Использование индукторов иммунитета в защите растений

ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
введении бактериальной суспензии
шприцем в узел или листовую плас$
тинку (10 млн кл/мл) была пример$
но одинаковой и составляла 1–2
балла через 5–7 дней после иноку$
ляции. Несколько выше была виру$
лентность у штамма 518 на сорте
Луадор. Но через 3–4 недели все
штаммы дали высокую поражен$
ность подсолнечника, и часть расте$
ний погибла (рис. 3). Инъекция
шприцем в узел кущения или лист
была более эффективна по скорос$
ти проявления болезни, чем обреза$
ние листовой пластинки. Из 8 испы$
танных сортов к наиболее вирулен$
тному штамму возбудителя более
устойчивы были сорта Юпитер, Бе$
резанский и ВНИИМК, наиболее
восприимчив – Луадор (рис. 4). За$
ражение подсолнечника типовым
штаммом Xanthomonas campestris
pv. campestris (X.c.c) не выявило спе$
циализации изученных патотипов
рода Xanthomonas, так как этот
штамм также поражал все испытан$
ные сорта подсолнечника.
Таким образом, фитопатогенные
бактерии рода Xanthomonas, пора$
жающие подсолнечник, встречают$
ся как в средних, так и южных ши$
ротах России, и в связи с широким
внедрением гибридов подсолнеч$
ника F 1 представляют серьезную
проблему. Для предотвращения
развития бактериозов требуется
своевременно проводить комплекс
профилактических и агротехничес$
ких мероприятий: посев осуществ$
лять в оптимальные сроки инкрус$
тированными здоровыми семена$
ми; удалять щуплые семена и для
посева оставлять семенной мате$
риал наиболее выполненных фрак$
ций; влажность семян, поступивших
с поля, должна быть не выше 7 %.
По результатам исследований ВНИ$
ИЗР, предпосевная инкрустация се$
мян фунгицидами в сочетании с
микроэлементами цинком или бо$
ром в форме борной кислоты
(0,5 кг/т) способствует оздоровле$
нию семян, повышению устойчиво$
сти растений к бактериозам.
Всероссийский НИИ
фитопатологии
УДК 632.938.2
Использование
индукторов иммунитета
в защите растений
В.Н. БУРОВ,
руководитель лаборатории ВИЗР
В.И. ДОЛЖЕНКО,
заместитель директора
Одной из насущных проблем за$
щиты растений становится не
столько повышение эффективности
действия новых химических средств
на целевые объекты, сколько сниже$
ние уровня их опасности для окружа$
ющей среды и здоровья человека.
Весьма перспективна в этом плане
новая группа синтетических препа$
ратов, характеризующихся наличи$
ем не биоцидной (фунгицидной, эн$
томоцидной или гербицидной), а
биорегуляторной активности. К этой
группе могут быть отнесены как уже
широко применяемые в борьбе с
фитофагами регуляторы роста и по$
ведения насекомых, создаваемые
на основе функциональных аналогов
гормонов и антигормонов членисто$
ногих, ингибиторов синтеза хитина,
феромонов с аттрактантной и ре$
пеллентной активностью (Новожи$
лов, Буров, 1988; 2001, Буров, Тюте$
рев, 1998, Новожилов, Буров, Дол$
женко и др., 2005, Павлюшин, Буров,
Тютерев, 1998), так и индукторы им$
мунитета растений к фитопатогенам
(Тютерев, 1999; 2000, Озерецковс$
кая, 1994, Матевосян, Тютерев и др.,
1991).
Существенные успехи в после$
днем направлении связаны с созда$
нием целой серии высокоэффектив$
ных синтетических препаратов – ин$
дукторов иммунитета растений к
возбудителям заболеваний, таких
как бион (авангард), силк, нарцисс и
целый ряд препаратов на основе хи$
тозана. Подавляющее большинство
является синтетическими индукто$
рами фитоиммунитета и предназна$
чено для защиты растений от ряда
опасных фитопатогенов, причем ас$
сортимент создаваемых препаратов
на основе иммуномодуляторов рас$
тений этого типа продолжает интен$
сивно расширяться.
Принципиальная возможность ис$
кусственно индуцировать повыше$
ние устойчивости растений к фито$
фагам была доказана значительно
позже, а работа по созданию и прак$
тическому применению препаратов
этого типа пока находится лишь в
зачаточном состоянии. В значитель$
ной степени это связано как с суще$
ственными различиями между мо$
лекулярно$генетическими механиз$
мами устойчивости, индуцируемой
фитопатогенами и фитофагами, так
и с природой веществ – иммуномо$
дуляторов, определяющих в конеч$
ном итоге непосредственный за$
щитный эффект.
На протяжении ряда лет предпо$
лагалось, что растения имеют, как
минимум, два независимых меха$
низма индуцированной устойчивос$
ти. Один из них направлен против
вызывающих различные заболева$
ния фитопатогенов, а другой – про$
тив наносящих многообразные типы
повреждений фитофагов. В частно$
сти, считалось, что системная при$
обретенная устойчивость, индуци$
руемая фитопатогенами как гриб$
ной, так и бактериальной или вирус$
ной природы, проявляется исключи$
тельно некротическим ответом по$
врежденных растительных тканей,
индуцирующим появление специ$
фических защитных белков с прямой
антимикробной активностью (PR$
белков). Ключевым соединением,
запускающим экспрессию этих бел$
ков, как и других факторов защиты
от патогенов, предположительно
являлось фенилпропаноидное со$
17
ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
единение – салициловая кислота
(СК).
В то же время предполагалось, что
любые повреждения, наносимые
различными видами фитофагов, ак$
тивируют другой сигнальный путь,
связанный с участием мобильного
18$аминокислотного пептида – сис$
темина, стимулирующего синтез
сигнальной молекулы жасмоновой
кислоты (ЖК). Именно ЖК запуска$
ет альтернативный октадеканоид$
ный путь, являясь сигналом для экс$
прессии многих химических ве$
ществ, обеспечивающих устойчи$
вость растений к фитофагам, таких
как ряд антифидантов, в том числе
ингибиторов протеиназ, а также вто$
ричных летучих соединений с репел$
лентной или детеррентной активно$
стью для фитофагов или аттрактив$
ной активностью для энтомофагов.
Дальнейшее расширение круга
исследованных объектов за счет
растений разных таксономических
групп и связанных с ними патогенов
и фитофагов, различающихся по ха$
рактеру и способу нанесения по$
вреждений, выявило ограничен$
ность первоначальных предположе$
ний о строго специфичном, одно$
направленном характере их дей$
ствия на растение. В частности,
было обнаружено, что в зависимос$
ти от конкретного сочетания взаи$
модействующих видов (растение–
фитопатоген–фитофаг) поврежде$
ния, наносимые фитофагами, могут
способствовать как одновременно$
му увеличению устойчивости расте$
ний к возбудителям заболеваний,
так и наоборот – вызывать снижение
исходной устойчивости к ним.
Аналогичным образом предше$
ствующее заражение растения фи$
топатогенами может или индуциро$
вать повышение его резистентнос$
ти к фитофагам, то есть проявление
прямой или косвенной индуциро$
ванной устойчивости, или, напро$
тив, снижать эту устойчивость.
По$видимому, одной из основных
причин большого разнообразия ин$
дуцируемых фитофагами ответных
реакций растений является многооб$
18
разие характера наносимых ими по$
вреждений, что связано как с анато$
мо$морфологическими особеннос$
тями ротовых аппаратов в пределах
разных таксономических групп фито$
фагов, так и с многообразием хими$
ческого состава продуцируемых при
питании ферментов у видов с разной
пищевой специализацией. Так, счи$
тается, что отдельные вещества, вво$
димые в растение фитофагами вме$
сте со слюной, могут действовать на
него различными путями, индуцируя
разные биохимические каскады, от$
ветственные за устойчивость как к
фитофагам, так и к патогенам. На$
пример, повреждения растений
хлопчатника паутинным клещом ин$
дуцирует повышение их устойчивос$
ти не только к клещам, но и к пато$
генному грибу Verticillium dahliae
(Karban et al., 1998). Повреждения,
наносимые гусеницами хлопковой
совки, повышают устойчивость рас$
тений томатов и сои как к совкам, так
и к бактериальным патогенам
(Pseudomonas syringae) (Stout et al.,
1998). Гусеницы соевой совки инду$
цируют системную защиту растений
сои как от ряда вредных чешуекры$
лых, так и от возбудителей рака кор$
невой шейки (Diaporthe phasoleum) и
стеблевого рака (Colonectria croto$
lariae). В то же время имеются и мно$
гочисленные примеры, свидетель$
ствующие об отсутствии способнос$
ти индуцировать перекрестную ус$
тойчивость растений к фитофагам и
фитопатогенам. Примерами могут
быть одновременно поражающие та$
бак совка Manduca sexta и вирус та$
бачной мозаики, огурцы – паутинный
клещ, совка Spodoptera frugiperda и
возбудитель антракноза (Colleto$
trichum lagenarium) и др. (Ajlan, Potter,
1991, 1992). И в том и в другом слу$
чае повреждения, наносимые одним
видом, не приводят к возрастанию
устойчивости к другому виду. Анало$
гичным образом существенными
различиями характеризуются и от$
ветные реакции растений на повреж$
дения, одновременно наносимые
фитопатогенами из группы биотро$
фов или некротрофов.
В ряде случаев повреждение, нано$
симое фитофагом или фитопатоге$
ном, индуцирует или модифицирует
защитную реакцию по отношению к
определенным группам или видам
консументов, практически не меняя
ее по отношению к другим видам.
Так, инокуляция табака вирусом та$
бачной мозаики (ВТМ) через реак$
цию сверхчувствительности способ$
на индуцировать устойчивость рас$
тений не только к этому вирусу и двум
видам грибных и бактериальных воз$
будителей, но и к фитофагу – перси$
ковой тле Myzus persicae (McIntyre et
al., 1981), однако не увеличивает его
устойчивость к другому виду тлей
M. nicotianae (Ajlan, Potter, 1992). В
свою очередь, повреждение табака
гусеницами совки Manduca sexta не
индуцирует повышение его устойчи$
вости к вирусу табачной мозаики.
В то же время до сих пор не обна$
ружено негативного или позитивно$
го взаимоотношения между фито$
фагами и фитопатогенами на огур$
цах. Так, заражение растений огур$
ца возбудителем антракноза или ви$
русом некроза табака не меняет их
устойчивость к паутинным клещам,
белокрылкам и тлям (Moran, 1998).
В какой$то степени объяснение
многим из вышеупомянутых фактов
дают более поздние исследования,
показавшие, что между двумя выше$
упомянутыми сигнальными путями
(салицилатным и октадеканоидным)
существует не только простой кон$
курентный тип взаимодействия. С
одной стороны, была эксперимен$
тально доказана способность сали$
циловой кислоты ингибировать био$
синтез жасмоновой кислоты и, соот$
ветственно, снижать или полностью
блокировать вызываемый ею хими$
ческий ответ (Doares, 1995 и др.)
Одновременно получены многочис$
ленные данные, свидетельствую$
щие о возможности и противопо$
ложного эффекта, т.е. ингибирова$
нии эффектов, вызываемых салици$
ловой кислотой при одновременной
обработке растений жасмоновой
кислотой (Nike et al., 1998, Felton et
al., 1999). В то же время высказыва$
ПРОБЛЕМЫ ФИТОСАНИТАРИИ
ются предположения и о возможно$
сти создания иммуномодуляторов,
индуцирующих плейотропные эф$
фекты, приводящие к синтезу за$
щитных веществ, одновременно
действующих как на фитофагов, так
и на фитопатогенов.
Негативное взаимодействие меж$
ду двумя ответными путями, ранее
продемонстрированное на биохи$
мическом уровне, может поставить
под сомнение способность расте$
ний, и тем более – человека, исполь$
зующего синтетические индукторы
иммунитета растений, координиро$
вать защитные реакции, направлен$
ные одновременно против патоге$
нов и фитофагов. О большой слож$
ности этой проблемы свидетель$
ствует, в частности, сопоставление
результатов сравнительно немного$
численных полевых экспериментов.
Ряд материалов подтверждает
принципиальную возможность ин$
дукторов устойчивости в рамках эк$
спериментального агроценоза из$
бирательно действовать на одни
группы консументов (в частности, на
комплекс фитофагов), практически
не оказывая никакого влияния на
другие (фитопатогенов).
Например, эксперименты, прове$
денные в полевых условиях в Север$
ной Калифорнии на томатах Lyco$
persicon esculentum var. Ace, показа$
ли. что обработка посевов синтети$
ческим эликсиром устойчивости к
фитофагам (жасмоновая кислота,
0,5 mM) значительно сокращала
численность калифорнийского
трипса (на 50–80 %), гусениц совки
Spodoptera exigua, блошек Epitrix
hirtipennis и тлей Myzus persicae (в 3–
4 раза). В то же время эти обработ$
ки не влияли отрицательно на ряд
возбудителей грибных заболеваний
(Stout et al., 1999). Одновременное
негативное действие обработки
жасмоновой кислотой на несколько
видов фитофагов (паутинного кле$
ща, минеров Lyriomyza trifolii, совок
и бражников) при отсутствии како$
го$либо действия на фитопатогенов
отмечают и другие авторы (Orozco$
Cardanas et al., 1993).
В то же время в литературе име$
ются и сведения о совершенно про$
тивоположных эффектах, наблюда$
емых в агроценозах при их обработ$
ке синтетическими индукторами
иммунитета. Один из наиболее яр$
ких примеров – попытка защиты то$
матов с помощью синтетического
иммуномодулятора ВТН (тиадиазол$
S$метилового эфира карболовой
кислоты), результатом которой яви$
лось снижение поврежденности ра$
стения патогеном (Pseudomonas
syringae) при одновременном возра$
стании численности фитофага –
совки (Spodoptera exigua).
Дальнейшие исследования позво$
лили лучше понять характер взаимо$
действия патогенов и фитофагов и
возможности достижения комплек$
сного эффекта в борьбе с ними. На
примере инокуляции табака ВТМ
показана принципиальная возмож$
ность использования реакции
сверхчувствительности для индук$
ции устойчивости табака одновре$
менно не только к возбудителям ви$
русных, грибных и бактериальных
заболеваний, но и к фитофагам, та$
ким как персиковая тля Myzus
persicae (McIntyre et al., 1981).
Возможность широкомасштабно$
го использования феномена инду$
цированной устойчивости растений
для их защиты от вредителя и воз$
будителей заболеваний в последние
годы приобретает все большее зна$
чение и в связи с продолжающимся
расширением спектра создаваемых
синтетических индукторов иммуни$
тета (иммуномодуляторов), таких
как производные бензотиадиазола
(ВТН и др.), препараты на основе
хитозана, арахидоновой кислоты и
др. Как правило, до сих пор при ре$
гистрации и производственных ис$
пытаниях этих препаратов основное
внимание обращается на их дей$
ствие на фитопатогенов и совер$
шенно не учитываются возможные
последствия их влияния на вредную
(фитофаги) и полезную (энтомофа$
ги) энтомофауну, что несомненно
требует серьезного изучения.
Все сказанное свидетельствует о
необходимости детального изуче$
ния биохимических и молекулярно$
генетических механизмов, опреде$
ляющих эффективность индуциро$
ванной устойчивости растений, с
учетом таксономической принад$
лежности, трофического статуса и
места в экосистеме каждого объек$
та; факторов, определяющих уро$
вень селективности природных и
синтетических индукторов устойчи$
вости и возможности коррекции
этих показателей; критериев коли$
чественной оценки эффективности
практического использования ин$
дукторов иммунитета с учетом их
комплексного действия на все эле$
менты агроценоза.
Серьезнейшей проблемой прак$
тического использования индукто$
ров иммунитета в практике защиты
растений остается отсутствие нор$
мативных документов, регулирую$
щих правила их регистрационных
испытаний и непосредственной ре$
гистрации. Не отработаны и не сис$
тематизированы научно обоснован$
ные токсиколого$гигиенические и
экологические критерии оценки как
эффективности этих препаратов, так
и безопасности их применения для
человека и окружающей среды.
Согласно приказу МСХ РФ № 357
от 10 июля 2007 г., для начала реги$
страции синтетических индукторов
иммунных реакций растений (имму$
номодуляторов) необходимо иметь
основные сведения о препарате,
сведения по оценке биологической
эффективности, безопасности, фи$
зико$химических свойствах, токси$
колого$гигиеническую и экологи$
ческую характеристику. Без знаний
о спектре действия каждого подоб$
ного препарата, сфере и регламен$
те его возможного применения, ме$
ханизмах и периодах защитного
действия, селективности и совмес$
тимости с другими препаратами с
учетом возможности побочных эф$
фектов и влияния на нецелевые
объекты невозможно легитимное
производство и использование этой
новой группы современных средств
защиты растений.
19
3 Защита и карантин растений № 7