Можно ли вырастить возбудителя ржавчины отдельно от растения

Широкое распространение и высокая вредоносность ржавчины на самых различных культурных растениях заставляли исследователей применять все новые и новые приемы для изучения причин паразитизма ржавчинных грибов. Ученые исследовали физиолого-биохимические процессы зараженного растения и полученные результаты сравнивали с аналогичными показателями незараженного. Выяснилось, что у больного растения усиливается дыхание, увеличивается испарение воды, или транспирация, происходит распад зеленого пигмента хлорофилла, что, однако, не прояснило существенно характера взаимоотношений, складывающихся между двумя такими различными организмами.

Были сделаны попытки исследовать самого возбудителя ржавчины пшеницы. Работа проводилась на покоящихся и проросших в капле воды уредоспорах патогена. Оказалось, что желто-бурый, ржавый цвет уредоспор зависит от каротиноидов - растворимых в жирах пигментов, имеющих желтый или оранжевый цвет. Каротиноиды широко распространены в растительном мире. Их присутствие придает красную окраску плодам томатов и перца, кожуре плодов цитрусовых, пыльникам и пыльце многих лилий, корню моркови. Есть каратиноиды и во всех частях зеленых растений, но там их присутствие маскируется зеленым пигментом - хлорофиллом.

Уредоспоры содержат нормальное количество свободных и связанных аминокислот, жирных и органических кислот, небольшое количество Сахаров (глюкозы, фруктозы, маннозы и рибозы), а также специфический грибной сахар трегалозу. Подробно был изучен дыхательный газообмен у прорастающих уредоспор возбудителя ржавчины пшеницы. На основании этих экспериментов было сделано предположение, что энергию прорастающие уредоспоры получают в основном за счет окисления запасных жироподобных веществ; содержание жирных кислот быстро уменьшалось в течение первых 6-12 часов после начала прорастания уредоспор. Убыль жиров была в 4 раза более интенсивной, чем убыль белков. Споры содержали основные окислительно-восстановительные ферменты, активирующиеся при прорастании и участвующие в процессе дыхания.

Большое количество исследований, посвященных изучению биохимии и физиологии уредоспор, практически исчерпало возможности такого подхода к изучению ржавчинных грибов. Однако каких-либо существенных отличий облигатно паразитирующих ржавчинников от других грибов обнаружено не было.

Новые данные можно было получить, только попытавшись вырастить эти грибы отдельно от растения.

В книге "Курс низших растений", вышедшей в 1937 году, крупнейший советский миколог профессор Л. И. Курсанов писал, что все ржавчинные грибы являются паразитами и притом облигатными, то есть такими, которые вполне утратили способность к сапрофитному существованию; и как в природе, так и в искусственной обстановке могут развиваться только паразитно на соответственном растении. Такая категоричность требовалась от Л. И. Курсанова, как педагога, автора учебного пособия. Но как исследователь, отдавший много лет изучению биологии ржавчинников, Лев Иванович не мог окончательно согласиться с этим утверждением. Очевидно, поэтому в сноске, набранной мелким шрифтом, он писал, что в условиях чистой культуры возможность удачного выращивания облигатных паразитов не исключена.

В нашей стране первая удачная попытка культивировать возбудителя ржавчины на искусственной питательной среде была сделана в лаборатории известного советского патофизиолога растений К. Т. Сухорукова. В результате исследований, проведенных совместно с А. И. Гречушниковым, им удалось до 12 дней поддерживать возбудителя ржавчины в культуре. В силу ряда причин эти интересные исследования продолжены не были.

Настоящего успеха при культивировании ржавчинных грибов добились австралийские исследователи Ф. Вильямс, К. Скотт и Дж. Кул. Австралия имеет хорошо развитое зерновое хозяйство, и ржавчина пшеницы причиняет ему большой ущерб. Первоначально австралийцы рассмотрели три возможных пути получения культуры стеблевой ржавчины пшеницы. Во-первых, предполагалось сформировать каллусную ткань восприимчивой к ржавчине пшеницы и заразить ее спорами ржавчинного гриба. В этом случае исследователи рассчитывали получить свободные колонии патогена, вышедшего из ткани каллуса на поверхность питательной среды. Во-вторых, очевидно, имея в виду гипотезу о лабильных (нестойких) промежуточных продуктах, необходимых для питания облигатного паразита, ученые рассчитывали на то, что эти продукты можно накопить в питательной среде, культивируя на ней зараженные ржавчиной листья пшеницы. В-третьих, не исклю- чалась и такая "крамольная" мысль, что на удачно подобранной питательной среде все-таки можно вырастить возбудителя ржавчины непосредственно из спор.

Ученым требовалось преодолеть большую методическую трудность - получить уредоспоры ржавчинного гриба в асептических условиях свободными от посторонних микроорганизмов. Это было необходимо для того, чтобы заразить каллусную ткань, так как возбудитель ржавчины не образует диффузного мицелия, и для того, чтобы заразить отрезки листьев пшеницы, которые предполагалось культивировать на питательной среде. Ведь посторонние микроорганизмы, обитающие на шиповатой поверхности довольно крупных уредоспор возбудителя ржавчины, могли самостоятельно жить и расти на питательных средах и полностью исказить результаты эксперимента. Трудность была преодолена с помощью следующего приема: предварительно зараженные ржавчиной листья обеззараживали с поверхности и помещали на специальную питательную среду, содержащую кокосовое молоко. Затем, не дожидаясь образования каллусной ткани пшеницы, сразу же высевали уредоспоры, полученные в условиях асептики, на различные питательные среды. Споры проросли, образовали ростковую трубку, которая затем разветвилась и превратилась в мицелий возбудителя болезни. Учение опубликовали полученные результаты в декабрьском номере журнала "Файтопатолоджи" за 1966 год. Через два года культура ржавчины пшеницы была получена в США, затем в Канаде и в Советском Союзе. Позже в эту работу включились исследователи многих стран. В результате в культуре на питательной среде было выращено около 20 видов возбудителей ржавчины различных растений, в том числе возбудители ржавчины ржи, подсолнечника, гвоздики, льна, тополя и многих других растений. Таким образом, разработка метода, доступного многим исследователям, позволила преодолеть предубеждение о невозможности в принципе вырастить эти грибы на мертвом субстрате. В проблеме культивирования ржавчинников до сих пор остается много нерешенного: например, трудно точно предсказать, колония какого морфологического типа образуется после посева уредоспор на питательную среду, так как пока неизвестно, от чего это зависит. Исследователи не обнаружили каких-либо существенных особенностей, отличающих ржавчинные грибы, как облигатные паразиты, от других фитопатогенных грибов; так же как и большинство других грибов, возбудитель ржавчины растет на питательных средах, содержащих низкомолекулярные соединения, и этих соединений обычно достаточно для вегетативного роста и спороношения гриба. Единственным существенным отличием возбудителей ржавчины от прочих фитопатогенных грибов - необлигатных паразитов - можно считать медленный вегетативный рост и неспособность конкурировать с другими грибами и бактериями, колонии которых во всех случаях подавляют рост колоний ржавчинников. Поэтому, культивируя ржавчинный гриб на искусственной питательной среде, необходимо тщательно соблюдать правила асептики и охранять колонии от посторонних микроорганизмов. Если же вспомнить, что в природе уредоспоры ржавчинников разносятся воздушными потоками на огромные расстояния, то невольно приходит на память строка из "Фауста": "Природному вселенная тесна, искусственному ж замкнутость нужна". Возможно, что, спасаясь от конкуренции со стороны разнообразных микроорганизмов, возбудитель ржавчины вынужден был "спрятаться" в ткани растения, перейдя таким образом к паразитизму и став возбудителем болезни растения. Ведь, как считает крупнейший советский миколог М. В. Горленко, паразитами растений стали грибы, питавшиеся до этого сапротрофно.

Австралийский фитопатолог Ф. Вильямс писал, что культивирование ржавчинных грибов пока переживает младенческий период, и культура ржавчины все еще не перестала быть новинкой. Сейчас трудно предсказать, как скоро и какие конкретно практические результаты будут получены в лабораториях ученых. Ясно лишь одно: микологи научились делать то, что еще совсем недавно считалось принципиально невозможным. Конечная цель изучения возбудителей - научиться бороться и предотвращать возникновение болезней. Лишь очень недальновидные специалисты надеялись, что стоит только получить возбудителя ржавчины в культуре, как проблема тотчас же будет решена. Разочарование их вполне естественно. Исследователи получили новый, обладающий большими возможностями инструмент, позволяющий получить массу новых сведений по биологии ржавчинников, но впереди у них большая и кропотливая работа. Когда и в какой лаборатории будут получены результаты, которые позволят найти слабое звено в цепи взаимоотношений паразита и растения-хозяина и, воздействуя на него, предотвратить или снизить до экономически неощутимых размеров ущерб, причиняемый ржавчиной культурным растениям, неизвестно, но тем не менее ученые считают, что разработка метода культивирования ржавчинных грибов на искусственных питательных средах - одно из основных достижений мировой микологической науки за двадцатипятилетний период с 1947 по 1972 год.