Чужеродные антагонисты патогенов
Опыты по борьбе с фитопатогенными бактериями путем использования бактериофагов впервые проведены в 1976 г.
Предварительные исследования показали, что фаги поглощаются проростками риса из воды через гидатоды и затем системно транспортируются в растении, в конце концов выделяясь с жидкостью при гуттации. Далее Редди и др. установили, что развитие пятен бактериального ожога на рисе будет полностью подавлено, если растения за 12 часов до искусственного заражения Xanthomonas oryzae полить водой, содержащей фаг. Практическая ценность этого метода профилактики должна быть доказана в полевых опытах.
В настоящее время также исследуется вопрос о возможности использования бактерий гиперпаразитов типа Bdellovibrio для борьбы с восприимчивыми фитопатогенными бактериями.
Впервые описанный в 1963 г. Bdellovibrio bacteriovorus обладает способностью внедряться в грамположительные бактерии, размножаться в них и затем их убивать. Опыты Шерфе показали, что выделенный из ризосферы сои изолят В. bacteriovorus (Bd-17) тормозит развитие бактериоза сои (возбудитель Pseudomonas glycinia) при искусственной комплексной инокуляции антагонистами и фитопатогенными бактериями в соотношении не менее 9:1. Внедрение результатов этих опытов в практику еще предстоит.
В большинстве случаев антагонизм между чужеродными микроорганизмами основан на выделении активными антагонистами аллелопатически действующих веществ (антибиотиков). Например, Мах сообщил о сильном подавлении фитопатогенных почвенных грибов при введении в почву определенных активных актиномицетов. Однократная обработка почвы в теплице соответствующими видами Streptomyces защищала в течение 12 недель различные виды растений от поражения Rhizoctotiia solani и Pythium debaryanum. Недавно появилось сообщение о специфическом лизисе мицелия Gaeumannomyces graminis var. tritici под воздействием Streptomyces lavendulae, изолят В 84. Возможно, на этой основе удастся разработать способ борьбы с корневой гнилью пшеницы, как это продемонстрировали Кемпбелл и Фолл в полевых опытах по инфицированию почвы Bacillus mycoides (изолят 31).
Антагонистами целого ряда фитопатогенных грибов являются разные виды гифомицетов рода Trichoderma. Уже в 1931 г. в полевых опытах при введении в почву Trichoderma lignorum удалось заметно подавить возбудителя черной ножки огурцов Rhizoctotiia solani. Успешные опыты проведены против гриба Stereum purpureum (возбудитель млечного блеска), широко распространенного на плодовых. Во Франции обработка ран после обрезки двулетних деревьев сливы Prunus mariana суспензией спор Trichoderma viridae обеспечила полную защиту от инфекции. В Швеции и Франции на основе Т. viridae созданы и испытаны опытные препараты для борьбы с серой гнилью Botrytis cinerea на винограде и землянике. С помощью выделенного из почвы изолята Trichoderma harzianum, лизирующего гифы Rhizoctonia solani и Sclerotium rolfsii, получены хорошие результаты по борьбе с указанными патогенами: при внесении антагониста в почву теплиц под фасоль и в полевых условиях под хлопчатник, томаты и фасоль зарегистрировано достоверное снижение пораженности и повышение урожайности этих культур.
Значительные успехи достигнуты в СССР при использовании Trichoderma lignorum против грибных болезней огурцов в теплицах, а также болезней зерновых культур и хлопчатника в полевых условиях. Используемый при этом препарат триходермин содержит как споры, так и мицелий; в размолотом виде его используют для инокуляции почвы, а концентрированный препарат— для протравливания.
Опытное протравливание семян гороха грибом Penicillium oxalicum в борьбе с болезнями корней (возбудители: Aphanomyces euteiches, Fusarium oxysporum, Fusarium solani, Rhizoctonia solani, Pythium spp.), проведенное в США, дало такие же хорошие результаты, как и применение химических фунгицидов.
В лесных насаждениях большое экономическое значение имеют грибы, поражающие древесину. Для борьбы с ними также ведутся поиски активных биологических агентов, тем более что применение фунгицидов — мероприятие очень дорогостоящее, неблагоприятное для окружающей среды и обычно малоэффективное. Наилучшие результаты получены пока при подавлении Femes annosus с помощью гриба-антагониста Peniophora gigantea. Оидии грибов, например, можно добавлять прямо в смазочное масло для мотопил, это исключает дальнейшую обработку пней. В Англии выпускается коммерческий препарат на основе оидий Р. gigantea, который нашел применение на больших площадях.
Некоторые хищные грибы, улавливающие нематод, например Arthrobotrys oligospora, могут также с помощью специальных гиф спиральной формы паразитировать на фитопатогенных грибах, таких, как Rhizoctonia solani. Однако апробированные на практике гиперпаразиты не относятся к видам, поражающим нематод.
Очень интересны работы Моуера и др. по использованию различных гиперпаразитов против спорыньи Claviceps purpurea на зерновых культурах. Наиболее вирулентными оказались специфические штаммы Fusarium roseum, которые успешно испытаны в тепличных и полевых условиях. К гиперпаразитам фитопатогенных видов Sclerotinia относятся Coniothyrium minitans и виды Trichoderma. Еще один гиперпаразит Sporidesmium sclerotivorum получают в США на искусственной среде и успешно используют против белой гнили на восприимчивых сортах салата.
В ФРГ проведены первые опыты по использованию гиперпаразита Ampelomyces quisqualis в борьбе с мучнистой росой огурцов (преимущественно Sphaerotheca fuliginea). В условиях теплицы, где растения опрыскивали суспензией конидий гиперпаразита, успех обработки зависел от определенных экологических факторов: повышенной влажности, незначительного давления воздуха и температуры, не превышавшей 30 °С. Особенно благоприятным для биологической борьбы с мучнистой росой является довольно высокий порог ее вредоносности: заметное снижение урожая наступает только при покрытии мучнистой росой не менее 20% площади листьев.
В заключение следует отметить, что в борьбе с определенными болезнями, например цитоспорозом (Cytospora spp.) или бактериальным раком корней плодовых (Agrobacterium radiobacter var. tumefaciens), можно использовать целый ряд грибов и бактерий-антагонистов. Как показали опыты in vitro, в данном случае часто играют роль аллелопатические воздействия. Кроме того, отмечают также явления неспецифического или параспецифического антагонизма, который, помимо прочих, может индуцироваться фитопатогенными вирусами. Так, вирус табачной мозаики может индуцировать в растениях табака благоприобретенный параиммунитет к фитопатогенным бактериям (Pseudomonas tabaci) или грибам (Peronospora tabacina). На этом явлении Хелтону удалось разработать профилактику цитоспороза с помощью вируса кольцевой пятнистости сливы.
Почвенные амебы Vampyrellidae (например, Arachula impatiens) пожирают бактерии, синезеленые водоросли, зеленые водоросли, а также жгутиковых, нематод и споры грибов. С 1977 г. в Австралии исследуется возможность использования подобных простейших в качестве антагонистов фитопатогенных почвенных грибов.
Одновидовые или родственные штаммы патогенов для иммунизации растений
Для культурных растений, так же как для человека и полезных животных, в настоящее время изыскиваются способы защиты от определенных инфекций с помощью своего рода предохранительных прививок (преиммунизация). Действующие при этом механизмы могут быть самого различного типа: специфическая интерференция между близкородственными штаммами (перекрестная защита) или индукция ингибиторов антивирусного или антибиотического типа в организме хозяина.
В 1963 г. в Голландии были начаты исследования по преиммунизации томатов для защиты от мозаики. Для этого всходы инокулировали ослабленным вирусом мозаики табака (индуцированный мутант), специфическая интерференция должна была подавлять заражение вирулентным диким штаммом. Подобный вирус для получения индуцированного иммунитета (штамм МН-16) оказался вполне пригодным и имеется в продаже. Хорошие результаты применения этого метода получены также в Шотландии, НРР и СССР. В ГДР вирусный препарат под названием томавир допущен в производство.
В полевых условиях вирус вносят с помощью пистолетного опрыскивателя весной и осенью в виде суспензии (1 : 10 000 единиц в выжатом соке растений) с добавлением 2% порошка карборунда для механического повреждения листьев и защиты вируса от сноса. Обработку проводят в фазе семядолей, вслед за этим можно пикировать растения. Препарат уменьшает появление симптомов поражения агрессивными вирусными штаммами на листьях и плодах томатов. В результате обработки возможно краткосрочное торможение роста, поэтому при запланированной иммунизации посев следует проводить на 3—4 дня раньше обычного. Поскольку обнаружены также генотипические различия в поведении томатов относительно преиммунизации, в настоящее время ведется селекция сортов, особенно пригодных для такой обработки.
Преиммунизация растений на ранних фазах развития представляет собой основу интегрированной борьбы с мозаикой томатов, в которую входят также фитосанитарные мероприятия (дезинфекция посевного материала и почвы).
Для борьбы с бактериозами культурных растений можно использовать интерференцию между возбудителями и близкородственными бактериями или на основе конкурентных взаимоотношений рецепторов, или на базе действия ингибиторов (бактериоцинов). Наиболее известными в этой области являются работы с бактериальным раком корней (возбудитель Agrobacterium radiobacter var. tumefaciens), особенно с раком розоцветных. Вначале Керр выделил в Австралии авирулентный штамм А. r. var. tumefaciens (штамм 84), который убивает бактерии определенных вирулентных биотипов с помощью выделяемого им бактериоцина агроцин-84.
Бактериоцины — специфически действующие ингибиторы бактерий близкородственных видов.
При обработке этим изолятом семян или саженцев растений перед высадкой их в зараженную почву образование опухолей резко снижается. Такие же хорошие результаты, как Керр получил в Австралии на персике, были достигнуты в США, Италии и ВНР на косточковых, декоративных культурах (розоцветные) и землянике. Коммерческий препарат в виде суспензии, поступающий в продажу под названием галлтрол-А, сохраняет активность в течение нескольких месяцев при 4°; титр суспензии 106—107 клеток/мл.
Устойчивость к бактериоцину отмечена в Греции; кроме того, в некоторых случаях (например, в штате Вашингтон, США) применение бактериоцина было неудачным. Это можно объяснить невосприимчивостью штаммов А. г. var. tumefaciens, отрицательным влиянием почвенной микрофлоры или недоработкой способов внесения препарата (слишком поздние сроки, недостаточные дозы и пр.). Важно, что применение штамма 84 проводится не изолированно, а совместно с другими методами борьбы. Там, где этот антагонист оказывается эффективным, отпадает необходимость в применении антибиотиков (ауреомицина, тетрациклина, циклогексимида) для подавления бактериального рака.
Для подавления бактериального ожога семечковых также успешно испытан в качестве антагониста непатогенный штамм Erwinia herbicola. В США опрыскивания яблони в период цветения суспензией с титром 106—108 клеток/мл обеспечивали такую же защиту, как обработки стрептомицином в дозе 100 мг/мл.
Первые практические ценные опыты по изучению интерференции грибных фитопатогенов проведены с видами Verticillium. Так, Барроу (1969) сообщил о преиммунизации хлопчатника: при предварительной обработке слабовирулентными штаммами V. albo-atrum удалось эффективно защитить растения от поражения высоковирулентными штаммами возбудителя вилта.
Другой вид биологической борьбы с фитопатогенными грибами исследуется в настоящее время на примере ожога коры каштанов (называемого также эндотиевым раком коры). Эта болезнь, завезенная из Китая в США и позднее — в Южную Европу, вызывается аскомицетом Endothia parasitica. Если в США патоген действовал разрушительно в насаждениях каштана зубчатого (Castanea dentata), то в Европе на каштане настоящем (Castanea sativa) он постепенно терял агрессивность. Это связано с появлением на новом хозяине слабовирулентных штаммов гриба, которые со временем вытеснили высоковирулентные штаммы. Европейские штаммы были завезены в Америку, где они оказались не менее действенными по отношению к местным штаммам грибов и таким образом значительно снизили вредоносность болезни. Очевидно, агентом гиповирулентности, переносимым при гифальных анастомозах, является микопатогенный вирус, однако его перенос может тормозиться при вегетативной несовместимости определенных штаммов грибов. Для преодоления этого барьера в распространении гиповирулентных агентов в настоящее время испытывают смеси различных мицелиев гиповирулентных штаммов.
Биологический метод борьбы с болезнями растений является частью фитопатологии, требующей дальнейшего развития. В данном разделе были приведены только некоторые примеры, характеризующие огромные возможности этого направления.