Тема1: Влияние растений – хозяев на изменчивость вредоносных организмов

Модуль 2. Генетика иммунитета растений

Практическое занятие 6

Тема1: Влияние растений – хозяев на изменчивость вредоносных организмов

Вопросы:

1. Влияние растений-хозяев на изменчивость вредоносных организмов

2. Мутационный процесс, его формы и роль в иммунитете

Влияние растений-хозяев на изменчивость вредоносных организмов.

Воздействие растений-хозяев — одна из основных причин возникновения изменчивости у их потребителей. Одни физиологически активные соединения растений, например, производные индола, благоприятствуют спон­танной наследственной изменчивости. Другие, в част­ности некоторые алкалоиды, гликозиды, кумарины, в большей мере обладают собственной мутагенной актив­ностью и могут оказаться причиной появления индиви­дуальных мутаций.

Все большее значение в наследственной изменчи­вости потребителей растений приобретает химическое загрязнение растений различного рода химическими за­грязнителями окружающей среды, попадающими в ор­ганизм фитопатогенов при их питании.

Многие из таких загрязнителей (в частности, N-нитросоединения, полициклические ароматические углево­дороды и т. д.) мутагенны. В связи с этим особую роль для вредоносных организмов приобретают соединения, участвующие в их обмене веществ и являющиеся анти- мутагенными (например, аскорбиновая кислота).

Самостоятельное значение для наследственной из­менчивости вредных организмов имеют химические средства, применяемые в сельском хозяйстве. Некото­рые из них (карбаматы, триозины, хлорорганические пестициды и т. д.) также вызывают мутационные изме­нения, которые могут способствовать повышению вре­доносности, массовому размножению и расширению границ распространения вредителей и возбудителей бо­лезней. Важнейшее требование в связи с этим — оценка потенциальной мутагенной активности любых химиче­ских средств, которые рекомендуются для сельского хо­зяйства.

Мутационный процесс, его формы и роль в иммунитете.

У фитопатогенных организмов, как и у высших рас­тений, осуществляется мутационный процесс. Возника­ющие мутации могут быть объединены в 4 группы — морфологические, физиологические, биохимические и этологические. Морфологические мутации выра­жаются в наследственных изменениях строения орга­нов, тканей и клеток; физиологические — в на­следственных изменениях сущности физиологических функций и интенсивности последних; биохимические—в наследственных биохимических изменениях, приводящих, в частности, к нарушению количественных соотношений между теми или иными соединениями, син­тезирующимися в организме, и отклонениям в сроках их синтеза, к появлению новых соединений с преобразо­ванным строением и новыми свойствами и т, д.; этологические — в изменении видового стереотипа поведе­ния и т. д. Мутации всех упомянутых групп могут иметь иммуногенетическое значение для вредных организмов.

В результате мутационного процесса морфологиче­ские, физиологические и биохимические иммуногенетические барьеры вредоносных организмов, а также их способность нарушать иммуногенетические барьеры растений могут быть значительно видоизменены. В итоге опасность вредоносных организмов для растений может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Среди физиологических мутаций существенны мута­ции, способствующие вредоносным организмам исполь­зовать растения-хозяева как среду обитания и источ­ник пищи.

Среди биохимических мутаций существенны мута­ции, позволяющие вредоносным организмам проникать во внутренние ткани и в клетки растений-хозяев, более эффективно использовать содержащиеся в них белки, углеводы и жиры, дезактивировать физиологически активные соединения, синтезирующиеся в растениях — алкалоиды, флавоноиды, терпены и т. д., а также чуже­родные химические загрязнители.

Генетические основы иммунитета.

Эффективность иммуногенетических барьеров расти­тельных организмов зависит как от их индивидуальных физиологических особенностей, во многом связанных с состоянием окружающей среды, так и от их наследст­венных генетических отличий, определяющих основные показатели их роста и развития, функциональных от­правлений и обмена веществ. На темпы роста и развития оказывают влияние количественные характеристики генотипа, в частности полиплоидия и анеуплодия. С этими характеристиками связаны размеры от­дельных структурных элементов растений и их число, а также размеры растений в целом. Интенсивность про­цессов роста растений, а также размеры и число их органов имеют многостороннее значение для иммуни­тета. Так называемый ростовой иммуногенетический барьер предотвращает возможность локализации фито­патогенных организмов на поверхности растений-хозяев или же в их тканях и клетках. В результате этого нор­мальное развитие вредных организмов нарушается, что вызывает их гибель. При увеличении числа органов рас­тений и их размеров часть из них, а также отдельные участки тканей остаются не заселенными фитопатоген­ными организмами. Это предотвращает их отмирание в результате заражения и способствует сохранению расте­ниями жизнедеятельности на необходимом уровне.

Определенную роль в иммунитете растений играют хромосомные аберрации (изменения структуры хромосом). Они оказывают влияние на частоту, ритми­ку, правильность клеточных делений и на клеточную дифференциацию. При нарушении процессов деления и дифференциации клеток изменяется нормальное строе­ние тканей и органов и их особенностей как среды оби­тания и источника используемых пластических веществ, а также как регулятора взаимоотношений между фитопатогенными организмами и средой, окружающей их. Возникающие отклонения неблагоприятны для фитопа­тогенных организмов, так как они затрудняют их разви­тие и предотвращают размножение.

Большое значение для осуществления явлений имму­нитета имеют генные мутации, в особенности затрагива­ющие синтез в растениях физиологически активных соединений, водный и минеральный обмен, осмотическое давление, образование клеточных оболочек и их одре­веснение и опробковение. Самостоятельную роль в им­мунитете играет также генетическая рекомбинация. Все упомянутые процессы оказывают влияние на нормаль­ное функционирование иммуногенетических барьеров.

Среди наследуемых изменений, возникающих у рас­тений-хозяев и оказывающих влияние на действенность иммуногенетических систем, большое значение имеют карликовость и гигантизм; количество откладываю­щихся биополимеров и их атакуемость ферментами вре­дителей; активность ферментных систем, способствую­щих растворению клеточных оболочек; количественное соотношение и химический состав природных соедине­ний, подавляющих жизнедеятельность фитофагов (фла-воноидов, алкалоидов, кумаринов, терпенов и т. д.), а также информационных макромолекул. Белки, изпри­мер, участвуют в осуществлении реакций «ген против гена», в ряде случаев регулирующих иммунитет высших растений к бактериям, грибам и насекомым.

Основываясь на исследованиях генетических законо­мерностей иммунитета с помощью новейших методик селекции (в том числе и мутационной), выведены мно­гие иммунные сорта растений. К их числу принадле­жат: сорт яровой пшеницы Новосибирская 67, устойчи­вый к ржавчине и пьявице; сорт озимой пшеницы Ки­янка, устойчивый к ржавчине и гессенской мухе; гибрид кукурузы Юбилейный 60, устойчивый к пузырчатой го­ловне, фузариозу початков и кукурузному мотыльку, и т. д.

Особенно важно использование генетических законо­мерностей для придания растениям новых сортов комп­лексного иммунитета, который будет одновременно обе­спечивать уменьшение их поражаемое различными патогенными агентами.