Как растения защищаются от болезней - Лев Владимирович Метлицкий

ряде случаев вызывают их восприимчивость. Почему же фитоалексины, будучи защитными веществами, не защищают растения, в которых образуются? Видимо, здесь действует тот принцип, о котором мы уже не раз говорили: антибиотическое вещество может оказать защитное действие, только если оно образуется в нужном месте, в нужное время и в нужной концентрации. Ни того, ни другого, ни третьего не происходит при обработке тканей высокими концентрациями элиситера. Фитоалексины при этом образуются заранее, локализуются в тех клетках, которые некротизируются под действием элиситера, да к тому же могут и вообще исчезнуть к моменту инфицирования, поскольку метаболизируются растительной тканью. Паразит же при последующем инфицировании, естественно, обходит погибшие клетки и проникает в соседние интактные, которые уже израсходовали свои пластические и энергетические ресурсы на образование фитоалексинов для соседних некротизированных клеток.

Все дело в том, что фитоалексины в отличие от антител нельзя заготовлять впрок, как это происходит при иммунизации человека и животных. Во-первых, они вскоре после накопления исчезают в ходе метаболизма, так как являются эндогенными ксенобиотиками, а во-вторых, они не могут транспортироваться из одних некротизированных клеток в другие. Антитела же свободно передвигаются по кровяному руслу и могут длительное время сохраняться в нем, поскольку не представляют опасности для организма, а нацелены только на строго специфическую мишень — определенный чужеродный антиген.

Итак, те концентрации липогликопротеидного комплекса, которые вызывают образование некроза, не могут предохранить растения от инфекции. Это могут сделать другие, значительно более низкие концентрации элиситера, порядка 5—10 мг/л. При обработке тканей этими концентрациями фитоалексины в них не накапливаются и клетки не некротизируются, но последние в два раза меньше поражаются совместимыми расами возбудителя фитофтороза, поскольку превращаются в сенсибилизированные.

Хотя такие клетки и не образуют фитоалексины в ответ на обработку элиситером, они оказываются хорошо подготовленными к последующей встрече с инфекцией. Если предварительно обработанные элиситером сенсибилизированные клетки заразить совместимой к ним расой возбудителя фитофтороза, то они значительно скорее, чем контрольные, отвечают реакцией СВЧ, образованием фитоалексинов и раневой перидермы, т. е. быстро и интенсивно реагируют на инфекцию комплексом ответных реакций, позволяющих им быстро локализовать инфекцию. Иными словами, ведут себя как несовместимые.

За счет чего же это происходит? Проведенные электронно-микроскопические наблюдения показали, что в сенсибилизированных клетках происходит определенная перестройка ультраструктуры. В большинстве клеток клубня картофеля в пластидах откладываются зерна крахмала, тогда как протоплазма занимает крайне малый объем и локализуется пристенно. Смысл сенсибилизации как раз и состоит в том, чтобы превратить клетки из метаболитически инертных — запасающих в метаболитически активные — биосинтезирующие. Доля цитоплазмы в сенсибилизированных клетках возрастает, увеличивается число митохондрий, возрастает число лейкопластов. Все это свидетельствует о приведении клеток в боевую готовность в том случае, если им предстоит встретиться с инфекцией.

Однако дело не сводится только к возрастанию общей метаболитической активности клетки. Нет. Такие клетки приобретают специализированные особенности, свидетельствующие о том, что их обмен переключен на синтез фитоалексинов. Последние у картофеля, как это ранее уже говорилось, относятся к числу сесквитерпеноидных соединений. А согласно современным представлениям, терпеноиды в клетке синтезируются в двух типах органел, или, как еще говорят, в двух компартментах. Первый — это агранулярный эндоплазматический ретикулум, а второй — ретикулум пластидного аппарата. Некоторые исследователи считают, что оба компартмента действуют независимо, т. е. одна часть терпеноидов синтезируется в первом, а другая — во втором, другие полагают, что они действуют последовательно. Иными словами, в одних компартментах начинается процесс биосинтеза, в других — он закапчивается. Но это уже детали.

Так вот, в сенсибилизированных клетках происходят именно эти изменения: в ультраструктуре доля агранулярного ретикулума возрастает, увеличивается также количество полиморфных лейкопластов. Все это свидетельствует о том, что сенсибилизированные клетки приобретают отдельные черты, характерные для специализированных терпеноидных клеток. В таких клетках уже осуществляется биосинтез сесквитерпеноидов, а не накапливаются они в силу того, что образующиеся фитоалексины тут же разлагаются в процессе их метаболизма.

Если такие клетки заразить, то им не придется затрачивать время и средства для того, чтобы создавать аппарат для биосинтеза фитоалексинов, он уже подготовлен, и именно поэтому они быстрее и интенсивнее отвечают защитными реакциями на инфекцию. Очень вероятно, что подготовка не ограничивается только биосинтезом терпеноидов, но состоит также в ускоренном образовании фенольных соединений и суберина, которые также несут защитные функции.

Однако главное, что удалось установить, это то, что возникающая под воздействием элиситера сенсибилизация является отнюдь не локальной, но системной. В фитоиммунологии существуют понятия локальной и системной устойчивости, о которых мы вскользь уже упоминали. Локальная устойчивость развивается только в месте развития инфекции или нанесения препарата и не распространяется по растительным тканям. Напротив, системная устойчивость проявляется у растения на расстоянии от точки взаимодействия с патогеном или веществом и захватывает все растительные ткани. Так вот, устойчивость, вызываемая липогликопротеидным комплексом, оказалась не локальной, а системной.

Это значит, что она не ограничивается только теми тканями, на которые был нанесен элиситер, а распространяется от него в глубь клубня. Если клубень картофеля опрыснуть элиситером в сенсибилизирующей концентрации, то через 1–2 дня защищенными окажутся поверхностные ткани, через 3–4 дня — ткани, расположенные за ними, и, наконец, через 7 дней сенсибилизация достигнет середины клубня и весь клубень окажется защищенным от болезней. Для достижения состояния сенсибилизации необходимо время, в течение которого и происходит упомянутая перестройка ультраструктурного аппарата клетки. Пройдет несколько месяцев. И точно так же в таком же порядке сенсибилизация будет постепенно отступать: сначала она исчезнет из центра клубня, потом из его серединной части и последней из периферических слоев.

Мы пробовали усилить защитные свойства индуктора, давая не одну, а две с интервалом в один день обработки клубня. Однако таким образом усилить эффект сенсибилизации не удалось. Зато его можно продлить, если на исходе первичной сенсибилизации еще раз иммунизировать клубни, в результате этого сроки сенсибилизации вдвое удлиняются.

Для сенсибилизации клубня необязательно, чтобы он весь был обработан элиситером, достаточно его нанести на часть клубня с одним обязательным условием: элиситер должен попасть на глазки. Вероятно, именно через глазки элиситер и проникает внутрь клубня, поскольку покрывающая клубень перидерма является для него естественной преградой. Кроме того, и это наиболее вероятно, сигнал сенсибилизации передается по сосудистой системе клубня, которая подходит к глазкам.

Эффект сенсибилизации оказался настолько сильным, что не ограничивался только клубнями, но распространялся с них на выросшие из обработанных клубней растения и далее на клубни нового урожая. В течение 7 лет опыты, проведенные совместно с Белорусским научно-исследовательским институтом картофелеводства и плодоовощеводства, показали, что предпосадочная обработка клубней картофеля индуцировала устойчивость вегетирующих растений, а затем клубней нового урожая. К весне устойчивость постепенно исчезала