Фітоалексинів - «інстинкт» самозбереження рослин

Хвороби вражають не тільки людей і тварин, а й рослини, - про це люди знають уже з найдавніших часів. Однак про причини і механізм цих хвороб довгий час не мали жодного уявлення. Не було відомо і те, чи здатні рослини захищатися від збудників захворювань, подібно до того, як це роблять тварини, що виробляють антитіла і антитоксинів, або бактерії і грибки, які синтезують антибіотики.

На рубежі XIX і XX століть деякі фітопатологи, користуючись технікою вакцинації, запозиченої з медицини, намагалися довести, що рослини теж мають подібні захисними механізмами. Однак ці спроби виявилися безуспішними.

Тому до порівняно недавнього часу прийнято було вважати, що рослини не можемо чинити опір хворобам активно, шляхом особливої захисної реакції. Повсюдне поширення набули теорії «гноблення харчування», згідно з якими нормальному розвитку паразита в стійких проти нього рослинних організмах перешкоджає просто недолік або відсутність необхідних поживних речовин або ж наявність універсальних захисних речовин, наприклад фенольних сполук. Таким чином рослина або не дає повноцінного харчування мікроби, або «навмисне» труїть його своїми отрутами.

Відео: Вижити в екстремальних ситуаціях. Інстинкт самозбереження (2016)

Інший підхід до вирішення проблеми намітився на початку 20 століття. Виявилося, що патогенний грибок, що викликає широко поширені у хлібних злаків поразки - мільдью та іржу, міститься і в тих рослинах, які стійкі до цього захворювання. Але у них уражені тканини передчасно гинуть, і одночасно зростання паразита припиняється. Такий захисний механізм спостерігали і в багатьох інших випадках, але пояснення він тоді ще не отримав.

Обгрунтованість концепції активного захисного механізму у рослин була доведена через 30 років. Автор висунув припущення, що в клітинах стійкого рослини-господаря, в які проник паразит, утворюється хімічна речовина, що надає антибіотичну дію на паразита. Це речовина отримала назву фітоалексинів. Але до такої захисної реакції здатні лише клітини, заражені грибами або безпосередньо їх оточують.

Відео: Інстинкт самозбереження ні, не чув

Освіта фітоалексинів стимулюється одним або декількома метаболітами, які паразит вводить в клітини рослини-господаря. Слід підкреслити, що освіта фітоалексинів - не єдиний механізм, за допомогою якого рослина захищається від патогенних грибів. Тканина шкірки, наприклад, утворює механічний і хімічний бар`єри проти інфекції. А система фітоалексинів - це, ймовірно, останній «резерв» оборони, який вводиться в дію лише після того, як патогенний організм вступить в фізіологічний контакт з рослиною-господарем, прорвавши інші бар`єри.

Для підтвердження цієї гіпотези необхідно було безпосередньо виявити гіпотетичну речовину в рослинному організмі, а також довести, що його освіту ініційовано (викликано) речовиною, яке виділяє паразит. Досліди, що проводилися на тканинах квасолі, гороху, кінського бобу і червоного стручкового перцю, заражених спорами паразитичних грибів, показали, що в цих тканинах дійсно можна виявити фітоалексинів і навіть виміряти його кількість.

Виявилося, що фітоалексинів утворюється ще до того, як в тканинах рослини-господаря виникають патологічні зміни, - всього через 12 або навіть 6-8 годин після проростання спор паразита. Концентрація захисного речовини поступово зростає, і через 12-24 години зростання паразита зазвичай повністю прекращается- за цей час уражені клітини господаря відмирають.

Що ж являють собою фітоалексини в хімічному відношенні?

Ще в 1940 р автор припустив, що це речовини відносно невеликого молекулярного ваги. Це підтвердили дослідження, проведені австралійськими вченими Перреном, Боттомлі і Круйкшенком. Вони визначили хімічну структуру двох фитоалексинов - пізатіна, отриманого з гороху (Pisum sativum), і фазеоліна, виділеного з квасолі (Phaseolus vulgaris).

Загальним для обох є вуглецевий скелет, утворений як ароматичної, так і алифатической групами. Однак є й істотна відмінність: наприклад, гідроксильна група в пізатіне з`єднана з алифатической частиною молекули, а в фазеоліна - з ароматичної.

Наскільки ефективно дію фитоалексинов? Експерименти показали, що вже 0,003-відсотковий розчин пізатіна повністю припиняє проростання спор гриба-паразита Sclerotinia. Гіфи ж грибавиявилися до нього ще більш чутливими. Розчин такої ж концентрації надавав аналогічну дію і на мікроорганізми інших видів.

Як же відбувається взаємодія між господарем і паразитом? Потрапляючи на поверхню рослини-господаря, гриб-паразит виділяє метаболіти, які швидко проникають в клітини господаря. Там вони активують якусь систему ферментів, викликаючи утворення і виділення фітоалексинів, який спочатку накопичується в клітинах господаря. Коли концентрація фітоалексинів досягає певної величини, він починає виділятися в навколишнє середовище до тих пір, поки концентрації «вільного» фітоалексинів всередині клітини і поза її не зрівняються. У цей момент процес припиняється.

Це відкриття має важливе практичне значення. Багато фрукти і овочі під час зберігання дуже схильні до атак грибів. Їх опірність, мабуть, залежить саме від освіти фитоалексинов. А воно, як показали експерименти, в свою чергу, залежить від віку тканин і температури навколишнього середовища. Цілком можливо, що майбутні дослідження допоможуть збільшити «фітоалексинів потенціал» овочів і фруктів і тим самим зменшити їх псування при зберіганні.

Крім того, розкриття будови пізатіна і фазеоліна показало, що ці антибіотики, які мають широкий спектр ефективності, відрізняються невеликим молекулярною вагою.