CC BY
342
УДК 632.937
Биологический контроль бактериального рака Agrobacterium tumefaciens
Н.Б. ЛЕМАНОВА, М.К. МАГЕР
e-mail: [email protected]
Бактериальный рак поражает большое количество растений. Возбудитель заболевания Agrobacterium tumefaciens (Smith and Towns) -гетерогенный вид, представленный в природе различными штаммами со специфическими свойствами в зависимости от растения-хозяина. Внешне болезнь проявляется в виде опухолей на надземных (виноград, розы, хризантемы) или подземных (подвои плодовых пород, малина, древесные кустарники) органах растений. Опухоли - результат генетической интервенции паразита, когда Т-ДНК бактериальной Ti-плазмиды встраивается в хромосому растительной клетки, которая приобретает способность к неограниченной пролиферации при всех способах размножения в отсутствии возбудителя [8].
Формирование опухолей у плодовых пород и винограда как следствие инфицирования посадочного материала патогенной бактерией особенно опасно в странах Восточной Европы, в том числе в России, Украине, Молдавии, где экологические условия возделывания характеризуются экстремальными перепадами температур зимой, поздней весной и ранней осенью. Замерзание приводит к разрыву клеточных оболочек растения-хозяина, что после оттаивания облегчает миграцию бактерий по межклеточным пространствам к поврежденным морозом клеткам. В местах морозобоин крахмал гидролизуется до сахаров, которые используются возбудителем для
синтеза специфических соединений - опинов. Последние обеспечивают быстрое размножение патогена в сосудах ксилемы и в межклеточных пространствах флоэмы. Опухолевая трансформация начинается с клеток камбия, затем паренхимы древесины, а визуально опухоли определяются через 1-2 года после посадки растений на постоянное место.
Возможность длительного латентного существования возбудителя в проводящей системе многолетних растений объясняет хронический, системный характер заболевания, использование инфицированных бессимптомных черенков, отводков для производства саженцев. При замачивании бактерии вымываются из сосудов больных черенков водой и могут заселить весь соседний материал. Возбудитель активизируется в сосудах под-войных черенков винограда в период стратификации прививок при высокойтемпературе и влажности, синтезируя фермент полигалакту-роназу, который вызывает круговой, либо радиальный некроз сосудов прививки и корней саженцев, что является причиной синдрома «отсутствия приживаемости» при высадке прививок в школку и саженцев на постоянное место [3]. Некрозом сосудов в тканях спайки объясняется плохое срастание тканей привоя и подвоя [7]. При повышении температуры в начальный период стратификации выше 27 °С бактерии трансформируют в опухолевые клетки каллуса на пятках, в местах ослепления глазков подвоя, в местах срастания компонентов прививки.
Пасока пораженных раком кустов винограда содержит огромное количество бактерий, которые во время «плача» ранней весной попадают в места ранений на поверхности штамбов и в почву. Опухоли в зависимости от степени разрастания ухудшают развитие растений либо служат причиной их гибели, если опоясывают штамб. Анализ пасоки инфицированных бактериальным раком кустов винограда позволил установить снижение концентрации одних аминокислот(цистеин,аргинин, валин, фенилаланин, глютаминовая кислота, аланин) в 2-10 раз, и полное отсутствие других (лейцин, орнитин), что отрицательно сказывается на качестве ароматического комплекса урожая технических сортов и производимых из него виноматериалов.
По многолетним наблюдениям, на плодоносящих виноградниках количество больных кустов за один год увеличивается в среднем на 6 %, а у сортов Мерло и Каберне -на 9,2 %. Урожайность больных растений снижается на 10-20 %, прирост побегов - на 30-36 %. На маточниках подвоя винограда наблюдается уменьшение выхода стандартных по толщине черенков до 30 шт. из каждой тысячи. За 5-летний период на 10-летних насаждениях выпады вследствие гибели кустов от бактериального рака составляют 8-19 % в зависимости от сорта.
В плодовых питомниках опухоли бактериального рака развиваются на корнях вегетативно размножаемых подвоев яблони, семенных подвоев косточковых пород и в местах окулировки. Их разрастание нарушает поступление питательных веществ в надземные органы растений. Пораженность саженцев яблони на подвое М-4 достигало 65,4 %, на М-9 - 24,3 %, на ММ-106 -14,7 %. При окулировке на семенных подвоях поражение саженцев груши составляло 42,4 %, персика на миндале - 3,2, абрикоса на жерделе - 5,8, сливы на алыче - 5,
черешни - 5 %. После посадки на постоянное место деревья отстают в росте и часто погибают, не достигнув плодоношения. Визуально наблюдаются признаки массового хлороза листьев, уменьшение объема штамба. Выпады в садах со слабой и средней пораженностью корней достигают 18 % от общего числа растений. В некоторых садах поражено до 94 % деревьев сливы и персика.
Поскольку опухоли являются следствием генетического взаимодействия паразита и растения-хозяина, предупредить их образование общепринятыми химическими методами невозможно. Во встраивании Т-ДНК бактерии участвуют Vir области Ti - плазмиды, ферменты которых совместно с ферментами растительной клетки обеспечивают синтез сложных, специфических веществ: ацетосирингона, опинов, ИУК, липополисахаридов. Они способствуют прикреплению бактерии к стенкам растительных клеток, образованию фибрилл,синтезу рест-риктаз, которые разрезают в определенном месте цепочку ДНК хромосомы хозяина и осуществляют встраивание Т-ДНК паразита.
Необходим поиск альтернативных систем предупреждения и борьбы с бактериальным раком, в частности, - применение экологически безопасных биологических препаратов микробного происхождения. Особый интерес в этом смысле представляют бактерии, выделенные из ризосферы растений, а также представители эпи-фитной микрофлоры, продуцирующие широкий спектр биологически активных соединений - бактери-оцинов, ферментов, токсинов, антибиотиков. Бактерии рода Pseudomonas - наиболее известная группа антагонистов фитопатогенов.
Для предупреждения опухолеоб-разования необходимо создать конкурентные взаимоотношения возбудителя и бактерии-антагони-
ста на первом этапе патогенеза с тем, чтобы агробактерии не смогли прикрепиться к стенке растительной клетки. Для этого в раневые зоны должны попасть другие бактерии, которые займут места прикрепления патогена, что сделает невозможным перенос Т-ДНК паразита в клетку хозяина [4]. Превышение доли непатогенных агентов в местах ранений ограничит возможность доступа агробактерий к клеткам растения. Поиск микробных агентов для разработки биологического метода борьбы с бактериальным раком был начат более 30 лет тому назад. В 1972 г. в Австралии A. Kerr выделил из почвы непатогенный штамм Agrobacterium radiobacter, который продуцировал вещество, защищающее косточковые породы от возбудителя бактериального рака. На его основе во Франции фирма «Covagri» выпускала биопрепарат «Gall-troll». В Китае непатогенный штамм HLB-2 этого вида применяют в качестве биологического агента в виноградарстве. Продукты жизнедеятельности почвообитающих бактерий изучали в Румынии [5]. В США и Канаде штамм Рseudomonas spp. 1100-6 показал высокий уровень антагонистической активности при заселении корней плодовых саженцев [6].
В Институте молекулярной генетики РАН на основании изучения выделенных из прикорневой зоны растений многочисленных изолятов бактерий был отобран штамм Pseudomonas fluorescens CR-330D, продуцирующий бактериоцины -низкомолекулярные вещества небелковой природы, подавляющие активность опухолеиндуцирующей бактерии [1]. Использование этих свойств, наряду с преимущественным развитием самого микроорганизма на поверхности косточек, корней, черенков, отводок, штамбов растений и в ризосфере создает физическое и биохимическое препятствие развитию патогенных штаммов возбудителя рака.
Нами разработана технология применения биопрепарата на основе живой культуры этого штамма для предупреждения опухоле-образования и ингибирования опухолей в начальных стадиях роста у винограда и плодовых пород [2]. Двухсуточная суспензия живых бактериальных клеток с титром 107 КОЭ/мл применялась для бактеризации места спайки виноградных прививок, саженцев перед посадкой, для внесения в места посадки с поливной водой, для опрыскивания мест ранений после катаровки на молодых виноградниках, для опрыскивания штамбов и рукавов плодоносящих виноградников до начала сокодвижения и в период появления точечныхопухолей в начале августа на виноградниках. В плодоводстве бактериальной суспензией штамма-антагони-ста возбудителя бактериального рака обрабатывали косточки алычи, жердели, персика, а также отводки вегетативно размножаемых подвоев яблони перед высадкой в питомник, опрыскивали места отделения отводок на кустах маточников аналогичных подвоев. При закладке новых плодовых насаждений осуществляли бактеризацию корневой системы посадочного материала с внесением суспензии псевдомонады в места посадки с поливной водой.
Биологический препарат паурин на основе вышеуказанного штамма зарегистрирован Госцентром по аттестации фитосанитарной продукции Молдавии(в России не зарегистрирован).
Паурин, испытанный в процессе производства привитых и корнесобственных саженцев винограда в хозяйствах Молдавии, Краснодарского края, Херсонской области, обеспечил снижение числа больных растений сортов Ляна, Молдова, Декабрьский, Страшенский, Восторг до 1-5 % по сравнению с 3186 % в контроле. У поражаемого бактериальным раком сорта Каберне
на подвоях Ш х Б-41Б и Кобер 5ББ обработка прививок до стратификации препаратом паурин позволила увеличить выход первосортных саженцев из школки до 56 % по сравнению с 42 % в контроле. При 100 % формировании опухолей у растений в контроле в вариантах опытов было получено 18-26 % саженцев без опухолей. Предпосадочная обработка паурином вегетативно размножаемых подвоев яблони ММ-106 и М-26 и предпосевная обработка косточек миндаля, персика, жердели, черешни увеличила в 6-8 раз выход из питомников саженцев плодовых пород без опухолей на корнях. Паурин был использован нами для предпосадочной бактеризации черенков 6 сортов винограда при выращивании 900 тысяч саженцев в школке и в теплицах. Препарат также вносили с поливной водой в субстрат контейнеров до высадки черенков и прививок в теплицах и в полевых условиях. Плантации винограда, высаженные этим посадочным материалом, успешно плодоносят без развития заболевания на кустах более шести лет.
Паурин эффективен также для разрушения опухолей на плодоносящих виноградниках. Последовательные обработки штамбов и рукавов в течение 2-3 лет снижают
процент больных растений с 40 до 2,3, а число погибших от рака кустов с 57 до 10,4 %. Новые опухоли
на обработанных биопрепаратом кустах не формируются даже в местах ранений после градобития.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леманова Н.Б., Магер М.К., Магер В.М. Технология применения биопрепарата паурин в борьбе с бактериальным раком плодовых культур и винограда. / Междунар. научно-практическая конференция «Биол. защита растений - основа стабилизации агроэкосистем», Краснодар, 2008, с. 257-259.
2. ХмельИ.А., Сорокина Т.А., Липасова В.А., Леманова Н.Б. Штаммы бактерий, перспективные для биологической борьбы с заболеваниями растений и стимуляции их роста / III Междун. конф. «Регуляторы роста и развития растений», Москва, 1995, с. 203.
3. Bazzi C., BiniF., Frausin C., Governatori G. Grapevine grown gall: a neverending fight / Intern. Conf. «In wine 2005», 2005, Chisinau, p. 5.
4. Kerr A., Clare B.G. et al. / In crown gall’1991. - Paris, 1991, p. 36.
5. KuperfergS., ZinkaN., Severin V., ZamfirM. New data concerning the biological control of grapevine crown gall. // Bull. O.I.V., 1979, p. 540-551.
6. Moore L.W., Warren G. A radiobacter K-84 and biological control of crown gall // Ann. Rev. Phytop., 1979, v. 17, p. 163.
7. Sule S. Strategies for control of Agrobacterial disease of grapevine / Intern. Conf. «In wine 2005». - Chisinau, 2005, p. 44-45.
8. Xin-an-Pu R.N., Goodman E.W. Nester. Induction of necrogenesis or tumorigenesis by Agrobact. tumefaciens on grape explants / In grown gall’1991. - Paris, 1991, p. 60.
Аннотация. Биологический метод борьбы с бактериальным раком основан на применении штаммов-продуцентов бактерицидных и противоопухолевых веществ. Биофунгицид паурин, использованный в процессе производства саженцев, обеспечил увеличение доли безопухолевых растений.
Ключевые слова. Бактерия, опухоли, биологический метод борьбы.
Abstract. Genetic date transfer T-DNA from a pathogen to a plant cell occur the process of tumefaction on vineyard and fruit varieties. Treatment of woundings by biologic preparation Paurin (suspension of bacterial cells of Pseudomonas fluorescens cr-330d) deteriorates the interaction of bacteria-pathogen with the cell of host plant. Application of this preparation decrease the quantity of plants with tumors.
Keywords. Bacteria, crown gall, biologic control.
Институт защиты растений и экологического земледелия АН Молдавии Научно-практический институт садоводства, виноградарства и пищевых технологий
— Наш журнал на сайте электронной библиотеки —
К нам часто обращаются читатели с просьбой сообщить, в каких номерах журнала были опубликованы статьи по определенной тематике.
Эти сведения вы можете получить сами, войдя на сайт Научной электронной библиотеки (НЭБ): http://elibrary.ru.
На сайте НЭБ размещены электронные версии статей всех номеров журнала: с 2007 по 2010 г. включительно — в открытом доступе (бесплатно); текущего года — на платной основе по договору пользователя с НЭБ. Содержание всех номеров — в открытом доступе.
НЭБ предлагает индивидуальную подписку на электронные версии отечественной научной периодики в формате on-line. Можно выписать отдельные статьи, отдельные выпуски журналов, а также полные годовые комплекты журналов как текущего года, так и предыдущих лет.
