Характеристика методов борьбы с фитопатогенами
Защита растений от болезней осуществляется различными методами. Наибольшее значение имеет выведение и возделывание устойчивых сортов. Однако создание таких сортов требует длительного времени и не всегда поспевает за приспособительной изменчивостью возбудителей заболеваний, обладающих большой пластичностью. Кроме того, в процессе эволюции в природе возникают все новые формы фитопатогенных организмов.
Защита растений от болезней химическим методом тоже не всегда возможна, так как химические вещества эффективны далеко не против всех болезней. В связи с этим значительный интерес представляет разработка биологического метода борьбы с болезнями растений.
В основе биологического метода борьбы с болезнями растений лежат существующие в природе естественные явления сверхпаразитизма и антибиоза, или антагонизма, между микроорганизмами, обитающими на растениях и в почве.
В настоящее время большое внимание уделяется изучению и разработке методов использования антагонистов и продуктов их жизнедеятельности — антибиотиков.
Имеющиеся данные позволяют считать перспективными агентами биологической борьбы и сверхпаразитов, которые обнаружены почти на всех возбудителя грибных заболеваний растений.
Однако, что касается сверхпаразитов, то большинство проведенных исследований касается лишь вопросов, связанных с выяснением видового состава сверхпаразитов различных фитопатогенных грибов, и реже выяснения их роли в ограничении развития отдельных заболеваний. Можно указать лишь на отдельные опыты, давшие обнадеживающие результаты при искусственном внесении сверхпаразитов в очаги инфекции (на растении или в почве). В частности, такие работы проводились со сверхпаразитными грибами Darluca filum и Tuberculina persicina против ржавчинных грибов, Cicinnobolus cesatii — против мучнистой росы яблони и др.
Несомненный интерес представляют также бактерии, вызывающие лизис мицелия фитопатогенных грибов. Некоторые из этих бактерий, названные миколитическими, оказались высокоэффективными при испытаниях в производственных условиях. Неплохие результаты получены при использовании Bacillus brevis для борьбы с гнилями моркови в хранилищах. Положительные результаты получены при обработке жидкой культурой миколитических бактерий, обитающих на поверхности растений, в борьбе с серой гнилью земляники.
Решение задачи практического применения сверхпаразитов станет возможным лишь после детального изучения условий, определяющих эффективность того или иного сверхпаразита, разработки методов массового размножения и т. д.
Несколько лучше обстоит дело с использованием антибиотиков и почвенных антагонистов. Доказана эффективность и проверена в производственных условиях методика использования гриба триходермы — антагониста возбудителей болезней увядаиия (Verticillium, Fusarium и др.). В настоящее время разрешено применение в борьбе с бактериальными болезнями растений антибиотика фитобактериомицина, а против некоторых фйтопатогенных грибов — трихотецина.
Уделяется большое внимание изучению внутривидовой изменчивости и генотипическому разнообразию фитопатогенных грибов, бактерий и вирусов. В результате была установлена возможность использования слабовирулентных штаммов некоторых возбудителей для подавления вирулентных штаммов того же вида патогена. Это новое направление защиты растений от болезней уже нашло практическое применение в борьбе с вирусой табачной мозаики тепличных томатов.
Фитопатогенные микроорганизмы в большинстве случаев в процессе своего развития связаны с почвой. Именно в почве возбудители болезней растений чаще всего подавляются антагонистами.
В первый год возделывания сельскохозяйственной культуры на каком-либо участке болезней почвенного происхождения бывает обычно мало. На растении-хозяине возбудитель сравнительно меньше подвергается воздействию антагонистов. Поэтому при повторном многократном возделывании культуры фитопатогенные бактерии и паразиты накапливаются в таких количествах, что антагонисты не могут достаточно эффективно сдерживать их размножение.
Исследованиями, проведенными в нашей стране, установлено, например, что количество миколитических бактерий, вызывающих лизис грибов фузариум, офиоболюс — возбудителей корневых гнилей пшеницы, существенно изменяется в зависимости от культуры предшест венника. В связи с этим на полях, где внедрены биологически обоснованные севообороты, болезни почвенного происхождения обычно не имеют практического значения.
В процессе специализации сельского хозяйства резко возрастает удельный вес площадей, занятых ведущей культурой, которую нередко возделывают на одних и тех же полях в течение ряда лет. Это приводит к нарушению биологического равновесия между фитопатогенными паразитами и антагонистами. В результате наблюдается сильное развитие болезней. В качестве примера можно сослаться на распространение корневых гнилей пшеницы или развитие вилта хлопчатника в тех районах, где нередко в течение ряда лет высевают на одних и тех же полях пшеницу и хлопчатник.
Источник
III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2011
Повышение продуктивности сельскохозяйственных растений и их устойчивости к различным биотическим и абиотическим стрессовым факторам внешней среды является важнейшей проблемой современной агробиотехнологии. Одним из путей решения этой задачи является разработка биотехнологических основ защиты растений от фитопатогенов с помощью их колонизации ассоциативными микроорганизмами.
Существует еще один метод защиты растений от патогенов — перенос генов антибактериальных пептидов. Антимикробные пептиды являются интегральной частью неспецифической иммунной системы всех многоклеточных организмов и обладают широким спектром бактерицидной и фунгицидной активности.
Объектом исследования были растения табака сорта «Самсун», выращенные в культуре in vitro и в дальнейшем трансформированные штаммом Agrobacterium tumefaciens GV3101(pMP90RK, pGA482::cecP1).
Важной задачей после получения трансгенных растений является проверка их на наличие целевого гена. Присутствие гена цекропина Р1 в геноме исследуемых растений было подтверждено методом ПЦР-анализа ДНК с праймерами к целевому гену cec P1. Размер, образующихся в результате амплификации фрагментов ДНК — 104 пар нуклеотидов — соответствовал полному размеру гена цекропина Р1.
Одной из задач нашего исследования было исследовать возможность колонизации трансгенных растений ассоциативными микроорганизмами. Для колонизации растений использовали штамм Pseudomonas aureofaciens с геном красного флуоресцентного белка RFP. Через 2 недели после колонизации проводили тестирование различных эксплантов (корни, листья) на установление ассоциативной связи с бактериями. Микробиологический анализ проводили путем нанесения экстрактов на поверхность питательной среды LB в чашках Петри. Характерный оранжевый цвет колоний обусловлен синтезом феназинов псевдомонадами. Микроскопирование растительных образцов на флуоресцентном микроскопе доказало наличие бактериальных клеток как в срезе листа, так и в срезе корня. На срезе листа были видны яркие флуоресцирующие бактерии. Фон поверхности самих листьев был темно-красный, за счет свечения хлорофилла. Корни хлорофилла не имеют, поэтому красный цвет корней обусловлен только многочисленным присутствием псевдомонад, содержащих ген флуресцентного белка rfp . Количество бактерий в корнях было значительно больше по сравнению с листьями, что подтверждает ризогенную природу бактерий.
Таким образом, трансгенные растения способны колонизироваться полезными ассоциативными бактериями — псевдомонадами, так же как и контрольные, нетрансгенные. Это связано с местом локализации бактерий — под кутикулой, в устьицах, в межклетниках. Они не разрушают клеточную стенку растений (в отличие от фитопатогенов) и не подвергаются воздействию антибиотического пептида цекропина, находящегося внутри клетки.
Колонизированные растения проверяли на устойчивость к фитопатогенным микроорганизмам E. Carotovora. Инфицирование растений E. carotovora показало, что уже через сутки на контрольных листьях отмечались признаки разрушения ткани мезофилла. К концу вторых суток степень поражения контрольных листьев составила уже 100%. Листья колонизированных растений на данный момент остались без признаков повреждения
Процессы взаимодействий между микроорганизмами и растениями определяют существенные стороны физиологической активности последних. колонизированные растения имеют более развитую корневую систему, значительно превышают в росте и количестве листьев контрольные неколонизированные растения.
В результате проведения работы были получены растения табака, устойчивые к фитопатогенам. Показана повышенная устойчивость трансгенных растений к фитопатогенным микроорганизмам. Колонизация растений ассоциативным штаммом Pseudomonas aureofaciens BS1393 приводила к стимуляции роста растений и повышению устойчивости к фитопатогенам. Полученные результаты указывают на перспективность применения генно-инженерных и микробиологических стратегий для повышения устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессовым факторам. Кроме того, использованные методы защиты растений от фитопатогенов являются экологически безопасными по сравнению с химическими методами и могут широко использоваться в сельском хозяйстве.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 10-04-90781-моб_ст.
Источник