Как растения защищаются от болезней
Шрифт:
Под электронным микроскопом удалось увидеть, что стенка клетки в том месте, где к ней прикрепляется бактерия, сильно изменена, а пленка, окружающая бактерию, как бы выходит из места повреждения клеточной оболочки.
События, предшествующие прикреплению бактерии, развивались следующим образом. На внутренней стороне клеточной стенки, как раз там, где находится бактерия, начинали скапливаться пузырьки (везикулы), которые, по всей вероятности, и транспортируют обволакивающий бактерию материал. Бактериальные клетки как бы попадают в ловушку, которая захлопывается. Разве это не напоминает лист росянки, покрытой капельками слизи, к которым прилипают невезучая муха или комар,
Удалось показать, что прикрепление бактерии к клеточной стенке происходит с помощью лектина растения. Лектин табака и картофеля связывается с N-ацетил-D-глюкозамином, который присутствует в большинство оболочек грибов и бактерий. В случае Р. solanacearum лектин прикрепляется к липополисахариду, который находится на наружной мембране бактерий.
По-видимому, на иммобилизованную бактерию начинают затем воздействовать ингибиторы, поступающие из погибшей клетки. Ведь легче попасть в неподвижную мишень, чем в движущуюся. К тому же в месте прикрепления бактерии проще создать локальную токсичную концентрацию ингибиторов.
Иммобилизация бактерий на клеточной стенке растения, помимо ее обездвиживания, преследует и другую не менее важную цель — распознавание клеткой растения чужеродного начала в лице проникающего патогена. Обволакивание и прикрепление бактерий служит обязательным этапом в распознавании. Однако эта тема специальной главы, которую вам еще предстоит прочесть.
Что же происходит с вирулентной бактерией? Вот в том-то и дело, что с ней ничего не происходит. Она преспокойно питается содержимым клеток, размножается и распространяется по тканям растений. И причиной всему та самая экстрацеллюлярная слизь, выделяющаяся бактерией наружу и не позволяющая растению ни прикрепить бактерию, ни распознать ее.
До сих пор речь шла об участии лектинов в защите растения от фитопатогенов при несовместимой комбинации паразита и хозяина. Однако в целом ряде случаев связывание поверхностей взаимодействия растения и паразита посредством лектина является условием, необходимым для их совместимости. Особенно ярким примером этому служат симбионтные взаимоотношения корней растений семейства бобовых с клубеньковыми бактериями из рода Rhizobium.
Аэробные бактерии из этого рода, обитая сапрофитно в почве, образуют слизистые нити, которые проникают в корни бобовых растений через корневые волоски. Клетки корня в ответ на проникновение увеличиваются в размерах и делятся, в результате чего возникают корневые клубеньки. Бактерии проникают в клетки растения, где окружаются мембраной и образуют бактероиды. На этой стадии защитные реакции затихают и отношения партнеров становятся симбиотическими. Клубеньковые бактерии, неспособные усваивать азот воздуха пока они ведут сапрофитный образ жизни, попав в корневые клубеньки, начинают интенсивно фиксировать азот. Образующиеся при этом аминокислоты частично достаются растению.
Каждому виду бобовых соответствует своя бактерия. Так, один вид Rhizobium специфичен к сое, другой — к клеверу и т. д. Растение как бы «узнает» свой вид бактерий. Вернее, узнает не растение, а его лектины, которые связывают углеводные рецепторы на поверхности клеток только подходящего вида бактерий. Иными словами, образование или необразованно клубеньков у растения определяется тем, узнает или не узнает его лектин соответствующие углеводные группировки на поверхности бактерий. Если узнает, клубеньки образуются и азот фиксируется, если не узнает, ничего не получится.
На конечной стадии бактерии размножаются и покидают растение, а оставшиеся бактероиды перевариваются растительной клеткой и
Существует много видов Rhizobium, специализированных к различным видам бобовых. Наиболее хорошо исследованы две системы симбионтов: это соя и ее специфический симбионт Rhizobium japanicum, а также клевер и R. trifoli. Даже в этих двух системах лектины локализованы по-разному, хотя и выполняют одну и ту же роль притягивания поверхностей растения и бактерии. У сои лектин находится на поверхности корневых волосков. А вот у клевера лектин выделяется из корней наружу и служит как бы мостиком между сходными углеводными группировками на поверхности клеток бактерий и соответствующего ей растения. Однако в том и другом случае лектин растения узнает свою бактерию и притягивает ее к себе.
Итак, две, казалось бы, противоположные функции лектинов во взаимодействии растения с фитопатогенами и симбионтами основаны на процессе притягивания и распознавания микроорганизмов. Только в первом случае (фитопатогены) распознается несовместимость, в результате чего происходит СВЧ-реакция и гибель паразита, а во втором — возникает, наоборот, совместимое взаимодействие. Однако и в том и в другом случаях функция лектинов приносит очевидную пользу растению: избавляя его от поражения патогеном в первом и обеспечивая снабжение азотом во втором случае.
Чтобы покончить с ролью лектинов в процессе защиты растения, следует еще рассказать о небольшой группе токсических лектинов, хотя об этом, скорее, следовало бы говорить в разделе антибиотических веществ. Речь идет о двух токсических лектинах семян — абрине и рицине, которые рассматриваются как своеобразная защита от поедания этих семян животными и насекомыми. Устойчивые к действию гидролитических ферментов, эти лектины вызывают нарушение функции всасывания в кишечнике, повышая его проницаемость для бактериальных токсинов и продуктов гниения.
ФИТОНЦИДЫ
Кто из нас не испытывал на себе благотворное влияние леса, парка, сада, поля — наших давних и верных зеленых друзей, по праву называемых царством жизни и красоты. Растения не только снабжают нас пищей и энергией, не только пополняют запасы кислорода в атмосфере, которые отнюдь не беспредельны, они исцеляют нас от самых разнообразных болезней. О целебном действии многих растений знал еще первобытный человек. На использовании лекарственных растений основана народная медицина. Известна старая русская поговорка «лук от семи недуг». Во многих странах простудные заболевания и сейчас часто лечат домашним способом путем вдыхания распаренных растений, например лаванды, картофельной кожуры, шелухи овса и т. д. Многим эмпирическим наблюдениям народных лекарей сейчас дано научное обоснование. Современная медицина широко использует растения для получения разнообразных лекарств. И тем не менее далеко не все лечебные свойства растений еще раскрыты, многие из них продолжают оставаться тайнами живой природы.
В конце 20-х годов нынешнего столетия важное открытие сделал профессор Борис Петрович Токин. Его исследования показали, что растения выделяют вещества, способные задержать развитие и даже убивать микроорганизмы, вызывающие болезни животных и самих растений. Он назвал эти вещества фитонцидами (от греческого фитон — растение и латинского цедере — убивать) и охарактеризовал как «продуцируемые растениями бактерицидные, фунгицидные, протистацидные вещества, являющиеся одним из факторов их иммунитета и играющие роль во взаимоотношениях организма в биоценозах»[15].