Odolnost proti háďátkům |

Hlístice neboli škrkavky patří k nejpočetnějším a nejrozšířenějším mnohobuněčným živočichům. Zástupci asi poloviny druhů žijí v půdě nebo ve vodním prostředí, zatímco zbytek parazituje na zvířatech včetně lidí a na rostlinách. Háďátka parazitující na rostlinách patří k nejnebezpečnějším a ekonomicky nejvýznamnějším škůdcům zemědělských plodin: celosvětové ztráty na úrodě z nich se odhadují na 77 miliard dolarů ročně!

V Rusku se studium fytoparazitických háďátek provádí v Parazitologickém centru Institutu ekologie a evolučních problémů pojmenovaném po něm. A.N. Severcovův ústav patologie rostlin Ruské akademie věd (Moskva) a Všeruský výzkumný ústav fytopatologie Ruské akademie zemědělských věd. Zde se vyvíjejí diagnostické soupravy pro molekulárně genetickou identifikaci nejvýznamnějších fytoparazitických háďátek, vznikají perspektivní a ekologicky bezpečné biopreparáty na ochranu rostlin a také transgenní odrůdy brambor, cukrové řepy a řepky, které jsou odolné vůči kořenovým cystotvorným háďátkům.

Hlístice neboli škrkavky patří k nejpočetnějším a nejrozšířenějším mnohobuněčným živočichům na naší planetě: tvoří asi 4/5 biodiverzity celého živočišného světa! Zástupci asi poloviny druhů háďátek žijí v půdě nebo ve vodním prostředí, ale zbytek vede parazitický způsob života, což představuje velký problém pro zemědělství a lékařství.

V roce 1914 slavný biolog, „otec“ americké nematologie, N. Cobb napsal: „. kdyby veškerá hmota ve vesmíru, kromě háďátek, během okamžiku zmizela, náš svět by byl stále nejasně rozpoznatelný: mohli bychom hádat, kde jsou hory, kopce, údolí, řeky, jezera a oceány, jen pomocí tenkého filmu háďátek. Bylo by také možné určit polohu měst, protože každé společenství lidí by odpovídalo shluku určitých háďátek. Podél neexistujících ulic a uliček by stromy stále stály jako přízračné stíny. Rostliny a zvířata by zůstaly rozlišitelné, a pokud bychom měli dostatečné znalosti, mohli bychom v mnoha případech dokonce přesně určit jejich druh studiem parazitických háďátek, kteří je kdysi obývali“ (Cobb, 1914, s. 472).

Biologická rozmanitost hlístic je skutečně úžasná: v tomto smyslu je mezi všemi zvířaty předčí pouze hmyz. Navzdory své malé velikosti obsadili háďátka téměř všechny ekologické niky, kde je i malé množství vody: od horských svahů Himálaje až po dnové sedimenty Mariánského příkopu; od horkých afrických pouští po studené půdy Arktidy a Antarktidy; od kůží drobného hmyzu až po vnitřnosti vorvaně.

Z více než 24 40 popsaných druhů háďátek je přibližně 44 % volně žijících a živí se bakteriemi, houbami, prvoky nebo i jinými háďátky. Asi 2002 % háďátek však parazituje na zvířatech, včetně lidí, a zbytek je do té či oné míry spojen s rostlinami. Téměř všechny nám známé vyšší rostliny mohou být hostiteli jednoho nebo více druhů parazitických háďátek (Lambert & Bekal, XNUMX).

Cíl je rostlina

Rostlinná parazitická háďátka (tzv fytoparazitický nebo fytopatogenní) patří celosvětově mezi nejnebezpečnější a ekonomicky nejvýznamnější patogeny zemědělských plodin. Hostitelské rostliny těchto háďátek zahrnují mnoho důležitých potravinářských a krmných plodin, včetně obilí, zeleniny a luštěnin, stejně jako okrasné a květinové plodiny. Podle některých odhadů se celosvětové ztráty na úrodě způsobené parazitismem háďátek na rostlinách odhadují na více než 77 miliard USD ročně (Sasser & Freckman, 1987)!

V Rusku je známo asi 150 druhů parazitických háďátek, které ovlivňují vegetativní (výhonky a kořeny) a generativní (semena a plody) orgány rostlin z různých čeledí. Některé z těchto háďátek jsou navíc také přenašeči houbových, bakteriálních a virových chorob, které zvyšují jejich negativní dopad na infikované rostliny.

Hlístice jsou po hmyzu druhou nejrozmanitější skupinou v živočišné říši. Rostlinná parazitická háďátka se od sebe morfologicky liší jen málo, snad kromě velikosti (od 0,5 do 5,0 mm). Červovité tělo larev háďátek je speciálně uzpůsobeno pro pohyb půdními kapilárami nebo mezibuněčným prostorem rostlinné tkáně. Hlavní rozdíly se týkají projevu změn v rostlinných orgánech (příznaky poškození), které jsou viditelné pouhým okem. Hlístice kořenového způsobují tvorbu uzlů (hálek); listová háďátka často tvoří mozaiku na listech způsobenou odumíráním některých buněk mezi žilkami listu; Migrující kořenoví parazité mohou stimulovat „vousatost“ kořenů, tj. tvorbu velkého počtu malých postranních kořenových větví; háďátka přenášející viry infikují rostliny specifickými viry, které následně způsobují chlorózu listů, která se projevuje v podobě jejich bizarního žloutnutí

Bohužel metody kontroly počtu a škodlivosti háďátek parazitujících na rostlinách nejsou v současnosti příliš rozmanité. Vysoce účinné chemické nematocidy mají pro svou toxicitu škodlivý vliv na životní prostředí včetně lidského zdraví, proto je jejich použití v zemědělství omezené. Použití biologických přípravků na bázi bakterií a hub patogenních pro háďátka, stejně jako specializované predátory, není vždy ekonomicky opodstatněné.

Nejdostupnější metodou je dnes stále prevence fytohelminthiázy uplatňováním opatření k omezení šíření háďátek ze zdroje infekce (karanténní opatření), stejně jako takové zemědělské postupy, jako je pěstování odolných odrůd a vědecky podložené systémy střídání plodin.

Poznejte svého nepřítele zrakem!

Jedním z důležitých bodů při ochraně rostlin před škodlivými háďátky je jejich správná a včasná diagnostika. Pouze přesnou identifikací zástupce háďátek v každém konkrétním případě můžeme doporučit určitá ochranná opatření, která sníží ztráty na úrodě.

Dnes existují tři hlavní metody diagnostiky háďátek. První (klasický) způsob identifikace využívá řadu morfologických znaků a morfometrických ukazatelů. Podle vzhledu je možné rozlišit zástupce různých čeledí, rodů nebo skupin háďátek. K identifikaci háďátek na úrovni druhu se používají kvantitativní charakteristiky jako délka a šířka těla, délka styletu, jícen, reprodukční systém atd. Hlavním nástrojem klasické metody identifikace háďátek jsou mikroskopy a speciální referenční knihy (diagnostické klíče).

Moderní molekulární metoda identifikace háďátek je založena na studiu struktury jednotlivých úseků jejich genomu. Je třeba poznamenat, že právě volně žijící háďátko Caenorhabditis elegans se ukázalo být prvním mnohobuněčným živočichem, jehož genom byl kompletně „přečten“ (Sekvence genomu háďátka C. elegans…, 1998).

Každý rok je k dispozici stále více informací o nukleotidových sekvencích různých genů parazitických a volně žijících háďátek. Dnes, po provedení řady docela rutinních postupů, jako je extrakce DNA, polymerázová řetězová reakce s vizualizací výsledků v agarózovém gelu, lze s jistotou posoudit příslušnost zkoumaného jedince ke konkrétnímu druhu.

NA OTČENSKÉ FRONTĚ Před téměř půl stoletím slavný sovětský fytohelmintolog A. A. Paramonov (1968) napsal: „Studium tajemství mimořádného úspěchu háďátek – těchto většinou malých zvířat – je jedním z důležitých problémů moderní zoologie a celého národního hospodářství.“
Byl to Paramonov, kdo v roce 1952 založil první Helmintologickou laboratoř Akademie věd SSSR, jejímž účelem bylo studovat různé aspekty života parazitických rostlinných háďátek. Dnes tuto vědeckou „štafetu“ převzala pojmenovaná laboratoř fytohelmintologie Parazitologického centra Ústavu ekologie a evolučních problémů. Ústav patologie rostlin A. N. Severtsova Ruské akademie věd a Laboratoř diagnostiky fytopatogenních organismů Všeruského výzkumného ústavu fytopatologie (VNIIF) Ruské akademie zemědělských věd.
Práce na studiu rostlinných parazitických háďátek se zde provádějí ve třech hlavních oblastech: studium biodiverzity háďátek v Rusku a sledování rozšíření hlavních typů fytoparazitických háďátek; vytváření systémů molekulární identifikace pro háďátka s použitím rodově a druhově specifických primerů pro PCR; studium biologie háďátek a mechanismů odolnosti rostlin vůči háďátkům (Pridannikov et al., 2009).
Výsledkem usilovné a dlouhodobé práce byla monografie „Fytoparazitické háďátka Ruska“ vydaná doktorem biologických věd. S. V. Zinovieva, která předkládá obrovské množství informací o biodiverzitě parazitických háďátek rostlin u nás, nashromážděných za posledních čtyřicet let.
Na VNIIF byla vytvořena sbírka živých kultur fytoparazitických háďátek, která slouží jako základ pro základní výzkum fylogeneze háďátek a aplikovaný výzkum odolnosti zemědělských plodin vůči háďátkům.
Pro sjednocení metod identifikace háďátek byly vyvinuty diagnostické soupravy pro molekulárně genetické stanovení pomocí PCR takových významných zemědělských druhů parazitů, jako jsou háďátka bramborová (Globodera rostochiensis a G. pallida), háďátka obilná (Heterodera avenae, H. filipjevi atd.), háďátka kořenová (Meloidogyne, M., M. javanica, mnoho dalších druhů, M. javanica, incognita).
Studium biologie fytoparazitických háďátek je nemožné bez studia jejich hostitelů – rostlin a také jejich vztahů. Obrovské množství materiálu o mechanismech odolnosti rostlin vůči háďátkům a využití těchto mechanismů při ochraně rostlin před háďátky umožnilo vyvinout řadu nadějných biopreparátů pro ochranu zemědělských rostlin před těmito parazity, jako je imunocytofyt (na bázi kyseliny arachidonové) a agrohit (na bázi chitosanu).
Kromě toho byly vytvořeny transgenní odrůdy brambor, cukrové řepy a řepky, do kterých byl vložen gen odpovědný za rezistenci rostlin vůči cystotvorným háďátkům (Dzhavakhiya et al., 2007).

Třetí, tzv. bioindikátorová metoda, slouží především k rozdělení jednoho druhu parazitických háďátek do patotypů, tedy do samostatných vnitrodruhových skupin, odlišujících se odlišnou patogenitou ve vztahu k různým druhům nebo odrůdám rostlin. Například háďátko bramborové Globodera rostochiensis má pět známých patotypů, zatímco blízce příbuzný druh Globodera pallida má tři. Všechny tyto patotypy se liší schopností reprodukovat se na různých genetických liniích brambor.

Stanovení patotypu háďátek je velmi důležitým bodem šlechtitelské práce pro vytvoření kultivovaných odrůd rostlin odolných vůči háďátkům. Vytváření odrůdy, která je odolná pouze vůči jednomu patotypu parazita, je marné, protože může být napadena jiným, agresivnějším patotypem.

Vzájemná evoluce parazitických háďátek a jejich hostitelských rostlin po miliony let připomíná závody ve zbrojení: rostliny si vyvíjejí stále sofistikovanější obranné mechanismy (například zahušťování krycích tkání nebo zvýšení syntézy „antibiotik“ – fytoallexinů), zatímco u háďátek se v souladu s tím vyvíjejí útočné systémy (silný stylet nebo tělesné kryty nepropustné pro fytoncidy).

Svět těchto úžasných tvorů je sám o sobě velmi složitý a zajímavý a studium tajemství mimořádného evolučního úspěchu fytoparazitických háďátek je důležité nejen pro fundamentální vědu, ale také pro praktické účely – zachování světové zemědělské úrody.

V publikaci jsou použity fotografie autora

Pridannikov M. V., Shumilina D. V., Kromina K. A. Studium vztahu mezi háďátky a hostitelskými/nehostitelskými rostlinami pomocí modelového systému suspenzní kultury rostlinných buněk: Proceedings of the III Interregional Scientific. conf. parazitologové ze Sibiře a Dálného východu. Novosibirsk, 2009. s. 226-228.

Fytoparazitická hlístice Ruska / ed. S. V. Zinovieva a V. N. Chizhova. M.: Partnerství vědeckých publikací KMK, 2012.

Cobb N. A. Hlístice a jejich vztahy. //Ročenka Ministerstva zemědělství Spojených států. Ministerstvo zemědělství Spojených států. 1914. str. 457-490.

Lambert K., Bekal S. Úvod do rostlinných parazitických háďátek. //Instruktor zdraví rostlin. DOI: 10.1094/PHI-I-2002-1218-01.

Sasser JN, Freckman DW Světový pohled na nematologii: role společnosti. // Pohledy na nematologii: Připomínka 1987. výročí Společnosti nematologů /eds. Veech JA, Dickson DW Hyattsville, MD: Společnost nematologů, 7. s. 14–XNUMX.

: 29. září 2014 , Moje NSU , roč. 57/58, №3/4

Vzhledem k tomu, že rezistence vůči škůdcům má složitější strukturu než rezistence vůči chorobám, je nutné z mnoha hodnoticích parametrů vybrat takový, který nejoptimálněji a nejspolehlivěji odráží odrůdovou specifičnost více než vliv faktorů okolní bioty a abioty.

Hlístice jsou nitkovité škrkavky, které jsou sotva viditelné pouhým okem. Patří mezi nejhojnější skupiny živočichů, a to jak počtem druhů, tak počtem jedinců. Háďátka jako škůdci obilných luštěnin se vyskytují v mnoha zemích. Poškozují kořeny, některé druhy poškozují i ​​nadzemní část rostliny. Rostliny napadené háďátky se stávají citlivějšími k dalším biotickým a abiotickým stresům, jako je sucho apod. Zároveň se snižuje intenzita fixace dusíku a snižuje se obsah bílkovin v semenech. Hlístice interagují s jinými půdními patogeny a zvyšují tak zátěž nemocí.

Příznaky napadení háďátky jsou nespecifické: zakrnění, žloutnutí a špatný výnos. V našich skleníkových pokusech jsme při výsevu do půdy infikované háďátky pozorovali úplné odumírání rostlin několika odrůd a hybridů hrachu a nealkaloidní lupiny vícelisté (Lupinus polyphyllus).

Bylo identifikováno několik rodů háďátek, které poškozují obilné luštěniny.

Háďátko kořenové (Meloidogyne) — nejrozšířenější skupina druhů. Jeden z druhů endoparazitických (přisedlých) háďátek, M. artiellia, je přizpůsoben zimnímu období v oblasti Středozemního moře. Má omezený rozsah hostitelů, včetně luštěnin, obilovin a brukvovitých druhů.

Z luštěnin je nejvíce poškozena cizrna, které se na kořenech tvoří drobné hálky. Prahové limity pro háďátka jsou 0,14 a 0,02 vajíček na 1 cm3 půdy pro zimní a jarní výsev. Jedno vejce na 1 cm3 stačí ke zničení rostlinné kultury. M. incognita a další druhy v teplém období mohou poškodit fazol obecný a hrách, když se vysévá brzy na podzim.

Nematoda cysta (Heterodera) — endoparazitické (přisedlé) háďátko, velmi odolné díky ochraně vajíček ve stádiu cysty. Po fázi květu lze na kořenech pozorovat samičky citronového tvaru. Dva druhy, H. goetingiana a H. ciceri, se vyskytují ve středomořských zemích. První druh silně ovlivňuje hrách, bob obecný, hrách a vikev. Toleranční limit pro Heterodera je 0,5 a 0,8 vajec na 1 g půdy pro hrách a fazole. Úplná smrt rostliny je zaznamenána, když je na 32 g půdy více než 1 vajec.

H. ciceri parazituje na cizrně, čočce, hrachu a vikvi, na kterých zcela dokončí jednu generaci za rok. Je běžný v luštěninách v Turecku, Sýrii, Jordánsku a Libanonu. Toleranční limit je 1 a 2,5 vajec na 1 g půdy pro cizrnu a čočku. Výnos cizrny je snížen o 50 % při 8 a zcela zničen při 32 vejcích/g půdy.

Kromě výše uvedených rodů poškozují v řadě oblastí světa porosty luskovin na zrno druhy háďátek z rodů Ditylenchus a Pratylenchus. Druh D. dipsaci je endoparazit, který napadá nadzemní části rostlin hrachu a fazolu, zejména v Maghrebu a na Středním východě. Parazit způsobuje deformace a poškození stonků, listů a fazolí a přežívá ve 4. juvenilním stádiu v semenech, jiných částech rostlin a půdě a je schopen vytvořit několik generací za sezónu na různých druzích, včetně plevelů.

K identifikaci zdrojů rezistence k háďátku sóji (H. glycines Ichin.) v podmínkách oblasti Amur v Rusku byly provedeny testy ve 3 etapách: 1. a 2. – utracení citlivých vzorků; 3. – analýza zbývajících vzorků za kontrolovaných podmínek s rovnoměrnou invazivní zátěží. V první fázi byly rostliny sóji pěstovány ve 4litrových polyetylenových pytlích naplněných zeminou odebranou z přirozeného zdroje napadení háďátkem sóji a zaryt do země. Invazivní zátěž byla 30–37,5 larev na 1 g půdy. Jako standard byla použita náchylná odrůda VNIIS-1, vysévaná každých 50 čísel. Opakování bylo dvojnásobné, doba trvání experimentu byla 45 dní. Po tomto období byl spočítán počet bílých samic na kořenech.

Stůl 1
Stupeň stability byl stanoven podle následující stupnice:

Ve druhé fázi byly vzorky se skóre poškození 0–2 testovány trojmo; Ve třetí, konečné fázi, byly izolované vzorky sóji pěstovány v 500 ml vegetativních nádobách v písku se zálivkou Pryanishnikovovou živnou směsí v 5násobném opakování. Invazivní zátěž byla 37,5 larev na 1 g půdy. Hodnocení bylo provedeno po 45 dnech. S tak drsným pozadím bylo z 2000 studovaných vzorků sóji identifikováno 7 zdrojů vysoké odolnosti vůči háďátkům se skóre poškození 0-2.

V experimentech jiných výzkumníků byla metodika hodnocení odlišná. Aby se vytvořilo přísné infekční pozadí pro hodnocení odolnosti sóji vůči háďátku, naočkovali Rao-Arelli & Anand každou sazenici 1000 vajíčky a juvenilními larvami rasy 3 ve skleníku. Po 30 dnech byly kořeny omyty a byl spočítán počet bílých samic.

Odolnost proti cystotvornému háďátku lze posoudit podle stupně tvorby cyst na kořenech nebo podle rozsahu poškození. V laboratorních podmínkách se semenáčky pěstují mezi vrstvami vlhkého filtračního papíru a každá se naočkuje kapkou suspenze larev háďátek a poté se hodnotí stupeň poškození.

Byly provedeny experimenty ke studiu reakce různých genotypů sóji na dvou populacích háďátek, schopnost reprodukce a poměr samců a samic po kolonizaci rostlin. Bylo zjištěno, že rostliny různých linií mají různé účinky na poměr pohlaví, na základě čehož se předpokládá, že existují geny rezistence, které převážně potlačují vývoj samců nebo samic. Kombinace takových genů v jednom genotypu, například u odrůdy Peking, prudce snižuje celkovou velikost populace háďátka. Navrhuje se, aby se při šlechtění sóji na odolnost vzal v úvahu především vliv rostlin na samce. Abawi & Jacobsen studovali vývoj a patogenitu populace parazitů na odrůdě sóji Amsoy 2 a odrůdě fazole obecného California Light ve skleníkových podmínkách na půdě infikované rasou 3 háďátka sójového při t=22–23 °C. V důsledku toho bylo zjištěno, že larvy stejně aktivně pronikají do kořenů svých rostlinných druhů a vyvíjejí se v nich do pohlavně zralého stadia, přičemž samci nové generace se objevují 71. den, mladé samice 14. den a samice s vajíčky a cystami 18. a 21. den po infekci. Hustota vajíček a larev v půdě po 32 týdnech byla u sóji a bobů téměř stejná – 6 a 114 vajíček/cm121 půdy. Byla zjištěna negativní korelace mezi počáteční hustotou a hmotností rostlin sóji.

Žádná taková korelace nebyla pozorována u fazolí.