Болезни поражают не только людей и животных, но и растения, — об этом люди знают уже с древнейших времен. Однако о причинах и механизме этих болезней долгое время не имели никакого представления. Не было известно и то, способны ли растения защищаться от возбудителей заболеваний, подобно тому, как это делают животные, вырабатывающие антитела и антитоксины, или бактерии и грибки, синтезирующие антибиотики.
На рубеже XIX и XX веков некоторые фитопатологи, пользуясь техникой вакцинации, заимствованной из медицины, пытались доказать, что растения тоже обладают подобными защитными механизмами. Однако эти попытки оказались безуспешными.
Поэтому до сравнительно недавнего времени принято было считать, что растения лишены способности сопротивляться болезням активно, путем особой защитной реакции. Повсеместное распространение получили теории «угнетения питания», согласно которым нормальному развитию паразита в устойчивых против него растительных организмах препятствует просто недостаток или отсутствие необходимых питательных веществ или же наличие универсальных защитных веществ, например фенольных соединений. Таким образом растение либо не дает полноценного питания микробу, либо «умышленно» травит его своими ядами.
Другой подход к решению проблемы наметился в начале 20 столетия. Оказалось, что патогенный грибок, вызывающий широко распространенные у хлебных злаков поражения — мильдью и ржавчину, содержится и в тех растениях, которые устойчивы к этому заболеванию. Но у них пораженные ткани преждевременно погибают, и одновременно рост паразита прекращается. Такой защитный механизм наблюдали и во многих других случаях, но объяснения он тогда еще не получил.
Обоснованность концепции активного защитного механизма у растений была доказана спустя 30 лет. Автор выдвинул предположение, что в клетках стойкого растения-хозяина, в которые проник паразит, образуется химическое вещество, оказывающее антибиотическое действие на паразита. Это вещество получило название фитоалексина. Но к такой защитной реакции способны лишь клетки, зараженные грибами или непосредственно их окружающие.
Образование фитоалексина стимулируется одним или несколькими метаболитами, которые паразит вводит в клетки растения-хозяина. Следует подчеркнуть, что образование фитоалексина — не единственный механизм, с помощью которого растение защищается от патогенных грибов. Ткань кожицы, например, образует механический и химический барьеры против инфекции. А система фитоалексина — это, вероятно, последний «резерв» обороны, который вводится в действие лишь после того, как патогенный организм вступит в физиологический контакт с растением-хозяином, прорвав остальные барьеры.
Для подтверждения этой гипотезы необходимо было непосредственно обнаружить гипотетическое вещество в растительном организме, а также доказать, что его образование инициировано (вызвано) веществом, которое выделяет паразит. Опыты, проводившиеся на тканях фасоли, гороха, конского боба и красного стручкового перца, зараженных спорами паразитических грибов, показали, что в этих тканях действительно можно обнаружить фитоалексин и даже измерить его количество.
Оказалось, что фитоалексин образуется еще до того, как в тканях растения-хозяина возникают патологические изменения, — всего через 12 или даже 6—8 часов после прорастания спор паразита. Концентрация защитного вещества постепенно возрастает, и через 12—24 часа рост паразита обычно полностью прекращается; за это время пораженные клетки хозяина отмирают.
Что же представляют собой фитоалексины в химическом отношении?
Еще в 1940 г. автор предположил, что это вещества относительно небольшого молекулярного веса. Это подтвердили исследования, проведенные австралийскими учеными Перреном, Боттомли и Круйкшенком. Они определили химическую структуру двух фитоалексинов — пизатина, полученного из гороха (Pisum sativum), и фазеолина, выделенного из фасоли (Phaseolus vulgaris).
Общим для обоих является углеродный скелет, образованный как ароматической, так и алифатической группами. Однако есть и существенное различие: например, гидроксильная группа в пизатине соединена с алифатической частью молекулы, а в фазеолине — с ароматической.
Насколько эффективно действие фитоалексинов? Эксперименты показали, что уже 0,003-процентный раствор пизатина полностью приостанавливает прорастание спор гриба-паразита Sclerotinia. Гифы же гриба оказались к нему еще более чувствительными. Раствор такой же концентрации оказывал аналогичное действие и на микроорганизмы других видов.
Как же происходит взаимодействие между хозяином и паразитом? Попадая на поверхность растения-хозяина, гриб-паразит выделяет метаболиты, которые быстро проникают в клетки хозяина. Там они активируют какую-то систему ферментов, вызывая образование и выделение фитоалексина, который сначала накапливается в клетках хозяина. Когда концентрация фитоалексина достигает определенной величины, он начинает выделяться в окружающую среду до тех пор, пока концентрации «свободного» фитоалексина внутри клетки и вне ее не сравняются. В этот момент процесс прекращается.
Это открытие имеет важное практическое значение. Многие фрукты и овощи во время хранения очень подвержены атакам грибов. Их сопротивляемость, видимо, зависит именно от образования фитоалексинов. А оно, как показали эксперименты, в свою очередь, зависит от возраста тканей и температуры окружающей среды. Вполне возможно, что будущие исследования помогут увеличить «фитоалексинный потенциал» овощей и фруктов и тем самым уменьшить их порчу при хранении.
Кроме того, раскрытие строения пизатина и фазеолина показало, что эти антибиотики, имеющие широкий спектр эффективности, отличаются небольшим молекулярным весом.
Автор статьи diizocianat (город уточняется)
Вредители и болезни растений на форуме
