Когда желтеют листья

Осенняя пора... Горячее время для земледельцев, готовящихся к сбору урожая, и период подготовки к зимнему покою в царстве растений. Растительный мир напоминает нам об том, устилая желтым покровом листьев улицы и аллеи парков, бульвары и скверы, вспомним бессмертные пушкинские строки:

 Унылая пора! очей очарованье! 
 Приятна мне твоя прощальная краса 
 Люблю я пышное природы увяданье, 
 В багрец и в золото одетые леса...

Желтеют листья берез и каштанов, платанов и тополей, и мы любуемся этим повторяющимся из года в год явлением в жизни наших зеленых друзей.

Однако мы довольно часто становимся свидетелями увядания и засыхания листьев, отмирания органов растений, совершенно не связанных с временами года. Причиной таких аномалий в развитии растительных организмов являются различные возбудители болезней, наносящие непоправимый вред миру растений.

В нашей повседневной жизни мы, к сожалению, довольно часто слышим это неприятное слово - болезнь. Но о болезнях растений мы знаем значительно меньше.

Еще на заре земледелия человек столкнулся с многочисленными врагами зеленых кормильцев, которые нередко вызывали массовые заболевания и отнимали у него большую долю урожая. Древние земледельцы уже около 3-5 тыс. лет до нашей эры хорошо были знакомы с некоторыми болезнями растений, но не могли объяснить причины, их вызывающие. Они считали недуги растений наряду с мором и саранчой божьим наказанием и пытались молитвами и праведной жизнью отодвинуть беду. Постепенное накопление знаний, появление микроскопа и научных методов исследования окружающей природы позволило в середине XIX в. окончательно развеять религиозные мифы и различные спекуляции в толковании заболеваний, основанные на невежестве масс.

Что же представляет собой болезнь растения? Чтобы лучше разобраться в этом состоянии растительного организма, давайте обратимся к примеру.

Знаменитым стало в истории человечества опасное заболевание картофеля - фитофтороз. Например, в Ирландии картофельный голод в 1845-1869 гг. лишил жизни около миллиона жителей страны. Гриб возбудитель болезни внедряется в листовую пластинку через устьице или прямо через покровную ткань - эпидермис. Сначала на нижних листьях куста картофеля появляются бурые пятна со светло-зеленой каймой. Кроме листьев, гриб поражает стебли и клубни картофеля.

Развитие болезни картофеля зависит от агрессивности фитопатогенного гриба, условий окружающей среды и, конечно же, иммунитета самого растения. Кроме внешних изменений в больном организме, происходят серьезные физиологические и биохимические нарушения жизнедеятельности. Это приводит к значительному снижению качества и количества урожая. Ученые предлагают свои варианты в определении болезней растений, протекающих в растительном организме. Болезнь растений - это сложный патологический процесс, в результате которого нарушаются его жизненные функции, обмен веществ, рост и плодоношение. Заболевание вызывается факторами окружающей среды (температура, влажность воздуха, различные патогены) и зависит от биологических особенностей организма (возраст, жизнеспособность и иммунитет).

У растений встречаются местные и общие заболевания. Иногда страдают только отдельные органы, например, листья, плоды или стебли. Общее заболевание, как правило, связано с нарушением функций основных органов - корней и стеблей, которое нередко приводит к гибели растительного организма.

От болезней нужно отличать некоторые уродливости, возникающие в растительном мире. Такие отклонения от Нормы не представляют опасности для жизни растения. Например, махровость - большее число лепестков у мака или розы; плоские стебли или побеги у тыквы и сосны вызываются внутренними причинами и передаются по наследству. Изучением таких уродцев в растительном царстве занимается особая наука - тератология.

Какие же изменения возникают в больном растении? Под влиянием возбудителей твердой головни у пшеницы нарушается нормальный рост и продуктивность. Так, здоровый злак достигает в среднем высоты 140 см, а заболевший - лишь 106 см. Мучнистая роса, поражая яровую пшеницу, значительно уменьшает число зерен в колоске. Вирус мозаики сои, заражая культуру до цветения, задерживает рост растения (до 20%) и снижает урожай семян.

Фитопатогенные организмы, паразитируя на растении-хозяине, вызывают значительные изменения формы отдельных органов. Пероноспоровый гриб, например, вызывает утолщение метелок кукурузы, которые превращаются затем в неразвитые, густо сидящие листья. Некоторые другие возбудители вызывают образование опухолей и наростов, вздутия и появление галлов.

Огромные нарушения вызывает патоген, проникая в клетки и ткани растений. Возбудитель рака картофеля, поражая клубни, изменяет нормальные размеры и форму клеток, вызывая так называемую гипертрофию и гиперплоидию. Гиперплазию, или увеличение количества растительных клеток, в результате усиленного деления вызывает возбудитель пузырчатой головни у кукурузы Обратная картина наблюдается при гипоплазии. В результате воздействия неблагоприятных факторов уменьшается количество клеток или их содержимого. Например, при хлорозе - известковом голодании растений - нарушается синтез хлорофилла в листьях. Другое патогенное состояние - метаплазия, характеризуется появлением зеленого пигмента не в листьях, как мы привыкли, а в сердцевине растения. Там же можно обнаружить и другие химические вещества, несвойственные здоровому растительному организму.

При некоторых заболеваниях происходит перерождение (дегенерация) растительных клеток. Низкие и высокие температуры, механические повреждения и яды, выделяемые грибами, бактериями и вирусами, вызывают некрозы тканей различных органов. При поражении флоэмы картофеля и табака мы становимся свидетелями пожелтения и набухания стенок проводящих трубочек и накопления крахмала в растительных тканях. Вирус морщинистости и полосатой мозаики картофеля вызывает утолщения стенок флоэмы и отложение в них целлюлозы (некробиоз).

Встречаются в растительном мире болезни, при которых наблюдается сморщивание или деформация тканей (облитерация), например, фузариоз хлопчатника. Возбудитель, "путешествуя" по растительным клеткам, уничтожает протопласт, но при этом не трогает оболочку. Существует среди заболеваний растений и склероз, вызывающий отложение лигнина и одревесневение тканей у томатов, картофеля и хлопчатника. Возбудители грибных болезней нередко вызывают разрывы и трещины в органах различных культур, например винограда, хлопчатника или дыни. Поражая растения, грибы и бактерии вызывают растворение межклеточного вещества, клетки отделяются друг от друга, и происходит размягчение тканей, или мацерация.

Рассматривая возбудителей болезней под электронным микроскопом, можно увидеть, как они расправляются с содержимым клеток. Микроорганизмы вызывают разнообразные и сложные изменения в больном растении. Они нарушают нормальное осмотическое давление клеточного сока и энергию фотосинтеза, водный режим и активность ферментов, белковый и углеводный обмен.

При поражении подсолнечника ложной мучнистой росой наблюдается резкое увеличение испарения воды поверхностью листьев. Усиление транспирации можно также наблюдать у заболевших стеблевой ржавчиной злаков, например, у ячменя и овса. Однако при некоторых болезнях возникает обратная картина. Так, при вертициллезе сливы пораженные деревья уменьшают водоотдачу. В первом случае нарушение транспирации связано с воздействием патогена на устьица и цитоплазму растительной клетки, а во втором - мицелий гриба-паразита перекрывает поступление воды в листья. Интересно ведут себя зеленые "пациенты" при вирусной инфекции. Вирус мозаики картофеля вызывает усиление транспирации, а при мозаике табака она уменьшается.

Выделяя различные токсины, фитопатогенные организмы нарушают проницаемость цитоплазмы и тем самым способствуют утечке органических и неорганических веществ из клетки. Например, пораженные ржавчиной листья пшеницы несут огромные потери органических веществ, иногда более чем в 5 раз по сравнению со здоровыми растениями.

Большую роль в жизни растительного организма играет осмотическое давление, которое служит своеобразным насосом для перекачки воды в клетку, а также помогает растению в борьбе с засухой или морозами. При инфекционных заболеваниях фитопатогены, активно уничтожая питательные вещества растения, значительно снижают осмос.

Многие из врагов растений наносят огромный урон фотосинтетической активности зеленых пигментов, разрушая эти "трансформаторы" солнечных лучей. Нередко причиной гибели хлорофилла являются опасные токсины - продукты жизнедеятельности болезнетворных микробов. Однако при некоторых заболеваниях, например бурой ржавчине и пыльной головне пшеницы, патогены выделяют вещества, стимулирующие фотосинтез в листьях растения.

Огромную роль в жизни растений играет газообмен, который часто служит главным показателем нормальной жизнедеятельности растительного организма. Проводя исследования, ученые обнаружили, что у пшеницы, пораженной фитопатогенами, интенсивность дыхания возрастает в 2-3 раза.

Углеводы и белки, необходимые для нормального роста и развития растения, служат также "лакомым блюдом" для большинства патогенов. Истощая запасы этих и других питательных веществ в клетках и тканях, возбудители болезней значительно снижают урожай зеленых кормильцев. Пузырчатая головня кукурузы вызывает резкое снижение содержания сахара в стеблях, а церкоспороз сахарной свеклы уменьшает более чем в 10 раз синтез углекислоты. При поражении листьев пшеницы возбудителями желтой и бурой ржавчины нарушается углеводный и белковый обмен, а также значительно изменяется аминокислотный состав растительных белков.

Многообразие и интенсивность химических реакций в растительной клетке в первую очередь определяются присутствием и активностью "живых" катализаторов - различных ферментов. Эти белковые молекулы являются своеобразными "дирижерами" обменных процессов в растении. Амилазы, обслуживающие углеводный обмен, и хлорофиллазы, участвующие в синтезе хлорофилла, катал азы и пероксидазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции в клетке, нередко становятся "объектом нападения" многочисленных патогенов. При вертициллезном увядании хлопчатника значительно повышается активность амилазы, а в листьях табака, пораженных вирусом мозаики, нарушается активность хлорофиллазы. Известный советский ученый академик А. И.Опарин (1894-1980), изучая мозаику сахарной свеклы, обнаружил, что в больных корнеплодах активность пероксидазы гораздо выше, чем в здоровых. В настоящее время стало известно, что на активность этого биокатализатора влияет течение заболевания и жизнедеятельность фитопатогена, а также сортовые особенности культуры. Жизнь растения, рост его и развитие тесно связаны с деятельностью каталазы. При вирусных болезнях огурцов и томатов, в пораженных мучнистой росой листьях дуба активность этого фермента, разлагающего перекись водорода с образованием молекул кислорода, значительно снижена.

Ни одно проявление жизни не обходится без участия молекул наследственности - нуклеиновых кислот. Именно нуклеиновый обмен является тем "химическим мостиком", через который происходит взаимодействие растительного организма с окружающей средой. Из опытов с заболевшими стеблевой и желтой ржавчиной листьями пшеницы стало известно, что в пораженных тканях содержание РНК (рибонуклеиновой кислоты) значительно выше, чем у здоровых растений. И здесь "постарались" фитопатогены. Часто (с этим мы подробно познакомимся дальше) образование большого количества тех или иных молекул связано с защитной реакцией организма. Так, например, при поражении патогеном сорта картофеля Ранняя роза в растительных тканях накапливается хлорогеновая кислота, концентрация которой может сильно увеличиваться. Интересно, что у растений, так же как у животных и человека, при заболевании можно измерить температуру. Даже при отсутствии внешних признаков болезни в растительных тканях хлопчатника и картофеля столбик термометра поднимается на несколько градусов.