Порядок Хитридиевые (Cuytridiales)

Эти микроскопически малые грибы - самые простые по степени развития своего вегетативного тела, представленного или голой плазменной массой, или дифференцированного на основную овальную, округлую или цилиндрическую клетку и зачаточный тонкий мицелий. При этом, по всей вероятности, они не вторично упрощены вследствие того, что большинство из них - внутриклеточные паразиты растений и животных, а сохранили некоторые черты организации своих предполагаемых предков - жгутиковых. Об этом свидетельствует прежде всего наличие жгутиковой стадии в их развитии - зооспор и гамет, имеющих один гладкий, бичеобразный жгутик, прикрепленный на заднем конце и направленный назад, а также их теснейшая связь с водной средой обитания.

Большинство хитридиевых грибов - паразиты пресноводных и морских водорослей, водных грибов, высших водных растений и животных, обитающих в воде. Значительно меньшая часть развивается сапрофитно на растительных остатках и трупах животных. Многие представители этого порядка паразитируют на высших наземных растениях, однако их успешное развитие происходит только при сильном и даже избыточном увлажнении почвы.

На первых этапах истории изучения хитридиевых грибов (середина XIX в.) их зооспоры еще нередко принимали за клетки, служащие для размножения тех водных организмов, на которых они паразитировали или к которым прикреплялись, либо за зооспоры десмидиевых водорослей, либо за сперматозоиды сапролегниевых грибов и т. п. К концу XIX в. истинная природа разнообразных представителей этой группы была уже установлена, у многих из них была прослежена и тщательно описана история развития (онтогенез).

На современном этапе изучения хитридиевых замечается возрастание интереса к этой группе грибов, поскольку расширились возможности культивирования многих из них и экспериментирования с ними, в частности изучения их физиологических свойств. Стала очевидной их роль в изменении биологической продуктивности водоемов, так как многие морские формы вызывают эпидемии водорослей, особенно диатомовых. Описаны случаи поражения морской диатомеи из рода ликмофора (Licmophora), приводящие к гибели 50-90% всей популяции.

Особенно большое практическое значение имеют некоторые формы, паразитирующие на наземных высших растениях. Среди них хорошо изучены виды рода ольпидиум (Olpidium), например Olpidium brassicae, вызывающий "черную ножку" капустной рассады (табл. 5). Зооспора этого гриба, имеющая длинный гладкий жгутик, прикрепленный сзади, при попадании на поверхность корня одевается оболочкой, растворяет покровы хозяина и переливает свое содержимое в его эпидермальную клетку. Затем паразит может проникать и в более глубоко расположенные клетки первичной коры. Протопласт паразита в клетке хозяина долгое время не одевается оболочкой. Ядро его многократно делится, и он становится многоядерным, а затем одевается оболочкой и превращается целиком в зооспорангий. Последний образует длинное горлышко, прободающее перегородки клеток хозяина и высовывающееся наружу. Через него и выходят образующиеся в зооспорангии зооспоры, которые производят новые заражения. Такой цикл развития занимает всего несколько дней и может неоднократно повторяться.

При задержке прорастания зооспорангиев выходящие из них зооспоры могут попарно сливаться, т. е. ведут себя как гаметы. При этом половой процесс происходит между зооспорами из разных зооспорангиев (гетероталлизм). Двужгутиковая зигота плавает некоторое время, затем садится на поверхность клетки хозяина, покрывается оболочкой и заражает растение таким же образом, как и зооспора. Но в этом случае протопласт паразита, разрастаясь некоторое время внутри клетки хозяина, одевается толстой звездчатой оболочкой и превращается в покоящееся образование - цисту, прорастающую многочисленными зооспорами лишь после периода покоя (рис. 8). Заражение растений происходит обычно после появления семядолей или первых листьев, главным образом в парниках, в случае избыточной влажности. Стебель пораженного растения темнеет, становится тоньше, нередко загнивает. Растение поникает и обычно гибнет.

Рис. 8. Возбудитель 'черной ножки' капусты (Olpidium brassicae): 1 - зооспорангии в клетке хозяина; 2 - зооспоры; 3 - протопласты и покоящиеся споры паразита в клетках хозяина

Основные меры борьбы с "черной ножкой" заключаются в том, чтобы не допускать излишней загущенности посева и избыточной влажности почвы, обеспечивать необходимую вентиляцию воздуха в парниках. При появлении болезни можно насыпать на почву слой мелкого чистого песка толщиной 2-4 см, чтобы выше места поражения могли развиваться придаточные корни, применяют также дезинфекцию почвы формалином, кипятком и т. п., используют плодосмен.

Недавно стало известно, что зооспоры ольпидиума переносят болезнетворные вирусы, вызывающие заболевание растений.

Практическое значение имеют также грибы рода ольпидиум, заражающие корни табака, клевера, горошка, льна, люцерны и некоторых других растений. У зооспор О. trifolii, О. viciae обнаружен положительный хемотаксис, т. е. движение по направлению к выделениям корней их растений-хозяев.

В настоящее время известно более 20 видов рода ольпидиума. Их морфологические признаки очень сходны, поэтому чаще всего их различают по тому субстрату, на котором они развиваются. Возможно, многие из них представляют собой физиологические формы или расы О. brassicae (или других видов).

Растения-хозяева грибов этого рода очень разнообразны. Они встречаются на водорослях (О. endogenum, О. entophytum), водных грибах (О. allomycetos, О. rhizophlyctidis), беспозвоночных животных (О. rotiferum, О. nematodeae).

Другой род хитридиевых грибов, имеющий особо важное практическое значение,- синхитриум (Synchytrium). Основное его отличие от предыдущего рода заключается в том, что в цикле развития видов этого рода вместо одного зооспорангия развивается от пяти до девяти, скученных вместе (сорус).

Круг хозяев синхитриума очень широк, но все они относятся к высшим наземным растениям. В большинстве случаев при поражении синхитриумом на листьях, черешках, стеблях пораженных растений развиваются небольшие черные или коричневые бородавочки - галлы, представляющие собой вздутия клеток эпидермиса, внутри которых находится паразит.

Важнейший вид рода - Synchytrium endobioticum - причина рака картофеля: вызывает появление на клубнях бугристых наростов или опухолей, напоминающих губку или молодую цветную капусту. Образование раковых наростов начинается чаще всего с глазков клубней. По мере разрастания они увеличиваются в размерах, нередко значительно превышая величину самих клубней, постепенно буреют, чернеют и разрушаются (табл. 5).

Опухоль образуется после того, как зооспора садится на молодой клубень и переливает в клетку его эпидермиса свое содержимое; под воздействием паразита эта клетка разрастается, а соседние клетки эпидермиса и мякоти клубня начинают усиленно делиться, причем оболочки их одревесневают.

Паразит внутри клетки увеличивается в размерах, затем одевается двухслойной оболочкой и превращается в так называемую летнюю цисту. Вскоре она прорастает, образуя в выросте или в пузыре, выходящем из нее, сорус из 5-7 или даже 9 зооспорангиев, в каждом из которых содержится около 300 зооспор. От давления разрастающихся соседних клеток зооспорангии выдавливаются из пузыря, а затем и из разрушающихся тканей клубня, зооспоры освобождаются и могут, в свою очередь, заражать другие клетки клубня и другие клубни.

В течение лета образование зооспор может происходить неоднократно. Осенью в клубнях образуются покоящиеся цисты с толстыми одревесневшими оболочками. Они зимуют в клубнях и могут очень долго сохраняться в почве (до 20 лет) и при благоприятных условиях прорастают, образуя зооспоры (без соруса).

Кроме опухолей, известны и другие формы рака, например листовидная, при которой сильно разрастаются глазковые чешуйки клубня в виде скопления уродливых мясистых листочков. Паршеобразная форма рака характерна развитием на поверхности клубня язвочек и корочек. Гофрированная форма отличается сильно сморщенными клубнями.

Недобор урожая в результате развития рака может достигать 40-60%. Иногда раком поражаются столоны. Тогда клубни могут совсем не образоваться.

Искусственно можно заразить и другие растения из того же семейства пасленовых: некоторые сорта томатов, белену, черный паслен, сладко-горький паслен и др. Возможно, что и в природных условиях различные виды семейства пасленовых могут быть растениями - хозяевами возбудителя рака картофеля.

Впервые рак был описан в Венгрии в 1896 г., однако настоящая родина паразита еще неизвестна. Вскоре заболевание быстро распространилось по всей Западной Европе, а в 1918 г. и в США. В настоящее время оно встречается в Европе (повсеместно), в Северной и Южной Америке, Японии, Южной Африке. В нашей стране благодаря хорошей карантинной службе рак долго не появлялся. В 1939-1940 гг. в связи с присоединением к СССР западных областей Украины и Белоруссии отдельные очаги заболевания оказались и на территории нашей страны. Позднее болезнь продвинулась дальше на восток.

В настоящее время в Европе насчитывается 7 физиологических рас возбудителя рака картофеля, поражающих устойчивые сорта. Особенно вредоносна так называемая Тюрингская раса, обнаруженная в Германии в 1941 г.

Основная мера борьбы с раком картофеля - выведение устойчивых сортов. Это мероприятие успешно осуществляется, так как устойчивость к раку встречается у диких и у культурных видов и представляет собой доминантный признак. В настоящее время имеется много сортов картофеля, устойчивых к раку (к наиболее распространенным расам паразита): Берлихинген, Остботе, Кобблер, Имандра, Веселовский, Агрономический, Трудовой, Звеньевой, Катюша, Темп, Разваристый, Фитофтороустойчивый и др. К Тюрингской расе устойчивы немногие сорта: Октябренок, Камераз № 1.

Другая мера борьбы - обеззараживание почвы. Обычно это производят нитрафеном (2-2,5%-ный раствор при норме расхода 20 л на 1 м³) или хлорпикрином (0,3-0,5 кг на 1 м³), для чего в настоящее время имеются специальные машины. Применяют также севооборот (пропашные культуры, содержание почвы под черным паром).

Есть данные о том, что можно стимулировать прорастание долго сохраняющихся в почве цист паразита с тем расчетом, чтобы потом обеззаразить почву. Для этого в почву вносят зеленые удобрения (люпин, клевер), органические удобрения (особенно птичий помет).

В природе широко распространены и другие грибы рода синхитриум: в средней полосе европейской части СССР S. mercurialis - на пролеске, S. anemones - на ветренице; в Крыму и на Кавказе S. taraxaci - на одуванчике. Эти виды образуют, как уже говорилось, мелкие коричневые бородавочки на поверхности листьев и стеблей пораженных растений. У первых двух видов известны только толстостенные цисты, прорастающие пузыревидным выростом, образующим сорус зооспорангиев, а у S. taraxaci - и летние и зимние цисты. Летние цисты формируют внутри сорус зооспорангиев (без пузыревидного выроста), а зимние - прорастают прямо зооспорами.

Некоторые грибы из рода синхитриум отличаются чрезвычайно широким кругом хозяев. Так, S. macrosporum в США (штат Техас) способен заражать 767 видов растений из 509 родов, относящихся к 141 семейству!

Более высокоразвиты по сравнению с представителями родов ольпидиум и синхитриум в отношении строения вегетативного тела - представители некоторых других родов, например ризофидиум (Rhizophydium), живущие как сапрофиты или паразиты на разнообразных растительных и животных субстратах (рис. 9). По количеству видов (более 100) это наиболее крупный род хитридиевых грибов. Некоторые виды его имеют большое практическое значение, например R. planctonicum, паразитирующий на планктонной диатомовой водоросли астерионелла (Asterionella formosa). В результате массовых поражений, вызванных этим грибом, уменьшается общее количество колоний этой водоросли и количество клеток в пораженной колонии.

Рис. 9. Хитридиевые. Вверху - ризофидиум (Rhizophydium); 1 - таллом с ризоидами на клетке водоросли; 2 - зооспорангий и выход спор; 3 - половой процесс. В середине - макрохитриум (Масrochytrium): 1 - таллом с ризоидами; 2 - выход зооспор. Внизу - кладохитриум (Cladochytrium): 1 - таллом с собирательными клетками; 2 - таллом с зооспорангиями

Жизненный цикл представителей ризофидиум можно рассмотреть на примере хорошо изученного вида R. couchii, паразитирующего на видах водоросли спирогира. Зооспоры этого гриба садятся на поверхность нити спирогиры, покрываются оболочкой и впускают внутрь клетки тонкие ветвящиеся нити ризомицелия. В пораженной клетке нити спирогиры исчезают пиреноиды, гидролизуется крахмал, цитоплазматическая мембрана с хлоропластами сжимается, отстает от стенок и концентрируется вокруг внедрившегося в клетку ризомицелия. Тело бывшей зооспоры увеличивается в размерах, и, когда все содержимое клетки спирогиры оказывается разрушенным и потребленным, оно превращается в зооспорангий. При половом процессе два незрелых таллома (один из которых больше, а другой - меньше), сидящих рядом, функционируют как гаметангии и сливаются, образуя в большем из них покоящуюся клетку (см. рис. 9).

В ходе эволюции хитридиевых грибов ризомицелий становится все более и более развитым. У некоторых форм, например у паразита особей водоросли эвглены - полифагуса (Polyphagus euglenae),- он разрастается на большом протяжении от округлого тела, бывшей зооспоры, и может захватывать более 50 эвглен своими ответвлениями. Концы ризомицелия внедряются в поражаемые клетки (рис. 10). Интересно, что зооспоры Polyphagus euglenae направляются к скоплениям эвглен не без участия находящейся вблизи ядра зооспоры золотистой капельки - глобулы, являющейся, по-видимому, фоторецептором.

При бесполом размножении из разросшейся бывшей зооспоры, одетой оболочкой, вырастает удлиненный мешковидный зооспорангий до 275 мкм длиной, в котором формируется несколько сотен зооспор.

При недостатке пищи наступает половой процесс. Из меньшего экземпляра (по-видимому, мужского) по направлению к большему (женскому) тянется длинный вырост, вздувающийся на конце в удлиненный пузырь с шиповатой оболочкой (рис. 10). В этот пузырь и переходит содержимое мужской и женской особей. Зигота отделяется перегородками и превращается в покоящуюся спору. Весь процесс длится около 12 ч. Зигота прорастает обычно только через несколько месяцев, образуя мешковидный зооспорангий (рис. 10).

Рис. 10. Гриб полифагус эвгленовый (Polyphagus euglenae): вверху: 1 - зооспора; 2 - ризомицелий, внедрившийся в эвглен; 3 - тело бывшей зооспоры. Внизу - половой процесс: 1-2 - слияние мужской (меньшей) и женской (большей) особей; 3 - зигота; 4-8 - прорастание зиготы с образованием зооспорангия

Вегетативное тело одного из хитридиевых грибов - макрохитриума (Macrochytrium botrydioides) - уже достигает значительных размеров. Этот сапрофит развивается в воде на загнивающих плодах и ветвях в европейских странах и в США. Обычно такой субстрат быстро покрывается другими грибами и бактериями, поэтому зооспора Macrochytrium botrydioides, приплыв к субстрату и осевши на него, некоторое время ползает амебообразно, по-видимому, в поисках места, удобного для прикрепления ("свободного"). Наконец она останавливается, одевается оболочкой и дифференцируется на короткую, сравнительно толстую центральную ось и ветвящиеся ризоиды, отходящие от ее основания. Сбоку, близ вершины главной оси, начинает развиваться боковая ветвь, берущая начало от маленькой клетки, отделяющейся от основной клетки изогнутой перегородкой, вроде линзы или часового стеклышка. Эта боковая ветвь в дальнейшем сдвигает в сторону верхушку главной оси, сама сильно раздувается на конце и образует здесь огромный зооспорангий, одетый толстой гладкой оболочкой, видимый простым глазом. Длина его достигает почти 1 мм, а ширина - 0,75 мм! На вершине зооспорангия образуется крышечка, которая откидывается, и содержимое медленно выходит наружу, одетое тонкой оболочкой. Когда оно достигнет размеров половины зооспорангия, эта оболочка разрывается и освобождает около тысячи зооспор с одним задним жгутиком (рис. 9).

Половой процесс и покоящаяся стадия у макрохитриума неизвестны.

У некоторых хитридиевых грибов, паразитирующих на высших растениях, по длине ризомицелия имеются местные расширения, состоящие из одной или нескольких клеток с одним ядром в каждой, так называемые собирательные клетки. Они образуются таким образом: зооспора на подходящем субстрате одевается оболочкой и прорастает в ткань хозяина, образуя гифу ризомицелия, которая вздувается на конце. В это вздутие и переходит ядро зооспоры, делится там, и между двумя ядрами во вздутии образуется перегородка. Гифа начинает расти дальше, и в нее переходит ядро дистальной клетки. На конце гифа опять вздувается и т. д. Обычно эти вздутия (или собирательные клетки) отделяются от гиф перегородками. Каждая собирательная клетка может развиваться в гифу мицелия или превращаться в зооспорангий, выпускающий зооспоры через длинную шейку, выставляющуюся наружу, или образовать на коротком выросте толстостенную покоящуюся цисту.

Такое хорошо развитое вегетативное тело дает возможность довольно широкого захвата тканей хозяина, простираясь на значительное число клеток. Это характерно, например, для Cladochytrium tenue, паразитирующего на листьях и стеблях ирисов, аира, частухи, манника и других болотных и водных растений (рис. 9).

Половой процесс и покоящиеся цисты у этого и некоторых других грибов рода кладохитриум неизвестны.

Для рода физодерма (Physoderma), разнообразные представители которого паразитируют на болотных, а некоторые - на сухопутных растениях, характерно не только наличие собирательных клеток на ризомицелии, но и смена поколений. Цикл развития хорошо изучен у Physoderma lycopi - паразита, образующего бородавки на надземных частях Lycopus americanus. Когда зооспора этого гриба попадает на поверхность листьев или стеблей растения-хозяина, она одевается оболочкой, образует ризомицелий в клетке эпидермиса и вскоре превращается в гаметангий. Гаметы из разных гаметангиев (внешне такие же, как зооспоры) попарно сливаются и образуют зиготу, внедряющуюся в ткани растения-хозяина и разрастающуюся там в ризомицелий с собирательными клетками. На коротких выростах собирательных клеток в конце концов развиваются многоядерные толстостенные цисты, которые, после периода покоя и разрушения не только гиф паразита, но и ткани растения-хозяина, прорастают. При этом верхняя часть оболочки цисты - крышечка - отскакивает, а содержимое выходит наружу в виде тонкостенного пузыря, выпускающего зооспоры. И они вновь вырастают в эфемерные гаметангии.

Из рода физодерма особенно интересен гриб Physoderma zeae maydis на кукурузе (табл. 5). Он был известен в жарких, тропических странах, первоначально в Индии, откуда, по-видимому, был завезен в Северную Америку и распространился на юге США. В 1935 г. он был обнаружен на Кавказе, в окрестностях города Поти. Этот гриб поражает листья и листовые влагалища кукурузы, вызывая их отмирание. На пораженных участках хорошо заметны ярко-зеленые пятна с черными язвочками, окруженные разлитыми крупными зонами красного (от антоциана) цвета. В их черных тканях содержится масса бурых крупных цист, очень похожих на споры головневых грибов. При прорастании крышечка цисты отскакивает и зооспоры освобождаются, как описывалось выше (табл. 5).

Таблица 5. Хитридиевые грибы-паразиты: 1 - 'черная ножка' капустной рассады (возбудитель - Olpidium brassicae): внешний вид больного растения и клетка с паразитом; 2 - рак картофеля (возбудитель - Synchytrium endobioticum): внешний вид поражения и клетка с паразитом; 3 - стебель и лист кукурузы, пораженные физодермозом (возбудитель - Physoderma zeaemaydis)

В природе зрелые цисты прорастают обычно в воде, скапливающейся на листьях и особенно в пазухах листьев кукурузы. При разрезе через пораженную ткань в клетках хорошо видны ризомицелий и собирательные клетки. Предполагали, что у этого вида имеются только цисты. Однако было доказано, что можно получить и наружные гаметангии, помещая зооспоры в висячие капли на листья.

Некоторые микологи выделяют из рода физодерма род урофликтис (Urophlyctis), на цистах которого образуется венчик позднее отваливающихся ветвистых нитей, а цисты прорастают, образуя не один, а сорус зооспорангиев. К этому роду относятся, в частности, встречающийся в СССР U. pulposum - паразит на лебедовых, а также U. leproides, образующий объемистые наросты на корнеплодах свеклы, U. alfalfae, вызывающий появление галлов на молодых побегах люцерны. Оба последних вида распространены в США, а в СССР не встречаются.

В природе существуют формы, сходные с хитридиевыми, подвижные стадии которых имеют передний перистый жгутик. Это гифохитриевые грибы (Hyphochytriales),которые в настоящее время выделяют в самостоятельный класс.

Интересно, что общее направление эволюционного процесса в пределах гифохитриевых параллельно ходу эволюции хитридиевых, а именно: от видов с плазмодиальными телами к видам с ризомицелием. Среди них имеются как сапрофиты, так и паразиты, главным образом пресноводных и морских водорослей, водных грибов и беспозвоночных животных. Можно указать на гифохитриум (Hyphochytrium peniliae), вызывающий массовую гибель планктонного рачка Penilia avirostris.