Введение к работе
Актуальность проблемы. Культивируемые растения подвергаются заболеваниям, вызываемым различными патогенами (грибами, бактериями, вирусами, вироидами и др.), что приводит к значительным потерям урожая. Поэтому снижение ущерба от заболеваний растений - одна из важнейших народно-хозяйственных задач.
При разработке стратегии защиты растений исследователи пытаются объединить все доступные методы борьбы с патогенами. Такой подход получил название интегрированной системы защиты растений. Наибольшее место в этой системе отводится использованию пестицидов и селекции устойчивых сортов. Однако применение пестицидов представляет серьезную угрозу для биосферы. Выведенные же высокоустойчивые сорта с.-х. культур, препятствуя развитию патогенов, в то же время оказывают на них мощное селекционное давление, что приводит к появлению новых более агрессивных форм возбудителей; таким образом, достигнутая устойчивость сортов является недолговечной (Рассел, 1982). Кроме того, устойчивые сорта часто оказываются малопродуктивными и сравнительно невысокого качества.
Все большее внимание исследователей привлекает возможность защиты растений, основанная на стимуляции их естественной устойчивости с помощью экологически безопасных биологически активных соединений (Метлицкий, Озерецковская, 1984; Елякова, 1995; Lyon et al., 1995). К таким соединениям относятся различные олиго- и полисахариды. Наибольшее внимание уделяется иммуномодулирующей способности глюканов, имеющих р-конфигурацию глюкозидных связей. Подобные P-D-глюканы могут действовать как элиситоры, способные инициировать образование фитоалексинов и другие защитные механизмы (Дьяков и др., 2001). Наряду с индукторным глюканы могут обладать и супрессорным действием на иммунитет растений (Doke et al., 1980).
Необходимо подчеркнуть, что продолжительное время исследования по изучению иммуномодулирующей способности олиго- и полисахаридов проводились только на препаратах микробиального происхождения. В лаборатории химии ферментов ТИБОХ ДВО РАН путем ферментативного преобразования природных p-D-глкжанов (из водорослей и других объектов) получены продукты, среди которых обнаружены вещества, обладающие иммуномодулирующими свойствами. Исследование влияния подобных веществ на иммунный статус растений представляется весьма перспективным, так как запасы морских водорослей в дальневосточных морях имеют промышленное значение.
Основная цель работы состояла в изучении влияния p-D-глюканов (пахимана из Ропа cocos, пустулана из Umbelhcaria russica, ламинаранов из Laminaria cichorioides, L. gurjanova, Fucus evanescens, а также глюканов I, II, III, IV и пустуланов I, II, III, IV, полученных в результате ферментативной трансформации ламинарана из L cichorioides и пустулана, соответственно) и преобразующих их О-ГЛИКОЗЙЛГІдр^фДІД^н,0Щ|йдЙ у растений
| БИБЛИОТЕКА I
инфекционных заболеваний, вызываемых грибным патогеном Phytophthora infestans, Х-вирусом картофеля (ХВК) и вироидом веретеновидности клубней картофеля (ВВКК).
Ставились следующие задачи:
І.Изучить иммуномодулирующие (элиситорные и супрессорные) свойства p-D-глюканов на инфицированном фитофторой картофеле.
2.Исследовать действие p-D-глюканов, а также эндоглюканаз на прорастание и жизнеспособность зооспор фитофторы.
3.Изучить влияние p-D-глюканов на развитие инфекции, вызываемой в растениях-хозяевах ХВК.
4.Изучить влияние p-D-глюканов на развитие инфекции, вызываемой в картофеле ВВКК.
5.Изучить корреляцию между устойчивостью растений к патогенам и активностью в них 1,3-р-О-глюканаз и хитиназ.
Научная новизна. Обнаружено, что препараты линейных p-D-глюканов (пахимана и пустулана), а также глюкан II наиболее интенсивно стимулируют защитные реакции растений. p-D-Глюканы с относительно невысокой степенью полимеризации и достаточным количеством разветвлений от основной цепи (ламинараны из L. cichorioides и F. evanescens; глюкан III; p-D-глюкан из расы P. infestans (совместимой с хозяином) обладают супрессорной активностью. Показано, что влияние исследуемых p-D-глюканов на поражаемость вегетирующего картофеля зависит от их концентрации: обработка клубней либо опрыскивание клонов препаратами в низких концентрациях способствует поражаемости растений, а в более высоких - стимулирует защитные реакции растений. Впервые установлено, что ламинаран из L cichorioides, а также глюканы I, III и пустулан III способствуют умеренной активации 1,3-р-0-глюканазы в листьях всех ярусов табака и системному распространению ХВК. Ламинараны из F. evanescens и L. gurjanova, глюканы II, IV и пустулан II значительно повышают активность фермента и число вирусных поражений в инокулированном вирусом листе, но слабо влияют на активность фермента в листьях верхних ярусов и замедляют распространение вирусной инфекции по растению. Получены данные, что активация 1,3-р-0-глюканазы в листьях, расположенных выше инокулируемого ХВК, стимулирует транспорт вируса по растению. Впервые показано, что в процессе развития вироидного заболевания в листьях растений картофеля усиливается активность 1,3-p-D-глюканазы и хитиназы и что существует корреляция между активностью 1,3-p-D-глюканазы и степенью выраженности симптомов ВВКК. Впервые установлена возможность раннего вьшвления вироидной инфекции в картофеле с помощью P-D-глюканов. Впервые показано, что p-D-глюканазы эндотипа действия (Ло, Л1У, Ро) из морских моллюсков и экзо 1,3-p-D-глюканаза (Ли) из наземного моллюска ингибируют прорастание зооспор и уменьшают длину гиф P. infestans. Установлена корреляция между устойчивостью растений к патогенам и активностью в них 1,3-р-0-глюканаз
и хитиназ. Показано, что действие p-D-глюканов на развитие фитофтороза и ВВКК в клубнях картофеля определяется структурой препаратов.
Практическая значимость. Выполненная работа расширила арсенал p-D-глюканов, обладающих иммуномодулирующими (элиситорными и супрессорными) свойствами за счёт полисахаридов бурых водорослей. Исследования, проведенные нами в условиях природного резервуара инфекции P. infestans, показали, что с помощью p-D-глюканов И и IV, а также пустуланов I и II можно сдерживать быстрое развитие патогена на картофеле и, таким образом, получить более здоровый клубневой материал в полевых условиях. Показана возможность с помощью p-D-глюканов выявлять вирусную и вироидную инфекцию в сравнительно ранние сроки, когда симптомы инфекции в полевых условиях еще не проявляются. Это позволило использовать исследуемые препараты для оздоровления инфицированного посадочного материала. Вся представленная в работе коллекция p-D-глюканов может применяться в научных исследованиях различных учреждений. Несомненное практическое значение могут иметь ламинараны из бурых водорослей L. cichorioides и F. evanescens, широко распространённых на Дальнем Востоке.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на выездных сессиях РАСХН (Большой-Камень, 1994; Хабаровск, 1995; Уссурийск, 1999); региональной конференции по защите растений (Владивосток, 1990), международной конференции, проведённой в Ботаническом саде-институте ДВО РАН (Владивосток, 1998); конференциях ТИБОХ ДВО РАН (Владивосток, 1993; 1998; 2001).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, экспериментальной части, заключения и выводов. Работа изложена на 135 страницах текста, включает 29 таблиц и 16 рисунков. Список литературы состоит из 172 наименований, из них 52 - на русском языке.
