Иммунитет растений устойчивость к болезням

Экстенсивная система сельского хозяйства и необоснованная химизация сильно осложняют фитосанитарную ситуацию. Несовершенная агротехнология, монокультура, необработанные засоренные поля создают исключительно благоприятные условия для распространения инфекции и вредителей.

На всех этапах онтогенеза растения взаимодействуют со многими другими организмами, большинство которых вредные. Причиной разных болезней растений и семян могут быть грибы, бактерии и вирусы.

Болезни проявляются в результате взаимодействия двух организмов – растения и возбудителя, который губит клетки растения, выделяя в них токсины, и переваривает их посредством ферментов деполимераз. Обратная реакция растений заключается в обезвреживании токсинов, инактивации деполимераз и торможении роста патогенов посредством эндогенных антибиотиков.

Невосприимчивость растений к возбудителям болезней называется иммунитетом, или фитоиммунитетом. Н. И. Вавилов выделил природный, или врожденный, и приобретенный иммунитет. В зависимости от механизма защитных функций иммунитет может быть активным и пассивным. Активный, или физиологический, иммунитет предопределяется активной реакцией клеток растения на проникновение в них патогена. Пассивный иммунитет представляет собой категорию устойчивости, которая связана с особенностями как морфологической, так и анатомической структуры растений.

Эффективность физиологического иммунитета, обусловливается, в основном, слабым развитием возбудителя при резком проявлении иммунности – его ранним или поздним отмиранием, которое часто сопровождается локальным отмиранием клеток самого растения.

Иммунитет полностью зависит от физиологических реакций цитоплазмы гриба и клеток хозяина. Специализация фитопатогенных организмов определяется способностью их метаболитов подавлять в растении активность защитных реакций, индуцированных заражением. Если клетки растений воспримут проникающий патоген как посторонний организм, возникает серия биохимических изменений, направленных на его устранение, поэтому заражение не происходит. В ином случае наступает заражение.

Характер развития болезни зависит от особенностей обоих компонентов и условий окружающей среды. Наличие инфекции еще не означает проявление болезни. Ученый Дж. Деверолл в связи с этим выделяет два типа инфекции: 1) высокий, если возбудитель болезни вирулентный, а растение восприимчивое к данной болезни; 2) низкий, характеризующийся вирулентным состоянием возбудителя болезни и повышенной устойчивостью к нему растений. При низкой вирулентности и слабой устойчивости отмечается промежуточный тип инфекции.

В зависимости от степени вирулентности патогена и устойчивости растения характер болезни неодинаковый. Исходя из этого, Ван дер Планк выделяет вертикальную и горизонтальную устойчивость растений против болезней. Вертикальная устойчивость наблюдается в случае, когда сорт к одним расам патогена более устойчивый, чем к другим. Горизонтальная устойчивость проявляется ко всем расам патогена одинаково.

Сложность профилактики болезней и борьбы с ними обусловлена объективными факторами. Очень сложно вывести сорта, которые бы долгое время сохраняли устойчивость к патогену. Часто устойчивость теряется в результате возникновения новых рас и биотипов возбудителей, против которых сорт не защищен.

Борьба с болезнями осложняется еще и тем, что происходит адаптация патогенов к химическим средствам защиты.

Отмеченные факторы являются основной причиной того, что расходы на защиту растений в условиях современного земледелия все растут, опережая темпы прироста сельскохозяйственной продукции в 4–5 раз. В основных зерносеющих районах болезни часто является лимитирующим фактором получения высоких урожаев зерна. В связи с этим для дальнейшей интенсификации сельскохозяйственного производства необходимы новые, совершенные методы защиты растений.

При разработке новых систем защиты растений необходимо ориентироваться на регуляцию численности вредных организмов в агроэкосистеме. В методическом плане необходимо определять комплексы вредных организмов, поражающих растения в разные фазы развития. Необходимо создавать модели, отражающие влияние отдельных видов патогенов и их комплексов на формирование урожая и позволяющие оптимизировать эти процессы посредством агротехнологических, организационно-хозяйственных и защитных мероприятий.

Одной из самых важных предпосылок получения семян с высокими биологическими свойствами является отсутствие патогенной микрофлоры. Болезни наносят большой вред семенам на всех этапах его жизнедеятельности – при формировании, хранении и прорастании.

Через семена патогены могут передаваться тремя путями: 1) как механические примеси (склероции в семенах ржи); 2) в виде спор на поверхности семян (твердая головня злаков); 3) в виде мицелия в средине семян, например, пыльная головня.

Микрофлору семян разделяют на несколько групп. Эпифитная микрофлора представляет собой микроорганизмы, которые заселяют поверхность семян и питаются продуктами жизнедеятельности растительных клеток. При нормальных условиях такие возбудители не инвазируются во внутренней ткани и не приносят заметного вреда (Alternaria, Mucor, Dematium, Cladosporium идр.). Эндофитная (фитопатогенная) микрофлора состоит из микроорганизмов, способных проникать во внутренние части растений, развиваться там, вызывать заболевание семян и растений, вырастающих из них (Fusarium, Helmintosporium, Septoria и др.). Микроорганизмы, попадающие на семена случайно при контакте с зараженными поверхностями оборудования складов, тары, частицами почвы, растительными остатками с пылью и каплями дождя (Реnісіllium, Aspergillus, Mucor и др.). Плесень хранения, развивающаяся в результате жизнедеятельности грибов (Реnісіllium, Aspergillus, Mucor идр.).

Различают эмбриональную инфекцию, когда возбудители болезни встречаются в любой из составных частей зародыша и экстраэмбриональную инфекцию, когда патогены находятся в эндосперме, оболочке, перикарпии и прицветниках. Размещение патогена в семенах зависит от анатомии семян и специфического для каждого микроорганизма места проникновения.

Устойчивость растений к болезням, или иммунитет, может проявляться в абсолютной невосприимчивости либо в относительной устойчивости к заболеваниям. В первом случае возбудитель не влияет на состояние растения. Например, шишки сосны никогда не поражаются ржавчиной, а хвойные породы – мучнистой росой.

Врожденный и приобретенный

Причины устойчивости различны, и в зависимости от их характера выделяют врожденный и приобретенный иммунитет.

Врожденный иммунитет передается по наследству, но может изменяться под влиянием многих факторов (состояние растений, агрессивность патогена, условия внешней среды). Растения, обладающие врожденным иммунитетом, по-разному противостоят заражению, т. е. внедрению возбудителя. В одних случаях препятствием для проникновения инфекционного начала служат свойства растения, присущие только ему и существующие независимо от наличия или отсутствия патогена. Такой иммунитет называют пассивным. В других случаях способность противостоять заражению проявляется в быстрой реакции растения только в момент внедрения возбудителя. Такой иммунитет называют активным.

Степень пассивного иммунитета разных растений зависит от особенностей внешнего и внутреннего строения тканей, а также от их физиологических и биохимических свойств.

Физическая преграда

Толщина кутикулы (тонкая пленка, покрывающая эпидермис) имеет большое значение в устойчивости к болезням, возбудители которых проникают в ткани через кутикулярный слой. Чем он толще, тем большее препятствие представляет для проникновения инфекции. Например, барбарис Тунберга и б. удлиненный (продолговатый) более устойчивы к мучнистой росе и ржавчине, чем б. обыкновенный, у которого толщина кутикулы меньше. Менее восприимчивы к ржавчине чайно-гибридные, чайные и плетистые розы, у которых кутикула листьев толще, чем у других видов. Благодаря толстой кутикуле роза морщинистая обладает высокой устойчивостью (близкой к абсолютной) к мучнистой росе. Этим же фактором обусловлена и возрастная устойчивость лиственных пород к данной болезни.

С возрастом толщина кутикулы увеличивается и соответственно снижается восприимчивость листьев и побегов к заболеванию. Так, листья и побеги прикорневой поросли в сильной степени поражаются мучнистой росой и усыхают, тогда как материнское растение практически не страдает от болезни.

Густое опушение и восковой налет на поражаемых органах не только служит физической преградой для проникновения инфекции, но и препятствует попаданию сохранению на них влаги, необходимой для заражения. Так, хвоя голубых форм ели, покрытая восковым налетом, более устойчива к ржавчине и шютте. Этим же объясняется меньшая восприимчивость лиственницы японской к шютте (мериозу).

Ряд возбудителей проникает в ткани растения через устьица и чечевички, являющиеся естественными воротами инфекции. Небольшое количество и маленькие размеры этих отверстий снижают вероятность проникновения возбудителя в ткани.

Нередко устойчивость растений к болезням может зависеть от толщины клеточных стенок. Так, многолетними исследованиями установлено, что наименее восприимчивы к корневой губке (Heterobasidion annosum) виды сосны, отличающиеся утолщенными клеточными стенками в древесине.

На устойчивость древесных растений к болезням может оказывать влияние габитус кроны. В раскидистых ажурных кронах, которые хорошо освещаются и проветриваются, создается более сухой микроклимат, неблагоприятный для развития возбудителей. Например, формы тополя с пирамидальной плотной кроной сильнее поражаются бурым цитоспоровым (Cytospora chrysosperma) и дискоспориевым (Discosporium populeum) некрозами.

Степень пассивного иммунитета разных растений зависит от особенностей внешнего и внутреннего строения тканей, а также от их физиологических и биохимических свойств.

Внутреннее содержание

Огромную роль в устойчивости растений играет состав клеточного сока и наличие в растительных тканях химических соединений, препятствующих проникновению патогенов или подавляющих их развитие (фенолы, алкалоиды, эфирные масла, смолы, дубильные вещества и др.). Так, установлено, что клеточный сок устойчивых к голландской болезни (Ophiostoma ulmi) видов ильмовых пород содержат вещества, в значительной мере подавляющие развитие возбудителя.

Немаловажное значение в изменении устойчивости древесных пород имеет содержание воды в тканях. Восприимчивость многих растений повышается при уменьшении влажности коры и древесины. Этим объясняется снижение устойчивости деревьев к сосудистым и некрозно-раковым болезням.

Из химических веществ следует отметить фенольные соединения, наличие которых повышает устойчивость сосны и ели к корневой губке.

Повышение устойчивости у древесных растений нередко обусловливается фитонцидами (биологически активные вещества, которые являются постоянным признаком растения, подавляющие рост и развитие патогенов). Например, менее восприимчивые к сосудистому микозу (Ophiostoma roboris) разновидности дуба характеризуются наиболее высокой фитонцидной активностью.

Защитные реакции

Активные реакции растений на внедрение возбудителей проявляются в образовании защитных некрозов, возникновении антитоксинов и антиферментов.

Защитные некрозы представляют собой отмершие участки тканей, в которых патогены с высокой паразитической активностью развиваться не могут и погибают. Такая реакция проявляется при поражении листьев ржавчиной и мучнистой росой.

Антитоксические и антиферментные реакции выражаются в образовании фитоалексинов, активизации окислительных ферментов, образовании механических барьеров для проникновения патогенов. Фитоалексины – это вещества, которые образуются в тканях растения только при проникновении патогена и способны задерживать или полностью подавлять его развитие.

У многих растений, устойчивых к той или иной болезни, вырабатываются восстановительные ферменты, которые не только снижают активность выделяемых патогеном ферментов или полностью подавляют их образование, но и способствуют синтезу веществ, необходимых для восстановления клеток и тканей, разрушенных возбудителем.

Снижение восприимчивости древесных растений к болезням может быть связано с образованием механических барьеров, препятствующих распространению возбудителя, локализующих его. Например, реакция деревьев лиственных пород на внедрение опенка осеннего (Armillaria mellea) проявляется в образовании пробковой ткани на границе между здоровой и разрушаемой грибом ткани.

На устойчивость древесных растений к болезням может оказывать влияние габитус кроны.

Важное приобретение

Очень большое значение в повышении устойчивости древесных растений к болезням имеет приобретенный иммунитет. Он возникает после перенесенной болезни, а чаще – вследствие целенаправленного воздействия внешних факторов или химических (удобрения, микроэлементы) и биологических (вакцины) веществ.

Иммунитет, возникающий после перенесенной болезни, называется инфекционным и встречается крайне редко. Наиболее важная роль принадлежит неинфекционному иммунитету, который создается человеком посредством разных приемов, таких как агротехнические мероприятия, направленные на организацию оптимальных условий для развития растений, применение химических (химическая иммунизация) и биологических (биологическая иммунизация) веществ. Химическая иммунизация растений проводится чаще путем применения удобрений и микроэлементов, реже – антиметаболитов.

Наиболее важными для растений являются азотные, калийные и фосфорные удобрения, поскольку они играют большую роль в обмене веществ и действии физиологических функций. Внесение их в почву в оптимальном соотношении значительно повышает устойчивость растений к болезням, в том числе к инфекционному полеганию всходов, мучнистой росе, ржавчине, парше и др.

Важное значение в снижении восприимчивости растений имеют микроэлементы: бор, марганец, медь, цинк, железо, кобальт и др. Они способствуют утолщению покровных тканей и клеточных стенок, подавляют деятельность ферментов и токсинов, выделяемых патогеном, рост грибницы возбудителей болезней. Так, применение микроэлементов снижает восприимчивость древесных растений к полеганию, шютте сосны и лиственницы.

Из антиметаболитов (органические вещества, близкие по химической структуре к продуктам обмена веществ растений) применяют аргинин, анденозин, пиритиамин, гидрохинон и паранитрофенол. Известно, что два последних повышают устойчивость ильмовых пород к голландской болезни. Биологическая иммунизация проводится посредством введения в ткани растения вакцин (препараты из живых или убитых микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности). В результате в тканях растения образуются вещества, препятствующие развитию патогена или нейтрализующие выделяемые им токсины.

Применение микроэлементов снижает восприимчивость древесных растений к полеганию, шютте сосны и лиственницы.

Подбирая ассортимент

На деревьях и кустарниках развивается большое количество инфекционных болезней, но для каждой конкретной породы наиболее опасными являются отдельные виды или группы болезней, что следует учитывать при подборе ассортимента растений для посадки.

Для разных лиственных пород деревьев и кустарников, особенно для последних, опасными являются ржавчина, мучнистая роса и некоторые пятнистости листьев. Наиболее сильно ржавчиной поражается тополь белый, барбарис, роза. Высокой восприимчивостью к мучнистой росе отличаются дуб, клен, ясень, барбарис, жимолость, карагана древовидная (желтая акация), роза, сирень. Следует отметить, что абсолютно устойчива к болезни липа. К опасным и широко распространенным пятнистостям листьев относятся красно-коричневая боярышника (Phyllosticta michailowskoensis), бурая дуба (Discula umbrinella), коричневая каштана конского (Phyllosticta sphaeropsoidea), черная клена (Rhytisma acerinum), кремовая липы (Gloeosporium tiliae), черная розы (Marssonina rosae).

Наибольшую опасность для городских насаждений представляют сосудистые и некрозно-раковые болезни стволов и ветвей, приводящие к ослаблению и усыханию деревьев и кустарников. Массовое и быстрое усыхание ильмовых пород вызывает голландская болезнь, менее восприимчивым к которой считается вяз мелколистный.

Довольно часто причиной неблагополучного состояния тополя является дискоспориевый некроз (Discosporium populeum). Наиболее устойчивы к болезни разные формы белого тополя. Быстрое усыхание ивы вызывает диплодиновый некроз (Diplodina microsperma), поражающий преимущественно плакучие формы разных видов. К значительной потере декоративности и постепенному усыханию липы приводит поражение тиростромозом (Thyrostroma compactum).

Очень опасным заболеванием сосны является пузырчатая ржавчина, или ржавчинный рак (Cronarcium ribicola). Наиболее восприимчивы к ней сосна веймутова и с. кедровая сибирская. Значительный вред разным видам сосны в городских насаждениях в последние годы причиняет сферопсисовый некроз (Sphaeropsis sapinea). Наиболее высокая устойчивость к болезни отмечена у с. Банкса и с. скрученной.

Большое значение в повышении устойчивости насаждений к болезням имеет правильный подбор пород для конкретных почвенно-климатических условий. Несоответствие условий произрастания требованиям древесных пород приводит к снижению их устойчивости ко многим некрозно-раковым болезням, в том числе к цитоспорозу (Cytospora) и туберкуляриевому некрозу (Tubercularia vulgaris) лиственных пород, побеговому раку сосны (Scleroderris lagerbergii ). При этом следует отдавать предпочтение более устойчивым к тем или иным болезням видам, формам, сортам деревьев и кустарников.

Защитные некрозы – это отмершие участки тканей, в которых патогены развиваться не могут и погибают.

Делаем выводы

Таким образом, иммунитет растений очень сложное и многообразное явление, которое определяется особенностями растения-хозяина, возбудителя болезни и условиями внешней среды. Каждый из этих факторов обладает большим разнообразием и изменчивостью свойств на фоне особенностей внешних условий. Поэтому степень устойчивости растений к болезням не является постоянной и может повышаться или снижаться по целому ряду причин. К ним относятся: естественная и искусственная гибридизация (скрещивание) среди растений-хозяев, изменение агрессивности патогена (способности вызывать массовое поражение), условия внешней среды (высокие и низкие температуры, избыток и недостаток влаги в почве, дисбаланс питательных веществ, загрязнение окружающей среды, рекреационная нагрузка).

При создании насаждений необходимо проводить комплекс мероприятий, направленных на повышение их устойчивости к болезням. При этом большое значение имеет отбор пород, видов, разновидностей, сортов, устойчивых к опасным и широко распространенным заболеваниям.

Во избежание развития очагов болезней в насаждениях необходимо использовать для посадки растения без признаков поражения болезнями и повреждений различного характера. При посадке следует избегать загиба, повреждения корней и заглубления корневой шейки, что приводит к сильному ослаблению растений и снижению их устойчивости к болезням.

Очень важное значение в повышении устойчивости древесных растений к болезням имеет химическая иммунизация с применением удобрений и микроэлементов. Повышению устойчивости городских насаждений к болезням в значительной мере способствует снижение рекреационных нагрузок. В зонах с интенсивной рекреацией происходит сильное уплотнение почвы, обнажаются корневые лапы деревьев, увеличивается вероятность механических повреждений корней, стволов и ветвей, которые служат воротами инфекции. Это приводит к ослаблению деревьев и кустарников, снижению их устойчивости к корневым гнилям и некрозно-раковым болезням.

Массовое поражение листьев ржавчиной, мучнистой росой, пятнистостями, паршой приводит к ослаблению растений и снижению их устойчивости к некрозным болезням. Поэтому при систематически повторяющемся поражении листьев необходимо проводить опрыскивание растений в период вегетации фунгицидами.

Материалы по теме:

Защищаясь от вредителей

Биологический метод защиты растений