Видовой состав рода Alternaria в агроэкосистемах подсолнечника Краснодарского края

Лаг-фаза - первая стадия развития грибной колонии. Эта фаза определяется нахождением спор грибов в состоянии покоя. Различают два типа покоя спор: конститутивный и экзогенный.

Рисунок 14 - Изолят № 2 (A. helianthi) на 12 сутки (А - свет, В - темнота)

Конститутивный покой поддерживается благодаря свойствам, присущим самим спорам: морфологическим особенностям спор - созданию за счет строения клеточной стенки и формы эндоплазматического ретикулума - естественных барьеров для проникновения кислорода, воды, питательных веществ, метаболитов внутрь споры, благодаря химическому составу содержимого спор, например, низкому содержанию воды, но высоким концентрациям таких веществ как карбогидраты, фосфолипиды, жирные кислоты, спирты, свободные аминокислоты и др., а также за счет замедленной метаболической активности, например, из-за дефицита ферментов, входящих в электронно-транспортную цепь митохондрий, присутствию самоингибиторов прорастания спор и т.д..

Экзогенный покой определяется присутствием неблагоприятных для прорастания спор химических и физических факторов окружающей среды, например, уровней влажности, питательных веществ, кислорода, углекислоты, температуры, освещения, высоких доз загрязнителей, антагонистического воздействия других микроорганизмов, выделения самоингибиторов роста и т.д.. Основное различие между конститутивно и экзогенно покоящимися спорами грибов проявляется в необходимости специальной активации для инициации прорастания первых, в то время как для вторых достаточно поместить споры в благоприятные для роста данного вида гриба условия среды. Обычно это наличие определенного уровня влажности, температуры, содержания питательных веществ, в первую очередь, сахаров и аминокислот, а также кислорода и т.д.

Стимуляторами прорастания конститутивно покоящихся спор может быть воздействие высоких или низких температур, обработка химическими реагентами, внесение питательных веществ, низких концентраций тяжелых металлов, воздействие света и т.д. Стимулирование прорастания спор одних грибов может наблюдаться в присутствии покоящихся структур других видов. Предполагают, что многие вещества, стимулирующие прорастание спор грибов, действуют как катализаторы, либо инактивируют имеющиеся в споре естественные ингибиторы. Иногда споры прорастают в результате аутоактивации веществами, продуцируемыми самими спорами с возрастом или при высокой плотности споровой суспензии. Так что длительность лаг-фазы определяется не только составом питательной среды, но также количеством и возрастом посевного материала.

При активации спор грибов происходят множественные биохимические, цитологические и морфологические изменения: нарушается проницаемость клеточной стенки спор, начинают активно поступать внутрь вода, питательные вещества, возрастает содержание продуктов обмена. Спора набухает, увеличивается в размерах, идет активный синтез аминокислот, белков, компонентов цитоплазмы и клеточной стенки грибов. Намечается полярный центр роста и из споры развивается ростовая трубка.

Дальше начинается стадия развития мицелия - наиболее функционально значимая стадия жизненного цикла грибов в наземных экосистемах, особенно в почвах. Ростковая трубка, развивающаяся из споры, растет преимущественно за счет ее внутренних резервов.

Далее следует фаза экспоненциального роста гриба, в которой грибная микроколония находится в условиях сбалансированного роста: все необходимые питательные вещества пока еще присутствуют в достаточных количествах, развитие грибной колонии не тормозится ингибирующими продуктами обмена веществ.

Рост колоний грибов происходит за счет удлинения гиф и ветвления мицелия. Число клеток в гифах при этом возрастает за счет деления апикальных клеток. Гифы в краевой зоне колонии распространяются с постоянной линейной скоростью удлинения. При этом нарастание общей длины мицелия и биомассы в колонии продолжает происходить экспоненциально с постоянной скоростью (мmax) за счет экспоненциального образования новых ветвей.

Экспоненциальное увеличение длины гиф не может продолжаться не-ограничено долго, в дальнейшем происходит исчерпание питательных веществ, накопление токсичных метаболитов и развитие гриба переходит в фазу замедления роста. Эта фаза - сравнительно длительна и является одной из основных в жизненном цикле грибов. Большую часть этой фазы гриб растет с линейной скоростью. В процессе линейного роста обычно достигается наибольший суммарный прирост длины мицелия, общей биомассы грибной колонии. Для описания линейного роста часто используют показатель радиальной скорости роста (Kr), который определяется как увеличение диаметра колоний за определенный промежуток времени. В фазе стационарного роста колония растет за счет своей периферической зоны, ширина которой (w) остается определенное время постоянной. Радиальная скорость роста определяется через рост в периферической зоне и связана с удельной скоростью роста: Kr=мw.

Скорость радиального роста у разных видов грибов отличается, но сравнительно постоянна для конкретных видов. Она остается таковой довольно длительный период в определенных экологических условиях (например, при определенной концентрации и качестве питательных веществ, температуре, влажности, pH и т.д.), но может меняться при их изменении.

Хотя абсолютный прирост общей длины мицелия в колонии в этой фазе еще может быть велик, но в дальнейшем радиальная скорость роста мицелия начинает уменьшаться. Это вызвано изменениями условий среды - исчерпанием питательных ресурсов, накоплением продуктов жизнедеятельности гриба, изменением кислотности среды в процессе роста, нарушением кислородного баланса, накоплением АФК, ограничением пространства и т.д.

При первоначальном, активном развитии мицелия происходит процесс формирования грибных колоний и его важнейшим элементом является образование ветвей. При развитии колонии от основных «родительских» гиф формируются ветви 1-го, 2-го, 3-го и т.д. порядков. Их ориентация и морфологические характеристики могут определяться стадией развития гриба и факторами среды. В экспоненциальной фазе роста ветви последующих порядков формируются перпендикулярно «родительским» гифам. В дальнейшем из-за уменьшения субстрата и свободного пространства углы наклона гиф уменьшаются, соотношение диаметров основных и гиф других порядков может меняться.

Грибная колония развивается как целостный организм и ветвление происходит сбалансировано.

Инициация ветвления связана с механизмами, регулирующими толщину и скорость вытягивания гиф, удельную скорость роста гриба в определенных условиях среды.

У некоторых грибов четко прослеживается связь между образованием ветвей и образованием септ в мицелии. Как правило, ветви располагаются непосредственно перед септой. У некоторых септированных видов грибов установлен приблизительно одинаковый интервал времени между появлением клеточных перегородок и ветвей. В то же время показано, что инициация ветвления и септообразование в грибных гифах определяются количеством ядер в апикальных и интеркаларных клетках.

Направление вытягивания основных гиф и их ответвлений определяется факторами среды. Грибные гифы распространяются из областей, где условия ухудшились: истощился запас питательных веществ, возросло содержание вторичных метаболитов гриба, появился дефицит кислорода - в области с достаточным количеством питания, содержания кислорода, вне зоны продуктов обмена и т.д. При дискретном распределении субстрата в среде грибные гифы первоначально распространяются в поисках источника питания, в разные стороны, а при обнаружении растут в его направлении.

Показан и ряд иных факторов, влияющих на направление вытягивания гиф. Например, гелиотропизм, или наличие регуляторных веществ, продуцируемых самим грибом, которые диффундируют в окружающую среду и направляют рост гиф от себя. Продемонстрировано значение содержания влаги для развития грибных колоний, а именно, зависимость направления роста гиф в краевой зоне колоний от активности воды. Одним из важнейших механизмов, регулирующих на клеточном уровне направление и скорости вытягивания гиф, является внутриклеточный градиент ионов Ca2+.

В фазе замедления роста в колонии начинают образовываться бесполые и половые спороношения. Начало этого процесса связывают с исчерпанием субстрата, дефицитом кислорода, накоплением вторичных метаболитов продуктов под более старыми частями колонии и т.д. Одновременно часто имеет место автолиз гиф, отмирание клеток, то есть начинается старение колонии. В этот период развития в колонии одновременно выделяются зоны (от центральной части к периферии), в которых грибной мицелий находится в разных фазах роста, то есть колония приобретает черты «круговой» морфологии.

Далее наступает относительно кратковременная стационарная фаза роста гриба. В этот период активный рост прекращается, хотя грибная колония остается метаболически активной. Скорости роста мицелия в краевой зоне колонии компенсируются скоростями отмирания, лизиса клеток в центре колонии. Во внутренних зонах мицелий перестает вытягиваться, нарушается направленность роста гиф.

После стационарной фазы наступает фаза отмирания колонии. В колонии усиливаются процессы отмирания клеток, автолиза, и в результате биомасса колонии уменьшается. Закономерности процессов, протекающих в этой завершающей стадии старения колонии, до сих пор изучены в наименьшей степени.

Продолжительность каждой фазы жизненного цикла грибов определяется как их видовой специфичностью, так и экологическими факторами среды.

При изменении условий среды могут наблюдаться не только изменения длительности отдельных стадий, но и нарушение их последовательности, например, как бы «выпадение» отдельных стадий. Один из примеров этого - важное для почвенных процессов явление микроциклического развития, при котором мицелиальные стадии развития - не выражены, и развитие спороношений происходит на ростковых трубках. Как правило, это явление характерно для стрессовых изменений условий среды - температурных и питательных шоков [Гарибова, 2005, с.105].

Достаточное количество тепла - одно из основных условий жизни гриба. Причем активная жизнедеятельность каждого вида возможна в пределах определенных температурных границ. Наиболее гармоничное течение обменных процессов наблюдается при температурном оптимуме. Воздействие слишком низких или слишком высоких температур приводит к глубоким нарушениям в координации процессов жизнедеятельности, к необратимым повреждениям цитоплазмы. Если температура снижается и переходит в критическую, прекращается движение цитоплазмы, утрачивается полупроницаемость мембран и клетка гибнет. Высокая температура также приводит к гибели клетки вследствие "нарушения мембран, наступающего в результате инактивации и денатурации белков и расстройства обменных процессов.

Солнечная радиация оказывает существенное воздействие на процессы жизнедеятельности грибов, хотя действие разных участков спектра солнечного излучения неодинаково. Большинство грибов растет с примерно одинаковой интенсивностью на свету и в темноте [Паников, 1991, с.87].

Рисунок 15- Влияние температуры и освещенности на линейный рост колонии A. helianthi (1-й штамм)

Определение влияния температуры и освещенности на линейный рост колонии A. helianthi (рисунок 15) показало, что самый быстрый рост колоний происходил при освещении и температуре +28°С, самый медленный - в темноте и температуре 15,5°С. Диаметр равный 9 см был достигнут на 14-е сутки при освещении и температуре +28°С. Колонии гриба в темноте и t - +15,5°С росли медленно, особенно с 7-х суток. При освещении и t - +15,5°С с первых суток наблюдается плавный рост конидий, но диаметр равный 9 см не был достигнут и на 34-е сутки.

Рисунок 16 - Влияние температуры и освещенности на линейный рост колонии A. helianthi (2-й штамм)

Определяя влияние температуры и освещенности на линейный рост колонии 2 штамма (рисунок 16), мы видим, что колонии гриба находившиеся на свету и t - +28°С, растут активно и достигают диаметра 9 см на 17-е сутки. Самый медленный рост у колоний, находившихся в темноте и t - +15,5°С, рост продолжался до 9-х суток, а потом прекратился. Колонии гриба при свете и t - +15,5°С росли равномерно.

Исследуя влияние температуры и освещенности на линейный рост колоний 3 штамма (рисунок 17), мы видим при всех условиях активный рост. Однако, при свете и t - +28°С диаметр 9 см был достигнут на 11-е сутки, в сравнении с ростом колонии в темноте и t - +28°С на 16-е сутки, при свете и t - +15,5°С на 17-е сутки и в темноте и t- +15,5°С на 18-е сутки.

Рисунок 17 - Влияние температуры и освещенности на линейный рост колонии A. tenuissima (3-й штамм)

Рисунок 18- Радиальная скорость роста колоний штамма 1 (A. helianthi) в зависимости от температуры и освещенности

Определяя скорость радиального роста колоний штамма 1 мы обнаружили, что самая активная скорость наблюдалась при освещенности и t - +28°С, самая медленная в темноте и t - +15,5°С (рисунок 18). В темноте и t - +28°С с 1-х по 4-е сутки наблюдался активный рост, а в дальнейшем спад активности. При свете и t - +15,5°С радиальная скорость роста была средней.

Рисунок 19 - Радиальная скорость роста колоний штамма 2 (A. helianthi) в зависимости от температуры и освещенности

Радиальная скорость роста колоний штамма 2 (рисунок 19) при освещенности и t - +28°С была самой быстрой, самая медленная скорость наблюдалась при темноте +15,5°С, на 10-е сутки скорость остановилась на отметке 1,89 мм/сут. При условиях света и t - +15,5°С скорость увеличивалась плавно. Скорость колоний гриба при условиях темноты и t - + 28°С на 3-е сутки увеличивалась равномерно, с 14-х суток скорость оставалась практически неизменной.

Исследование радиальной скорости штамма 3 (A. tenuissima) показывает (рисунок 20), что при всех температурных и световых условиях скорость увеличивалась равномерно. Самый быстрый радиальный рост колоний наблюдался при свете и t- +28°С, в темноте и t- +15,5°С радиальный рост был наименее активен, чем при других условиях.

Рисунок 20 - Радиальная скорость роста штамма 3 (A. tenuissima) в зависимости от температуры и освещенности

Из рисунка 21 следует, что при температурных и световых условиях : свет и t - +28°С, линейный рост всех трех штаммов происходил активно, однако колонии 3 штамма росли быстрее и достигли диаметра 9 см на 11-е сутки, при тех же условиях колонии 1 штамма достигли 9 см на 14-е сутки, колонии штамма 2 только на 17-е сутки выросли до 9 см.

В темноте и t - + 28°С (рисунок 22) самый активный линейный рост колоний наблюдался у 3 штамма, с 2-х суток рост быстро увеличивался и достиг 9 см в диаметре на 16-е сутки, у 2 и 3 штамма линейный рост был почти одинаков и достиг 9 см в диаметре на 18-е сутки.

Исследуя линейный рост при условиях света и t - 15, 5°С (рисунок 23) мы видим, что самый быстрый рост колоний наблюдался у 3 штамма, с 5-х суток развитие шло наиболее активно. Рост колоний 1 и 2 штаммов происходил практически одинаково, диаметра 9 см они достигли на 18-е сутки.

Исследуя линейный рост при условиях темноты 15, 5°С (рисунок 24) мы видим, что самый быстрый рост колоний наблюдался у 3 штамма, с 3-х суток развитие шло наиболее активно. Рост колоний 1 и 2 штамма происходит практически одинаково, однако у 2 штамма рост был немного быстрее. Так же все три штамма достигли диаметра 9 см на 18-е сутки.

При низких температурах у всех исследованных видов грибов (Alternaria alternata, A. tenuissima) было отмечено значительное снижение способности к росту. Максимальная способность к росту отмечалась при +28°С. У 1 и 2 штаммов и в условиях освещенности и в условиях темноты конидии формировались активно, у штамма 3 конидии активно формировались только в условиях освещенности, а в условиях темноты их было значительно меньше.

Изоляты A. helianti могут отличаться друг от друга своей адаптационной способностью. Скорость роста и развития A. tenuissima превышает развитие A. helianthi , эта способность наблюдается и в природе. При визуальном осмотре образца иногда развитие A. tenuissima настолько сильно, что сложно найти A. helianti. Обильный рост A. tenuissima усложняет ситуацию и её токсикогенные свойства увеличиваются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Род Alternaria Nees представлен более чем 250 разнообразными видами, многие из которых - космополиты, встречающиеся практически повсеместно. Они относятся к микроскопическим грибам, с которыми человек сталкивается наиболее часто. Целый ряд видов Alternaria вызывает вредоносные болезни сельскохозяйственных культур, в том числе подсолнечника.

Потери урожая от A.helianti оцениваются разными специалистами от 8 до 84%, у образовавшихся семян масличность может быть ниже нормы на 2-52%.

Среди выделенных мелкоспоровых наиболее токсичны A.alternata и A.tenuissima. A.tenuissima способен к синтезу метаболитов, токсичных для человека и теплокровных животных. Известны случаи, когда виды A.alternata вызывали сильные массовые заболевания различных растений.

Для большинства видов комплекса A.infectoria характерно полное или почти полное отсутствие токсикогенности и низкая патогенность.

Основная проблема заключается в недостаточной изученности самого патогена. Видовой состав грибов рода Alternaria, заселяющих растения и семена подсолнечника, изучен мало.

Изучение видового состава и условий произрастания видов необходимо для:

- разработок мер борьбы с альтернариозом:

- определения необходимых мероприятий по профилактике;

- селекционной работы;

- выявления влияния альтернариозов на семена подсолнечника и изменения пищевой ценности конечного продукта;

- определения влияния на организм человека, как токсинов самого гриба, так и его метаболитов.

В результате проведенной работы мы определили, что на растениях и семенах подсолнечника в районах Краснодарского края встречаются следующие виды грибов рода Alternaria:

- специализированные крупноспоровые A.helianthi, A. helianthiinficiens и A. protenta;

- мелкоспоровые неспециализированные A. tenuissima, A. alternata, A. arborescens и комплекса A. infectoria,а также родственные им Stemphylium sp.и Ulocladium sp.

Из них наиболее токсигенные и патогенные виды A. alternata и A. tenuissima.

При определении влияния температуры и освещенности на рост грибов, установлено, что оптимальные условия для роста колоний - температура воздуха +28°С и наличие света.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Бородин С.Г. Селекция и семеноводство сортов-популяций подсолнечника. М.: Агропромиздат, 2002. 283 с.

Билай В.И. Основные микологические методы в фитопатологии. Киев: Наукова думка, 1982, С.341

Великанов Л. Л. Некоторые биохимические аспекты в экологии грибов. М.: Агропромиздат, 2002. С. 210

Володичев М.А. Защита зерновых культур от вредителей. М.: Росагропромиздат, 1990. С.93

Воронин К.Е. Биологическая защита зерновых культур от вредителей. М.: Агропромиздат, 1998. С.57

Васильев Д.С. Подсолнечник. М.: Агропромиздат, 1990 254 с.

Ганнибал, Ф. Б. Видовой состав, систематика и география возбудителей альтернариозов подсолнечника в России // Вестник защиты растений. 2011. №1. С. 13-19

Ганнибал Ф. Б. Альтернариозы сельскохозяйственных культур на территории России // Защита и карантин растений, 2010. № 5. С. 30-32.

Ганнибал Ф.Б. Мелкоспоровые виды рода Alternaria на злаках// Микология и фитопатология. 2004. № 3. С.19

Ганнибал Ф.Б. Alternaria spp. В семенах зерновых культур в России// Микология и фитопатология. 2008. № 4. С. 35

Ганнибал Ф.Б. Токсигенность и патогенность грибов рода Alternaria для злаков. СПб.: ВИЗР, 2007. С.82

Ганнибал Ф.Б. Альтернариозы сельскохозяйственных культур на территории России// Защита и карантин растений, 2010, №5 С.30

Гарибова Л. В. Основы микологии: Морфология и систематика грибов и грибоподобных организмов. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005, С.287

Гусева О.Г. Экологические проблемы защиты растений. Л.: ВИЗР, 1990, С.113

Долженко Е.Г. Биология гриба PHOMOPSIS HELIANTI и меры борьбы с ними в условиях Краснодарского края. Краснодар, 2000. 143 с.

Дьяков А.Б. Физиология подсолнечника. Краснодар, 2004. С.73

Заболотный Д.К. Микроорганизмы - возбудители болезней растений. Киев: Наук. Думна, 1988. С. 36

Лукомец В. M. Болезни подсолнечника. М.: Агрорус, 2011. 210 с.

Мурадасилова Н.В. Симптомы поражения главного корня проростков и растений подсолнечника грибами рода Alternaria// Науч.-техн. Бюл. ВНИИМК. Краснодар, 2000, № 12 С. 32-34

Никитин Д.П. Окружающая среда и человек. М.: АСТ, 2007. С. 43-44

Никитичин Д.И. Гибридный подсолнечник. Киев: Урожай, 1989. С.65

Калайджян А.А. Подсолнечник и его изменчивость. М.: Агропроиздат, 2003. С. 43

Коваль Э.З. Микроскопическое изучение грибов. Киев: Наукова думка, 1982, С. 340

Коробкин В.И. Экология. М.: Феникс, 2010. С. 51-54

Мурадасилова Н. В. Симптомы поражения альтернариозом центрального корня проростка подсолнечника // Защита и карантин растений, 2006, № 2. C. 52-53.

Паников Н. С. Кинетика роста микроорганизмов. М.: Наука, 1991. С.304

Пидопличко Н.М. Грибы-паразиты культурных растений. Киев: Наукова думка, 1977. С. 201

Пикалова Н.А. Фенотипическая изменчивость кислотного числа масла в семенах подсолнечника. Краснодар, 2009. С.32

Пустовойт В.С. Подсолнечник. М.: Колос,1975. С.71

Санин С.С. Фитосанитарная экспертиза зерновых культур. М.: Росинформагротех, 2002. С. 140

Семенов А.Я. Диагностика грибных болезней семян хлебных и крупяных знаков. М.: Агропромиздат, 1979, С.42

Тихонов О.И. Болезни подсолнечника. Краснодар: ВНИИМК, 1988. С. 44

Тютерев С.Л. Биохимические методы исследования болезнеустойчивости растений. СПб.: ВИЗР, 2001, С. 67

Якуба, Г. В. Эволюция паразитических свойств Alternaria alternata на яблоне в условиях Краснодарского края // Плодоводство и ягодоводство России. М, 2010. № 3. С. 380-386.

Dehpour A. A. Light and Scanning Electron Microscopy Studies on the Penetration and Infection Processes of Alternariaalternata, Causing Brown Spot on Minneola Tangelo in the West Mazandaran - Iran // World Applied Sciences Journal , 2007.Vol. 2. pp. 68-72.

Prasad T. Effect of relative humidity on oil properties of fungal infested sunflower seeds. // Biological Bulletin, 2011.Vol. 5. рp. 85-86

Patel Vikas V. Symptomatological Studies on Leaf Blight of Sunflower Caused by Alternariahelianthi in Rohilkhand.// Advances in bioresearches, 2010. Vol. 1. pp. 97

Cho H. S. Three Alternaria Species Pathogenic to Sunflower. // Plant Pathol, J., 2011. Vol. 16. p. 338

Simmons E. G. Alternaria. An Identification Manual. Utrecht: CBS, 2007. 775 p.

Приложение 1

Рисунок 25 - Листья с альтернариозом [Фото автора, 2012]

Рисунок 26 - Измерение пятна альтернариоза [Фото автора, 2012]

Рисунок 27 - Описание и нумерация изолятов гриба [Фото автора, 2012]

Рисунок 28 - Изолят гриба в чашке Петри [Фото автора, 2012]

Рисунок 29 - Изолят гриба через 7 дней [Фото автора, 2012]

Рисунок 30 - Грибы рода Alternaria под микроскопом [Фото автора, 2012]

Рисунок 31 - Конидия A.helianthi [Фото автора, 2012]

Приложение 2

Таблица 3 - Линейный рост колоний штамма 1 ((A. helianthi)

Таблица 4 - Линейный рост колоний штамма 2 (A. helianthi)

Таблица 5 - Линейный рост колоний штамма 3 ((A. tenuissima)

Таблица 6 - Радиальный колоний штамма 1 (A. helianthi)

Таблица 7 - Радиальный колоний штамма 2 (A. helianthi)

Таблица 8 - Радиальный колоний штамма 3 (A. tenuissima))

Размещено на Allbest.ru