Інфекційні хвороби рослин

ОСНОВИ ФІТОПАТОЛОГІЇ

Зміст

1. Шкідники і збудники захворювань рослин та їхня біологія

2. Фактори патогенності і стійкості

3 Взаємозв'язок організмів у біоценозі. Природна регуляція чисельності шкідливих організмів Література

1. Шкідники і збудники захворювань рослин та їхня біологія

З хворобами рослин людство зустрілося ще у часи переходу до осілого способу життя та початку землеробства. Розповсюдженню захворювань та виникненню епіфітотій сприяло вирощування великої кількості однакових за чутливістю рослин на невеликих площах.

Наукову основу для вивчення хвороб рослин закладено це у 40-х роках 19 століття роботами братів Луї і Шарля Тюлан у Франції, Антона де Барі у Німеччині та Михайла Степановича Вороніна у Росії. Всі ці дослідники приділяли увагу вивченню грибних хвороб рослин і тривалий час вважалося, що хвороби рослин можуть спричинювали лише мікроміцети.

У 1892 році вперше була встановлена вірусна природа збудника мозаїки тютюну. Фітопатогенні бактерії вперше вивчені французьким фітопатологом Є. Прільє в 1879 році (бактеріоз пшениці) та Дж. Ваккер в 1883—1889 рр. (бактеріоз гіацинтів). Провідна роль у вивченні фітопатогенних бактерій належить фітопатологу-мікологу Т. Берріллу, який в 1879—1881 рр. довів, що опік плодових дерев спричиняє бактерія, та його учневі Е. Сміту (1854−1927 р.), який повністю присвятив свою діяльність їх вивченню.

Фітопатологія — наука про хвороби рослин, основним завданням якої є пошук шляхів зменшення шкоди, яку патогенні організми спричиняють сільському господарству.

Необхідно зазначити, що вплив хвороб рослин на економіку країн значний. Іноді вони мали величезне значення в історичних долях цілих народів. Так, в середині 19 століття епіфітотія фітофторозу картоплі в Ірландії призвела до масової міграції населення після двох голодних років. Після знищення іржею (грибна хвороба) плантацій кавового дерева наприкінці 19 століття в Південно-Східній Азії припинилося вирощування кави і на сьогодні основними виробниками цієї продукції є країни Західної півкулі. У 1953 — 1954 роках від нової раси стеблової іржі загинула вся тверда пшениця у США та Канаді.

Відомі також хвороби рослин, що впливають на людину і сільськогосподарських тварин. Такі хвороби спричинюються бактеріями та грибами, які продукують специфічні токсини. Наприклад, при потраплянні уражених спориньєю зерен в хліб, виникає отруєння людини. При згодовуванні ураженого Aspergillus арахісу тваринам відбувається масовий падіж.

Кількість організмів, які паразитують на рослинах, дуже велика. На сьогодні відомо близько 200 тис. видів рослин, з них близько тисячі - сільськогосподарських. При цьому основний об'єм рослинної продукції припадає на 15 видів (рис, пшениця, жито, кукурудза, ячмінь, сорго, тростина, картопля, батат, касава, квасоля, арахіс, соя, кокосова пальма і банан). Серед збудників хвороб і шкідників рослин більше 600 видів вірусів і віроїдів, 250 видів мікоплазм, бактерій, актиноміцетів, 20 тис. видів грибів, 7,5 тис. видів комах, 1000 видів нематод. Лише на картоплі паразитує 300 видів збудників хвороб і шкідників.

Під хворобою рослини розуміють порушення нормального обміну речовин у рослині під впливом фітопатогенів (віруси, бактерії, гриби) або несприятливих умов середовища. Виходячи з причин виникнення, хвороби прийнято розділяти на: інфекційні - спричинені живими патогенними організмами, та неінфекційні - викликані абіотичними факторами.

Неінфекційні хвороби досить різноманітні. До цієї групи належать хвороби спричинені порушенням живлення (азотного, фосфорного, калійного), наявністю шкідливих речовин в повітрі, воді, ґрунті, порушенням температурного, водного, світлового режиму. Неінфекційні хвороби ослаблюють рослини і знижують їх стійкість до збудників інфекцій.

Залежно від ступеню ураження рослини розрізняють місцеві (або локальні) ураження та загальні (або дифузні) хвороби, що уражують всю рослину. Неінфекційні хвороби бувають загальними, інфекційні - як загальними, так і локальними. Походження паразитарних форм, до яких належать і фітопатогени, розглядають як результат зміни сапротрофного типу живлення. На поверхні уражених органів рослин розвиваються екзопаразити, всередині живуть ендопаразити.

Фітопатогенні організми характеризуються патогенністю (здатність викликати пошкодження у зараженої рослини) і вірулентністю (здатність генетично однорідного штаму паразита розвиватися за рахунок генетично однорідного зразка рослини-хазяїна). За ступенем паразитизму їх поділяють на облігатні та факультативні. Облігатні паразити живуть лише в рослинах-хазяїнах та гинуть у разі загибелі рослини. Факультативні паразити здатні жити як в живій рослині, так і вести сапрофітний спосіб життя.

Описано декілька типів хвороб, що спричинюють фітопатогенні організми.

В’янення — ураження провідної та кореневої системи. Збудник локалізується в судинах і спричинює їх механічну закупорку, а також виділяє токсини і ферменти, що пригнічують рослину.

Гнилі - розм’якшення і руйнування тканин рослини під впливом ферментів патогену.

Плямистості, або некрози — відмирання частіше листкової пластинки в місцях проникнення патогену. Уражені ділянки чітко відокремлені від неураженої тканини.

Пустули — випуклі спороношення патогену, вкриті епідермісом або перидермою.

Муміфікації - затвердіння та почорніння ураженого органу.

До перерахованих типів хвороб можна додати надмірне розростання органів рослини (кустистість) та утворення наростів і деформацій (скручування, курчавість, зморшкуватість, нитковидність листя).

Фітопатогенні організми можуть розповсюджуватися з потоком повітря, водою, пилом, насінням, рослинними залишками, комахами, тваринами, транспортними засобами.

Шляхи проникнення фітопатогенів в рослини різні. В більшості випадків вони проникають через пошкоджену поверхню, структурні отвори, рідко через інтактну поверхню рослини. Рани виникають під впливом фізичних (коливання температури), механічних, біологічних (тварини, комахи) факторів. Здатність фітопатогенів проникати в рослину через пошкоджену поверхню залежить не лише від їхніх біологічних властивостей, а й від ступеню стійкості рослини, швидкості утворення коркового шару, складу його активних компонентів, активності низки окислювальних ферментів. Проникнення через ранову поверхню типове для бактеріальних та вірусних фітопатогенів. Ураження через природні отвори — типове для грибних патогенів.

2. Фактори патогенності і стійкості

шкідник біоценоз патогенність рослина

Інфекційні хвороби є результатом складної взаємодії збудника з рослиною-хазяїном. Характер цієї взаємодії залежить від наявності наступних умов:

· чутливої до певного патогену рослини-хазяїна;

· патогенного організму і достатньої кількості інфекційного матеріалу;

· контакту рослини-хазяїна та патогену при відповідних умовах зовнішнього середовища.

Якщо хоча б одна з цих умов не дотримується, розвиток хвороби не відбувається. Рослини характеризуються неспецифічним та специфічним імунітетом до інфекційних хвороб.

3. Взаємозв'язок організмів у біоценозі. Природна регуляція чисельності шкідливих організмів

В екосистемі виділяються окремі біоценози, як взаємопов'язані сукупності рослин-продуцентів, тварин та мікроорганізмів, що виступають у ролі консументів і редуцентів, які населяють ділянку середовища з більш-менш однорідними умовами. В межах конкретного біоценозу особливу увагу привертають явища паразитизму та антагонізму між рослинами-продуцентами і організмами-редуцентами, оскільки на основі глибокого вивчення цих явищ здійснюється цілеспрямоване втручання людини в агроценози для максимального захисту продуцента.

Біологічний захист рослин ґрунтується на тому, що зниження чисельності будь-якого небажаного для людини виду мікроорганізму, рослини чи тварини можна здійснити за використання його паразитів та антагоністів.

Глибокі знання біологічних особливостей основних живих компонентів конкретних біоценозів та закономірностей їх функціонування є основою оптимального регулювання складу та чисельності окремих видів з урахуванням багатоцільових потреб людини, зокрема економічних, природоохоронних, санітарно-гігієнічних та інших.

Форми взаємозв'язків організмів у біоценозі надзвичайно складні і різноманітні. В цілому їх можна розділити на дві великі групи: внутрішньовидові та міжвидові відносини. Для біологічного захисту рослин важливе значення мають міжвидові відносини антагоністичного характеру.

Мутуалізм — взаємовигідні відносини між видами. Ступінь їх розвитку може бути найрізноманітнішим — від тимчасових, необов’язкових контактів — до такого стану, коли присутність партнера стає обов’язковою умовою життя кожного з них. Такі неподільні корисні зв’язки двох і більше видів дістали назву симбіозу.

Однією з форм симбіозу є коменсалізм, або утриманство, при якому один вид (коменсал) живиться рештками їжі іншого. У членистоногих коменсалів називають, як правило, інквілінами, а такий тип коменсалізму — інквілінізмом. Тварина-інквілін проникає в житло іншої тварини і знищує господаря. Так, у деяких комах-їздців личинки, поселяючись у галах, спочатку висмоктують личинку комахи галоутворювача, а потім переходять до живлення стінками гала.

Форми коменсалізму можуть бути різноманітними.

Паройкія — тип коменсалізму між незахищеними тваринами і організмами, що мають засоби захисту.

Епіойкія — використання поверхні тіла одного організму іншими організмами.

Ептойкія — мешкання одного організму в тілі іншого і т. д.

Форезія — своєрідна форма взаємовідносин організмів, коли один з партнерів прикріплюється до іншого виключно для пересування. Типовим прикладом таких відносин є личинки майок чи шпанської мухи — триунгуліни, що мають чіпкі ноги, чекають на квітках диких бджіл і переходять на них. Бджоли переносять триунгулінів у свої гнізда, де останні паразитують на личинках цих бджіл.

Якщо форезія не пов’язана з паразитизмом, то така форма взаємозв'язків називається — синойкією (квартиранством).

Паразитизм — специфічна форма взаємозв'язків організмів різних видів, серед яких один (паразит) перебуває в більш або менш тривалому безпосередньому зв’язку з іншим (хазяїном, або живителем) використовуючи його як джерело живлення і життєве середовище.

Протягом циклу розвитку один паразит може мати кількох хазяїнів (проміжні живителі). Сукупність паразитів та інших симбіонтів одного хазяїна становить паразитоценоз.

Розрізняють фітопаразитизм — форма паразитизму, коли нападаючий організм належить до рослинного царства, і зоопаразитизм — коли він належить до тварин.

При екзопаразитизмі паразит залишається на поверхні тіла хазяїна. При ендопаразитизмі він проникає в тіло хазяїна. Чимало видів кліщів та клопів є екзопаразитами, личинки перетинчастокрилих і двокрилих комах розвиваються як ендопаразити.

Паразити-поліфаги уражують низку видів хазяїв, олігофаги — незначну кількість видів, монофаги — лише один вид. При моноксенному паразитизмі для завершення розвитку паразита необхідний лише один хазяїн; при гетероксенному — для повного розвитку паразита потрібні різні хазяїва. При поодинокому паразитизмі на хазяїні чи всередині нього живиться і розвивається лише одна особина паразита. Груповим паразитизмом чи перезараженням називається форма паразитизму, за якої в одному хазяїні чи на ньому розвивається кілька особин одного виду паразита.

Постійний паразитизм характерний тим, що впродовж усіх активних фаз розвитку організм, що нападає, веде паразитичний спосіб життя, а яйця, чи стадії в стані спокою, переносяться на нових живителів із їжею або при забрудненні. При періодичному паразитизмі тільки одна з фаз розвитку, звичайно личинкова, веде паразитичний спосіб життя.

Хижацтво — це така форма взаємовідносин між організмами, коли один з видів (хижак) з метою живлення нападає на іншого (жертву). На кожній жертві хижак перебуває обмежений час, жертва гине відразу ж після його нападу. В деяких випадках дуже важко встановити істотну різницю між паразитизмом і хижацтвом.

Наприклад, клоп подізус живиться як паразит на колорадському жуку і якщо нападає на личинок першого віку, то вони гинуть відразу, разом з тим личинки старших віків та імаго після нападу клопа зберігають життєздатність.

Однією з форм хижацтва є канібалізм, тобто поїдання особин свого виду. Канібалізм проявляється у хижих видів, зрідка у фітофагів, в умовах скупченості і нестачі їжі. Це явище звичайне у личинок хижих жуків, сітчастокрилих, окремих видів лускокрилих.

Серед інших форм взаємовідносин між організмами важливе значення для біометоду має антибіоз. Суть явища антибіозу полягає в тому, що різні види організмів виділяють у навколишнє середовище речовини, що пригнічують або затримують розвиток інших організмів. Серед таких речовин виділяють антибіотики, які продукують різні групи мікроорганізмів, та фітонциди, що виділяють рослини. Антибіотичну дію мають також токсини різної природи, ферменти та деякі інші речовини. Крім різних форм міжвидових взаємовідносин, що визначають динаміку функціонування біоценозів, для біометоду важливим є також використання даних, пов’язаних з вивченням механізмів передачі інформації на рівні внутрішнього середовища організму і на внутрішньовидовому рівні. На рівні організму передача інформації між органами і тканинами здійснюється різними видами гормонів. Серед гормонів, що застосовуються у біометоді, можна назвати ювенільний (личинковий) гормон, що перешкоджає процесу метаморфозу у комах, екдистероїдні гормони, що ініціюють линьку у комах і беруть участь у процесах регуляції метаморфозу та репродуктивного розвитку. Є також низка інших біологічно активних речовин, зокрема інформони, що забезпечують нормальний перебіг фізіологічних процесів і становлять потенційний інтерес для регулювання чисельності організмів.

Передача інформації на внутрішньовидовому рівні (між особинами одного виду) здійснюється за допомогою феромонів — речовин, що регулюють поведінку, аутоінгібіторів — запобігають перенаселеності при зростанні цільності популяції, аутостимуляторів — стимулюють розвиток і розмноження особин свого виду.

Знання різних форм взаємозв'язків живих організмів у біоценозі та механізмів передачі інформації на всіх рівнях організації живого дають людині невичерпні можливості для специфічного впливу на окремі види фітофагів з метою регулювання їх чисельності в агробіоценозах.

Література

Вейзер Я. Микробиологические методы боротьбы с вредными насекомыми .- М. Колос, 1972. 312 с.

Франц И., Криг А. Биологические методы боротьбы с вредителями — М.: Колос, 1984. 357 с.

Кунах В.А. Біотехнологія лікарських рослин. Генетичні та фізіолого-біохімічні основи. — Кю: Логос, 2005. — 730 с.

Писаренко В.М., Писаренко П. В. Захист рослин: екологічно обгрунтовані системи — П.: ІнтерГрафіка, 2002. — 288 с.

Мельничук М.Д., Григорюк І.П., Новак Т. В., Кляченко О. Л., Коломієць Ю.В., Спиридонов В. Г., Клюваденко А. А., Антіпов І.О., Оверченко В. В., Облап Р. В., Новак Н. Б. Біотехнологія рослин: Навч. посіб. — К.: Видавничий центр НУБіП України, 2011. — 216 с.