Forecasting the level of biological risks of the emergence and spread of infectious and parasitic potato diseases

A. V. Sibirev; Сибирёв Алексей Викторович; A. G. Aksenov; Аксенов Александр Геннадьевич; V. S. Teterin; Тетерин Владимир Сергеевич; N. V. Sazonov; Сазонов Николай Викторович; M. A. Mosyakov; Мосяков Максим Александрович; M. S. Trunov; Трунов Максим Сергеевич; M. M. Godyaeva; Годяева Мария Михайловна

doi:10.31857/S2500208224020189

Forecasting the level of biological risks of the emergence and spread of infectious and parasitic potato diseases

Authors: Sibirev A.V.¹, Aksenov A.G.¹, Teterin V.S.¹, Sazonov N.V.¹, Mosyakov M.A.¹, Trunov M.S.¹, Godyaeva M.M.¹
Affiliations:
1. FGBNU “Federal Scientific Agroengineering Center VIM”
Issue: No 2 (2024)
Pages: 89-95
Section: Processes & Machines of Agroengineer Systems
URL: https://snv63.ru/2500-2082/article/view/659371
DOI: https://doi.org/10.31857/S2500208224020189
ID: 659371

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The article discusses the issues of determining the level of occurrence biological risks, as well as the spread of infectious and parasitic diseases of potato according to the parameters of the transmission mechanisms and routes. Most pathogens are characterized by a high (26.1%) and very high (43.5%) level of risk. It has been established that in the latter group, 75% of infectious and parasitic diseases of potato have a mycotic etiology, 15 – helminthic, 10% – bacterial. There are no pathogens of infectious and parasitic potato diseases of viral etiology in this group. The average score for the very high-risk group is 10.8. In the low-risk group the most of potato diseases pathogens have a bacterial etiology (80%), medium – bacterial (44.5%) and mycotic (33.3%), high – viral (66.6%).

Keywords

assessment, potato, disease, infection, transmission, pathogens

Full Text

Длительность хранения корнеплодов зависит от сорта, системы защиты от вредителей и болезней, товарной обработки, сроков и способов уборки и подготовки к хранению. Основные причины потерь при хранении овощей связаны с процессами дыхания, испарения и микробиологической порчи. [1, 5, 14] Существует множество различных механизмов и путей передачи инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля (ИПЗК). Преобладание того или иного пути передачи зависит от этиологических, морфологических и физиологических особенностей возбудителя. Проведенный анализ литературных источников показал, что для инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля характерны три механизма и пять путей передачи (табл. 1, рис. 1). [2, 10, 12]

Таблица 1. Краткая характеристика факторов биологического риска по параметрам механизмов и путей передачи

Фактор риска	Вызываемые заболевания у растений	Основные хозяева	Группа заболевания	Механизм передачи	Пути передачи	Факторы передачи	Резервуар инфекции
Clavibacter michiganensis subsp. Sepedonicus (Сms)	Кольцевая бактериальная гниль картофеля	Семейство Пасленовые (Solanaceae)	Фитопатоген	Вертикальный, контактный	Биологический (через материнский клубень), контактно-раневой	Посадочный материал, растительные остатки, слизь, контаминированные возбудителем вода, почва и сельскохозяйственные орудия, предметы производственной обстановки, живые переносчики, волоски листьев (при загущенных посадках)	Посадочный материал
Представители рода Pectobacterium (P. carotovorum subsp. сarotovorum, P. atrosepticum, P. carotovorum subsp. brasiliensis, P. wasabiae)	Черная ножка, мягкая гниль клубней, мокрая гниль клубней	Семейство Пасленовые (Solanaceae)	Фитопатоген	Вертикальный, контактный	Биологический (через материнский клубень), контактно-раневой	Посадочный материал, растительные остатки, слизь, контаминированные возбудителем вода, почва и сельскохозяйственные орудия, предметы производственной обстановки, живые переносчики	Посадочный материал
Представители рода Dickeya (D. solani, D. dianthicola)	Черная ножка, мягкая гниль клубней, мокрая гниль клубней, водянистая гниль стебля	Семейство Пасленовые (Solanaceae)	Фитопатоген	Вертикальный, водный, контактный, трансмиссивный	Биологический (через материнский клубень), водный, контактно-раневой, контактный, инокуляция	Посадочный материал, растительные остатки, слизь, контаминированные возбудителем дождевая и поливная вода, почва и сельскохозяйственные орудия, предметы производственной обстановки, живые переносчики	Посадочный материал
Clostridium perfringens	Мокрая гниль клубней, при пищевом пути передачи у людей: некротический энтерит (С), ПТИ (А), у людей и животных: инфекционная энтеротоксемия (D), при раневом пути передачи вызывает газовую гангрену у людей и животных	Бактерии гниения, типичные обитатели почвы	Комплексное (сапроантропоноз, сапрозооноз, зооантропоноз, фитопатоген)	У растений: контактный, людей и животных: алиментарный, контактный	Для растений – раневой, людей и животных – фекально-оральный, раневой	Для растений – почва, растительные остатки, слизь, сельскохозяйственные орудия, для людей и животных – почва, навоз, фекалии и пища, контаминированная возбудителем	Почва
Представители рода Bacillus (B. cereus, B. pumilus (B. mesentericus), B. megaterium, B. subtilis)	Мокрая гниль клубней, при пищевом пути передачи у людей и животных: пищевые токсикоинфекции (ПТИ), бессимптомное носительство в ЖКТ (из-за стабильности споровых форм), при раневом пути передачи вызывает локальные инфекции (хирургическая, травматическая раневая, ожоговая и глазная инфекция, у животных – гнойные маститы), а также бактериемию и септицемию	Бактерии гниения, типичные обитатели почвы	Комплексное (сапроантропоноз, сапрозооноз, зооантропоноз, фитопатоген)	У растений: контактный, людей и животных: алиментарный, контактный	Для растений – раневой, для людей и животных – фекально-оральный, раневой	Для растений – почва, растительные остатки, слизь, сельскохозяйственные орудия, для людей и животных – почва, навоз, рвотные массы, фекалии и пища (картофельное пюре – 105 КОЕ/г, салаты с вареным картофелем – 2,0х107 КОЕ /г, овощной суп – 1,0х108 КОЕ /мг, 3,6х104 спор/мл), контаминированная возбудителем	Почва
Представители рода Pseudomonas (P. aeruginosa)	Мокрая гниль клубней, у людей и животных синегнойная инфекция при алиментарном пути передачи протекает как ПТИ с симптоматикой гастрита, гастроэнтерита, энтероколита, гастроэнтероколита холецистита, в тяжелых случаях с кишечным кровотечением; при аспирационном пути – пневмония; при гематогенном (кровяном) пути – воспаление мочевыводящих путей, сепсис; при гематогенном и раневом путях – менингит, менингоэнцефалит (часто с летальным исходом), при раневом – язвенные поражения и омертвение кожи и мягких тканей, слизистой оболочки глаза, включая гнойный конъюнктивит). Может вызывать хроническую интоксикацию с периодами ремиссии и обострения.	В теплом и умеренном климате – вободноживущие обитатели почвы и поверхностных вод, в холодном климате основные хозяева – животные и человек	Комплексное (сапроантропоноз, сапрозооноз, зооантропоноз, фитопатоген)	У растений: контактный, людей и животных: алиментарный, контактный, аэрогенный, вертикальный	Для растений – раневой, для людей и животных – фекально-оральный, раневой, аспирационный, кровяной (трансфузионный)	Для растений – почва, вода, растительные остатки, слизь, сельскохозяйственные орудия и предметы производственной обстановки, для людей и животных – почва, вода, продукты питания, медицинское оборудование и предметы обихода, контаминированные возбудителем, зараженные люди и животные. Возбудитель циркулирует в живой природе между людьми, животными, растениями, почвой и водой.	Возбудитель циркулирует в живой природе между людьми, животными, растениями, почвой и водой. В теплом климате – свободноживущие обитатели почвы и поверхностных вод, в холодном климате основные хозяева - животные и человек.
Ralstonia solanacearium (RS, на территории РФ распространен низкотемпературный штамм R2b3)	Бурая гниль картофеля (карантинный объект)	Семейство Пасленовые (Solanaceae), почва (в теплом климате)	Комплексное (фитопатоген, сапроноз)	Вертикальный, водный, контактный, трансмиссивный	Биологический (через материнский клубень), водный, контактно-раневой, контактный, инокуляция	Инфицированная почва, растительные остатки, клубни, несущие латентную инфекцию, сорняки, преимущественно из семейства пасленовых, ризосфера культурных и диких растений, поливные воды, может распространяться нематодой	Посадочный материал, почва
Candidatus Liberibacter solanacearium (Lso)	Zebra Chip Disease («полосатость чипсов», «Зебра чип») (карантинный объект)	Семейства: Пасленовые (Solanaceae), Вьюнковые (Convolvulaceae), Яснотковые (Lamiaceae) и Сельдереевые (Apiaceae)	Фитопатоген (облигатный паразит)	Трансмиссивный, вертикальный	Инокуляция (размножение, передача расти- тельным орга-низмам (РО) от живых перенос-чиков), биологический (от зараженного материнского растения семенам и клубням, при этом не происходит передачи другим РО)	Живые переносчики (Bactericera cockerelli исследуются: T. apicalis, B. trigonica, B. nigricornis, B. tremblayi), зараженный посадочный материал (семенной материал может быть заражен Lso или содержать инфицированных переносчиков, чаще всего на стадии яйца)	Живые переносчики
Фитоплазмы класса Mollicutes (фитоплазмы семейств Acholeplasmataceae: фитоплазма картофеля, Mycoplasmataceae: фитоплазма пасленовых PhLO, фитоплазма желтухи астры 16SrI)	Столбурное увядание (заболевание носит характер массовой эпифитотии)	Дикорастущие и сорные растения	Фитопатоген (биотрофный паразит)	Трансмиссивный	Инокуляция	Живые переносчики (цикады: Hyalesthes mlokosievicz, Hyalesthesobsoletus, Cicadella viridis, Aphrodes bicinctus (клеверный афродес и другое)	Дикорастущие и сорные растения
Potato witches’ broom phytoplasma (класс Mollicutes, семейство Acholeplasmataceae)	Ведьмины метлы	Дикорастущие и сорные растения	Фитопатоген	Трансмиссивный, вертикальный	Инокуляция (цикады родов Aceratogallia и Agallia, чаще всего цикадой Ophiola flavopicta), биологический (зафиксированы случаи передачи от зараженного материнского растения клубням, может передаваться прививкой)	Живые переносчики (цикады родов Aceratogallia и Agallia, чаще всего цикадой Ophiola flavopicta)	Дикорастущие и сорные растения (повилика)
Фитоплазмы семейства Acholeplasmataceae	Круглолистность	Семейство Пасленовые (Solanaceae)	Фитопатоген	Трансмиссивный, вертикальный	Инокуляция (цикады), биологический (зафиксированы случаи передачи от зараженного материнского растения клубням, может передаваться прививкой)	Живые переносчики (цикады)	Посадочный материал
Фитоплазмы, вызывающие пурпурное закручивание верхушки	Пурпурное закручивание верхушки	Дикорастущие и сорные растения	Фитопатоген	Трансмиссивный, вертикальный	Инокуляция (цикады), биологический (случаи передачи от зараженного материнского растения клубням, может передаваться прививкой)	Живые переносчики (основной переносчик – цикада Orasius argentatus, цикады родов Macrosteles и Euscelia)	Дикорастущие и сорные растения

Рис. 1. Механизмы и пути передачи факторов биологического риска возникновения и распространения инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля

Цель работы - определить уровень биологических рисков возникновения и распространения инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля, установить закономерности их распространения.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

По результатам проведенного анализа выявили наличие некоторых закономерностей в отношении связи резервуара инфекции и преобладания тех или иных путей передачи возбудителей заболеваний картофеля (рис. 2, 3-я стр. обл.).

Рис. 2. Структура долевого распределения основных резервуаров инфекции, характерных для возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля

Структура диаграммы показывает, что для рассмотренных возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля основные резервуары инфекции – посадочный материал (40,4%) и почва (46,1%). Почва, как типичная среда обитания, характерна как резервуар инфекции для 11,5% возбудителей, зараженная спорами грибов – 5,8%, с зараженными растительными остатками – 28,8%. Живые переносчики, как источники инфекции, свойственны 7,7% рассмотренных возбудителей, дикорастущие и сорные растения – 5,8%.

Для инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля установлены пути передачи: биологический, контактно-раневой, контактно-покровный, инокулятивный и механический. [3, 4, 8]

Коэффициенты весомости преобладания того или иного пути передачи в процессе распространения возбудителей, соответствующие частоте случаев заражения данным способом, представлены в таблице 2.

Таблица 2. Количественные параметры оценки механизмов и путей передачи факторов биологического риска

Механизм и путь передачи	Параметр	Кмп, балл
Вертикальный механизм передачи
Биологический	Передача возбудителя происходит через посадочный материал в виде клубней, корнеплодов, семян, считается прямым при передаче от материнского клубня к дочерним органотканевым способом (от маточного клубня через стебель и столоны в пуповинную часть растущего клубня). Передача возбудителя от зараженного материнского растения семенам и клубням (возможны случаи, при которых не происходит передачи другим растительным организмам). Возможна передача прививкой.	5
Контактный механизм передачи
Контактно-раневой	Проникновение возбудителя происходит через поврежденные участки. Существенное значение имеют механические повреждения и повреждения, нанесенные нематодами, тлей и другими паразитами. Масштабные заражения могут происходить при распространении возбудителя с дождевой водой и ветром.	4
Контактно-покровный	Проникновение возбудителя может происходить через различные виды покровных тканей (в том числе эпидермис, чечевички, глазки и другие) при соприкосновении с пораженными растениями и растительными остатками, контаминированными сельскохозяйственными орудиями, тарой, транспортными средствами и другими бытовыми поверхностями. Масштабные заражения могут происходить при распространении возбудителя с дождевой водой и ветром.	3
Трансмиссивный механизм передачи (живые переносчики)
Инокуляция	Прямой при заражении животных и людей укусами кровососущих насекомых, попадании в кровь (например, переливание крови), играет косвенную роль в дальнейшем распространении.	2
Механический	Живые переносчики переносят возбудитель механически на частях своего тела.	1

Таблица 3. Распределение коэффициентов весомости при оценке значимости механизмов и путей передачи факторов биологического риска

Показатель преобладания	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
Коэффициент весомости (Кв), балл	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1

РЕЗУЛЬТАТЫ

Оценку уровня биологического риска по параметрам механизмов и путей передачи проводили по формуле:

$У_{р п} = \sum (К_{в} \times К_{м п}),$ (1)

где У_рп – уровень риска передачи возбудителя; К_в – коэффициент весомости; К_мп – показатель значимости механизмов и путей передачи по шкале оценки.

На основании полученных значений каждый из возбудителей был отнесен к одной из пяти групп, соответствующей тому или иному уровню биологического риска по параметрам механизмов и путей передачи, которые характеризовались по шкале: до 2 баллов – очень низкий уровень риска (ОНР); 2…4 – низкий (НР); 5…7 – средний (СР); 8…10 – высокий (ВР); более 10 баллов – очень высокий (ОВР).

Количественная оценка уровня биологического риска по параметрам механизмов и путей передачи представлена ниже. [6, 11]

На основе полученных данных были построены графические зависимости распределения уровня биологического риска по параметрам механизмов и путей передачи для возбудителей различной этиологии (рис. 3.). [7, 9, 13]

Рис. 3. Распределение уровня биологического риска по параметрам механизмов и путей передачи для возбудителей бактериальной этиологии

Установлено, что для возбудителей ИПЗК бактериальной этиологии характерны низкий и средний (33,3%) уровни риска по параметрам механизмов и путей передачи, очень высокий (16,7%) встречается значительно реже. При этом средний уровень риска в основном находят у фитоплазм, высокий и очень высокий – у видоспецифичных фитопатогенов, вызывающих различные виды гнилей, в том числе у возбудителя бурой гнили картофеля (Ralstonia solanacearium, на территории нашей страны распространен низкотемпературный штамм R2b3), который считается карантинным объектом. Средний балл по группе составляет 6,8, что соответствует среднему уровню риска.

Выводы. По результатам анализа для большинства рассмотренных возбудителей характерны высокий (26,1%) и очень высокий (43,5%) уровни риска возникновения и распространения инфекционных и паразитарных заболеваний картофеля. По параметрам механизмов и путей передачи ИПЗК для рассмотренных возбудителей бактериальной этиологии свойственны низкий и средний (33,3%) уровни риска, вирусной – высокий (72,7), микозной и гельминтозной – очень высокий (75 и 100% соответственно).

В этиологических группах возбудителей по параметрам механизмов и путей передачи выявлены закономерности по уровням риска. В группе с низким уровнем риска большинство возбудителей ИПЗК имеют бактериальную этиологию (80%), средним – бактериальную (44,5) и микозную (33,3), высоким – вирусную (66,6), очень высоким – микозную (75%).