ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ - В. А. Галынкин - 2015

ЧАСТЬ I. БИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

ГЛАВА 3. МИКРОФЛОРА РАСТИТЕЛЬНОГО ЛЕКАРСТВЕННОГО СЫРЬЯ, ФИТОПАТОГЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ

Медицинские растения содержат широкий спектр микроорганизмов с различными отдельными свойствами и со значительными различиями относительно качественных аспектов [14]. В принципе, микробный груз растений — результат ряда влияний, вызванных источниками живой и неживой природы, и микробными загрязнителями, легко передаваемыми через воздух и с почвой. Растения, как показано на рис. 30, имеют субстратную (корни) и надземную часть, что необходимо учитывать при анализе их микробной обсемененности. Субстратная (почвенная) часть находится в почве и непрерывно контактирует с почвенными микроорганизмами (грибы, актиномицеты, бактерии), вирусами и фагами, которые могут проникать в корни или колонизировать поверхность корней. Надземная часть растений постоянно контактирует с микроорганизмами, и они могут оседать с пылью и водными каплями. Состав воздушной микрофлоры может периодически изменяться при изменении ветра, а также зависит от наличия промышленных предприятий. При производстве лекарственных средств из растительного сырья важную роль играет не только контроль исходных материалов, условий хранения и переработки, но и его происхождение (предыстория). Важными факторами, влияющими на качество растительного сырья, и соответственно, определяющими дальнейшее качество и эффективность при применении, являются агрофитопоказатели (агрофон), выбор культуры, условия выращивания, сбора и сушки. Эти факторы могут оказать влияние на микробную обсемененность растений.

Рис. 30. Микробная обсемененность растений.

Свойства постоянства и неизменности микрофлоры растений определены так же внешними факторами, которые происходят из-за естественных, сельскохозяйственных, экологических и технологических влияний (табл. 11).

Таблица 11. Факторы, определяющие микробиологическое качество растений.

Микроорганизмы являются постоянными спутниками не только человека и животных, но и, в равной степени, высших растений, в том числе используемых в качестве лекарственного сырья. В России используется более 200 видов лекарственных растений. Микроорганизмы поселяются и ведут активный образ жизни, как на поверхности, так и внутри зеленых частей растений, их корней, семян, плодов. Были собраны микробиологические данные о лекарственных растениях представленных: в табл. 12 — общее количество аэробных мезофильных бактерий, в табл. 13 — энтеробактерий.

Таблица 12. Видовой состав микофлоры, выделенной из НЛС и сырья

Таблица 13. Микробиологическая чистота лекарственных растительных препаратов

В этих таблицах перечислено большое количество растений с их соответствующими диапазонами жизнедеятельности. Весьма очевидно, что явные различия в ОЧБ (табл. 13) отражают оригинальные и экологические критерии, описанные выше. Например, относительно низко бактериальный рост, найденный у некоторых растений (например, плоды Миртилли), может произойти из-за естественных антибактериальных веществ, тогда как высокое микробное число (например, Herba urticae) может указать на менее благоприятные гигиенические условия. Кроме того, такие факторы как расстояние растения от почвы и отношения между размером поверхности растения и весом образца могут играть определенную роль. Хотя энтеробактерии присутствуют повсеместно в природе, наличие представителей этого семейства свидетельствует о попадании фекального загрязнения. Вместе с группой колиформных бактерий, они могут служить индикатором плохих условий гигиены. О присутствии патогенных микроорганизмов на лекарственных растениях существует относительно ограниченное число сообщений, но загрязнения патогенными микроорганизмами не могут быть исключены. Недавно, Czech et al. и др. [15] провел испытания на широкий спектр патогенов, как индикатор микроорганизмов. Было показано, что эти микроорганизмы обнаруживаются относительно редко, за исключениями Bacillus cereus и Clostridium perfringens. В 1980-х Leimbeck [14] обнаружил E. coli и Pseudomonas aeruginosa во многих образцах и поэтому предложил обрабатывать лекарства кипящей водой для дезактивации микроорганизмов. В настоящее время показано, что при микробно-растительных взаимодействиях существуют бактерии — стимуляторы роста растений (plant growth-promoting bacteria — PGPB). Это, например, некоторые штаммы бактерий рода Pseudomonas, которые защищают растения от заморозков, предотвращая кристаллообразование на надземных частях растения при кратковременном резком понижении температуры. Представители родов Bacillus, Agrobacterium и Pseudomonas являются «поставщиками» биоконтролирующих агентов [14].

Бактерии вызывают свыше 200 болезней растений. Большой ущерб причиняют бактериозы овощным, плодовым и техническим культурам. Длина бактериальной клетки составляет 0,5-4,1 мкм, диаметр от 0,3-0,8 мкм. Преобладающая форма грамотрицательных фитопатогенных бактерий палочковидная (исключение Streptomyces, которые имеют нитчатое строение). Большинство фитопатогенных бактерий подвижны за счет жгутиков [неподвижных форм немного]. У большинства подвижных фитопатогенных бактерий жгутики полярные, реже — перитрихиальное их расположение.

Так как, широко распространенные лекарственные растения, несут значительное количество грибов (плесень) с микотоксинами, продукты, получаемые мацерацией в холодной воде должны особенно тщательно контролироваться. Hitokoto и др. показали, что такие формы, как Пеницилл, Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Cladosporium и Aureobasidium spp. могут часто обнаруживаться в ассоциации с лекарственными растительными препаратами, но продуцирующие микотоксин встречались лишь у 2%. Напротив, Kumar и Roy [16] обнаружили большие уровни риска афлатоксинов в нескольких образцах лекарственных растений различных таксонов. Учитывая эти результаты видно, что условия окружающей среды (климат, влажность, гигиена и т. д.) в значительной степени способствуют присутствию микотоксинов.

Хотя бактериальные эндоспоры и грибковые споры могут быть расценены как две доминирующие группы загрязнителей, связанных с лекарственными растениями, на растении и внутри него может находиться широкое разнообразие бактериальных, грибковых клеток и вирусов. Среди этих микроорганизмов могут также присутствовать патогенные микроорганизмы, и этот факт особенно ограничивает использование этих растений, помимо снижения качества, вызванного порчей. Кроме того, по аналогии со специями и травами, используемыми в пище, не может быть исключен факт присутствия в некоторых препаратах загрязнений от грызунов, насекомых и неорганических источников (например, камни).

Определенные растения (например, аир, мелисса, тимьян, базилик, сладкий укроп и т. д.) содержат естественные барьеры и антибактериальные вещества, которые проявляют типичные ингибиторные эффекты на микробный рост и стабильность. Считается, что приблизительно 1400 трав и специй могут обладать антибактериальными агентами различной химической природы, такие как масла, пептиды, жидкие и органические извлечения.

Некоторые из этих биологических действий были апробированы для определенного терапевтического использования и внедрены в практическую медицину. Кроме того, вполне ожидаемо, что некоторые антиоксиданты, естественно присутствующие в растениях, могут ограничивать некоторые микробы.

Микориза — наиболее широко распространенный тип растительно-микробного симбиоза (РМС), который растения формируют с грибами, колонизирующими корни и другие подземные органы, и при котором часть микобионта (грибного партнера) находится внутри растения, а другая часть — в почве. Разделение микобионта на внутри- и внекорневую части отражает его ключевую функцию посредника между растением и почвой. В природных фитоценозах, где происходит жесткая конкуренция за почвенное питание, самостоятельное выживание растений сильно затруднено, что позволяет рассматривать зависимость большинства растений от микоризных грибов как экологически облигатную. Эта функция имеет глобальное экологическое значение, так как лишь некоторые растения (например, эфемерные и водные формы) могут самостоятельно удовлетворять свои потребности в минеральном питании и воде. При искусственной подаче полного минерального питания (например, в условиях гидропоники) большинство растений способно проходить полный цикл развития без микоризы. У орхидных растений (Orchidaceae) эта зависимость является еще более глубокой, так как они не могут проходить нормальное развитие без грибов, необходимых для прорастания семян, эмбриогенеза и питания лишенных хлорофилла проростков (Finlay, 2008).

Будучи многоклеточными эукариотами, микоризные [14] грибы претерпевают специфичный для симбиоза морфогенез и образуют структуры, которые не развиваются без взаимодействия с хозяином. Основываясь на строении внутрикорневой части микобионта, микоризные симбиозы разделяют на эндомикоризы (гриб проникает в растительные клетки, внутри которых образуются особые структуры, обеспечивающие максимально тесные клеточные контакты партнеров) и эктомикоризы (распространение гриба в ограниченном межклеточном пространстве). Универсальной формой эндомикоризы является арбускулярная микориза (AM), формируемая подавляющим большинством (80-90% видов) наземных растений. Эктомикоризы (ЭМ) ограничены деревянистыми и кустарниковыми формами цветковых.

Вклад растения-хозяина в построение структур микоризы не так велик, как его вклад в построение клубеньков: он ограничен организацией тесных клеточных контактов с микобионтами (AM), либо модификацией архитектуры корней (ЭМ). Наиболее выраженное симбиотическое развитие претерпевают корни орхидных, которые могут быть сильно редуцированы или реорганизованы в структуры, лишенные ассимиляторной функции и специализированы для поддержания и питания микобионтов.

Микроорганизмы, развивающиеся в норме на поверхности растений, относятся к эпифитам (греч. Epi — над, phyton — растение). Они не наносят вреда, являются антагонистами некоторых фитопатогенных микроорганизмов, растут за счет обычных выделений растений и органических загрязнений поверхности растений. Эпифитная микрофлора препятствует проникновению фитопатогенных микроорганизмов в растительные ткани, усиливая тем самым иммунитет растений. Наибольшее количество эпифитной микрофлоры составляют грамотрицательные бактерии Erwinia herbicola, образующие на мясопептонном агаре золотисто-желтые колонии. Эти бактерии являются антагонистами возбудителя мягкой гнили овощей. Обнаруживают в норме и другие бактерии — Pseudomonas fluorescens, реже Bacillus mesentericus и небольшое количество грибов.

Болезни, вызываемые бактериями, называют бактериозами. Среди возбудителей бактериозов встречаются псевдомонады, микобактерии, эрвинии, коринебакте- рии, агробактерии и др. К бактериозам относятся различные виды гнилей, некрозы тканей, увядание растений, развитие опухолей и др. Различают общие и местные бактериозы. Общие бактериозы вызывают гибель всего растения или его отдельных частей. Они могут проявляться на корнях (корневые гнили) или в сосудистой системе растений. Местные бактериозы ограничиваются поражением отдельных участков растений, проявляясь на паренхимных тканях. Род Erwinia включает виды, вызывающие болезни типа ожога, увядания, мокрой или водянистой гнили, например, E. amylovora — возбудитель ожога яблонь и груш, Е. carotovora — возбудитель мокрой бактериальной гнили. К роду Pseudomonas относят различные виды, в частности, вызывающие бактериальную пятнистость (P. syringae и др.), при этом на листьях образуются пятна разной окраски и размеров в зависимости от видов растений.

3.1 Микробно-растительные взаимодействия при росте и развитии растений

В качестве точки отсчета взаимодействия микроорганизмов и растений логично избрать прорастание семени в почве. Однако семена растений, попадающие в почву, уже заселены микроорганизмами, т. е. микробно-растительные отношения начинаются гораздо раньше. Довольно часто, и особенно это характерно для фитопатогенов, микроорганизмы уже находятся внутри созревшего семени. Потенциально семя растения может нести на себе бактериальные клетки, их эндоспоры или цисты, конидиоспоры и/или обрывки гиф актиномицетов, обрывки мицелия грибов и/или их конидиоспоры, цисты простейших, а также, возможно, яйца нематод и вирусы. Численность разных групп микроорганизмов варьирует и зависит от многих факторов — размера, формы, родовой и видовой принадлежности растения, наличия или отсутствия специфических покровов, местообитания растения, т. е. географических и климатических факторов и др. Обилие и разнообразие микроорганизмов, колонизирующих поверхность семени, в существенной степени определяются и биологией самих микроорганизмов. Важную роль в контаминации поверхности семян, способности удерживаться на их поверхности играют такие характеристики микроорганизмов, как размеры и морфология, структура поверхности клетки, способность к длительному выживанию в условиях низкой влажности (обезвоживании), при воздействии света и т. д. В связи с этим фактически невозможно предсказать, сколько на поверхности здорового семени может быть бактерий, тем более грибов.

На поверхности и в покровах, а в некоторых случаях и в тканях разных семян можно обнаружить бактерии, принадлежащие к родам Agrobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Burkholderia, Clavibacter, Clostridium, Curtobacterium, Erwinia, Pseudomonas, Rhizobacter, Rhizomonas, Streptomyces, Xanthomonas и др.; грибы родов: Acremonium, Alternaria, Aureobasidium, Aspergillus, Botrytis, Cephalosporidium, Cfaviceps, Drechslera, Fusarium, Gibberella, Helminthosporium, Humicola, Penicillium, Perenospora, Phoma, Phytophthora, Plasmopara, Puccinia, Pythium, Rhizoctonia, Septoria, Trichothecium, Ustilago, Verticillium и др. Среди перечисленных родов бактерий и грибов много истинных фитопатогенов.

В семенах растений, даже находящихся в состоянии глубокого покоя, протекают процессы метаболизма и, следовательно, происходят обменные процессы с окружающей средой. Многие семена растений обладают специфическим, характерным для соответствующего вида запахом за счет синтеза летучих органических веществ. Эти вещества являются потенциальными субстратами для микроорганизмов. Естественно, что микроорганизмы — обитатели поверхности семян и растений в меньшей или большей степени, но постоянно ощущают на себе воздействия этих обменных процессов.

При попадании в благоприятные условия влажности и температуры семя растения набухает и прорастает (рис. 31). При набухании, а тем более прорастании в семени происходят соответствующие молекулярногенетические и физиолого-биохимические процессы. Те же факторы — влажность и температура — оказывают соответствующее действие и на микроорганизмы, находящиеся на поверхности семени. Однако основное действие на микробное сообщество поверхности семян оказывает «выброс» органических веществ из набухающего и прорастающего семени. Концентрация и состав таких веществ каждого вида специфичны. Например, при прорастании семян пшеницы обнаруживаются углеводы (главным образом, глюкоза и фруктоза, а в целом — до 10 компонентов), органические кислоты (в большинстве своем — сукцинат, фумарат и малат) и до 16 аминокислот, среди которых доминируют аспарагиновая и глутаминовая.

Рис. 31. Прорастающее и развивающееся из семени в почве растение [21].

Помимо нелетучих веществ, как при прорастании семени, так и активации метаболизма поверхностных микроорганизмов имеет место «выброс» и летучих органических веществ (ЛОВ). Взаимовлияния веществ на макро- и микроорганизмы в настоящее время активно исследуются.

Прорастающее и развивающееся из семени в почве растение (рис. 31) сталкивается с различными микроскопическими биологическими объектами: микроскопическими животными, простейшими, грибами, бактериями и вирусами. Будущее растение контактирует с этими объектами как формирующейся корневой системой, так и будущей надпочвенной частью — стеблем, пока проростком. Корень контактирует с неспецифическими для него микроорганизмами, т. е. такими, контакт с которыми не приводит к его инфицированию, и со специфическими, инфицирующими корень микроорганизмами. Среди инфицирующих имеются непатогенные и типичные патогены. К непатогенным относятся, например, клубеньковые бактерии, а из грибов — микоризные, эндо- и эктомикоризные. Однако имеется и другая точка зрения, когда взаимодействие с растениями упомянутых бактерий и грибов в более широком контексте рассматривается как патогенез. Из структурных частей почвы

для микробиологии особый интерес представляет ее органическое вещество — гумус, состоящий из остатков животных и растительных организмов, и обитающих в почве микробов. Поверхностный слой почвы беднее микробами, так как на них вредно воздействуют факторы внешней среды: высушивание, ультрафиолетовые лучи, солнечный свет, повышенная температура и др. Наибольшее количество микроорганизмов находится на глубине 5-15 см, меньше их на глубине 20-30 и еще меньше на глубине 30-40 см. Наиболее богаты микрофлорой возделываемые (культурные) почвы; бедны — песчаные, горные, а также почвы, лишенные растительности; содержание их в почве увеличивается с севера на юг.

К типичным почвенным бактериям относятся Вас. subtilis, Вас. mycoides, Вас. mesentericus, Вас. megatherium, Cl. tetani, Cl. perfringens, Cl. oedomaticus, Cl. histolyticus, Cl. botulinum, Cl. Chauvoeij, а также термофильные, пигментные, непигментные и другие микроорганизмы, составляющие иногда 80-90% всей микрофлоры почвы. Пространство и почву, окружающие формирующийся корень, называют ризосферой. Считается, что первое определение понятия ризосферы было дано Хилтнером в 1904 г. В настоящее время под ризосферой понимают пространство вокруг корня от 0 до 2-8 мм в диаметре, в котором имеет место более обильное развитие микроорганизмов из-за стимулирования их роста корневыми экссудатами (выделениями), а в более широком смысле — корневыми депозитами. Пространство ризосферы иногда называют еще эндоризосферой, включая в это понятие и ткани самого корня в противовес ризоплане, под которой подразумевают только то, что находится непосредственно на поверхности корня и прикреплено к корню. Корневые экссудаты представляют собой низкомолекулярные органические вещества, продукты фотосинтеза и метаболизма растения. К ним относятся сахара, органические кислоты и аминокислоты, спирты, гормоны, витамины и др. Эти вещества «утекают» из зоны вблизи кончика корня, точнее зоны «растяжения» корня в процессе его роста и развития. Корневые ризодепозиты — более широкое понятие. Они включают не только экссудаты, но и все другие вещества — высокополимерные слизи полисахаридной и белковой природы, ферменты, отмирающие и слущивающиеся поверхностные клетки с их содержимым, куски тканей, в частности кортекс верхних стареющих участков корня, корневой чехлик, корневые волоски, летучие органические вещества и др. Считают, что в виде ризодепозитов растение теряет более 30-40% продуктов фотосинтеза.

Помимо химического воздействия на почву и находящихся в ней микроорганизмов, в том числе через изменение pH и Eh имеет место и чисто механическое воздействие растущего корня на окружающую его эконишу. Феномен более высокой плотности микроорганизмов вокруг корня за счет потребления экссудатов и ризодепозитов называется ризосферным эффектом. В сравнительных экспериментах с выращиванием стерильных растений в стерильной и нестерильной почве показано, что в ризосфере микробно-растительные взаимодействия выражаются, в частности, и в стимуляции экссудирования растений. Численность микроорганизмов в ризосфере может превышать их численность в окружающей почве от нескольких процентов до десятков процентов и даже на порядок.

Общую численность микроорганизмов в ризосфере назвать очень трудно. Она зависит от типа почвы, растения и других факторов и может колебаться от миллионов до сотен миллиардов клеток на грамм сухой почвы.

Оказалось, что пространственно-временная организация микробного сообщества ризосферы не просто отражает зоны экссудации корня, а имеет свою специфическую структуру. Микробное сообщество развивается вдоль растущего корня волнообразно, т. е. зоны с более высокой плотностью микроорганизмов чередуются с зонами низкой плотности. При этом пики разной плотности микроорганизмов смещаются во времени вдоль корня и, следовательно, можно говорить о форме «движущейся волны» развивающегося микробного сообщества ризосферы. Волнообразное развитие микробных популяций наблюдали и в ризоплане, и в перпендикулярном корню направлении, т. е. явление волнообразного роста микроорганизмов в ризосфере представляет собой всеобщую форму развития микробного сообщества ризосферы.

Пространство, окружающее надпочвенную поверхность растения, включая ткани этого растения, называют филлосферой, а поверхность растения — филлопланой. Микроорганизмы, колонизирующие надземные поверхности растений, называют эпифитными микроорганизмами (от греч. epi — вокруг; phytos — растение). Количество эпифитных микроорганизмов, обнаруживаемых на поверхности листьев, иногда может достигать 10 ⁸ клеток на грамм свежих листьев, или 10⁶ на 1 см ², что вполне сопоставимо с численностью микроорганизмов в грамме почвы. Численность и разнообразие микроорганизмов, например, тех же бактерий, существенно зависят от вида растения и его местообитания, климата, погодных условий и некоторых других обстоятельств. Некоторые из них уже были упомянуты при обсуждении наличия микроорганизмов на семенах растений. Это опять же сапротрофные и фитопатогенные представители родов Pseudomonas (Р. syringae, P. fluorés-cens и др.), Erwinia (Е. carotovora, Е. amylovora), Xanthomonas (X. campestris), Agrobacterium (A. tumefaciens), родов Beijerinckia, Enterobacter, Klebsiella, Methylobacterium и многих других. Имеются различия в микробном сообществе верхней стороны листа и нижней. Существенную роль в этом играют свет и температура. Естественно, что растения пустынь, суккуленты, содержат гораздо меньше микроорганизмов на единицу площади поверхности или на грамм, чем растения влажных тропических лесов.

Как упоминалось выше, возле корней растений в почве находится большое количество ризосферных микроорганизмов. Здесь встречаются псевдомонады, микобактерии (неспорообразующие палочки), актиномицеты, а также спорообразующие бактерии и грибы. Эти микроорганизмы переводят различные сложные вещества в соединения, доступные для растений, синтезируют биологически активные соединения (витамины, антибиотики и др.), вступают в симбиотические взаимоотношения с растениями, обладают антагонистическими свойствами по отношению к фитопатогенным микробам. Состав ризосферы специфичен для каждого вида растений. Растения культурных почв в большей степени загрязнены микроорганизмами, чем растения лугов и лесов. Особенно много микробов содержится в нижней части растений, что связано с их попаданием из почвы. В большом количестве обнаруживаются микроорганизмы на растениях, растущих на свалках, вблизи навоза, в местах выпаса скота. При этом на растениях могут быть обнаружены и патогенные микроорганизмы.

Микробная обсеменённость растительного лекарственного сырья зависит от исходной загрязненности, но может повышаться на этапах первичной обработки, измельчения, приведения в стандартное состояние. Порча сырья происходит в основном при повышенной влажности, способствующей размножению гнилостных микроорганизмов. Наиболее обильно микроорганизмы представлены в почве, особенно в прикорневой зоне. В её состав входят различные микобактерии, псевдомонады, спорообразующие, азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии, актиномицеты и грибы. Вокруг корней растений находится зона интенсивного роста и повышенной активности микробов. Поверхность корневой системы колонизируют преимущественно псевдомонады и грибы. Последние вступают в симбиотические отношения с растениями и образуют микоризу (грибокорень), стимулирующую рост обоих партнёров.

3.2 Фитопатогенные грибы

К фитопатогенным микроорганизмам относят бактерии, вирусы и грибы. Фитопатогенные грибы вызывают микофитозы [20].

Грибы, вызывающие заболевания лесных пород и культурных растений, наносят огромный ущерб. Массовые заболевания растений (эпифитотии) могут быть причиной голода населения целых стран. Болезни снижают потенциальный урожай на 10 — 20% и более. В Центральной Европе насчитывают до 162 серьезных заболеваний сельскохозяйственных культур. Из них 135 (83%) вызываются грибами, остальные — бактериями и вирусами. Поражая лекарственные растения, грибы, как и другие микроорганизмы, делают их непригодными для использования в качестве сырья в фармацевтической промышленности (описание фитопатогенных грибов и бактерий приводятся в главе 3).

Паразитические грибы подразделяют на экто- и эндопаразиты. Эктопаразиты распространяются преимущественно по листьям, внедряясь в клетки хозяина только специализированными органами (например, гаусториями), и спороносят на его поверхности. К ним относятся возбудители мучнистой росы злаков, тыквенных, табака, картофеля. Эндопаразиты развивают свой таллом внутри хозяина, при спороношении они выходят наружу.

В зависимости от типа взаимоотношения гриба и растения-хозяина различают облигатные и факультативные паразиты. Первые поражают только живые ткани и не растут на обычных питательных средах. К таким грибам относятся важнейшие для экономики фитопатогенные грибы, например, Puccinia graminias (черная ржавчина злаков) и Peronospora tabacina(ложная мучнистая роса табака).

Факультативные паразиты также поражают живые ткани растения, но после его отмирания не погибают, они могут расти на лабораторных питательных средах. К ним относятся многочисленные грибы, разрушающие древесину. Они вызывают практический интерес в связи с проблемой утилизации отходов сельского и лесного хозяйства.

Фитопатогенные грибы различаются по специфичности выбора растения-хозяина. Например, среди возбудителей мучнистой росы Erisiphales имеются как виды, поражающие только определенные расы хозяина, так и грибы, которые поражают растения из разных порядков. Ржавчинные грибы Puccinia graminis в гаплофазе развивается на барбарисе, а в дикариотической — на злаках. Некоторые паразитические грибы предпочитают отдельные органы растений. Например, пурпурная спорынья Claviceps purpurea инфицирует только завязи злаков, Ustilago violacea (возбудитель головни злаков)—только тычинки. Грибы рода Verticillium развиваются в сосудах растения, нарушая движение соков, что приводит к его увяданию и гибели.

Гриб проникает в ткань растения через устьица или через раны на его поверхности; они способны прорывать поверхностные структуры своими инфекционными гифами. Далее гриб распространяется по растению, что сопровождается появлением симптомов его заболевания. На следующей стадии инфекционного процесса гриб развивает органы спороношения, а реакция растения зависит от количества и качества возбудителя заболевания.

3.3 Бактерии — возбудители болезней растений

Способностью вызывать болезни растений обладают различные вирусы, бактерии и грибы (фитопатогенная микрофлора) [15, 20]. Поражения, вызываемые

фитопатогенными бактериями называют бактериозами. По локализации процесса выделяют общие и местные поражения. Первые вызывают гибель всего растения или отдельных его частей, вторые — отдельных участков растения. По механизму поражения бактериозы разделяют на паренхиматозные заболевания, сосудистые поражения и опухоли.

Паренхиматозные заболевания развиваются при попадании бактерий в ткани растений через различные анатомические отверстия (устьица, чечевички, нектарники) и повреждения покровных тканей. Возбудители выделяют ферменты и токсины, облегчающие их распространение по межклеточным пространствам. Проникновение бактерий вглубь вызывает массовую гибель клеток. К ним относят гнили (основные возбудители — бактерии родов Pseudomonas и Erwinia), ожоги (основные возбудители — виды Erwinia и Corynebacterium) и пятнистости (основные возбудители — виды Pseudomonas и Xanthomonas).

Сосудистые поражения развиваются при распространении бактерий по сосудам растений. Основные возбудители — виды Corynebacterium (C. fascians, С. insidiosum, С. michiganense). Бактерии размножаются в сосудах, вызывая их закупорку за счёт повреждения стенок, что приводит к увяданию растения.

Микробы, обитающие на лекарственном растительном сырье, могут включать представителей нормальной эпифитной и фитопатогенной микрофлоры. Состав нормальной микрофлоры растений зависит от вида, возраста растений, типа почвы, температуры, влажности окружающей среды, от других условий произрастания, от времени проверки растений, их высоты и целостности. В норме на поверхности живых растений (на листьях, стеблях, плодах, семенах) обитают микроорганизмы (эпифитная микрофлора). Они питаются выделениями растений и органическими загрязнениями на поверхности растений. Эпифитная микрофлора не наносит вреда и препятствует проникновению фитопатогенных микробов в растительные ткани (антагонистическое действие). К эпифитной микрофлоре относятся: Г^- бактерии Erwinia herbicola (на МПА образует золотисто-желтые колонии), грам «-» полиморфная палочка Pseudomonas fluorescens (на МПА — прозрачные колонии с флюоресценцией), Бактерии образуют зелёный пигмент пиовердин, вызывающий флуоресценцию колоний при коротковолновом УФ-облучении. Пиовердин обладает свойством бактериоцина, действующего на грамположительные и грамотрицательные бактерии, а также проявляет умеренную фунгицидную активность. К эпифитной микрофлоре относятся Г+ спорообразующие бактерии — Bacillus mesentericus, Bacillus vulgatus, бесспоровые бактерии — Bacterium putidam, E. coli, а также небольшое количество грибов. Осенью на листьях обнаруживается больше микробов, чем ранней весной. При повышении влажности воздуха повышается количество микробов на поверхности растений (эпифитные микрофлора). На поврежденных растениях накапливается большое количество пыли, а, следовательно, и микроорганизмов.

Поверхность некоторых фитопатогенных бактерий покрыта слизистым слоем — капсулой. Она имеет большое значение для выживания бактерий в неблагоприятных условиях: они становятся устойчивыми к действию солнечных лучей, химических веществ и других факторов. Во влажную погоду бактериальные клетки накапливаются на поверхности пораженных органов в виде скопления слизи — экссудата. По характеру питания фитопатогенные бактерии — гетеротрофы, способные расти на питательных средах. На твердых питательных средах бактерии образуют колонии, окраска, форма, поверхность которых типична для данного штамма.

Фитопатогенные бактерии относят к тем же родам и видам, что и сапротрофные формы.

Симптомы заболевания и типы бактериозов

По воздействию бактерий на растение и степени поражения тканей бактериозы делят на два типа: диффузные или системные, и местные или локальные.

При диффузных бактериозах возбудитель проникает в сосудистую систему, распространяется по про

водящим пучкам и прилегающим к ним тканям. При этом нарушается процесс поступления в растение воды, и оно увядает. Увядание — основной симптом системных бактериозов. Симптомы некоторых бактериозов представлены на рис. 32. Под увяданием понимают патологические изменения тканей отдельных органов или всего растения, связанные с потерей ими тургора. По мере размножения бактерий сначала закупориваются сосудистые пучки отдельных органов, а затем — всего растения, и растение увядает. Например, бактериальное увядание томата сначала проявляется лишь на отдельных листьях, позже — на некоторых побегах, и, наконец, растение увядает полностью под воздействием возбудителя этой болезни — Clavibacter michiganensis subsр. michiganensis.

Рис. 32. Диффузный бактериоз. Кольцевая гниль картофеля: а) пораженное растение, б) пораженный клубень.

Бактериальные болезни растений — болезни растений, вызываемые бактериями Pseudomonas, Erwinia. Причиняют большой вред многим видам растений. Поражения могут быть общими, вызывающими гибель всего растения или отдельных его частей, проявляться на корнях (корневые гнили), в сосудистой системе (сосудистые болезни); местными, ограничивающимися заболеванием отдельных частей или органов растения, а также проявляться на паренхимных тканях (паренхиматозные болезни — гнили, пятнистости, ожоги); могут носить смешанный характер. Особое место занимают бактериозы, связанные с появлением новообразований (опухолей).

Возбудители бактериозов, главным образом, неспороносные бактерии из семейства Mycobacteriaceae, Pseudomonadaceae, Bacteriaceae. Среди них существуют многоядные бактерии, поражающие многие виды растений, и специализированные, поражающие близкородственные растения одного вида или рода. Многоядные бактерии вызывают следующие наиболее распространённые бактериозы: мокрые гнили и корневой рак различных плодовых деревьев, винограда.

Специализированные бактерии вызывают бактериальную пятнистость фасоли, бактериоз огурцов, чёрную бактериальную пятнистость и бактериальный рак томатов, сосудистый бактериоз капусты, рябуху табака, чёрный и базальный бактериоз пшеницы, бактериальный ожог косточковых, груш, шелковицы, цитрусовых, кольцевую гниль и чёрную ножку картофеля, гоммоз хлопчатника, полосатый бактериоз проса и ячменя и другие болезни.

Возникновение и развитие бактериоза [17] зависит от наличия инфекционного начала и восприимчивого растения, а также от факторов внешней среды, изменяя которые можно управлять течением инфекционного процесса. Например, бактериоз огурцов в теплицах развивается только при наличии капельножидкой влаги и температуры воздуха 19-24°C. Проветривая теплицы и повышая в них температуру, удаётся приостановить развитие болезни. Как отмечалось ранее бактерии проникают в растения через различные повреждения и естественные ходы; например, возбудители различных пятнистостей — через устьица листьев, ожога плодовых деревьев — через нектарники цветков, сосудистых бактериозов крестоцветных — через водяные поры в листьях. Развитию бактериоза способствуют кроме повышенной влажности и температуры воздуха наличие на растениях капелек воды, а также недостаток фосфора и калия, высокий рН почвы.

3.4 Бактериальная пятнистость, бактериальный ожог, сосудистый бактериоз

Болезнь чаще поражает молодые листья и побеги. Бактериальные пятнистости в зависимости от вида патогена имеют различные симптомы. Наиболее характерная картина, когда на поверхности листа или стебля сначала образуются мелкие водянистые пятна, которые постепенно приобретают чёрный цвет. Чаще всего пятна имеют неправильно-угловатую форму, и ограничены желтой или светло-зеленой каймой. Бактерия распространяется чаще всего вдоль жилок. Пятна растут, сливаются, чернеет весь лист. В конечном итоге растение погибает.

Оптимальные условия для развития бактерий — это температура 25-30°C и высокая влажность воздуха. Гибель бактерий наступает только при температуре выше 56°C. Бактерии рода Xanthomonas устойчивы к высушиванию и долгое время может переносить пониженную температуру.

Вариантом бактериальной пятнистости является так называемые бактериальный ожог, который вызывают бактерии рода Pseudomonas. В этом случае на растения появляются не пятна, а довольно большие бесформенные области почернения, которые затем усыхают. Выглядит так, как будто этот участок листа подгорел. Если болезни сопутствуют благоприятные условия, то развивается она, очень быстро вызывая отмирание отдельных частей и гибель всего растения. Начинается бактериальный ожог чаще с молодых листьев, побегов и цветков. Бактерии проникают в растения через устьица или ранки, начинают размножаться в межклетниках паренхимы листьев. Инкубационный период развития заболевания 3-6 дней в зависимости от температуры. Бактерии сохраняются в почве и на семенах.

Источник

Одним из важнейших источников заражения являются семена. При прорастании семян они могут заражать всходы, а затем по проводящим сосудам передвигаться в растения и заражать взрослые растения в период вегетации. Кроме того, больные семена могут служить источником распространения инфекции, причиной появления бактериозов в таких районах, где раньше их не было. Инфекцию могут распространять также и зеленые растения, в которых бактерии хорошо сохраняются и переносятся в новые районы страны вместе с зараженными растениями (черенки, окулировочные материалы — глазки). Одним из основных источников заражения бактериозами являются остатки больных растений. Особенно долго и хорошо фитопатогенные бактерии сохраняются в деревянистых частях растений.

Почва как источник инфекции не представляет большой опасности. Многочисленные исследования показали, что фитопатогенные бактерии, попадая в почву, быстро погибают под воздействием микробов-антагонистов (происходит как бы самоочищение почвы).

Некоторые виды насекомых также могут являться источником первичной инфекции. Большую опасность в распространении бактериозов представляют капельки дождя с мелкими частицами остатков больных растений, которые ветром и воздушными течениями разносятся на далекие расстояния (воздух сам по себе не играет роли в непосредственной передаче заболеваний). Переносить фитопатогенные бактерии может также и вода — поливная, вода рек и других источников. И наконец, в природе в распространении бактериозов немаловажную роль играют нематоды.

Местные бактериозы проявляются в поражении паренхимной ткани отдельных органов растений. Основные их симптомы — это некрозы, хлорозы, гнили и опухоли. Местный тип гнили наблюдается, например, при поражении плодов абрикоса (побурение плодов). Гниль локализуется около косточки плода; болезнь вызывается почвенной спорообразующей бактерией Bacillus mesentericus (рис. 33).

Рис. 33. Местный бактериоз.

Для некоторых бактериозов характерно появление бактериального экссудата. Его выделяют возбудители: бактериального ожога плодовых (Erwinia amylovora), угловатой пятнистости огурца (Ps. syringae рv. lachrymans), бактериоза фасоли (Х. phaseoli) и другие бактерии преимущественно при высокой влажности воздуха.

Меры борьбы и профилактики [16]

Некоторые болезни передаются семенами, поэтому важным мероприятием оказывается обеззараживание семян. Одним из источников инфекции являются опавшие на поверхность почвы пораженные растительные остатки. Поэтому эффективна глубокая зяблевая вспашка, способствующая перемещению паразитов вглубь почвы, где они погибают под антагонистическим воздействием бактерий и актиномицетов или поедаются простейшими животными. Важное значение имеет сбор и уничтожение опавших листьев, плодов, ветвей, правильный севооборот, препятствующий накоплению в почве заразного начала.

Широко используются меры химической защиты растений. Большое значение имеет правильная обработка почвы и внесение удобрений, что повышает сопротивляемость культурных растений. Весьма важны выведение и подбор устойчивых к заболеваниям сортов, интересны также сверхчувствительные сорта, быстрая гибель которых ведет к прекращению развития паразитического гриба. Для предупреждения переноса возбудителей из одной страны в другую существуют специальные карантинные службы, осуществляющие специальные мероприятия.

Растение можно спасти, если бактериоз еще не поразил всю сосудистую систему или носит местный характер (например, гниль началась с кончика листа). Если сгнили корни, то еще можно попробовать укоренить верхушку (если данное растение укореняется черенками). Если гниение поразило только часть корней, а надземная часть выглядит живой, можно попытаться спасти растение — для этого нужно освободить корни от земли, срезать все гнилые, пересадить в сухую подготовленную почву, полить и опрыскать бордоской жидкостью (или медьсодержащими препаратами). Зараза не перекинется на другое растение, стоящее рядом, но весь рабочий инструмент и горшки необходимо тщательно дезинфицировать.

При прорастании семян они могут заражать всходы, а затем по проводящим сосудам передвигаться в растения и заражать взрослые растения в период вегетации. Кроме того, больные семена могут служить источником распространения инфекции, причиной появления бактериозов в таких районах, где раньше их не было. Инфекцию могут распространять также и зеленые растения, в которых бактерии хорошо сохраняются и переносятся в новые районы страны вместе с зараженными растениями (черенки, окулировочные материалы — глазки). Одним из основных источников заражения бактериозами являются остатки больных растений. Особенно долго и хорошо фитопатогенные бактерии сохраняются в деревянистых частях растений.

Некоторые виды насекомых также могут являться источником первичной инфекции. Большую опасность в распространении бактериозов представляют капельки дождя с мелкими частицами остатков больных растений, которые ветром и воздушными течениями разносятся на далекие расстояния (воздух сам по себе не играет роли в непосредственной передаче заболеваний). Переносить фитопатогенные бактерии может также и вода — поливная, вода рек и других источников. И наконец, в природе в распространении бактериозов немаловажную роль играют нематоды.

3.5 Микоплазмы (фитоплазмы)

Фитоплазмы относят к прокариотам, т. е. организмы, не имеющие настоящего ядра. Ядерный аппарат у этих организмов называют обычно нуклеотидом.

Микоплазмы давно известны в качестве возбудителей болезней человека и животных. Микоплазмы (фитоплазмы) — возбудители болезней растений открыты лишь в 1967 г. Их обнаружили японские ученые при помощи электронного микроскопа во флоэме растений шелковицы, пораженных карликовостью. Эти микоплазмоподобные организмы (МПО) оказались фитопатогенными. Было установлено, что они передаются от растения к растению цикадками, листоблошками (ксиллидами) и повиликой и вызывают болезни, подобные «ведьминым метлам» и желтухам (рис. 34). По свойствам МПО напоминали организмы, входящие в группу микоплазм. Однако, в отличие от микоплазм животных, обнаруживаемых обычно вне клеток, фитоплазмы были выявлены внутри клеток.

Рис. 34. Симптомы фитоплазмозов: а — столбур томата; б — «ведьмины метлы» картофеля; в — позеленение цветков (филлоидия) клевера.

Фитоплазмы — специфическая группа фитопатогенных организмов, занимающих промежуточное положение между бактериями и вирусами. Клетки их, как правило, округлы, но некоторые имеют удлиненную или гантелеобразную форму. Диаметр клеток — 0,1-1 мкм.

Фитоплазмы не имеют настоящей клеточной стенки, и поэтому не имеют постоянной формы, окружены трехслойной элементарной мембраной, чем и отличаются от бактерий.

По сравнению с вирусами для них характерны клеточное строение и способность размножаться на искусственных питательных средах. На плотных средах они образуют мелкие специфические колонии, по виду напоминающие «яичницу-глазунью». В отличие от вирусных частиц, в клетках фитоплазм присутствуют два типа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и рибосомы, по размерам близкие к рибосомам бактерий. Фитоплазмы, в отличие от бактерий, устойчивы к пенициллину, но по сравнению с вирусами чувствительны к тетрациклину.

Переносчиками фитоплазм служат в основном цикадки, листоблошки, светоноски. Фитоплазмы могут сохраняться только в живых тканях растения: клубнях, корневищах, луковицах, корневищах многолетних сорняков. В насекомых — переносчиках фитоплазмы могут длительное время сохраняться и размножаться.

Риккетсии. В 1972 г. во флоэмной части растений клевера с деформированными листьями были обнаружены организмы, морфологически сходные с риккетсиями — облигатными внутриклеточными паразитами позвоночных и беспозвоночных животных, получившие название риккетсиеподобные организмы.

Основные возбудители опухолей растений — бактерии рода Agrobacterium (наиболее часто А. tumoralis). Агробактерии содержат онкогенные плазмиды. После их переноса в растительных клетках развиваются специфические опухоли — корончатые галлы. Возбудители микофитозов также вызывают паренхиматозные и сосудистые поражения растений. Использование сырья, обсеменённого грибами, в качестве пищевых продуктов может вызвать тяжёлые заболевания — микотоксикозы. Фитопатогенные вирусы вызывают мозаичные болезни, желтуху, карликовость. Их характерная особенность — появление слабоокрашенных пятен или целых участков, а также задержка роста растений. Помимо вирусов, к фитопатогенам относят и вироиды.

Почти все фитопатогенные бактерии грамотрицательные; лишь виды родов Qavibacter и Streptomyces дают положительную реакцию.