Страница 23 из 48
6. Защитная реакция проявляется только в тканях, оккупированных грибом, а также непосредственно прилегающих к ним, а не распространяется на весь индивидуум.
7. Если в устойчивых сортах происходит иммунизация части ткани, пораженной патогеном, то в восприимчивых наоборот: клетки хозяина, пораженные вирулентной расой, через некоторое время становятся чувствительны даже к грибам, неспособным поражать интактные клубни картофеля. При этом различные грибы способны поражать зараженные фитофторой ткани в различной степени.
8. Состояние устойчивости не наследуется; наследуется только способность к его приобретению, что происходит после контакта с паразитом. В результате этого срабатывает механизм, превращающий часть атакуемых паразитом клеток из состояния индифферентности в состояние устойчивости.
Прошло 45 лет. Многое прояснилось, некоторые выводы пришлось пересмотреть и уточнить. Но в целом они выдержали испытания временем.
Сейчас, оглядываясь назад, становится ясным, что в 1940 г. было открыто новое биологическое явление — способность растительных тканей образовывать в ответ на инфекцию антибиотические вещества, подавляющие развитие патогена.
А что же было дальше? А собственно, дальше ничего не было, по крайней мере в течение последующих 18 лет до того момента, когда тот же Мюллер выступил с новой статьей, в которой изложил метод быстрого и простого обнаружения фитоалексинов. Метод получил название капельных диффузатов.
Он очень прост. Из зеленых бобов фасоли осторожно вынимают семена, а на их место в семянные впадины помещают капли воды со спорами патогена. Споры прорастают, выделяя вещества, проникающие в ткани стручка. В ответ на это в растительной ткани образуются фитоалексины, которые диффундируют в инфекционные капли с тем, чтобы подавить в них рост паразита. Если через 2 суток такие капли собрать, проросшие споры удалить, то это и есть диффузат. Чем хороши стручки? Тем, что на их внутренней поверхности нет кутикулы, и фитоалексины поэтому легко проникают в инфекционные капли из тканей, в которых образуются (рис. 7).
Рис. 7.
Метод капельных диффузатов (пояснения в тексте)
Последствия нового метода вскоре дали себя знать. Уже через год таким способом из бобов гороха был выделен первый фитоалексин, который был назван пизатин (от латинского Pisuni — горох). Честь открытия принадлежит австралийскому фитоиммунологу Круикчанку и его сотруднице Перрин. Еще через год эти же авторы получили другое вещество, на этот раз из фасоли, и назвали его фазеоллином (от латинского Pliaseolis — фасоль). Оба вещества оказались хроманокумаранами.
И тогда стало ясным, что два фитоалексина уже давно известны, только никому не приходило в голову их так называть. Это фуранотерпеноид — иномеамарон, который еще в 1943 г. обнаружил в батате Хиура, и фенантрен — орхинол, выделенный Гойманом и Керном из клубней орхидей в 1945 г. Пятым и шестым были сесквитерпеноиды картофеля — риширии и любимин, выделенные в Японии в лаборатории Томияма и в СССР, в нашей лаборатории.
Ежегодно появлялись работы, которые захватывали все новые и новые ряды исследователей. В их числе оказались и авторы этих строк. Затем поток сообщений принял прямо-таки лавинообразный характер. В среднем 25–30 % всех сообщений в мировой литературе по фитоиммунологии посвящалось и посвящается фитоалексинам. Последние стали самой горячей точкой фитоиммунологии.
Вот что мы имеем сегодня. Сейчас уже открыты около 200 фитоалексинов. Они обнаружены у голосемянных и покрытосемянных, однодольных и двудольных, в число которых входят растения, принадлежащие более чем 20 семействам. Среди них бобовые, пасленовые, мальвовые, розоцветные, вьюнковые, зонтичные, сложноцветные и др. Долгое время никак не удавалось обнаружить фитоалексины у злаковых и тыквенных. Во всяком случае, их не удавалось обнаружить теми методами, с помощью которых у представителей других семейств это сделать удалось. Однако в самое последнее время появились сообщения, что и у растений этих двух важнейших семейств такие вещества имеются.
До настоящего времени нет общепринятой номенклатуры. А каждый исследователь, открывающий новый фитоалексин, естественно, хочет как-то его назвать: кто по названию вида растений, из которого он выделен, кто по наименованию сорта, а кто — в соответствии с химической природой. Например, ришитии и любимиц получили свои названия от сортов картофеля (Ришири и Любимец), из которых были впервые выделены, фитуберип — от наименования патогена — фитофтора и видового названия культурного картофеля — Sola
До сих пор много споров вызывает само определение фитоалексинов. Некоторые ученые предлагают их называть стрессовыми метаболитами, т. е. веществами, возникающими в растениях в ответ на неблагоприятные воздействия. Ведь стрессы есть и у растений тоже. Но, во-первых, эти вещества возникают совсем не на всякие стрессы, а во-вторых, в растительных тканях, попавших в условия стресса, возникает много разных веществ, по совсем не все они являются фитоалексинами.
В определении фитоалексинов обязательно должна быть отражена их главная биологическая функция — защита растений. Поэтому нам представляется, что фитоалексины — низкомолекулярные антибиотики высших растений, которые практически отсутствуют в их здоровых тканях, возникают в ответ на контакт с фитопатогенами и при быстром достижении антимикробных концентраций могут выполнять защитную роль в фитоиммунитете. Поскольку слишком много соединений-самозванцев претендуют быть названными фитоалексинами, канадский исследователь Стоессл установил, что эти вещества должны иметь 4 обязательных признака:
иметь умеренно низкую молекулярную массу;
обладать фунгитоксичностью;
отсутствовать в здоровой ткани растений, но индуцироваться в ней патогенами;
синтезироваться заново из мелких универсальных блоков (о последнем мы уже говорили, когда обсуждали классификацию антибиотических веществ).
Но вот насчет фунгитоксичности. Мюллер хотя и обнаружил фитоалексины в зараженных грибом тканях картофеля, однако назвал их не антигрибными, а антибиотическими веществами, подавляющими рост патогенных микроорганизмов, а не только грибов. До самого последнего времени выделение фитоалексинов рассматривали только как средство защиты растений от паразитарных грибов, однако сейчас установлено, что многие из них обладают антибактериальным и даже антинематодным действием.
Сюда относятся вещества, различные по химическому строению. Они являются конечными продуктами того измененного обмена веществ, который возникает в растительных тканях в ответ на заражение. А у растений разных таксономических групп происходят разные изменения обмена, в результате чего у разных растений образуются его разные конечные продукты. Например, у пасленовых под влиянием заражения начинают образовываться сесквитерпеноидные вещества, которых раньше в здоровых тканях не было, у бобовых — изофлавоноиды, у сложноцветных — полиацетилены.
Получается, что структура фитоалексина является как бы признаком определенного таксона: вида, рода, а иногда и семейства растений.
Однако у всякого правила есть свое исключение. Например, только что обнаружили, что у томатов, наряду с сесквитерпеноидными, существуют и фитоалексины ацетиленовой природы.
У каждого растения образуется не один фитоалексин, а несколько. Однако все они представляют собой группу химически родственных соединений. То, что их много — очень важно, поскольку микроорганизмы, как известно, легко приобретают нечувствительность к антибиотикам. Но если привыкнуть к одному антибиотику относительно легко, то к двум уже труднее, а к нескольким — совсем трудно. К тому же образующиеся вещества хотя и близкие родственники, но часто обладают различными способами воздействия на патоген, т. е. действуют вкупе, дополняя друг друга. Так, у картофеля, зараженного фитофторой, обнаружено около десятка стрессовых метаболитов, примерно столько же их в инфицированных тканях фасоли. Правда, не все из них еще завоевали право называться фитоалексинами, поскольку пока недостаточно исследованы.