дослiджень дають змогу розглянути деякi факти збереження i поширення вiрусiв, що уражують сiльськогосподарськi культури.

В різних екологічних регіонах України порiвнювались поля з основними сiльськогосподарськими культурами: цукровим буряком, злаковими та картоплею, крiм того, дiлянки необроблюваних районiв (заповiдникiв, балок та iн ). Обстеження показали часту зустрічаємість у грунтi антигену вiрусу жовтоi карликовостi ячменю, що до того ж корелювала практично в усiх обстежених ценозах, де вiрус жовтоi карликовостi ячменю виявлявся i на злакових (рис.3). Така ж залежнiсть мaє мiсце i у випадку вiрусу штрихуватої мозаїки ячменю. Не дивлячись на рiзний склад грунтiв, по цих вiрусах Волинська та Киiвська областi практично не вiдрiзнялися, а в Харківській областi цi вiруси виявлялися значно частіше. Цiкаво, що така ж кореляцiя для цих двох вiрусiв, що являють собою значну загрозу для злакових культур, показана i у випадку з "дикими" ценозами (рис. 4), тобто i грунт i рослини в дослiдних ценозах являють собою потенцiйнi резерванти цих збудникiв. Спiвпадає з лiтературними даними той факт, що вірус огіркової мозаїки зустрiчаеться в грунтi (у Харкiвськiй та Киiвськiй областi), причому на злаках цей вiрус присутнiй тiльки у Харкiвському регіоні.

На полях пiд цукровим буряком виявилася зовсiм iнша картина (рис.5). В Харкiвськiй та Киiвськiй областях частіше всього зустрічався вірус жовтяниці буряку як в рослинах, так і в грунті. В Одеськiй області - тiльки у грунтi. На полях Харкiвськоi областi крiм вірусу жовтяниці буряку вiдмiчено також вiрус мозаiки буряку, вiрус слабкого пожовтiння буряку та вiрус штрихуватоi мозаiки ячменю (або серологiчно близький до нього) (рис.4). Слiд вiдмiтити, що практично всi обстеженi поля цукрового буряку в Харкiвськiй областi е зрошуваними. Характерно, що цi ж вiруси детектувалися i на цукровому буряку, однак фактiв передачi вірусу мозаїки, жовтухи та слабкого пожовтіння буряку через грунт в лiтературi не зустрiчаеться. Якщо порiвнювати в цiлому, то Харкiвська область знову звертає на себе увагу наявнiстю вiрусiв цукрового буряку в "диких" ценозах, що може мати зв'язок з загальним забрудненням середовища. Загалом якраз у Харкiвськiй областi в обстежених "диких" ценозах найширше представленi вiруси рослин: ВТМ, ВОМ-1, ВМБ.

При дослідженні полів картоплі в Київській області частіше всього зустрічалися ХВК та УВК, причому спостерігалася кореляція між наявністю вірусів в грунті та рослині. У Волинській області виявлено ХВК, але на тих полях, де як добриво вносили гній з ферм, що може свідчити про те, що вірус, проходячи через шлунковий тракт тварин, не втрачає своїх інфекційних властивостей (табл.1).

При дослiдженнi бiоценозiв Волинськоi областi не спостерiгалась кореляцiя мiж наявнiстю вiрусiв в рослинах та грунтi. Були одержанi позитивнi результати IФА в окремих агроценозах на вірус мозаїки буряку, У-вірус картоплі та вірус тютюнової мозаїки. Цi вiруси зустрiчалися або тiльки в рослинах, або тiльки в грунтi в залежностi вiд мiсця вiдбору проб. Антиген вірусу слабкого пожовтіння буряку був дiагностований тiльки в грунтi.

Оскiльки рослини-резерванти та контамінований патогенами грунт, можуть бути джерелами iнфекцii для культурних рослин, необхiдно контролювати ситуацiю щодо виявлених у природних зонах вiрусiв.

За допомогою переносникiв або без них вiруси можуть контамiнувати ще вiльнi вiд них ареали, в тому числi i тi , що використовуються пiд сiльськогосподарськi угiддя. Це може призвести до небажаних наслiдкiв, якi проявляються у значних втратах врожаю цiнних сiльськогосподарських культур .

Порiвнюючи данi розповсюдженостi вiрусних iнфекцiй по дослiдженим регiонам, можна дiйти висновку, що рiзнi вiруси не однаково часто зустрiчаються, а отже i ризик виникнення iнфекцiй теж неоднаковий. За отриманими даними була створена карта розповсюдженності антигенів фітовірусів різних таксономічних груп таких як Tobamo-, Cucumo-, Poty-, Potex-, Luteo-, Hordeivirus в грунтах трьох регіонів України (рис. 6). Вона показує нерівномірність розповсюдження фітовірусів та її залежність від ступеню антропогенного навантаження агро та природніх ценозів.

Влив забруднення навколишнього середовища на поширеність фітовірусів. Досліджені агроценози різних екологічних регіонів представлені типовими слабоопідзоленими, слабо- та середньосуглинковими чорноземами. Відмінності між ними представлені неоднаковим антропогенним навантаженням (а саме, вмістом важких металів в орному шарі, вмістом пестицидів та ін). На рис. 7 показані результати порівняльного аналізу агроценозів 3-х регіонів на вміст деяких важких металів в поверхневому орному шарі (0-20 см). Підвищений рівень важких металів (рис. 8) у районі Змієвської ДРЕС (Харківський регіон) вочевидь пов"язаний з діяльністю потужної теплоелектростанції, в той же час, як агроценози Волині розташовані в зоні Національного парку. На малюнках (рис. 8-9) показані інтегральні результати порівняння концентрацій вірусних антигенів (ВТМ, ВМБ, ВЖКЯ, ВОМ, УВК) в тих же агроценозах і обстежених природніх ценозах.

При дослідженні грунтів на наявність вірусних антигенів виявилося, що найбільш часто зустрічаються 4 з них: ВТМ, ВОМ, ВШМЯ, УВК. При цьому відмічається пряма залежність між частотою зустрічаємості антигенів вірусів та ступенем забруднення агроценозів (в данному випадку такими важкими металами як кадмій, нікель, свинець, мідь, цинк). Було виявлено, що УВК в грунті Харківської області зустрічається у 4 рази частіше ніж у Волинській та в 2 рази частіше, ніж в обстежених агроценозах Київської області. ВОМ в агроценозах Харківської області зустрічається в 2 рази частіше, ніж в Волинській. ВШМЯ в 4 рази частіше зустрічається в Харківській, ніж в Волинській областях. ВТМ в обстежених зразках грунту з Харківської області детектувався в 2 рази частіше, ніж в інших обстежених областях.

Концентрація вірусних антигенів в грунті залежить також і від сівозміни в агроценозах (рис. 10), в той час як в природних ценозах цей рівень концентрації знаходиться на більш-менш постійному рівні.

Крім того слід відмітити підвищення вмісту певних вірусів (таких як ВТМ, УВК) в грунті, в який вносили як добриво гній з ферм (табл. 1). Це підвищення може бути пов"язано вочевидь з збереженням вірусу в рослинних залишках при проходженні через шлунково-кишечну систему тварини (в данному випадку великої рогатої худоби).

Загальне збільшення концентрації вірусних антигенів в більш забруднених регіонах може бути пояснено як пригнічуючею дією факторів забруднення на імунну систему рослин, які ростуть в даному агроценозі, так і (що менш ймовірно) безпосереднім впливом на інфекційні віріони в бік збільшення їх інфекційності. Результати проведених нами модельних експериментів свідчать про те, що забруднення грунту важкими металами допомагає контамінації вірусами рослин з зовнішнього середовища за рахунок пригнічення їх фізіологічної активності (імунного статусу), розвитку віруснох інфекції, і, як наслідок, вторинній контамінації грунту вірусами або ж їх антигенами.

Створення комп”ютерної бази даних. Робота, що пов”язана з вивченням розповсюдження вірусних антигенів вимагає ефективного опрацювання величезних масивів даних. Так, за 1996 рік було проведено понад 20000 тестів іммуносорбційного ферментного аналізу, тобто в результаті було отримано 20000 одиниць даних, половина з яких експериментальні зразки з детальними описами (де відібрано, на якій культурі, полі, на який вірус перевірено і т.п.). Для підвищення швидкості та ефективності роботи з отриманими результатами було створено базу даних, що у компактному і зручному вигляді зберігає і контролює від помилок ці дані. Попередні дані, що вводяться у базу, сортуються і стандартизуються. За кожним записом закріплюється унікальний номер.

Після введення даних, отриманих за допомогою ІФА, всі подальші процеси їх обробки повністю автоматизовані. Так, для оцінки введених даних і одержання висновку про присутність вірусу у будь-якому зразку достатньо зробити декілька операцій і вибрати значущі контролі .

Оскільки метою дослідження є моніторінг і контроль захворюванності в цілому по країні, необхідно дати змогу з загальної маси даних відібрати лише ті, що цікавлять на даний момент. Так, якщо цікавими є всі дані по одному конкретному регіону їх відбір можна провести просто вибравши необхідний регіон на початкових етапах роботи бази .

Інша справа, коли швидко необхідно відшукати дані не просто по конкретному регіону, а знайти дані, наприклад, по пшениці конкретного колгоспу на конкретному полі. Для цього було розроблено спеціальну програму.

Дані відбору за конкретними критеріями зберігаються у таблицях, а фінальні дані, відібрані за всіма чотирма критеріями зберігаються у таблиці "LastTable" і можуть бути виведені на друк або сконвертовані у таблиці "Microsoft Exel", "Microsoft Word", або у звичайний текстовий файл. Приклад відбору даних за критеріями вірус - ВЖБ, ВМБ, ВСПБ; зразок- цукровий буряк, грунт по всій Україні наведено у рис. 11.

З таблиці видно, що існує недвозначна кореляція між наявністю вірусів ВЖБ та ВМБ в грунті і в цукрових буряках. Таким чином можна передбачити, що при посіві на таких полях цукрового буряку в наступному сезоні існує велика ймовірність розвитку цього захворювання серед рослин. Отже, на основі таких даних можна встановити загальні закономірності між наявністю вірусу в тих чи інших культурних рослинах і в різних видах бур'янів, що є супутніми на цих полях, наявністю його в грунті та дикоростучих рослинах, що оточують поля, і планувати сівозміни таким чином, щоб на дільницях, на яких присутні резерватори (грунт, падалиця, бур'яни, комахи і т.п.) того чи іншого вірусу, висівались культури, стійкі до нього. Такий підхід дозволить на перших етапах (в перші роки) попередити епіфітотії, а в подальшому знизити розповсюдженість і пул вірусів до безпечних рівнів.

Висновки

1 Показана нерівномірність розповсюдження фітопатогенних вірусів в обстежених областях та її залежність від характеристик грунту та ступеню антропогенного навантаження агро- та природніх ценозів; створена карта поширення вірусів рослин різних таксономічних груп.

2. Розроблено схему відбору зразків грунту для визначення антигенів фітовірусів та методику підготовки та проведення імуноферментного аналізу проб.

3. В грунтах досліджених агроценозів спостерігається коливання концентрацій антигенів вірусів рослин з року в рік, яке залежить від рослин, що культивуються; в грунтах природніх ценозів концентрація вірусів по роках практично не відрізняється і значно менша від їх концентрації в агроценозах.

4. Розподіл фітовірусів по різним шарам (глибині) грунту залежить в першу чергу від концентрації вірусу в рослинах агроценозу і в меншій мірі від адсорбційних властивостей грунту.

5. Знаходження (детекція) антигенів фітовірусів у грунті протягом декількох вегетаційних періодів свідчить про циркуляцію того чи іншого фітовірусу в даному агроценозі і може використовуватися як діагностичний та прогностичний показник для передбачення розвитку та поширення вірусних інфекцій рослин.

6. Створено базу даних ідентифікації вірусних антигенів в досліджених грунтах екологічних ніш, яка виконує наступні функції:

- збереження, сортування та реляційне поєднання попередніх даних;

- аналіз первинних та вторинних даних;

- відбір та пошук потрібних даних та компонування нових заданих масивів з метою їх подальшого використання для прогнозування.

7. Опосередкований вплив полютантів на грунт (рН, концентрація іонів та органічних речовин, ферментативні реакції) та на онтогенез рослин впливає на імунний статус рослин, процеси взаємодії вірус - рослина та вірус - перенощик, та/або безпосередньо на вірусні частки, що може призводити до виникнення нових штамів вірусів або зміни інфекційності вже існуючих.

8. Збільшення концентрації в грунті таких важких металів як Ni, Cd, Pb, Zn, Cu призводить до підвищення контамінації рослин вірусами, розвитку вірусної інфекції та як наслідок вторинної контамінації грунту вірусами або їх антигенами.

Перелік опублікованих праць

1.Поліщук В.П., Сенчугова Н.А., Будзанівска І.Г., Головенько О.Л., Бойко А.Л. Моніторинг та стратегія прогнозування вірусних захворювань сільськогосподарських рослин в різних агроценозах України. //Доповіді Національної академії наук України.- 1998.- №2.- C. 184-187.

2.Тивончук Т.П., Поліщук В.П., Будзанівська І.Г., Бойко А.Л. Вивчення бур'янів як резервантів вірусних інфекцій в агроценозах.//Вісник аграрної науки.- 1998.- №2. - C. 20-22.

3.Будзанівська І.Г., Поліщук В.П., Тивончук Т.П., Бойко А.Л. Зв'язок між наявністю антигенів фітовірусів в грунті, структурою грунтів та екологічним станом зовнішнього середовища. //Вісник аграрної науки, 1998.- №9. - C. 61-63.

4.Поліщук В.П., Бойко А.Л., Будзанівська І.Г., Тивончук Т.П. Контроль за лютеовірусними інфекціями в різних агроценозах України// Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка - 1998.-Вип. С.57-58.

5.Polischuk V.P., Shadchina T.M., Kompanetz T.I., Budzanivskaya I.G., Boyko A.L., Sozinov A.A. Changes in reflectance spectrum characteristics of Nicotiana debney plant under the influence of viral infection // Arh. Phytopath. Pflanz., 1997.- Bd.31.- S. 115-119.

6.Polischuk V., Boyko A., Spaar D., Budzanivska I., Boubriak O. and Tyvonchuk T. Monitoring of some phytoviral infections in Ukraine. // Arh. Phytopath. Pflanz., 1998.- Bd. 31.- S. 459-464.

7. Бойко А.Л., Поліщук В.П., Будзанівська І.Г. Перспективи використання методів дистанційного зондування для прогнозу та профілактики вірусних захворювань сільськогосподарських культур//“Теоретичні та практичні аспекти довгострокового прогнозування агрометеорологічних чинників і прогноз їх аномалій на період до 2005” - Київ, 1995.-C. 20-22.

8.Полищук В.П., Сенчугова Н.А., Будзанивская И.Г., Головенько Е.Л., Бойко А.Л. Мониторинг и прогнозирование вирусных заболеваний сельскохозяйственных растений в различных агроценозах Украины//"Защита растений в условиях реформирования агропромышленного комплекса: экономика, эффективность, экологичность".- Санкт-Петербург, 1995.- C. 74-75.

9.Дем'яненко Ф.П., Будзанівська І.Г., Поліщук В.П., Головенько О.Л. Використання математичних моделей для оцінки розповсюдженності фітовірусів в деяких регіонах України. // 2-га Міжнародна конференція “Біоресурси та віруси”, Київ, Україна, 7-10 вересня, 1998.- К., 1998.-C. 79.

10.Паличкоподібний вірус, виділений з Elytrigia repens Чорнобильської зони // 2-га Міжнародна конференція “Біоресурси та віруси”, Київ, Україна, 7-10 вересня, 1998.-К., 1998.- C. 114.

11.Polischuk, N.A. Senchugova, I.G. Budzanivskaya, F.P. Demyanenko. Diagnostics, control and prognosis of plant viral diseases in different ecological regions of Ukraine //10th Int. Congr. of Virology, Jerusalem, Israel, 11-16 August, 1996.-Jerusalem, 1996.- P. 241

12.Polischuk V.P., Boyko A.L., Budzanivsklaya I.G., Boubriak O.A. Prognosis and an attempt to forecasts the spread of plant luteovirus diseases in Ukraine. // Int. Conf. “Luteoviruses”, Chirenchester, UK 24-26 March, 1997.- Chilenchester, 1998.-P.27

13.Polishcuk V., Demyanenko F., Budzanivskaya I., Smalius E., Tyvonchuk T. Identification of plant viruses in different agrocenosis of Ukrane and creation computer database // International regional seminar “Environment protection: modern studies in ecology and microbiology”, Uzhgorod, Ukraine, 1997. - Uzhgorod, 1997.- P. 204-208.

14.Demyanenko F.P., Polischuk V.P., Bydzanivskaya I.G. Creation a database to handle information on virus spread in Ukraine // Nat. Conf. Conservation and biodiversity in Ukraine. Kaniv, Ukraine 21-24 October, 1997.- Kaniv, 1997.- P.63-64

15.Polischuk V., Budzanivskaya I., Demyanenko F. Correlation between phytovirus infection in soils of Ukraine and ecological condition of agrocenosis//4th International Symposium and Exhibition on Environmental Contamination in Central and Eastern Europe, Warsaw, Poland, September 15-17, 1998.- Warsaw, 1998.- P. 156-157.

16.Budsanivskaya I., Polischuk V., Smalius E., Tyvonshuk T., Boyko A. Relationship between between phytovirus availability in soils of Ukraine and ecological condition of agrocenosis//16 World Congress of Soil Science, Montpellier, France, August 20-26, 1998.- Montpellier, 1998.- Vol.I.- P. 204.

17.Polischuk V., Budsanivskaya I. and Boyko A. Epidemiology and monitoring of some plant viruses in Ukraine//VII International Plant Virus Epidemiolody Symposium, Aguadulce, Spain, April 11-16, 1999.- Aguadulce, 1999.- P. 126-127.

Размещено на Allbest.ru