Как растения защищаются от болезней - Лев Владимирович Метлицкий
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Еще Мюллер определил фитоалексины как продукты некротизации клеток. И действительно, подавляющее большинство элиситеров вызывают некроз клеток и накопление в них фитоалексинов. Однако есть и исключения, которым является мониликолин А. Он вызывает накопление фазеолина в клетках фасоли, которые остаются живыми, окрашиваются прижизненными красителями и сохраняют способность к плазмолизу (способность к плазмолизу и окраска прижизненными красителями — признак жизнеспособности клеток).
Индуцировать образование фитоалексинов могут не только паразитарные грибы, но и бактерии, вирусы, нематоды, а также некоторые насекомые. Кроме того, их образование может индуцироваться под влиянием ряда химических агентов и физических воздействий. Все существующие элиситеры были разделены на два класса: биотические (имеющиеся у микроорганизмов) и абиотические. К числу абиотических элиситеров относятся соединения, ничего общего не имеющие с продуктами метаболизма фитопатогенов. Сюда относятся соли тяжелых металлов, которые по своей способности индуцировать, например, образование пизатина располагаются в следующий ряд:
Hg++>Ag+>Cu++>Ni++>Fe+++>Cd+++>Zn++> >Со++>Мп++.
К числу абиотических элиситеров относятся также некоторые ингибиторы отдельных метаболитических процессов (иодацетат, фтористый натрий, 2,4-динитрофенол, некоторые антибиотики, фенольные соединения, цитокинины, циклический аденозинмонофосфат и, наконец, многие пестициды). Элиситерами являются и некоторые физические воздействия, например облучение ультрафиолетовыми лучами, частичное замораживание. Сообщалось даже, что умеренное постукивание по листьям конских бобов вызвало у них образование фитоалексинов, тогда как сильный удар — нет.
По-видимому, нет общей структуры вещества, которое определило бы его принадлежность к злиситерам, так же как и нет какой-либо определенной мишени для их действия у растительных клеток. В качестве элиситеров могут выступать вещества, различным образом повреждающие растительные клетки.
Если сравнить действие абиотических элиситеров с биотическими, то налицо их отличие, ио крайней мере по двум пунктам.
1. Биотические элиситеры вызывают образование фитоалексинов в значительно больших концентрациях, чем абиотические. Так, абиотические элиситеры оказываются активными в концентрациях 10-3—10-5 М, тогда как биотические — 10-9 М и ниже, как мы это уже говорили. Причем даже в максимально индуцирующих концентрациях абиотические элиситеры редко могут вызвать образование фитоалексинов в концентрациях, приводящих к полному подавлению роста паразитов.
2. Под влиянием абиотических элиситеров в растительных тканях индуцируются не только фитоалексины, но и ряд других соединений, не имеющих никакого отношения к реакции несовместимости паразита и хозяина. Наоборот, биотические элиситеры вызывают прицельное индуцирование только фитоалексинов.
Недавно удалось выявить разницу в действии биотических и абиотических элиситеров. Оказалось, что накопление фитоалексинов под действием биотических элиситеров происходит за счет их интенсивного синтеза, который значительно преобладает над процессом их распада — метаболизма. Абиотические элиситеры действуют наоборот. Иными словами, многие абиотические агенты, повреждающие клетку, подавляют процесс метаболизма ксенобиотиков — фитоалексинов, благодаря чему последние и накапливаются. Более того, в силу повреждения систем метаболизма они могут сохраняться в этих тканях в течение определенного времени, тогда как под действием биотических элиситеров фитоалексины после достижения фунгитоксических концентраций исчезают из растительных тканей, поскольку элиситер не повреждает системы их метаболизма.
В свете этих данных по-новому можно представить себе, как отражается на содержании фитоалексинов обработка растения теми пестицидами, которые обладают способностью вызывать их образование. Под воздействием таких пестицидов индуцируется накопление в растительных тканях фитоалексинов, которые сохраняются в ткани, а не исчезают из нее, поскольку процессы их метаболизма подавлены. Обработка пестицидами может происходить несколько раз в сезон, поэтому количество фитоалексинов в растительных тканях все более и более возрастает и может накопиться в них в токсических для человека и животных концентрациях. Конечно, совсем не обязательно, чтобы все пестициды служили элиситерами фитоалексинов и при этом ингибировали их метаболизм. Число таких элиситеров достаточно велико, и трудно представить себе, чтобы все они имели единый механизм действия. Однако при испытании и отборе новых пестицидов следует все же иметь в виду их нежелательную способность вызывать накопление фитоалексинов в растительных тканях.
Итак, предполагается, что на поверхности паразитарных микроорганизмов имеются определенные вещества, которые распознаются растением и являются для него элиситерами защитных реакций, чаще всего реакции СВЧ. Казалось бы, все просто и ясно. Элиситеры вызывают СВЧ-гибель клеток хозяина и образование фитоалексинов, которые накапливаются в отмерших клетках и губят присутствующего там паразита. Однако в этой простой схеме не все концы сходятся с концами.
1. Элиситер паразита, нанесенный на поверхность растительной ткани, вызывает гибель поверхностных клеток, с которыми он непосредственно соприкасается, тогда как фитоалексины образуются в более глубокорасположенных слоях клеток, куда элиситер вряд ли проникает.
2. СВЧ-гибель клеток растения наступает вскоре после соприкосновения с элиситером паразита. Так, клетка листа или черешка картофеля погибает уже спустя 30 минут после того, как ее цитоплазматическая мембрана приходит в соприкосновение с гифой несовместимой расы возбудителя фитофтороза, тогда как фитоалексины начинают образовываться лишь спустя несколько часов после гибели клеток. Более того, если с помощью определенных приемов задержать СВЧ-гибель клетки, то настолько же задерживается и начало образования фитоалексина, и, наоборот, если СВЧ-гибель ускоряется, то ускоряется и образование фитоалексина.
Создается впечатление, что ответная реакция растительной ткани включает в себя как минимум два последовательных этапа: элиситер вызывает СВЧ-гибель соприкасающихся с ним растительных клеток, а уже СВЧ-реакция служит как бы вторичным сигналом к образованию фитоалексинов. Можно было бы предполагать, что сигнал к их возникновению передает некое вещество, которое освобождается из погибших (или погибающих?) клеток растения-хозяина.
И такое вещество было недавно обнаружено в сое американским фитоиммунологом П. Альберсхеймом. Им оказался фрагмент клеточных стенок сон, состоящий из 12 молекул галактуроновой кислоты, соединенных между собой α-1,4-глюкозидными связями. Близкий по строению фрагмент удалось выделить из препарата цитрусового пектина.
Полученные данные позволили понять механизм индукции фитоалексинов с помощью пектолитических ферментов, которые воздействуют на клеточную стенку растения и высвобождают из нее пектиновый фрагмент, являющийся своеобразным химическим посыльным, или вторичным элиситером, вызывающим образование фитоалексинов в прилегающих здоровых клетках. По-видимому, в погибающих под действием элиситеров паразита растительных клетках также активизируются собственные ферментные системы, разрушающие клеточную стенку и высвобождающие индуцирующий фитоалексины фрагмент. А поскольку гибель или повреждение клеток вызывают многие химикаты и физические воздействия, то неудивительно, что в ответ на их обработку в растительных тканях образуются фитоалексины. Ведь недаром их количество часто прямо пропорционально степени токсичности элиситера для клетки растений.
Таким образом, в ответ на широкий набор воздействий, убивающих или повреждающих растительные клетки, из их клеточных оболочек высвобождается своеобразный
