Основные понятия иммунитета растений

Учение об иммунитете растений или фитоиммунологии представляет собой часть фитопатологии, в которой разбираются вопросы взаимоотношений паразита и растений, их взаимной приспособляемости друг к другу, а также вопросы подавления развития тех или иных болезней путем культивирования устойчивых или повышения устойчивости восприимчивых сортов.

Достижения в области иммунитета растений дают возможность использовать их в борьбе с болезнями растений.

Перед тем как перейти к выяснению того, в чем заключается природа устойчивости растений к болезням, ее изменчивость, каковы достижения науки в области иммунитета, как практически используется устойчивость в сельскохозяйственном производстве, необходимо дать основные понятия и определения терминов учения об иммунитете растений.

Устойчивость. Устойчивостью называют способность растений противостоять поражению болезням при заражении возбудителем. Устойчивость проявляется в отсутствии поражения или слабом поражении растений при наличии возбудителя болезни. Термин «устойчивость» чаще всего применяется к болезням инфекционного происхождения, но он может быть применен и в отношении неинфекционных болезней. При инфекционных болезнях принято говорить об устойчивости растений не вообще, а к определенным видам паразитов. Например, некоторые сорта пшеницы устойчивы к бурой ржавчине (Безостая 1), сорта картофеля устойчивы к фитофторозу и картофельному раку (Камераз 1).

В основе устойчивости находятся сложные биологические взаимоотношения, возникающие в процессе инфекции между растением-хозяином и паразитом. Эти отношения определяют весь ход патологического процесса, который может приводить к поражению растений в той или иной степени или прекращению этого процесса. Поэтому на практике постоянно приходится встречаться со случаями различной степени относительной устойчивости растений, к которым паразиты приурочены в различных пределах, что создает широкий ряд различных степеней поражаемости.

Самая низкая степень устойчивости обозначается термином восприимчивости растений к болезням, а самая высокая степень устойчивости растений к болезням, обусловливающая полную непоражаемость их болезнями, называется иммунитетом растений.

Восприимчивость. В противоположность устойчивости, восприимчивость характеризуется полной неспособностью растения противостоять заражению и распространению возбудителя в его тканях. Оба эти термина, применяемые в отношении одного и того же объекта в одно и то же время, вполне равнозначны, хотя и противоположны по значению; они разными словами выражают одно и то же обстоятельство, например, «малая устойчивость» и «сильная восприимчивость» совершенно одинаковы.

Устойчивость и восприимчивость не являются постоянными неизмененными свойствами растений, а изменяются в зависимости от условий выращивания, погодных условий и других условий внешней среды. Одни условия способствуют повышению восприимчивости. Поэтому устойчивость как положительное свойство сорта является объектом внимания селекционера и фитопатолога, которые заботятся о ее повышении и сохранении.

Иммунитет. Иммунитет (от лат. immunis — свободный или освобожденный от чего-либо) обозначает невосприимчивость или устойчивость организма к действию патогенных микроорганизмов и их ядовитых продуктов.

В соответствии с этой общей характеристикой иммунитета, иммунитетом растений будет называться их биологическое свойство, обусловливающее им невосприимчивость к болезням при наличии соответствующего возбудителя и необходимых условий для заражения. На иммунных видах или сортах растений возникновение заражения или совсем исключается, или возбудитель попадает на растение, но погибает в начале заражения, не оказывая отрицательного влияния на рост и дальнейшее развитие растения. Таким образом, понятие устойчивости — более общее, шире распространено, а иммунитет составляет лишь часть явлений устойчивости, как ее высшая форма.

По происхождению и проявлению различают иммунитет врожденный и приобретенный.

Врожденный иммунитет. Врожденным, или естественным, иммунитетом называют резко выраженную у растений невосприимчивость к болезням, передающуюся по наследству, но способную изменяться под влиянием внешних условий и приспособительных особенностей паразитов. Врожденный иммунитет является таким же видовым признаком растения, как и его морфологические особенности в силу чего многие растения неспособны заражаться не свойственными им паразитами. Например, виноград не заражается черным раком плодовых деревьев, зерновые злаки не поражаются килой капусты.

В свою очередь врожденный иммунитет может быть разделен на пассивный и активный.

Пассивный иммунитет. Пассивный врожденный иммунитет — свойство растений, препятствующее развитию паразита в их тканях и имеющееся у растений независимо от того, нападает на него паразит или нет. К таким свойствам относятся особенности строения покровных тканей, реакция клеточного сока, наличие в тканях химических веществ (алкалоиды, фенолы, таннины, фитонциды и пр.). Действие пассивного иммунитета не является специфичным, а обусловливает защиту растений от многих паразитов, способных проникать в растение.

Следует отметить, что при пассивном иммунитете часто растение при воздействии внешних условий принимает самое активное участие. Поэтому термин «пассивный иммунитет» имеет относительное значение, хотя оба термина «активный» и «пассивный» уже прочно вошли в фитопатологическую литературу и отображают определенные категории иммунитета растений.

Активный иммунитет. Активный врожденный иммунитет — это такое свойство растений, которое препятствует внедрению в ткань паразитов и проявляется только в случае нападения последних на растение. В случае активного иммунитета устойчивость у растений к болезням обусловливается процессами активной защиты их против внедрения и распространения в тканях специфических возбудителей.

Активными реакциями растений, направленными на локализацию инфекции, являются образование некрозов, антиферментов, антитоксинов, а также клеточных новообразований. Например, у устойчивого к заразихе сорта подсолнечника Саратовский-169 в месте внедрения в ткани корешка подсолнечника проростка заразихи образуются вздутия, в которых паразит отмирает.

Приобретенный иммунитет. Приобретенным иммунитетом называют свойство растений приобретать устойчивость к какому-либо заболеванию, возникающее в результате перенесенной ранге болезни, вызванной тем же возбудителем или ослабленным его штаммом, продуктом его жизнедеятельности, а также под воздействием приемов воспитания и различных условий существования. Характерной особенностью приобретенного иммунитета является его специфичность, причем растения оказываются устойчивыми только к определенному возбудителю.

В зависимости от того, сохраняется или уничтожается в иммунном растении возбудитель инфекции, различают приобретенный иммунитет инфекционный и неинфекционный.

Кроме указанных типов в селекции и растениеводстве наибольшее значение имеет групповой, или комплексный, иммунитет, которому противопоставляется специфичный иммунитет.

Групповой иммунитет. Групповой, или комплексный, иммунитет характеризуется тем, что растения определенного вида или сорта устойчивы не против одного какого-либо заболевания, а против нескольких, против целого комплекса их. Например, сорта табака Трапезонд-288 и Трапезонд-295 обладают высокими курительными качествами, дают высокий урожай и, что особенно важно, обладают практически полной невосприимчивостью не к одной какой-либо, к одновременно к двум наиболее распространенным и вредоносным болезням этой культуры — табачной мозаике и корневой гнили.

Специфический иммунитет. В противоположность групповому, специфическим иммунитетом называется такое свойство растений, когда они невосприимчивы к определенному возбудителю болезни. Наиболее распространенная форма специфического иммунитета — сортовой, или видовой, иммунитет. Имеются различные сорта и виды растений, устойчивые в отношении разнообразных грибных и бактериальных заболеваний. Например, озимая пшеница сорта Кубанская-131, яровая пшеница Безостая-1 устойчивы к ржавчине.

Выносливость. Этим термином обозначают способность растений даже при наличии относительно высокой степени поражения оказывать сопротивление болезни и сохранять достаточную удовлетворительную продуктивность. Выносливость растений наблюдается при поражении некоторых сортов пшеницы видами ржавчины, а также при поражении килой некоторых сортов капусты.

Иммунитет растений — это их невосприимчивость к возбудителям заболеваний или неповреждаемость вредителями.

Он может быть выражен у растений по-разному — от слабой степени устойчивости до чрезвычайно высокой ее выраженности.

Иммунитет — результат эволюции сложившихся взаимодействий растений и их потребителей (консументов). Он представляет собой систему барьеров, ограничивающую заселение растений потребителями, отрицательно влияющую на процессы жизнедеятельности вредителей, а также систему свойств растений, обеспечивающую их выносливость к нарушениям целостности организма и проявляющуюся на разных уровнях организации растений.

Барьерные функции, обеспечивающие устойчивость как вегетативных, так и репродуктивных органов растений к воздействию вредных организмов, могут выполнять ростовые и органообразовательные, анатомо-морфологические, физиолого-биохимические и другие особенности растений.

Иммунитет растений к вредителям проявляется на различных таксономических уровнях растений (семейств, порядков, триб, родов и видов). Для относительно крупных таксономических группировок растений (семейств и выше) наиболее характерен абсолютный иммунитет (полная неповреждаемость растений данным видом вредителя). На уровне рода, вида и сорта проявляется преимущественно относительное значение иммунитета. Однако даже относительная устойчивость растений к вредителям, особенно проявляющаяся у сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, имеет важное значение для подавления численности и снижения вредоносности фитофагов.

Главнейшей отличительной чертой иммунитета растений к вредителям (насекомым, клещам, нематодам) является высокая степень выраженности барьеров, ограничивающих избираемость растений для питания и откладки яиц. Это обусловлено тем, что большинство насекомых и других фитофагов ведет свободный (автономный) образ жизни и вступает в контакт с растением лишь на отдельных этапах своего онтогенеза.

Известно, что насекомые по разнообразию представленных в этом классе видов и жизненных форм не имеют себе равных. Они среди беспозвоночных животных достигли высочайшего уровня развития, в первую очередь благодаря совершенству своих органов чувств и передвижения. Это обеспечило насекомым процветание, основанное на широких возможностях использования высокого уровня активности и реактивности при завоевании одного из ведущих мест в круговороте веществ в биосфере и в экологических цепях питания.

Хорошо развитые ноги и крылья в сочетании с высокочувствительной сенсорной системой позволяют насекомым-фитофагам активно выбирать и заселять интересующие их кормовые растения для питания и откладки яиц.

Относительно малые размеры насекомых, их высокая реагентность на условия среды и связанная с этим напряженная работа их физиологических и, в частности, локомоторных и сенсорных систем, высокая плодовитость и хорошо выраженные инстинкты «заботы о потомстве» требуют от этой группы фитофагов, равно как и от других членистоногих, чрезвычайно высоких энергетических затрат. Поэтому насекомых вообще, и в том числе фитофагов, мы относим к организмам с высоким уровнем энергетических затрат, следовательно, и к весьма требовательным к поступлению энергетических ресурсов с пищей, а высокая плодовитость насекомых обусловливает их высокие потребности в пластических веществах.

Одним из доказательств повышенной требовательности насекомых к обеспечению энергетическими веществами могут служить результаты сравнительных исследований активности основных групп гидролитических ферментов пищеварительных трактов насекомых-фитофагов. Эти исследования, выполненные на многих видах насекомых, указывают на то, что у всех обследованных видов резко выделялись по сравнительной активности карбогидразы-ферменты, гидролизующие углеводы. Установленные соотношения активности основных групп пищеварительных ферментов насекомых хорошо отражают соответствующий уровень потребностей насекомых в веществах основного обмена — углеводах, жирах и белках. Высокий уровень автономии образа жизни насекомых-фитофагов от их кормовых растений в сочетании с хорошо развитыми способностями направленного пере-движения в пространстве и во времени и высокий уровень общей организации фитофагов проявились в специфических чертах биологической системы фитофаг — кормовое растение, которые существенно отличают ее от системы возбудитель заболеваний — кормовое растение. Эти отличительные черты указывают на большую сложность ее функционирования, а отсюда и па возникновение более сложных проблем при ее изучении и анализе. В целом же проблемы иммунитета носят в значительной мере эколого-биоценотическпй характер, их основу составляют трофические связи.

Сопряженная эволюция фитофагов с кормовыми растениями привела к перестройке многих систем: органов чувств, органов, связанных с приемом пищи, конечностей, крыльев, формы и окраски тела, системы пищеварения, выделения, накопления резервов и т. д. Пищевая специализация придала соответствующую направленность метаболизму разных видов фитофагов и тем самым сыграла решающую роль в морфогенезе многих других органов и их систем, в том числе и непосредственно не связанных с поиском, приемом и переработкой пищи насекомыми.