В научной систематике бактерий, вызывающих болезни растений, выделяют истинные бактерии, актиномицеты и фитоплазмы. Отличительная особенность актиномицетов – способность формировать разветвленный мицелий. Фитоплазмы характеризуются потерей постоянной формы ввиду отсутствия клеточной стенки. Патогенные бактерии, поражающие растения, бывают всеядными и специализирующимися на одной либо нескольких культурах.
Бактерии (Дробянки) являются прокариотами — одноклеточными безъядерными микроорганизмами с осмотическим типом питания. Фитопатогенные бактерии относятся к четырем отделам (филам): Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Tenericutes, которые, в свою очередь, делятся на порядки, семейства, роды. Большинство бактерий имеют тройные латинские названия, указывающие на род, вид и патовар (pv.) или подвид (subsp.). Для фитоплазм приняты английские названия. Ранее была принята классификация Берджи, по которой бактерии разделяли на систематические группы в основном в зависимости от окраски по Граму, подвижности, симптоматике и кругу растений-хозяев, отношению к кислороду, ферментативных и ряда других свойств. В настоящее время классификация во многом базируется также на генетических особенностях, выявляемых молекулярными методами.
Отделы бактерий-возбудителей заболеваний растений
В отделе Proteobacteria — гетерогенной по морфологическим, физиологическим и биохимическим свойствам группе грамотрицательных болезнетворных бактерий растений — в порядке Xanthomonadales (подвижные монотрихи и лофотрихи) находятся роды Pseudomonas и Xanthomonas, вызывающие обычно некрозы, например, при угловатой пятнистости листьев огурца — P. syringae pv. lachrymans, черном бактериозе пшеницы — X. translucens pv. translucens.
Сопутствующими симптомами могут быть увядание, язвы, редко опухоли. Бактерии рода Agrobacterium (A. tumefaciens) из порядка Rhizobiales (подвижные, с единичными жгутиками) обитают в почве, заражают корни или подземные части растений, вызывая образование опухолей, например при раке свеклы, корневом раке саженцев плодовых культур. Наиболее известные патогены порядка Eubacteriales (подвижные перитрихи) объединены в роды Erwinia, Pectobacterium, Dickeya.
Первый вызывает некрозы (ожог плодовых — Е. amylovora), второй и третий — мокрые гнили (слизистый бактериоз капусты — P. carotovorum subsp. carotovorum), черная ножка картофеля — P. atrosepticum и D. solani).
В порядке Burkholderiales (подвижные, с единичными жгутиками) к числу наиболее вредоносных относятся возбудитель бактериоза лука и чеснока Burkholderia cepacia и объект внешнего карантина Ralstonia solanacearum — возбудитель бурой гнили картофеля и южного увядания пасленовых культур.
К отделу Actinohacteria, грамположительным неспорообразующим неподвижным бактериям, относятся виды рода Clavibacter. У растений они вызывают главным образом сосудистые бактериозы: кольцевую гниль картофеля — С. michiganensis subsp. sepedonicus, бактериальный рак томата — С. michiganensis subsp. michiganensis. К этому же отделу бактерий — возбудителей заболеваний растений относятся актиномицеты. Болезни растений вызывают виды рода Streptomyces (возбудитель обыкновенной парши картофеля — S. scabies).
К отделу Firmicutes — спорообразующие грамположительные подвижные бактерии — относятся виды рода Bacillus, вызывающие бактериальную пятнистость листьев свеклы — В. pumilus, гнили картофеля, яблок — В. megathericum.
К отделу Tenericutes относятся фитоплазмы (микоплазмы), отличающиеся высокой приспособленностью к растению-хозяину, малым размером генома (530-1350 kb) и отсутствием плотной клеточной стенки. Фитопатогены выделены в отдельный род Candidatus Phytoplasma на основании идентичности нуклеотидной последовательности ДНК гена 16S рРНК, составляющей не менее 97,5%.
Фитопатогенные бактерии-паразиты растений
Фитопатогенные бактерии являются факультативными паразитами растений. Фитопатогенные бактерии палочковидной формы (0,5-1,5 х 0,3-0,6 мкм), их клеточная стенка во влажных условиях разбухает, ослизняется и защищает клетку от внешних воздействий. На особенностях строения клеточной стенки бактерий основан важный метод их идентификации — окраска по Граму. Почти все фитопатогенные бактерии — грамотрицательные, а виды родов Clavibacter, Streptomyces и Bacillus относятся к грамположительным. Большинство фитопатогенных бактерий подвижны благодаря наличию полярных жгутиков, реже встречается их перитрихиальное расположение. К клеточной стенке плотно прилегает цитоплазматическая мембрана, состоящая из двойного слоя липидов и белка. Она играет роль осмотического барьера бактериальной клетки. Под цитоплазматической мембраной находится цитоплазма, содержащая внутренние структуры бактериальной клетки (нуклеоид, мезосомы, рибосомы и др.).
Размножение бактерий, вызывающих заболевания растений, происходит простым делением клетки на две части примерно через каждые 20-30 мин, что обеспечивает потенциальную возможность быстрой колонизации растений. Особое значение для проникновения бактерий в растения и их размножения имеют повышенная температура и высокая влажность воздуха или наличие капельно-жидкой влаги на поверхности растения. Бактериям, как и всем живым организмам, свойственна изменчивость. У них постоянно возникают формы с новыми признаками, в т. ч. и патогенными, в результате мутаций, рекомбинаций и горизонтального переноса наследственной информации: трансформации (поглощения ДНК бактерий другого штамма и включения в геном), трансдукции (при помощи бактериофага — вируса бактерии) и конъюгации (передача наследственного фактора из одной клетки в другую).
Патогенные свойства бактерий связаны с активностью их ферментов и токсинов. Большинство фитопатогенных бактерий содержат ферменты, растворяющие срединные пластинки клеточной ткани — пектиназы, протопектиназы, полигалактуроназы. Выделяемые бактериями токсины, воздействуя на растение, нарушают его ферментативные системы и вызывают отмирание или увядание пораженных тканей и органов.
При диффузном, или системном, типе заболевания бактерии проникают в сосудистую систему (сосудистый бактериоз капусты), а при местном, или локальном, — поражается паренхимная ткань отдельных органов (рак свеклы). Часто встречается смешанный диффузно-паренхиматозный тип поражения растений (бактериальный рак томата).
К основным симптомам бактериальных болезней растений относятся некроз (угловатая пятнистость листьев огурца), хлороз (сосудистый бактериоз капусты), гниль, обычно мокрая, с резким запахом (слизистый бактериоз капусты), опухоли (рак винограда) и увядание (бактериальный вилт гвоздики). Хлорозы при бактериозах часто наблюдаются на ранних стадиях заболевания или образуются вокруг некрозов. При высокой влажности воздуха на пораженных бактериями частях появляются капли жидкости или слизи — экссудат, содержащий огромное количество бактериальных клеток. Основной путь проникновения бактерий в растения — через механические повреждения либо через естественные отверстия: устьица, гидатоды, чечевички и цветки. Бактерии передаются от растения к растению ветром, водой, насекомыми, человеком, с орудиями труда, а также при контакте растений. Переносчиками бактерий на далекие расстояния могут быть птицы (бактериальный ожог плодовых).
Сохраняются бактерии в зараженных семенах, многолетних растениях, посадочном материале, в растительных остатках (до полной их минерализации), реже в почве (Agrobacterium tumefaciens, Ralstonia solanacearum) и в теле насекомых (Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum).
Актиномицеты по современной систематике также относятся к бактериям. Они являются важными почвообразователями, могут быть продуцентами антибиотиков, некоторые из них являются факультативными паразитами растений (род Streptomyces). Их клеточная стенка имеет опорный внутренний слой, который придает им определенную форму. В отличие от других бактерий вегетативное тело актиномицетов представлено ветвящимися, лучисто разрастающимися во все стороны тонкими гифами, совокупность которых называют, как и у грибов, мицелием. Размножаются актиномицеты участками мицелия или спорами, образующимися на спороносцах. Актиномицеты преимущественно сохраняются в почве, передаются чаще контактно и неспецифическими переносчиками. Из вызываемых ими болезней наиболее вредоносна обыкновенная парша картофеля и поясковая парша свеклы. Методы диагностики и защиты растений сходны с используемыми для бактериозов.
Фитоплазмы (класс Mollicutes) также относятся к царству Бактерий. Были открыты в 1967 году в Японии. В их систематике происходят значительные изменения, не завершившиеся к настоящему времени. Это мелкие полиморфные бактерии, окруженные трехслойной мембраной, имеющие сферическую, эллипсоидную или неправильную форму размером 25-1000 нм. В отличие от вирусов и вироидов фитоплазмы содержат два типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Концентрируются в элементах флоэмы и цитоплазме клеток.
Ряд болезней, ранее считавшихся вирусными, в настоящее время относят к фитоплазменным. По вызываемым симптомам и воздействию на растения фитоплазмы имеют много общих признаков с вирусами, также являясь облигатными паразитами. При фитоплазмозах нарушаются рост и развитие растений, наблюдается карликовость, хлорозы и мозаика, деформации в виде усиленного побегообразования («ведьмины метлы»). Другие характерные проявления фитоплазменных болезней — патологические изменение строения цветков и плодов, преобразование генеративных органов в вегетативные, угнетение роста и при сильном поражении — гибель растений. Выявлено более 100 фитоплазменных заболеваний.
Наиболее вредоносные из них: столбур пасленовых, желтуха астр, «ведьмина метла» картофеля, «ведьмина метла» люцерны, израстание малины, филлодии клевера, желтуха шелковицы и др. Многие возбудители имеют широкую специализацию, например, возбудитель столбура пасленовых поражает растения этого семейства, а также сорные растения других семейств, например вьюнок, молочай, бодяк.
Переносчиками фитоплазм служат в основном цикадки, листоблошки, трипсы и клещи, в организме которых патогены могут размножаться и сохраняться. Фитоплазмы также могут сохраняться в живых тканях растений: в клубнях, корнеплодах, луковицах, корнях, корневищах, многолетних растениях. В семенах не сохраняются.
Определяют фитоплазмозы и их возбудителей по внешним признакам, реакции на антибиотики тетрациклинового ряда, с помощью электронной микроскопии, растений-индикаторов (барвинка розового Catharanthus roseus), серологическим и молекулярно-генетическими методами (ПЦР и ДНК-зонды). Для единичных фитоплазм применим микробиологический метод с использованием искусственной питательной среды сложного состава.
Диагностика бактериальных инфекций растений
Симптомы некоторых бактериозов (мокрые, с запахом гнили, наросты и др.) настолько характерны, что по ним можно определить заболевание. Если же внешнего осмотра недостаточно, то необходимо провести более детальный анализ пораженных растений. Диагностическим признаком бактериозов является появление на поверхности пораженных растений во влажных условиях экссудата. Для его стимулирования часто используют влажную камеру.
Микроскопический анализ часто сочетают с использованием справочников-определителей, описывающих размеры, морфологические особенности бактерий. Проведение окрашивания (например по Граму) облегчает распознавание бактериальных клеток в ткани растения-хозяина.
Микробиологический метод диагностики бактериальных заболеваний растений заключается в изоляции возбудителя из пораженных тканей на искусственные питательные среды. Бактерии образуют слизистые колонии белой, желтоватой, реже оранжевой или красной окраски, круглой формы с ровными краями и гладкой поверхностью. Необходимо устанавливать патогенность изолятов бактерий триадой Коха, которая включает три основных этапа: выделение возбудителя, заражение растения и снова выделение возбудителя в чистую культуру на питательной среде.
Серологический метод основан на том, что иммунный аппарат теплокровного животного в ответ на введение чужеродного белка (антигена) вырабатывает специфичные к этому белку антитела, с образованием осадка — «серума». Обработанная сыворотка крови животного, которому был введен антиген, служит диагностическим реактивом для обнаружения этого или близкородственного ему белка вируса в клеточном соке исследуемого растения. Разработано несколько модификаций метода; наиболее распространенной, высокочувствительной, позволяющей получать даже количественные оценки, является иммуноферментный анализ (ИФА), основанный на связывании антител (или антигенов) определенными метками — ферментами и проводимый на микроплатах из полимерных материалов с последующей визуализацией результатов на спектрофотометре. Кроме ИФА используют реакцию иммунофлуоресценции. Отличие серологической диагностики бактерий от диагностики вирусов и сложность анализа состоят в том, что у бактериальной клетки имеются не только белки, специфичные для вида, но и белки, общие для рода и семейства бактерий.
Молекулярный метод диагностики бактериальных инфекций растений основан на расшифровке геномов организмов. Наиболее распространенным методом является полимеразная цепная реакция (ПЦР), при которой происходит амплификация (умножение) видоспецифичных последовательностей ДНК. Продукт реакции обнаруживают с помощью электрофореза в агарозном геле или по флуоресценции специального красителя. Для уточнения диагноза в последние годы используется метод расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК (секвенирования) специфичных фрагментов ДНК бактерии.
Защита растений от бактериозов
Для подавления источников инфекции в почве в севообороте исключают на несколько лет поражаемые культуры, проводят борьбу с сорняками-резерваторами. Для ускорения минерализации зараженных растительных остатков их запахивают, обрабатывают специальными препаратами.
Применяют гидротермическую обработку семян и посадочного материала (погружение в воду с температурой 50 °С), протравливание их химическими препаратами (ТМТД, ТМТД плюс), биопрепаратами (фитолавин, планриз). Используют устойчивые сорта. Необходимо выращивать здоровый посадочный материал, который получают при помощи культуры меристемной ткани, термотерапии. Для защиты растений от бактериозов используют биопрепараты на основе антагонистических штаммов бактерий (планриз, бактофит, гамаир), антибиотиков или бактериофагов. Меры защиты от фитоплазм аналогичны тем, которые применяют для борьбы с вирусами и вироидами, с которыми они во многом сходны по патогенезу и инфекционному циклу.
