Страница 20 из 48
Аэробные бактерии из этого рода, обитая сапрофитно в почве, образуют слизистые нити, которые проникают в корни бобовых растений через корневые волоски. Клетки корня в ответ на проникновение увеличиваются в размерах и делятся, в результате чего возникают корневые клубеньки. Бактерии проникают в клетки растения, где окружаются мембраной и образуют бактероиды. На этой стадии защитные реакции затихают и отношения партнеров становятся симбиотическими. Клубеньковые бактерии, неспособные усваивать азот воздуха пока они ведут сапрофитный образ жизни, попав в корневые клубеньки, начинают интенсивно фиксировать азот. Образующиеся при этом аминокислоты частично достаются растению.
Каждому виду бобовых соответствует своя бактерия. Так, один вид Rhizobium специфичен к сое, другой — к клеверу и т. д. Растение как бы «узнает» свой вид бактерий. Вернее, узнает не растение, а его лектины, которые связывают углеводные рецепторы на поверхности клеток только подходящего вида бактерий. Иными словами, образование или необразованно клубеньков у растения определяется тем, узнает или не узнает его лектин соответствующие углеводные группировки на поверхности бактерий. Если узнает, клубеньки образуются и азот фиксируется, если не узнает, ничего не получится.
На конечной стадии бактерии размножаются и покидают растение, а оставшиеся бактероиды перевариваются растительной клеткой и служат, таким образом, для нее ценным источником азота.
Существует много видов Rhizobium, специализированных к различным видам бобовых. Наиболее хорошо исследованы две системы симбионтов: это соя и ее специфический симбионт Rhizobium japanicum, а также клевер и R. trifoli. Даже в этих двух системах лектины локализованы по-разному, хотя и выполняют одну и ту же роль притягивания поверхностей растения и бактерии. У сои лектин находится на поверхности корневых волосков. А вот у клевера лектин выделяется из корней наружу и служит как бы мостиком между сходными углеводными группировками на поверхности клеток бактерий и соответствующего ей растения. Однако в том и другом случае лектин растения узнает свою бактерию и притягивает ее к себе.
Итак, две, казалось бы, противоположные функции лектинов во взаимодействии растения с фитопатогенами и симбионтами основаны на процессе притягивания и распознавания микроорганизмов. Только в первом случае (фитопатогены) распознается несовместимость, в результате чего происходит СВЧ-реакция и гибель паразита, а во втором — возникает, наоборот, совместимое взаимодействие. Однако и в том и в другом случаях функция лектинов приносит очевидную пользу растению: избавляя его от поражения патогеном в первом и обеспечивая снабжение азотом во втором случае.
Чтобы покончить с ролью лектинов в процессе защиты растения, следует еще рассказать о небольшой группе токсических лектинов, хотя об этом, скорее, следовало бы говорить в разделе антибиотических веществ. Речь идет о двух токсических лектинах семян — абрине и рицине, которые рассматриваются как своеобразная защита от поедания этих семян животными и насекомыми. Устойчивые к действию гидролитических ферментов, эти лектины вызывают нарушение функции всасывания в кишечнике, повышая его проницаемость для бактериальных токсинов и продуктов гниения.
ФИТОНЦИДЫ
Кто из нас не испытывал на себе благотворное влияние леса, парка, сада, поля — наших давних и верных зеленых друзей, по праву называемых царством жизни и красоты. Растения не только снабжают нас пищей и энергией, не только пополняют запасы кислорода в атмосфере, которые отнюдь не беспредельны, они исцеляют нас от самых разнообразных болезней. О целебном действии многих растений знал еще первобытный человек. На использовании лекарственных растений основана народная медицина. Известна старая русская поговорка «лук от семи недуг». Во многих странах простудные заболевания и сейчас часто лечат домашним способом путем вдыхания распаренных растений, например лаванды, картофельной кожуры, шелухи овса и т. д. Многим эмпирическим наблюдениям народных лекарей сейчас дано научное обоснование. Современная медицина широко использует растения для получения разнообразных лекарств. И тем не менее далеко не все лечебные свойства растений еще раскрыты, многие из них продолжают оставаться тайнами живой природы.
В конце 20-х годов нынешнего столетия важное открытие сделал профессор Борис Петрович Токин. Его исследования показали, что растения выделяют вещества, способные задержать развитие и даже убивать микроорганизмы, вызывающие болезни животных и самих растений. Он назвал эти вещества фитонцидами (от греческого фитон — растение и латинского цедере — убивать) и охарактеризовал как «продуцируемые растениями бактерицидные, фунгицидные, протистацидные вещества, являющиеся одним из факторов их иммунитета и играющие роль во взаимоотношениях организма в биоценозах»[15].
Сам автор открытия часто говорил, что фитонциды — его «незаконнорожденное дитя в науке». Дело в том, что он открыл их, уже будучи видным эмбриологом. Все эти годы, ведя фундаментальные исследования, ученый при активном участии многих исследователей и любителей природы успешно развивал и свое учение о фитонцидах, которые получили всеобщее признание в науке.
Подсчитано, например, что на 1 га лиственного леса выделяется летом 2 кг фитонцидов, хвойного — 5 кг, а можжевелового — даже 30 кг. Разумеется, дело не только в количестве, так как биологическая активность разных веществ далеко не одинакова. Например, бегония и герань снижали содержание микроорганизмов в окружающем воздухе на 43 %, циперус — на 51 %, мелкоцветная хризантема — на 66 %. Выделение фитонцидов зависит от физиологического состояния растений. Так, многие из них больше всего выделяются во время цветения. Их общее количество, содержащееся в растениях на гектаре соснового бора, достаточно для того, чтобы оздоровить воздух от патогенных микробов среднего по величине города. В этом одна из основных причин благотворного действия воздуха вблизи растений.
Уже в первых опытах было установлено, что грибы, бактерии и даже лягушки и мыши погибали в атмосфере разрезанного лука. Но гибель каждого из них наступала в разное время и зависела от продолжительности воздействия выделений, их концентрации и многих других факторов. Летучие фитонциды ряда растений, вызывающие смерть лягушки в течение нескольких минут, не могли убить некоторые инфузории даже в течение нескольких часов. Подобные различия в действии зависели от того, в какой мере подавлялись важнейшие процессы жизнедеятельности того или иного организма.
Видный советский фитопатолог Д. Д. Вердеревский. много занимавшийся изучением роли фитонцидов, пришел к выводу, что в иммунитете растений они имеют столь же важное значение, как и фагоцитоз у животных. В самом фанте более сильного выделения этих веществ пораненными растениями заложен глубокий биологический смысл. Мы уже говорили, что поранения как бы открывают ворота для проникновения микроорганизмов в растительную ткань, а интенсивным выделением фитонцидов растение перехватывает патогены еще на лету, создавая против них первую линию обороны. Ведь в природных условиях растения в той или иной степени непрерывно повреждаются от ветра, дождя, града, насекомых, птиц и т. д.
Однако далеко не все фитонциды являются летучими, имеются и нелетучие. Сосредоточены они в основном в покровных тканях растений и создают как бы вторую линию обороны против проникновения чужеродных пришельцев.
Ядовитость растений по праву рассматривается как такое же важное приспособление к их выживанию, как и другие защитные реакции. Но фитонциды не только яды, по и лекарства. Ведь недаром книга о них названа «Целебные яды растений…». Все зависит от дозы. Известно, что лекарственные вещества при повышенных концентрациях тоже могут стать ядами. Еще во времена средневековой медицины писалось: «Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости, одна лишь доза делает яд незаметным». Так, выделения лука в малых концентрациях не только не вызывают гибель микроорганизмов, но даже стимулируют их рост. Поскольку различные организмы сильно различаются между собой по чувствительности к фитонцидам, то легко понять, что этим веществам принадлежит важная роль в биоценозах, т. е. в сообществе живых организмов, населяющих однородный по условиям жизни участок природы и связанных друг с другом определенными взаимоотношениями.