Фитонциды и фитоалексины

Фитонциды, согласно определению Токина [1966], обладают «бактерицидными, фунгицидными и протистоцидными свойствами, производимые растениями как один из факторов иммунитета, играющих роль в взаимодействиях организмов в биоценозах» (стр. 20). Фитонцидная активность растений демонстрируется многими давно известными фактами, относительно взаимного воздействия растений друг на друга – снижение активности жизни в некоторых и стимуляция в других. Экспериментально показано, что летучие фитонциды пшеницы и овса стимулируют прорастание пыльцевых зерен люцерны, а с другой стороны, летучие фитонциды тимофеевки оказывают ингибирующее действие.

Сначала было предложено, чтобы фитонциды были летучими веществами, образованными растениями при травматизации. Позднее, однако, стало очевидно, что нетравматизированные растения также образуют фитонциды, которые могут быть как летучими, так и нелетучими. Обнаружение фитонцидов связано с великими достижениями современной биологии. Но теперь нет никаких сомнений в том, что все растения, без исключения, обладают фитонцидностью. Противоречие результатов в литературе, вызывающей фитонцидную активность одних и тех же растений, объясняется тем, что она зависит от многочисленных изменений в физиологическом состоянии растительных тканей, которые не всегда учитываются. Например, удельный вес фитонцида сосны в двадцать раз выше летом, чем осенью [Коваленок, 1944]. Раздражение растения с хлорозом может снизить эффективность фитонцидов в десять-пятнадцать раз [Джапаридзе и Канчавели, 1948].

Роль фитонцидов в явлениях иммунитета растений была изучена Д. Д. Вердеревским и его коллегами на протяжении многих лет. На основе собственных исследований и обзора литературы Вердеревский [1959] пришел к выводу, что в защиту живого организма растений против производителей паразитарных болезней и комплекса распада сапрофитных микробов их фитонцидные свойства представляют первостепенную важность. Однако экспериментальное доказательство этого очень важного вывода осложнено серьезными технологическими трудностями, поскольку химическая природа фитонцидов до сих пор недостаточно изучена. Результаты исследований, посвященных химии фитонцидов, были обобщены Дроботько и др. [1958], который отметил, что фитонциды включают различные алкалоиды, эфирные масла, полифенолы и другие соединения.

Вердеревский [1957] разработал и использовал метод изучения фитонцидов. Определение летучих фракций фитонцидов, в описательной фразе Козо Полянского [1946], первая линия защиты растений, проводилась путем изучения влияния свежезамороженных растительных тканей или извлеченного из них сока на их прорастание и рост споры микроорганизмов. Эксперименты проводились в чашках Петри или смотровых стеклах, на дне которых помещался экспериментальный растительный материал, а на крышке - спора суспензии подходящего микроорганизма. Для изучения фитонцидной активности нелетучих фракций были использованы различные способы диффузии сока из экспериментальной установки в агаровую среду, высеваемую микробом. Изучение совместного действия летучих и нелетучих фракций фитонцидов проводилось прорастанием спор в каплях сока, извлеченным из растения, и помещалось в чашки Петри, на дне которых была целлюлоза из грунтовых тканей.

С помощью этого метода было показано, что активность рН инфицированной растительной ткани выше, чем у интактной ткани, где для устойчивых сортов растений эти различия оказались намного больше, чем у восприимчивых [Вердеревский, 1964]. Эксперименты проводились со многими растениями и различными патогенами. Таким образом, в устойчивых разновидностях кукурузы, зараженной мятой, а также винограда, зараженного плесенью, активность фитонцидов почти удвоилась, и этот уровень поддерживался в течение долгого периода времени. В восприимчивых сортах первоначальный рост активности был заменен резким спадом. При заражении томатов вирусом табачной мозаики наблюдалась корреляция между размножением вируса и противовирусной активностью.

Важность исследований заключается, прежде всего, в том, что они убедительно доказали тесную связь между сопротивлением растений и их активность фитонцидов зависит от наличия антибиотических веществ.

Вместе с тем возникает ряд вопросов, особенно в отношении причин увеличения фитонцидной активности растений в ответ на инфекцию: связано ли это с ростом фитонцидов, присутствующих в тканях, даже до контакта с паразитом или с образованием новых антибиотических веществ, появляющихся только в ответ на контакт с паразитом? Ответы на эти вопросы ждут дальнейшего изучения химической природы отдельных фитонцидов, характерных для разных видов растений.

Многие работы были посвящены изучению антибиотических субстанций, происходящих из растительных тканей, в ответ на инфекцию от так называемых фитоалексинов.

За сравнительно короткое время было выделено и определено химически идентифицировано несколько фитоалексинов. Это дало Крейкшенку (1963), один из ведущих исследователей фитоалексинов, основания для утверждения в том, что в настоящее время нет необходимости прояснять природу устойчивости растений при наличии какого-то гипотетического и еще неидентифицированного вещества. И хотя такая оценка роли фитоалексинов в иммунитете растений, является, по нашему мнению, преувеличина, значение исследований трудно переоценить.

Теория фитоалексинов возникла в 1940 году на основе экспериментов по заражению клубней картофеля с вирулентной и авирулентной расой Phytophthora infestans. авторы этих исследований, Мюллер и Боргер (1940), сформулировали свои выводы следующим образом:

1. Фитоалексин можно охарактеризовать как фактор, специфичный для растения, которое образуется de novo или при активации через контакт растительных клеток с паразитом. Фитоалексин развивается в процессе некротического действия и является причиной смерти паразита.

2. Фитоалексины могут возникать только в живых растительных клетках.

3. Фитоалексины представляют собой химические вещества, которые являются продуктами некроза клеток-хозяев растений.

4. Фитоалексины неспецифичны по отношению к грибам, но разные грибы восприимчивы к ним в различной степени.

5. Устойчивые и восприимчивые растения проявляют сходную качественную реакцию на инфекцию; разница между ними ограничивается скоростью образования фитолексинов.

6. Реакция защиты сконцентрирована в тканях, содержащих паразит и в тканях, непосредственно прилегающих к точке заражения.

7. Скорость формирования фитоалексина, характерного для данного растения, определяется его генотипом.

Эти семь условий, в основе которых лежит современная теория фитоалексинов, были сформулированы, когда существование этих соединений все еще было только подозрением, не было выделено ни одного из них и не было идентифицировано химически. С тех пор прошло двадцать пять лет, и приведенные выше утверждения не устарели, хотя в последнее время было получено много новых данных об изоляции, идентификации и характеристиках фитоалексинов многих растений.

До настоящего времени появление противогрибковых веществ наблюдалось при заражении сладким картофелем, орхидеей, ячменем, морковью, картофелем, репой, зеленым перцем, рисом и другими растениями. Из них выделены и химически идентифицированы: ипомеамарон, писатин, орсин, изокумарин, трифолихизин и фазовый оллин.

Первым, кто был изолирован, в 1943 году, был ипомеамарон, который появился при заражении сладкого картофеля Ceratosto - mella fimbriata. Он был идентифицирован как 2-метил-2-(4-метил-2 - оксипентил-5-(3-яровый) - тетрагидрофуран [Кубота и Матсура, 1953].