CC BY
97
УДК 632.938.2
Использование индукторов иммунитета в защите растений
введении бактериальной суспензии шприцем в узел или листовую пластинку (10 млн кл/мл) была примерно одинаковой и составляла 1-2 балла через 5-7 дней после инокуляции. Несколько выше была вирулентность у штамма 518 на сорте Луадор. Но через 3-4 недели все штаммы дали высокую поражен-ность подсолнечника, и часть растений погибла (рис. 3). Инъекция шприцем в узел кущения или лист была более эффективна по скорости проявления болезни, чем обрезание листовой пластинки. Из 8 испытанных сортов к наиболее вирулентному штамму возбудителя более устойчивы были сорта Юпитер, Бе-резанский и ВНИИМК, наиболее восприимчив - Луадор (рис. 4). Заражение подсолнечника типовым штаммом Хап^отопав сатрев^в р^ сатревМв (Х.с.с) не выявило специализации изученных патотипов рода Хап^отопав, так как этот штамм также поражал все испытанные сорта подсолнечника.
Таким образом, фитопатогенные бактерии рода Хап^отопав, поражающие подсолнечник,встречаются как в средних, так и южных широтах России, и в связи с широким внедрением гибридов подсолнечника F1 представляют серьезную проблему. Для предотвращения развития бактериозов требуется своевременно проводить комплекс профилактических и агротехнических мероприятий: посев осуществлять в оптимальные сроки инкрустированными здоровыми семенами; удалять щуплые семена и для посева оставлять семенной материал наиболее выполненных фракций; влажность семян, поступивших с поля, должна быть не выше 7 %. По результатам исследований ВНИ-ИЗР, предпосевная инкрустация семян фунгицидами в сочетании с микроэлементами цинком или бором в форме борной кислоты (0,5 кг/т) способствует оздоровлению семян, повышению устойчивости растений к бактериозам.
Всероссийский НИИ фитопатологии
В.Н. БУРОВ,
руководитель лаборатории ВИЗР В.И. ДОЛЖЕНКО, заместитель директора
Одной из насущных проблем защиты растений становится не столько повышение эффективности действия новых химических средств на целевые объекты, сколько снижение уровня их опасности для окружающей среды и здоровья человека. Весьма перспективна в этом плане новая группа синтетических препаратов, характеризующихся наличием не биоцидной(фунгицидной, эн-томоцидной или гербицидной), а биорегуляторной активности. К этой группе могут быть отнесены как уже широко применяемые в борьбе с фитофагами регуляторы роста и поведения насекомых, создаваемые на основе функциональных аналогов гормонов и антигормонов членистоногих, ингибиторов синтеза хитина, феромонов с аттрактантной и ре-пеллентной активностью (Новожилов, Буров,1988; 2001, Буров, Тюте-рев, 1998, Новожилов, Буров, Дол-женко и др., 2005, Павлюшин, Буров, Тютерев, 1998), так и индукторы иммунитета растений к фитопатогенам (Тютерев, 1999; 2000, Озерецковс-кая, 1994, Матевосян, Тютерев и др., 1991).
Существенные успехи в последнем направлении связаны с созданием целой серии высокоэффективных синтетических препаратов - индукторов иммунитета растений к возбудителям заболеваний, таких как бион (авангард), силк, нарцисс и целый ряд препаратов на основе хи-тозана. Подавляющее большинство является синтетическими индукторами фитоиммунитета и предназначено для защиты растений от ряда
опасных фитопатогенов, причем ассортимент создаваемых препаратов на основе иммуномодуляторов растений этого типа продолжает интенсивно расширяться.
Принципиальная возможность искусственно индуцировать повышение устойчивости растений к фитофагам была доказана значительно позже, а работа по созданию и практическому применению препаратов этого типа пока находится лишь в зачаточном состоянии. В значительной степени это связано как с существенными различиями между мо-лекулярно-генетическими механизмами устойчивости, индуцируемой фитопатогенами и фитофагами, так и с природой веществ - иммуномодуляторов, определяющих в конечном итоге непосредственный защитный эффект.
На протяжении ряда лет предполагалось, что растения имеют, как минимум, два независимых механизма индуцированной устойчивости. Один из них направлен против вызывающих различные заболевания фитопатогенов, а другой - против наносящих многообразные типы повреждений фитофагов. В частности, считалось, что системная приобретенная устойчивость, индуцируемая фитопатогенами как грибной, так и бактериальной или вирусной природы, проявляется исключительно некротическим ответом поврежденных растительных тканей, индуцирующим появление специфических защитных белков с прямой антимикробной активностью (PR-белков). Ключевым соединением, запускающим экспрессию этих белков, как и других факторов защиты от патогенов, предположительно являлось фенилпропаноидное со-
единение - салициловая кислота (СК).
В то же время предполагалось, что любые повреждения, наносимые различными видами фитофагов, активируют другой сигнальный путь, связанный с участием мобильного 18-аминокислотного пептида - сис-темина, стимулирующего синтез сигнальной молекулы жасмоновой кислоты (ЖК). Именно ЖК запускает альтернативный октадеканоид-ный путь, являясь сигналом для экспрессии многих химических веществ, обеспечивающих устойчивость растений к фитофагам, таких как ряд антифидантов, в том числе ингибиторов протеиназ, а также вторичных летучих соединений с репел-лентной или детеррентной активностью для фитофагов или аттрактивной активностью для энтомофагов.
Дальнейшее расширение круга исследованных объектов за счет растений разных таксономических групп и связанных с ними патогенов и фитофагов, различающихся по характеру и способу нанесения повреждений, выявило ограниченность первоначальных предположений о строго специфичном, однонаправленном характере их действия на растение. В частности, было обнаружено, что в зависимости от конкретного сочетания взаимодействующих видов (растение-фитопатоген-фитофаг) повреждения, наносимые фитофагами, могут способствовать как одновременному увеличению устойчивости растений к возбудителям заболеваний, так и наоборот - вызывать снижение исходной устойчивости к ним.
Аналогичным образом предшествующее заражение растения фи-топатогенами может или индуцировать повышение его резистентности к фитофагам, то есть проявление прямой или косвенной индуцированной устойчивости, или, напротив, снижать эту устойчивость.
По-видимому, одной из основных причин большого разнообразия индуцируемых фитофагами ответных реакций растений является многооб-
разие характера наносимых ими повреждений, что связано как с анато-мо-морфологическими особенностями ротовых аппаратов в пределах разных таксономических групп фитофагов, так и с многообразием химического состава продуцируемых при питании ферментов у видов с разной пищевой специализацией. Так, считается, что отдельные вещества, вводимые в растение фитофагами вместе со слюной, могут действовать на него различными путями, индуцируя разные биохимические каскады, ответственные за устойчивость как к фитофагам, так и к патогенам. Например, повреждения растений хлопчатника паутинным клещом индуцирует повышение их устойчивости не только к клещам, но и к патогенному грибу Verticillium dahliae (Karban et al., 1998). Повреждения, наносимые гусеницами хлопковой совки, повышают устойчивость растений томатов и сои как к совкам, так и к бактериальным патогенам (Pseudomonas syringae) (Stout et al., 1998). Гусеницы соевой совки индуцируют системную защиту растений сои как от ряда вредных чешуекрылых, так и от возбудителей рака корневой шейки (Diaporthe phasoleum) и стеблевого рака (Colonectria croto-lariae). В то же время имеются и многочисленные примеры, свидетельствующие об отсутствии способности индуцировать перекрестную устойчивость растений к фитофагам и фитопатогенам. Примерами могут быть одновременно поражающие табак совка Manduca sexta и вирус табачной мозаики, огурцы - паутинный клещ, совка Spodoptera frugiperda и возбудитель антракноза (Colletotrichum lagenarium) и др. (Ajlan, Potter, 1991, 1992). И в том и в другом случае повреждения, наносимые одним видом, не приводят к возрастанию устойчивости к другому виду. Аналогичным образом существенными различиями характеризуются и ответные реакции растений на повреждения, одновременно наносимые фитопатогенами из группы биотро-фов или некротрофов.
В ряде случаев повреждение, наносимое фитофагом или фитопатоге-ном, индуцирует или модифицирует защитную реакцию по отношению к определенным группам или видам консументов, практически не меняя ее по отношению к другим видам. Так, инокуляция табака вирусом табачной мозаики (ВТМ) через реакцию сверхчувствительности способна индуцировать устойчивость растений не только к этому вирусу и двум видам грибных и бактериальных возбудителей, но и к фитофагу - персиковой тле Myzus persicae (McIntyre et al., 1981), однако не увеличивает его устойчивость к другому виду тлей M. nicotianae (Ajlan, Potter, 1992). В свою очередь, повреждение табака гусеницами совки Manduca sexta не индуцирует повышение его устойчивости к вирусу табачной мозаики.
В то же время до сих пор не обнаружено негативного или позитивного взаимоотношения между фитофагами и фитопатогенами на огурцах. Так, заражение растений огурца возбудителем антракноза или вирусом некроза табака не меняет их устойчивость к паутинным клещам, белокрылкам и тлям (Moran, 1998).
В какой-то степени объяснение многим из вышеупомянутых фактов дают более поздние исследования, показавшие, что между двумя вышеупомянутыми сигнальными путями (салицилатным и октадеканоидным) существует не только простой конкурентный тип взаимодействия. С одной стороны, была экспериментально доказана способность салициловой кислоты ингибировать биосинтез жасмоновой кислоты и,соответственно, снижать или полностью блокировать вызываемый ею химический ответ (Doares, 1995 и др.) Одновременно получены многочисленные данные, свидетельствующие о возможности и противоположного эффекта, т.е. ингибирова-нии эффектов, вызываемых салициловой кислотой при одновременной обработке растений жасмоновой кислотой (Nike et al., 1998, Felton et al., 1999). В то же время высказыва-
ются предположения и о возможности создания иммуномодуляторов, индуцирующих плейотропные эффекты, приводящие к синтезу защитных веществ, одновременно действующих как на фитофагов, так и на фитопатогенов.
Негативное взаимодействие между двумя ответными путями, ранее продемонстрированное на биохимическом уровне, может поставить под сомнение способность растений, и тем более - человека, использующего синтетические индукторы иммунитета растений, координировать защитные реакции, направленные одновременно против патогенов и фитофагов. О большой сложности этой проблемы свидетельствует, в частности, сопоставление результатов сравнительно немногочисленных полевых экспериментов. Ряд материалов подтверждает принципиальную возможность индукторов устойчивости в рамках экспериментального агроценоза избирательно действовать на одни группы консументов (в частности, на комплекс фитофагов), практически не оказывая никакого влияния на другие (фитопатогенов).
Например,эксперименты, проведенные в полевых условиях в Северной Калифорнии на томатах Lyco-persicon esculentum var. Ace, показали. что обработка посевов синтетическим эликсиром устойчивости к фитофагам (жасмоновая кислота, 0,5 mM) значительно сокращала численность калифорнийского трипса (на 50-80 %), гусениц совки Spodoptera exigua, блошек Epitrix hirtipennis и тлей Myzus persicae (в 34 раза). В то же время эти обработки не влияли отрицательно на ряд возбудителей грибных заболеваний (Stout et al., 1999). Одновременное негативное действие обработки жасмоновой кислотой на несколько видов фитофагов (паутинного клеща, минеров Lyriomyza trifolii, совок и бражников) при отсутствии какого-либо действия на фитопатогенов отмечают и другие авторы (Orozco-Cardanas et al., 1993).
В то же время в литературе имеются и сведения о совершенно противоположных эффектах, наблюдаемых в агроценозах при их обработке синтетическими индукторами иммунитета. Один из наиболее ярких примеров - попытка защиты томатов с помощью синтетического иммуномодулятора ВТН (тиадиазол-S-метилового эфира карболовой кислоты), результатом которой явилось снижение поврежденности растения патогеном (Pseudomonas syringae) при одновременном возрастании численности фитофага -совки (Spodoptera exigua).
Дальнейшие исследования позволили лучше понять характер взаимодействия патогенов и фитофагов и возможности достижения комплексного эффекта в борьбе с ними. На примере инокуляции табака ВТМ показана принципиальная возможность использования реакции сверхчувствительности для индукции устойчивости табака одновременно не только к возбудителям вирусных, грибных и бактериальных заболеваний, но и к фитофагам, таким как персиковая тля Myzus persicae (McIntyre et al., 1981).
Возможность широкомасштабного использования феномена индуцированной устойчивости растений для их защиты от вредителя и возбудителей заболеваний в последние годы приобретает все большее значение и в связи с продолжающимся расширением спектра создаваемых синтетических индукторов иммунитета (иммуномодуляторов), таких как производные бензотиадиазола (ВТН и др.), препараты на основе хитозана, арахидоновой кислоты и др. Как правило, до сих пор при регистрации и производственных испытаниях этих препаратов основное внимание обращается на их действие на фитопатогенов и совершенно не учитываются возможные последствия их влияния на вредную (фитофаги) и полезную (энтомофа-ги) энтомофауну, что несомненно требует серьезного изучения.
Все сказанное свидетельствует о
необходимости детального изучения биохимических и молекулярно-генетических механизмов, определяющих эффективность индуцированной устойчивости растений, с учетом таксономической принадлежности, трофического статуса и места в экосистеме каждого объекта; факторов, определяющих уровень селективности природных и синтетических индукторов устойчивости и возможности коррекции этих показателей; критериев количественной оценки эффективности практического использования индукторов иммунитета с учетом их комплексного действия на все элементы агроценоза.
Серьезнейшей проблемой практического использования индукторов иммунитета в практике защиты растений остается отсутствие нормативных документов, регулирующих правила их регистрационных испытаний и непосредственной регистрации. Не отработаны и не систематизированы научно обоснованные токсиколого-гигиенические и экологические критерии оценки как эффективности этих препаратов, так и безопасности их применения для человека и окружающей среды.
Согласно приказу МСХ РФ № 357 от 10 июля 2007 г., для начала регистрации синтетических индукторов иммунных реакций растений (иммуномодуляторов) необходимо иметь основные сведения о препарате, сведения по оценке биологической эффективности, безопасности, физико-химических свойствах, токси-колого-гигиеническую и экологическую характеристику. Без знаний о спектре действия каждого подобного препарата, сфере и регламенте его возможного применения, механизмах и периодах защитного действия, селективности и совместимости с другими препаратами с учетом возможности побочных эффектов и влияния на нецелевые объекты невозможно легитимное производство и использование этой новой группы современных средств защиты растений.
19
3 Защита и карантин растений № 7
