В последние годы вопросы защиты сельскохозяйственных растений в системе возделывания культур выдвигаются на передний план и являются особенно актуальными, так как уровень развития патогенной микрофлоры в почве и на семенном материале достиг критического значения. Ущерб, причиняемый сельскому хозяйству патогенными микроорганизмами, растет из года в год. Односторонний подход в решении данного вопроса не приводит к положительным результатам [1, c. 5-7].
Стоимость ежегодных потерь урожая от заражения культурных растений и загрязнения продуктов урожая при хранении токсинообразующими грибами и их токсинами (ядами), снижения продуктивности и падежа сельскохозяйственных животных, потребляющих загрязненные корма, составляет в США более 20 млрд. долларов. В России этот ущерб оценивается в среднем в 500 млн. рублей, но в годы массового распространения в посевах токсигенных грибов (как в 1992-1993 гг.) может составлять до 1,5 млрд. рублей в год. По данным ФАО, ежегодные потери сельскохозяйственной продукции, связанные с ее контаминаций токсигенными грибами и микотоксинами, составляет 16 млрд. долларов. Десять лет назад они оценивались в 2 млрд. долларов в год [2].
Микотоксины – это метаболиты микроскопических плесневых грибов, являющиеся особо опасными токсическими веществами, загрязняющими корма и пищевые продукты. Высокая опасность микотоксинов выражается в том, что они обладают токсическим эффектом в чрезвычайно малых количествах и способны весьма интенсивно диффундировать в глубь продукта. Микотоксины по своим химическим свойствам относятся к различным химическим классам и имеют молекулярную массу от 200 до 500 kD. В настоящее время из кормов и продуктов питания выделено около 250 видов плесневых грибов, большинство из которых продуцирует высокотоксичные метаболиты, в том числе около 300 микотоксинов. Существует предположение, что с биологической точки зрения микотоксины выполняют в обмене веществ микроскопических грибов функции, направленные на выживание и конкурентоспособность в различных экологических нишах [3, c.640, 4, c. 21-26].
Важнейшими продуцентами микотоксинов являются представители 5 родов: Asperegillus, Penicillium, Fusarium, Alternaria и Claviceps
В последнее время все большее внимание исследователей привлекают к себе микотоксины, продуцируемые широко распространенными микроскопическими грибами рода Alternaria. Токсигенные штаммы Alternaria и продуцируемые ими токсины обнаружены в зерновых культурах, семенах хлопчатниках, орехах пекан, в некоторых фруктах (цитрусовые, яблоки), томатах и продуктах их переработки.
Одной из характерных физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов является их способность использовать для роста и развития в качестве питания углеродсодержащие субстраты и различные соединения азота. Известно, что не все источники одинаково благоприятны для развития микроорганизмов.
По изучению физиолого-биохимических свойств Alternaria, а именно определение активности использования источников углерода (глюкоза, сахароза, мальтоза, лактоза, маннит) и азота (сульфат аммония (NH4SO4), азотнокислый калий (KNO3), гидрофосфат аммония (NH4)2HPO4) благоприятное воздействие на рост и развитие штаммов оказывает питательная среда с добавлением сахарозы, мальтозы в качестве источника углерода.
Для Alternaria tenuis характерны колонии (КА – картофельный агар, 25º С) вначале могут быть от оранжево-розовых до светло-серых, впоследствии от темно-серых до светло-оливковых, пушистые или шерстистые; скорость роста умеренная. Гифы септированные, от светло- до темно-коричневых. Конидиеносцы коричневые, прямые или слегка изогнутые, длиной до 50 мкм, с 1-3 септами, с одной или несколькими апикальными порами. Конидии золотисто-коричневые, по 10 или больше в длинных, ветвящихся цепочках, разнообразные по форме (яйцевидные, обратнобулавидные, обратногрушевидные), с апикальным носиком (не больше одной трети длины конидии) или без него. Конидии муральные, с 3-8 поперечными и 1-2 продольными перегородками, гладкостенные или с небольшими выпуклостями, 18-63×7-18 мкм [5, c.32].
Гриб Alternaria tenuis поражает колосья зерновых. Гриб проникает в зародышевую часть. Чаще всего он встречается в плодовой оболочке над зародышем, реже в эндосперме.
Заболевание становится заметным после цветения. На колосьях появляется темный бархатистый налет. Налет может быть и на семенах. У пораженного зерна чернеют ткани в области зародыша. Семена с черным зародышем, как правило, самые крупные и хорошо выполненные.
Вредоносность болезни заключается в том, что больные семена имеют очень низкую энергию прорастания и часто теряют всхожесть. Из недозрелых семян с черным зародышем развиваются ослабленные растения, сильнее поражающиеся корневой гнилью. Большое количество зерен с черным зародышем в партии зерна изменяет цвет муки, ухудшает товарную ценность и хлебопекарные качества.
Фитотоксичность штаммов устанавливается путем культивирования гриба в жидкой среде Чапека для образования наибольшего количества токсина, по методу биопроб на проростках пшеницы [6, c.98].
Отбор проростков пшеницы проводился путем микроскопирования семян (х 32) после суточного замачивания их в воде. Затем здоровые проростки замачивали в культуральной жидкости (КЖ) грибов в концентрации 1:1 в течение 24 часов. В качестве контроля использовали семена, замоченные в воде. Фитотоксичность определяли по угнетению длины ростков и корешков и их массе. В результате было выявлено, что угнетающее действие культуральной жидкости грибов в основном проявляется в задержке роста и развития корешков.
Наблюдалось негативное влияние культуральной жидкости мицелиальных грибов на всхожесть семян (таблица). Токсичность КЖ грибов по мере увеличения экспозиции повышалась, и во всех вариантах снижалось всхожесть семян.
Таблица – Влияние культуральной жидкости грибов на всхожесть семян растений пшеницы
Культуральная жидкость грибов | Экспозиция 7 суток | Экспозиция 14 суток | Экспозиция 21 сутки | |||
всхо-жесть,% | токсич-ность,% | всхо-жесть,% | токсич-ность,% | всхо-жесть,% | токсич-ность,% | |
Контроль, вода | 100 | 0 | 100 | 0 | 100 | 0 |
Alternaria tenuis 19 | 75 | 15 | 70 | 20 | 40 | 50 |
Alternaria tenuis 26 | 75 | 25 | 60 | 30 | 45 | 60 |
Alternaria alternata 152 | 80 | 20 | 70 | 25 | 60 | 35 |
На 7 сутки культивирования токсичность КЖ штамма Alternaria tenuis 26 колебалась в пределах 20-25%, на 14 сутки токсичность усиливалась и достигала 25-30%, на 21 сутки 50-60%. Исследованные штаммы грибов рода Alternaria tenuis 26 обладали высоким токсическим эффектом и снижали всхожесть до 60%. Аналогичная картина отмечалась у остальных грибов.
Токсичность КЖ усиливается с увеличением времени культивирования грибов, например, при замачивании семян пшеницы КЖ и экспозиции 21 сутки во всех вариантах почти отсутствовал рост и развитие растений.
Следовательно, в культуральной жидкости грибов Alternaria содержатся токсические вещества, ингибирующие рост и развитие проростков пшеницы. Последнее негативно сказывается на всхожести семян, и, как следствие, приводит к падению урожайности.
Культуральная жидкость, содержащая токсические метаболиты патогенных грибов родов Alternaria может быть применена в качестве селектирующего агента в традиционной селекции по выведению иммунных сортов пшеницы к отмеченным возбудителям.
Библиографический список
- Менликиев М.Я., Сатубалдин К.Н., Салангинас Л.А., Никитин С.Б. Интеграл. Рекомендации. Екатеринбург, 2002.
- Монастырский О. Грибы начали охоту на людей. 2000. http://www.businesspress.ru/newspaper/article_mId_37_aId_58725.html.
- Саттон Д., Фотергилл А., Рианльди М. Определитель патогенных и условно патогенных грибов. Изд-во «Мир». 2001.
- Рудаков О.П. Микофильные грибы и их биология и практическое значение. М: Наука, 1981.
- Нечаев А.П. Пищевая химия. СПб.: ГИОРД, 2003.
- Григорьева Р.З. Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания. Уч. Пособие. Кемерово, 2004.