индуктор устойчивости картофеля к фитопатогенам

Формула изобретения

Применение ферментных препаратов, воздействующих на клеточную стенку растений, в качестве индуктора устойчивости картофеля к фитопатогенам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, фитопатологии и защите растений от болезней и может быть использовано для уменьшения потерь при выращивании и хранении картофеля.

Для защиты растений от болезней широко используются различные химические вещества - фунгициды, действие которых направлено на подавление развития микроорганизмов - возбудителей заболеваний. Для борьбы с фитофторозом и другими болезнями применяются фунгициды, которыми опрыскивают растения при появлении первых признаков болезней - бордосская жидкость, хлорокись меди, цирам, каптан, купрозан, ридомил [1] . Широкое применение получил фунгицид цинеб, который используется для борьбы с фитофторозом, ранней сухой пятнистостью [2] . Число обработок определяется сроками появления болезней и степенью устойчивости к ним картофеля. Для обезвреживания клубней и семян от инфекций проводят протравливание посадочного материала ТМТД, формалином и другими химическими веществами [3] .

Главным недостатком использования пестицидов является вызываемое ими нарушение экологии и биосферы со всеми вытекающими отсюда последствиями.

В настоящее время в литературе имеются сообщения о биогенных индукторах, выделенных из микроорганизмов и индуцирующих защитные реакции растений [4] . Их действие, в отличие от фунгицидов, направлено не на уничтожение возбудителей болезней, а на индуцирование механизмов естественной устойчивости растений, что способствует сохранению экологического равновесия окружающей среды.

Известен индуктор защитных реакций, выделенный из штамма Fusarium culmorum ВСБ-927 [4] (прототип), который индуцирует защитные реакции картофеля. Перед посадкой клубни картофеля обрабатывали спиртовым экстрактом Fusarium culmorum в концентрации 0,5-1% сухого вещества. Экстракт обладал биологической активностью, повышая устойчивость картофеля к заболеваниям, вызываемым фитопатогенными микроорганизмами. Однако этот препарат имеет ряд недостатков: 1) получение препарата состоит из двух этапов: a) экстракция биомассы этиловым спиртом; б) его последующее удаление. Это достаточно дорогостоящий и экономически невыгодный процесс; 2) высокие концентрации используемого препарата (0,5-1% сухого вещества).

Целью изобретения являются поиски индуктора механизмов устойчивости картофеля, являющегося доступным, используемого в малых концентрациях, не оказывающего влияния на окружающую среду и повышающего устойчивость картофеля к болезням и механическим поранениям и т. п.

В качестве индуктора, отвечающего этим требованиям, можно использовать ферментные препараты, воздействующие на клеточную стенку растений, например целлюлозу, целлобиогидролазу, пектиназу и др. , при этом свойства индуктора проявляют как очищенные, так и технические препараты. Для установления индукторного действия используемых препаратов определяли их влияние на: образование антибиотиков-фитоалексинов (ФА) и раневой перидермы (пример 1); индуцирование локальной устойчивости дисков клубней картофеля к фитофторозу (пример 2), локальная устойчивость - развивается в тканях, контактирующих с индуцирующим препаратом; индуцирование системной фитофтороустойчивости клубней картофеля (пример 3). Системная устойчивость - распространяется на ткани растений, непосредственно не контактирующие с препаратом.

П р и м е р 1. С целью выявления защитных реакций картофеля, определяющих устойчивость клубней к различным неблагоприятным факторам (инфицированию патогенами и механическим поранениям) (Метлицкий Л. В. , Озерецковская О. Л. Как растения защищаются от болезней. М. : Наука, 1985) изучали способность исследуемых индукторов вызывать в клубнях образование индуцируемых антибиотиков (ФА), формирование перидермы на механически пораненной поверхности (табл. 1).

ФА картофеля ришитин определяли методом инфекционных лунок (Озерецковская О. Л. и др. Методы современной биохимии. М. : Наука, 74-77, 1975).

Способность ферментных препаратов влиять на образование раневой перидермы оценивали микроскопически. С этой целью диски диаметром 16 мм и высотой 5 мм, вырезанные из паренхимной части клубней картофеля, обрабатывали ферментными препаратами различной концентрации (50 1 на каждый диск). В качестве контроля использовали диски, обработанные водой или ацетатным буфером. На срезах, полученных из дисков, под микроскопом подсчитывали число слоев в перидермальных комплексах.

Все приведенные в табл. 1 препараты обладали способностью стимулировать образование перидермы на поверхности механических поранений. С уменьшением концентрации стимулирующее действие возрастало. Образование раневой перидермы является самой распространенной в растительном мире защитной реакцией. Сформированная раневая перидерма является барьером, защищающим растение от неблагоприятных воздействий, в том числе и проникновения фитопатогенных микроорганизмов.

Что касается ФА, то из данных табл. 1 видно, что все ферментные препараты в той или иной степени вызывали образование ришитина в концентрации 0,05% сухого вещества и не индуцировали его в концентрации 0,005% . Согласно развиваемой концепции (Озерецковская О. Л. , Чалова Л. И. , Чаленко Г. И. и др. , Изв. АН СССР, сер. биол. , N 1, 23-32, 1986), соединения, индуцирующие ФА в больших концентрациях, в малых - индуцируют болезнеустойчивость растительной ткани, подготавливая ее, таким образом, к встрече с инфекцией. Обработанная малыми концентрациями индуктора растительная ткань либо содержит небольшое количество ФА, либо не содержит их вовсе, зато приобретает способность быстро и интенсивно их синтезировать в ответ на контакт с паразитом, что делает ее устойчивой. С целью обнаружения способности малых концентраций ферментных препаратов вызывать болезнеустойчивость картофеля был проведен следующий опыт.

П р и м е р 2. С целью обнаружения индуцирующих свойств определяли способность препаратов целлюлазы и пектиназы различной степени чистоты, а также высокоочищенных ферментов из этих препаратов повышать устойчивость тканей клубней к возбудителю фитофтороза. Для этого водные растворы препаратов в нескольких концентрациях наносили на стандартные диски, вырезанные из паренхимы картофеля (диаметр 16 мм, высота 5 мм), по 50 1 на диск. Через 2 ч на обработанную поверхность наносили суспензию зооспор совместимой и несовместимой рас Р. infestans в концентрации 10⁵ спор/мл. Диски инкубировали во влажной камере, после чего срезы, полученные из них, оценивали под микроскопом. . Об индуцировании болезнеустойчивости судили по подавлению развития инфекции (по количеству некротизированных клеток в зараженных тканях клубней, несовместимой расой 3,4 и по глубине проникновения гриба при инфицировании расой 1,3) (табл. 2).

Данные, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что ферментные препараты в очень низких концентрациях повышают устойчивость тканей картофеля, что выражается в ингибировании развития гриба на 30-50% . Диапазон действующих концентраций, как очищенных, так и технических препаратов находится в пределах от 0,0008 до 0,005% сухого вещества, в то время как прототип-индуктор из Fusarium culmorum ингибировал развитие патогена на 30-45% в концентрации активного начала от 0,5 до 1% на сухое вещество, т. е. на 3 порядка.

П р и м е р 3. Для оценки индуцирующих свойств препарата крайне важна его способность вызывать системный защитный эффект. Для этого поверхность интактных клубней картофеля опрыскивали растворами ферментных препаратов в концентрациях 0,005; 0,0015 и 0,0008% из расчета 40 мл препарата на 1 кг клубней. Клубни высушивали и хранили при 4^оС в течение трех недель. Затем из клубней вырезали диски, расположенные на различном расстоянии от поверхности, поскольку все диски клубней, независимо от их расположения к поверхности обработки, в течение трех недель сохраняли фитофтороустойчивость. Диски инфицировали совместимой и несовместимой расами фитофторы.

Данные микроскопического анализа (табл. 3) показали, что все испытанные ферментные препараты обладают свойствами системных индукторов.

Таким образом, применение ферментных препаратов, действующих на клеточную стенку растений, в качестве индукторов защитных реакций картофеля позволяет повысить устойчивость картофеля к фитофторозу на 30-50% . При этом все ферментные препараты используются в очень низких концентрациях, что упрощает транспортировку препаратов и удешевляет процесс обработки картофеля. Диапазон действующих концентраций препаратов в пределах одного порядка также упрощает их использование.

Возможным объяснением защитного механизма ферментов, действующих на растительную стенку, может быть гипотеза Альберсхейма (Эльберсгейм П. , Дарвилл А. Г. , - В Мире Науки 1985, N 11, 16-23), об образовании под их воздействием так называемых олигосахаринов - низкомолекулярных фрагментов растительных полисахаридов, обладающих мощным регуляторным действием на клетку растений.