Введение к работе
Актуальность исследования. Общеизвестны огромные потери, которые несет сельское хозяйство от фитопаразитических нематод. В последние годы из-за ограничения применения химических средств защиты растений особую актуальность приобретает вопрос о реализации потенциальной устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням и вредителям. Одним из приоритетных направлений исследований является вьгаспение возможности экзогенного воздействия на иммунный статус растений.
Однако возможность направленного использования иммунных свойств культурных растений как регуляторов численности фито-гельминтов сдерживается недостаточной разработкой ряда аспектов паразито-хозяинных отношений при фитогельминтозах. Несмотря на то, что в последние годы достигнуты определенные успехи в раскрытии биохимических механизмов иммунитета растений к паразитическим нематодам и выявлены некоторые критерии, позволяющие объективно оценить это явление (Зиновьева, 1984, 1989, 1993; Зиновьева и др. 1994, 1995; Вона, 1971; Rich, Keen, Thomason, 1977 и тд.), вопрос об адаптационных механизмах, обеспечивающих функционирование нарушенных под влиянием инвазии физиологических процессов, до сих пор остается открытым.
Проблема адаптации растений к стрессовым условиям среды, в том числе к заболеваниям, вызванными патогенами, является одним из основных направлений современной физиологии растений. Накопленный к настоящему времени материал свидетельствует о ведущей роли вторичных метаболитов в регуляции взаимодействия растений с окружающей средой и их выживании в стрессовых условиях (Хар-брон, 1985). Среди вторичных метаболитов большая роль отводится терпеноидным соединениям и особенно стероидным гликозидам фу-ростанолового и спиростанолового рядов, ранее известных как сапонины. Эти соединения проявляют гемолитическую, фугатщидную и антибактериальную активности (Кинтя, 1987; Tschesche, Wul 1973). Разнообразная биологическая активность стероидных гликозидов дала основание предположить, что их действие определяется универсальным антистрессовым механизмом, включающим взаимодействие с клеточными мембранами.
Исследования паразитических нематод как агентов, вызывающих стресс у растений, стали проводиться лишь в последние годы (Fasan, Havercort, 1991; Showier, Regan, Flynn, 1991; Dyer et al., 1993; Browder ct al., 1994; Singh et al., 1994; Heinrichs, 1994 и др.). Очевидно, что подход к изучению паразито-хозяинных отношений с позиции стрес-соустойщкюсти растений представляет интерес не только для пони-
мания фундаментальной проблемы адаптации растительного организма к факторам окружающей среды, но и открывает новый подход к практической реализации природной устойчивости растений, используя для этого естественные механизмы, определяющие адаптивный потенциал растений.
Цель и задами исследований. Целью работы является: определить роль фуростаноловых гликозидов (ФГ) в устойчивости растений к паразитическим нематодам как факторам биотического стресса; установить механизм действия таких соединений на паразито-хозяинные отношения при конкретных фитогельминтозах; выяснить возможность применения фуростаноловых гликозидов для повышения устойчивости и защиты растений от фитонематод.
При проведении работы были поставлены следующие задачи:
1. Выявить критерии для оценки действия ФГ как факторов, влияю
щих на нематодоустойчивость растений. Для этого провести анализ
морфо-физиологических и популяционных характеристик паразитов
из корней растений, различных по степени устойчивости.
-
Изучить биологическую активность фуростаноловых гликозидов на растениях-хозяевах и нематодах. Для этого провести исследования по влиянию различных концентраций препарата и времени его воздействия на: а) показатели роста и развития растений (томатов и огурцов), б) степень его токсичности в отношении нематод в опытах in vitro.
-
Для оценки защитного действия фуростаноловых гликозидов исследовать влияние различных концентраций препарата на степень зараженности растений и морфо-физиологические и популяционные особенности нематод (размеры, плодовитость, сроки онтогенеза, половой и возрастной состав популяции).
-
Изучить механизмы действия ФГ на здоровые и заражённые галловой нематодой растения по следующим показателям: а) активности фермента пероксидазы, как показателя общего метаболизма растений; б) составу компонентов фотосинтетической системы - хлоропластных пигментов (хлорофиллов и каротиноидов) в растениях как показателей их стрессоустойчивости; в) количеству томатина, как конституционного фактора устойчивости томатов к нематодам; г) составу и количеству свободных стеринов в корнях растений, как одного из ведущих механизмов, определяющих природную устойчивость растений к фитогельминтам и характеризующих состояние клеточных мембран растений-хозяев.
-
Установить биологическую и экономическую эффективность применения препарата в производственных условиях.
Положения, выносимые па защиту. Фуростаноловыс гликози-ды являются природными растительными адаптогенами, способными регулировать взаимоотношения в системе паразит-хозяин.
Механизм действия ФГ обусловлен повышением неспецифической устойчивости, связанной со стабилизацией гомеостаза растительных клеток.
Опосредованное растением действие ФГ оказывает ингибирую-щее действие на морфо-физиологичеекке и популяционные показатели фитонематод.
Фуростаноловые гликозиды могут быть предложены в качестве экологически безопасного препарата, повышающего стрессоустойчи-вость растений в случае фитогельминтозов.
Научная новизна. Впервые система растение - паразитические нематоды применена для решения задач стрессоустойчизости растений.
При исследовании биологической активности фуростанолозых гликозидов в системе паразит - хозяин [Meloidogyne incognita - томаты, огурцы, Globodera pallida - картофель; G. rostochiensis - томаты, картофель) было установлено, что эти соединения являются природными растительными адаптогенами. У них были обнаружены новые свойства - стимулировать рост и развитие растений и повышать системную неспецифическую устойчивость растений к нематодам.
Проведенные исследования позволили установить прямую связь между адаптогенным действием фуростаноловых гликозидов и изо-прсиоидным биосинтезом растений.
Новые сведения о механизме действия стероидных гликозидов на изопреноидный биосинтез представляют интерес для физиологии и биохимии вторичных метаболитов и для выяснения процессов, лежащих в основе стимуляции стрессоустойчивости.
Впервые показано участие фуростаноловых гликозидов в качестве факторов регулирующих взаимоотношения растений с фитогель-мннтами.
Предложена новая концепция защиты растений от паразитических нематод, основанная на усилении их стрессоустойчивости.
Практическая значимость работы. Полученные данные дают возможность обосновать новый принцип защиты растений, базирующийся на возможности использования природных растительных адап-тогенов для повышения естественной устойчивости растений к болезням и стрессам. Получен патент на новый способ защиты растений от паразитических нематод, в котором фуростаноловые гликозиды, выделенные из культуры клеток Dioscorea deltoidea, представлены в качестве нового экологически безопасного препарата для защиты растений от паразитических нематод (Патент РФ N2062578 от 26 июня 19% года)
Апробация работы. Результаты научных исследований, составляющих оспову диссертации, докладывались на международных, рос-
сийских н репюнальных конференциях. Результаты исследовании в виде докладов и сообщений были представлены на 1-й Всероссийской конференции по свободноживущим и паразитическим нематодам (Бо-рок, 1994), 1-ом международном симпозиуме "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования" (Пу-щино, 1995), 1-ом международном симпозиуме Российского Общества нсматологов (Санкт-Петербург, 1995), Всероссийской научной конференции "Ассоциативные паразитарные болезни, проблемы экологии и терапии", (Москва, 1995), 2-ом международном симпозиуме Российского общества нематологов (Москва, 1997), 24-ом Международном симпозиуме Европейского общества нсматологов (Дунди - Шотландия, 1998), Всероссийской научной конференции "Взаимоотношения паразита и хозяина" (Москва, 1998).
Публикация. По теме диссертациии опубликовано 14 печатных работ, получен патент.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста состоит из введения, 3-х глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 71 наименование на русском и 130 на иностранных языках и 3 приложений, иллюстрирована 24 таблицами, 20 рисунками.
Огромную признательность и благодарность приношу своему научному руководителю д.б.н. Зиновьевой СВ., а также д.б.н. Пасешни-ченко В.А., к.б.н. Васильевой И.С., к.б.н. Удаловой В.Б. за консультационную помощь.
