Окончательный диагноз

Фитопатологи аналогично врачам, ставящим диагноз по рентгеновским снимкам, пытаются использовать для диагностики невидимые лучи - аэрофотосъемку. Много еще трудностей надо преодолеть для получения положительных результатов, так как на качество фотоинформации влияют особенности почвы и полегание растений, сорняки и присутствие различных патогенов. Однако в недалеком будущем можно будет использовать аэрофотосъемку для обнаружения возбудителей многих опасных заболеваний, таких, как ржавчина и офиоболез пшеницы, а также для прогноза появления новых рас патогена. У этого диагностического приема большие перспективы, но вернемся в лабораторию фитопатологов и познакомимся с некоторыми из методов, которыми они пользуются. Еще в древности, когда земледелец не знал ничего об инфракрасных лучах, он умел определять некоторые заболевания. Речь, конечно, идет о тех признаках болезни, которые можно обнаружить невооруженным глазом. И в настоящее время макроскопический, или, как его еще называют, патографический, метод широко используется в полевых условиях. Например, патогенные грибы можно выявить по плодовым телам или конидиям, склероциям или ризоморфам. Обнаружив эти симптомы, можно безошибочно определить белую гниль или спорынью на колосках злаков. При простом осмотре растений хорошо видны на стеблях и корнях паразитические цветковые растения. Если это хлороз или увядание листьев, то, чтобы выяснить причины недуга, необходимо тщательно обследовать заболевшее растение. Когда же у зеленых пациентов отсутствуют видимые характерные признаки болезни или они очень разнообразны, фитопатологи вынуждены обращаться к другим диагностическим методам.

С помощью микроскопа, по внешней форме и строению, а также по способности окрашиваться в разные цвета при реакции с определенными красителями ученые отличают один микроб от другого. Для определения патогенных бактерий, кроме окраски по Граму, используют окрашивание карболтионином по Стоутону.

Чтобы правильно поставить диагноз и определить патогенный организм, нередко приходится выращивать возбудителей болезни на искусственных или естественных средах в лаборатории. Одним из достаточно точных методов диагностики является метод чистых культур, позволяющий наблюдать полный цикл развития патогена под воздействием различной температуры и влажности воздуха, света и питательных веществ, а также характер питания и тип спороношения. Для этого используют у грибов одну спору, у бактерий разбавляют культуру, а вирусы выращивают на растениях, чувствительных к определенному патогену. Часто, работая с возбудителями грибных заболеваний, ученые применяют метод влажной камеры; дело в том, что гриб, находясь в растительных тканях, может прорастать наружу при высокой влажности и благодаря этой способности удается установить "личность" патогена.

Самое широкое распространение получил метод искусственного заражения растений - инокуляция. Искусственное внесение инфекции на здоровое растение особенно важно для селекционеров, которые, создавая новый сорт, должны знать его восприимчивость к болезням. Познакомимся с некоторыми из этих методов.

Многие враги растений из царства грибов и бактерий обитают в почве и оттуда начинают свое наступление на зеленых кормильцев. Возбудители рака и парши картофеля, килы капусты и корневых гнилей, а также многие другие - почвенные микробы. Для заражения этими фитопатогенами на поля или в сосуды вносят почву с пораженных участков или измельчают больное растение, а полученные остатки используют как инфекционное начало. Для внесения инфекции также используют чистую культуру патогена или его органы, например мицелий грибов. Используя споры карликовой головни пшеницы или склероций белой гнили подсолнечника для заражения почв, удается вызвать болезни растений в полевых условиях.

Возбудители таких опасных заболеваний, как головня и фузариоз, гельминтоспориоз злаков, передаются вместе с семенами больных растений. На поверхность зерновки искусственно наносят грибы и бактерии, и они "путешествуют" вместе с ней. Для такой инокуляции растений существует несколько различных методов. Например, за несколько дней до сева смешивают споры патогенных грибов с посевным материалом и в зависимости от необходимой степени зараженности селекционеры наносят разные количества этой опасной смеси. Иногда, чтобы инфекция быстрее проникла в зародыш, удаляют всю или часть пленки на семенах.

Еще один интересный метод заражения семенного материала предложен учеными. Сначала споры разбавляют водой так, чтобы в одной капле содержалась только одна спора, а затем их наносят на питательную среду. После появления колонии патогена разнополые организмы помещают в чашки Петри и сюда же кладут прорастающие семена пшеницы. После копуляции происходит заражение проростков, которые затем переносят в почву. Для заражения посевного материала применяют также погружение семян в жидкость со спорами, затем их подсушивают и высевают в поле.

Не только семена, но также цветки и листья, стебли и плоды служат для внесения инфекции в растение. Многие возбудители болезни из царства грибов, бактерий и вирусов проникают в растительный организм таким образом и в естественных условиях. Обычно споры фитопатогена, попадая на рыльце цветка, прорастают и проникают в завязь, а потом оказываются в зерновке. Через листья инокуляцию проводят двумя путями, используя целые листовые пластинки или только небольшой их участок. Инфекцию наносят в сухом виде, а также в виде суспензии. Заражение производят путем непосредственного соприкосновения больного и здорового растения, а ржавчинные грибы, например, наносят на растение перед выпадением росы.

Однако чаще всего болезнетворные микроорганизмы попадают на растение при помощи опрыскивателя или пульверизатора. Для внесения капель жидкости с инфекцией во влагалище листьев применяют специальные микрокамеры. Вырезают из листовой пластинки диски диаметром около 1 см и, поместив на их поверхность возбудителя заболевания, наблюдают под микроскопом течение патологического процесса.

Для заражения растений через стебли делают специальные надрезы или инъекции. Таким образом в растения проникают различные микроорганизмы, например, возбудители вертициллезного увядания хлопчатника и диплодиоза кукурузы, стеблевой ржавчины пшеницы и белой гнили подсолнечника. Любопытный способ придумали ученые, используя деревянные пробки. При помощи ручной дрели в стебле просверливают отверстие, в которое помещают инфицированную пробку и производят заражение растения.

Иначе поступают с плодами, клубнями и корнеплодами. Чтобы нанести патоген на картофель или свеклу, на поверхность помещают кусочки фильтровальной бумаги, предварительно смоченные в суспензии спор, или капают пипеткой под микроскопом несколько капель с исследуемыми микробами. В полевых условиях плоды опрыскивают и надевают полиэтиленовые изоляторы, а для заражения клубней картофеля фитофторозом их подрезают и погружают в жидкость со спорами гриба. В других случаях поступают иначе, закапывая клубни, а сверху инфицируют почву возбудителями болезни. Для инокуляции деревьев фитопатологи делают в древесине специальные надрезы и через них заносят инфекцию под кору, впрыскивая шприцем суспензию с болезнетворными микроорганизмами. Чтобы опыт удался, вокруг места инъекции создают условия повышенной влажности.

Кроме грибов и бактерий, много трудных головоломок задают фитопатологам вирусы. Для нанесения вирусной инфекции на лист поступают так же, как с возбудителями бактериальных болезней, используя микрокамеры или инфекционный сок заболевшего растения. Интерес представляет другой метод с применением автоматического распылителя. В раствор, содержащий патогенные вирусы, добавляют абразивное вещество, например карборунд. Мелкие частички этой смеси ранят волоски или эпидермис листа и тем самым "открывают ворота" для армии невидимых фитопатогенов.

Немало существует способов установления правильного диагноза, и один из них основан на химических реакциях патогенов. Часто необходимо выделить из внешне похожих по форме бактерий истинного виновника недуга. Для этого в питательную среду, на которой выращивают микробы, добавляют химические вещества различной природы, например сахарозу или глицерин, глюкозу или сорбит. Наблюдая изменение кислотности среды при помощи индикатора или рН-метра, можно судить об использовании углерода возбудителями болезней.

Для обнаружения фитопатогена используют реакции восстановления нитратов до нитритов, а также гидролиз протеолитическими ферментами бактерий желатина. Для определения патогенна используют также аммиак, который образуется в результате расщепления аминокислот при построении бактериальных клеток. В качестве индикатора берут бумажку, смоченную в растворе уксуснокислого свинца, и по реакции с сероводородом, выделяющимся при использовании микроорганизмами серосодержащих аминокислот, судят о причинах заболевания. Иногда фитопатологи применяют для выяснения возбудителя болезни сложную смесь веществ, так называемое лакмусовое молоко. В его состав входят глюкоза и лактоза, молочные белки - казенны, а также лакмус. Различные бактерии "выбирают себе по вкусу" необходимые им для жизни молекулы, а микробиологи с помощью специальных реакций классифицируют их. Существует еще немало химических приемов, благодаря которым удается поставить окончательный диагноз.

Довольно часто иммунологи пользуются такими понятиями, как тело и антитело, ген и антиген. Кто сейчас не знает о пересадке различных органов у человека? Однако много еще тайн хранит защитная система живых организмов, оберегая себя от чужеродного вторжения. При введении фитопатогенов в организм животных, например кроликов, наблюдается характерная реакция и выделяются специфические антитела. Используя это явление, в пробирках можно наблюдать агглютинацию - склеивание бактерий в присутствии антител, а также преципитацию - выпадение осадка при взаимодействии антител и антигена.

Метод, получивший название серологического (от лат. сыворотка - serum), широко применяется не только для выявления патогенных грибов, бактерий и вирусов у растений с явными признаками болезней, но, что особенно важно, для обнаружения скрытой инфекции. Приготовленная сыворотка может долго сохраняться в стерильных ампулах и при необходимости быстро доставляться в любой конец земного шара. Благодаря этому незаменимому и чувствительному методу земледельцы Голландии полностью избавились от вирусных заболеваний картофеля.

Некоторые культурные и дикорастущие растения определенным образом реагируют на нападение вирусов или микоплазм. При помощи таких растительных индикаторов можно, например, легко обнаружить возбудителя табачной мозаики и других коварных врагов зеленых кормильцев. Другой метод основан на способности пораженных тканей отражать лучи определенной длины волны, например ультрафиолетовые, иначе, чем это делают здоровые растения. Этот прием позволяет выявить плесневые грибы на апельсинах и лимонах, которые внешне не отличаются от непораженных плодов. И, конечно, в сложных случаях фитопатологи обращаются к электронному микроскопу. В поле зрения этого прекрасного помощника ученых можно наблюдать мельчайшие патогенные организмы, присутствующие в соке больных растений.

Казалось бы, немало надежных и чувствительных методов служат фитопатологам. Однако не всегда удается поставить правильный диагноз. А ведь растения - это наши кормильцы, и от их здоровья зависит наше благополучие. Поэтому ученые продолжают поиск новых методов диагностики заболеваний среди растений. Совсем недавно, используя изобретение русского ботаника Михаила Семеновича Цвета - хроматографию, фитопатологам удалось по "запаху" обнаружить опасного возбудителя мягкой гнили картофеля. Оказалось, что пораженные клубни выделяют в атмосферу этанол, ацетон, два-бутанон и другие летучие молекулы. Эти "химические сигналы бедствия" можно регистрировать специальными приборами - газовыми хроматографами. Там, где бессилен наш нос (концентрация этих веществ в воздухе очень мала), ученым помогает высокочувствительная аналитическая техника.