Как растения защищаются от болезней: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

ОТ АВТОРОВ

Эта книга рассказывает о защитных силах растений, их способности сопротивляться болезням, о механизмах растительного иммунитета. Признаться, слово «фитоиммунитет» звучит не слишком привычно. «Я знаю иммунитет человека, животных, наконец, дипломатический иммунитет, по растительный?» — однажды пошутил по этому поводу один из лидеров современной медицинской иммунологии академик Р. В. Петров. Говорят, что во всякой шутке есть доля правды. Действительно, фитоиммунитет пока еще не может похвастать столь блистательными успехами, как медицинская иммунология. Однако он существует. Иначе как же объяснить тот факт, что высшие растения, во много раз уступающие микроорганизмам по скорости размножения, пластичности и изменчивости, все же выживают и побеждают в борьбе с паразитами? Ведь сам факт сохранения и развития высших растений свидетельствует о том, что они не так уж и беззащитны по отношению к паразитам и что случаи их гибели от болезней являются скорее исключением, чем правилом. Иначе не могла бы существовать та форма жизни, которая сложилась на нашей планете.

Речь, естественно, идет о дикорастущих, а не о культурных растениях. Что касается последних, то сами условия их культивирования способствуют поражению болезнями. Культурные растения человеку приходится непрерывно защищать. Достаточно вспомнить, сколько используется ежегодно всевозможных пестицидов и других средств защиты растений. А как же в таком случае выживают дикие растения? Ведь их-то никто не защищает, а они гораздо слабее поражаются болезнями.

Но если дикорастущие растения не поражаются или слабо поражаются болезнями, то, значит, они обладают по отношению к ним иммунитетом, и тогда невольно возникает ряд вопросов. В чем состоит иммунитет растений и чем он отличается от иммунитета животных? Почему культивирование растений ослабляет их устойчивость, нельзя ли, познав механизмы фитоиммунитета, использовать их для защиты сельскохозяйственных растений от болезней?

Вопросов можно задавать много. Мы поняли, что нужна научно-популярная книга об иммунологии растений. Более того, нам самим захотелось ее написать. Но как и какую? Задача нелегкая, тем более что перед памп лежали блестяще написанные научно-популярные книги академика Р. В. Петрова «Беседы о новой иммунологии»[1], английского научного обозревателя Д. Уилсона «Тело и антитело»[2], профессора В. И. Говалло «Парадоксы иммунологии»[3] и др.

Правда, все они посвящены медицинской иммунологии, которая благодаря своим выдающимся достижениям стала одной из центральных и наиболее увлекательных дисциплин современной биологии. Нам же предстояло написать книгу о фитоиммунитете, который до сих пор еще находится на положении Золушки в иммунологии вообще. Вероятно, одной из причин этому и является то, что фитоиммунологи пока еще мало популяризируют свою область знания. Между тем последние достижения фитоиммунологии не могут не заинтересовать иммунологов человека и животных и могли бы существенно дополнить эволюционные аспекты иммунных систем всего живого.

Нельзя пожаловаться на недостаток монографий по фитоиммунитету, однако среди них почти нет научно-популярных. Известно, что написать научно-популярную книгу гораздо сложнее, чем научную монографию. Правда, авторы научно-популярных книг могут широко пользоваться метафорами, аналогиями, ассоциациями, которые обычно отсутствуют в научных монографиях. Но использовать, их нужно с большой осторожностью, чтобы в погоне за популярностью не допустить упрощений и неточностей. Конечно, даже самая лучшая научно-популярная книга не может заменить научную монографию. И тем не менее научно-популярная литература сейчас привлекает к себе все большее внимание не только широкого круга читателей, но и узкого круга специалистов. Причин для этого немало. С одной стороны, не прекращается процесс дифференциации наук, а с другой, наоборот, стремление к их интеграции. Взять к примеру биологию. Буквально на глазах отпочковывались в самостоятельные и быстро развивающиеся области молекулярная биология, биоорганическая химия, вирусология и другие дисциплины… Вместе с тем развивается физико-химическая биология, призванная шире использовать точные подходы и методы физики и химии для познания механизмов, регулирующих самые интимные процессы, происходящие в ишвом организме.

Часто именно научно-популярные книги привлекают исследователей в смежную область знания, с тем чтобы решать ее проблемы, исходя из возможностей своей специальности. Ведь не случайно многие важные открытия последних лет совершены на стыке наук, на «ничейных землях», т. е. пограничных полосах между отдельными дисциплинами.

Поток научной информации в каждой области знания настолько стремителен, что даже специалисту невозможно за ним угнаться. Недаром говорят, что лишь тот, кто запасся путеводной идеей, может не захлебнуться в океане книг, журналов и статей. А что же тогда делать современному читателю? Научно-популярная книга должна помочь ему в этом, дать первое, самое общее, по одновременно вполне достоверное представление о состоянии знаний в той или иной области.

В написании данной книги мы руководствовались правилом, что читателю не обязательно входить во все детали науки. Цель книги — заинтересовать его нашей проблемой. В какой мере нам это удалось — судить читателю.

Пользуемся случаем выразить свою искреннюю признательность сотрудникам лаборатории иммунитета Института биохимии им. А. Н. Баха АН СССР II. И. Васюковой, Л. И. Чаловой, Г. И. Чалепко, Г. В. Леонтьевой, Т. А. Платоновой, Л. А. Юргаповой, К. А. Караваевой, с которыми нас связывают годы совместного труда всегда приносившие радость и удовлетворение.

ЖИЗНЬ РАСТЕНИЙ ПОД УГРОЗОЙ

Прошло около девяти тысяч лет с того времени, как человек научился возделывать землю. В истории планеты это миг. В истории человечества за это время произошли потрясающие изменения. Нет нужды их перечислять — они хорошо известны. Они происходят на наших глазах, даже в жизни одного поколения людей. Но и сейчас, как и тысячи лет тому назад, все свои основные потребности человек удовлетворяет за счет растений. Между тем над их жизнью, и в первую очередь над жизнью культурных растений, нависла реальная угроза.

В 1970 г. в Лондоне состоялся III Международный конгресс, посвященный науке о пище и технологии ее производства. Программа конгресса была весьма обширной и привлекла ученых многих специальностей. И это неудивительно. Только полноценная пища является залогом здоровья, работоспособности, хорошего настроения, долголетия. Удивительной на первый взгляд была эмблема конгресса — земной шар, SOS-70 (рис. 1).

Рис. 1. Эмблема III Международного конгресса, посвященного науке о пище и технологии се производства

Это начальные буквы трех английских слов: «Save our souls! (Спасите наши души!)». На эмблеме конгресса те же три буквы являлись начальными трех других английских слов, но весьма созвучных первым: «Science of survival (Наука о выживании)». Выжить при недостатке пищи, вследствие чего треть населения нашей планеты недоедает, а треть просто голодает.

Основой современного учения о потребностях человека в тех или иных продуктах является концепция о сбалансированном питании. Согласно этой концепции обеспечение нормальной жизнедеятельности человека возможно только при условии его снабжения определенным количеством энергии и многими самыми различными по химической природе веществами (аминокислотами, витаминами, минеральными соединениями), каждому из которых принадлежит своя специфическая роль в процессе жизнедеятельности. К тому же необходимы запасы продовольствия на случай стихийных катастроф. Человечеству предстоит решить грандиозную и многогранную проблему, включающую социальные, политические, экономические, демографические, медицинские и другие аспекты. Ее успешное решение неразрывно связано с обеспечением надежной защиты сельскохозяйственных растений от болезней, вредителей и сорняков.

Во всех странах мира немало сделано для защиты урожая от потерь. Однако потери урожая от вредителей и болезней продолжают оставаться огромными — на уровне 35–40 и даже 50 %[5]. Данные мировой статистики интересны и поучительны. Так, средний человек планеты расходует на продукты питания примерно столько ясе, сколько он тратит на защиту растений. «Создается впечатление, что чем интенсивнее ведется борьба с вредителями и болезнями, тем быстрее повышается их вредоносность, усиливается численность вредителей, болезни завоевывают новые территории»[6].

В чем же дело? Этот вопрос волнует не только специалистов, по и общественность всего мира. Ofi служит предметом острых дискуссий на научных конгрессах, его обсуждение не сходит со страниц специальных журналов И широкой печати.

Потребовалось время, чтобы прийти к неоспоримому выводу — огромные потери уроягая являются делом рук человеческих. Разные точки зрения высказываются по поводу стратегии и тактики защиты урожая от потерь. Но все согласны с тем, что интенсификация и концентрация сельскохозяйственного производства одновременно создают и более благоприятные условия для развития возбудителей болезней и вредителей. Тем более важно выяснить истинные причины, способствующие их развитии). Таких причин много.

Вот некоторые из них.

Первая причина состоит в том, что освоение новых территорий, продвижение земледелия в районы, где оно ранее не развивалось, приводит к разрушению исторически сложившихся в природе биологических сообществ, называемых биоценозами. В их число входит все живое на Земле, где каждый вид животных и растений в ходе эволюции настолько приспособились друг к другу, что существование одного вида зависит от другого, а всех вместе — от взаимодействия с окружающей средой. Вполне понятно, что в случае исчезновения в биоценозе одного представителя неизбежно возникают благоприятные условия для развития другого, который может оказаться весьма опасным для сообщества в целом. В определенной мере это касается и возбудителей болезней, которых известный зоолог В. Н. Беклемишев на основании анализа большого числа данных рассматривает как необходимых членов биоценозов. Их роль состоит в регулировании численности нормальных членов сложившихся биоценозов и в их защите от вторжения чуждых элементов.

Не всегда можно быстро разобраться в последствиях, связанных с нарушением мирного сосуществования биоценозов. Так, по данным известного энтомолога Г. Я. Бей-Биенко, в целинной степи обитают 312 видов насекомых, среди которых преобладают 38. На возделанном же пшеничном ноле насчитывается 135 видов, а доминантных только 19. Казалось бы, что для защиты пшеницы от вредителей это хорошо. По зато численность отдельных насекомых, личинок и куколок на одни квадратный метр поразительно разная: на целине —106, а на засеянной пашне — 332. И далее, если на целине, например, зерновая совка не причиняет вреда диким злаковым травам, то после посева пшеницы ее численность настолько сильно возрастает, что она становится одним из наиболее опасных вредителей этой ценнейшей сельскохозяйственной культуры.

Другой пример. В природных биоценозах растения мало страдают от корневых гнилей. Однако на пахотных землях корневые гнили, вызываемые чаще всего грибами, стали весьма опасными болезнями многих сельскохозяйственных растений. Фитопатологи их даже так и называют «грибами пахотных земель». Усиление их пара-янтарных свойств происходит за счет ослабления содержащихся в почве сапрофитных микроорганизмов.

Одно сорное растение может поглотить в 2 раза больше азота и фосфора, в 4 раза больше калия и воды, чем культурное. И хотя на долю сорняков приходится относительно малая часть всех растений, они могут создавать серьезную угрозу сельскому хозяйству. Сорняки не только снижают урожай, но являются очагами распространения многих вредителей и возбудителей болезней. Так, пырей и другие дикие злаки служат переносчиками возбудителей желтой и стеблевой ржавчины, мучнистой росы, корневых гнилей.

Вторая причина связана с постепенным сокращением числа растений, используемых сельским хозяйством. Из 300 видов растений, окультуренных человеком в разные времена для продовольственных целей, в настоящее время только 12 видов составляют 75 % всего мирового производства сельскохозяйственной продукции. Нужно сказать, что в древности пища людей была значительно более разнообразней. Теперешнее единообразие не оставляет возможности для эволюции. Чрезмерная стандартизация организмов со временем наказывается вымиранием. Замечено, что с каждым исчезающим видом гибнут десятки видов других организмов, что опять-таки приводит к серьезным нарушениям в биоценозах. Чем больше видов входит в состав биоценоза, тем шире их генетическое разнообразие, тем больше возможностей для приспособления к условиям внешней среды и тем выше устойчивость каждого вида.

Третьей причиной является посев семенами одного сорта на больших площадях для унификации агротехники, для получения однородного по качеству урожая. Для унификации методов его хранения и промышленной переработки это очень важно. Однако генетическое однообразие приводит к тому, что возбудители болезней довольно быстро преодолевают устойчивость растений к ним. В результате новые сорта растений, которые еще сравнительно недавно сохраняли свою устойчивость к возбудителям болезней в течение десятилетий, начинают поражаться ими уже через 5–7 лет. Например, средняя полезная жизнь сорта, устойчивого к стеблевой ржавчине, сейчас составляет не более 5 лет, после чего он начинает поражаться новой расой возбудителя этой болезни.

Четвертая причина состоит в том, что с расширением сельскохозяйственного производства происходит продвижение новых видов и сортов растении в новые районы, расположенные далеко от центров, где формировались их дикие предки. Попадая в новые районы, эти сорта чаще всего уступают по своей устойчивости своим предкам. С продвижением растений в новые районы в них проникают и новые для этих мест вредители и болезни (например, появление в СССР колорадского жука, американской белой бабочки и др.). В результате возникают опустошительные эпифитотии (эпидемии в растениеводстве).

Пожалуй, наиболее впечатляющим примером опустошительности эпифитотий был фитофтороз картофеля, заболевание которым повлияло на судьбу целой нации. Недаром тот, кто впервые описал это заболевание, — немецкий ботаник А. де Бари — назвал ее фитофторой, что означает «пожиратель растений». До 1840 г. фитофтора отсутствовала в Европе. Ее родина Мексика, откуда она в начале 1840-х годов и была завезена в Европу. Вначале это были только отдельные вспышки болезни в разных частях Франции, Бельгии и Англии, поскольку засушливое лето 1844 г. не благоприятствовало распространению болезни. Зато следующие 1845–1846 гг. стали трагическими для судеб народов Северной Европы, и особенно Ирландии, где картофель составлял основной продукт питания. а 2 млн. ирландцев питались исключительно картофелем. Размеры бедствия стали ясны к августу 1846 г., когда все растения на многих картофельных полях были уничтожены. Начался массовый голод, от которого погибли более миллиона человек, тогда как два других миллиона эмигрировали за океан.

[1] М.: Колос, 1979. 271 с.

[2] М.: Мир, 1974. 286 с.

[3] М.: Знание, 1983. 166 с.

[5] Рассел Г. Селекция растений на устойчивость к вредителям и болезням. М.: Колос, 1982. с. 8.

[6] Поляков Н. М. Защита растений — проблемы и перспективы, — Наука и жизнь, 1972, № 9, с. 70.