Бактерии паразиты растений

Природа знает немало случаев изобретательности и жестокости паразитов. Впрочем, биологам уже известно и то, что жертвы паразитов могут использовать нежеланное соседство в свою пользу: к примеру, недавно выяснилось, что эволюционно патогены способствуют появлению новых видов животных.

Одним из наиболее страшных примеров манипуляции хозяйским организмом является поведение червей-волосатиков. Эти паразиты, почуяв, что их «дом» изнашивается, заставляют хозяина стремиться к воде. Там червь проделывает отверстие в теле хозяина и оставляет его умирать, а сам отправляется на поиски другого жилища.

Ещё одним жутковатым примером паразитизма может послужить поведение бактерий фитоплазм, которое недавно изучили биологи из Центра имени Джона Иннеса в Великобритании. Когда растения оказываются заражены паразитическими бактериями, их цветы превращаются в листья, лепестки зеленеют, и они начинают пускать множественные побеги, которые ботаники называют «ведьмины мётлы».

Вследствие всех этих процессов растение стерилизуется, но по-прежнему привлекает сосущих растительный сок насекомых. Вместе с этими насекомыми паразиты и перебираются к новому хозяину.

«Растение со стороны кажется живым, но это исключительно дело рук патогена. В эволюционном смысле такие растения уже можно считать мёртвыми, поскольку они уже не могут производить потомство», — поясняет ведущий автор нового исследования Саския Хогенхут (Saskia Hogenhout).

Команда биологов в ходе исследования пришла к выводу, что бактерии манипулируют своими хозяевами с помощью всего одного белка, называемого SAP54. Он взаимодействует с белком Rad23 у растений, который отправляет молекулы на уничтожение протеасом — центром утилизации отходов клетки.

В рассматриваемом случае, рассказывают исследователи, под прицелом оказываются исключительно те клетки, которые отвечают за создание цветов. Научная статья о необычной стратегии паразитов вышла в журнале PLoS Biology.

То же взаимодействие между SAP54 и белками растения увеличивает потенциальную привлекательность растения для цикадок, которые, как правило, являются главными переносчиками фитоплазм. Учёные обнаружили, что цикадки откладывали больше яиц на заражённых растениях, у которых были цветы-листья, а не нормальные цветки.

Секрет такого поведения опять же кроется в белке SAP54: даже в отсутствии бактерии, растение, обладающее этим белком, становится крайне привлекательных для насекомых. Биологи говорят, что это большая редкость, когда бактерия манипулирует не только организмом своего хозяина, но и насекомыми, которые на него садятся.

В более узком смысле это открытие демонстрирует тесную связь между программой развития растения и его иммунной системой. Хогенхут надеется, что подробное исследование этого процесса поможет не только разработать надёжный метод защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, но и увеличить производительность самих растений.

В будущем та же исследовательская группа планирует изучить влияние и других паразитов на растения. К примеру, ржавчинные грибки вида Puccinia monoica также стерилизует своего хозяина и формирует на нём ярко-жёлтые псевдоцветы, заполненные грибковыми клетками. Насекомые садятся на эту подделку и, сами того не ведая, переносят грибки на другие растения. Однако как перепрограммируется при этом организм растения на молекулярном уровне, учёные пока не знают.

Основные типы болезней растений

Гнили

При загнивании растений происходит растворение межклеточного вещества, а также оболочек клеток. При этом поражённые ткани и органы растений превращаются в кашицеобразную или сухую порошащуюся массу (гнили плодов, корнеплодов и древесины). Гнили вызываются грибами и бактериями.

Увядание

Характеризуется тем, что всё растение или отдельные органы его теряют тургор, увядают и засыхают. Это объясняется недостатком или полным прекращением доступа воды в растение. Недостаток или прекращение подачи воды может произойти вследствие разрушения или закупорки грибами и бактериями проводящей ткани растения. Часто увядание вызывается цветковыми паразитами, которые отнимают у растения воду и питательные вещества.

Налёты

Образуются чаще на листьях, могут быть на побегах и плодах. Представляют собой грибницу и спороношение паразита, покрывающие поражённую поверхность сплошь или отдельными участками. Болезни этого типа вызываются мучнисторосяными, ложномучнисторосяными и несовершенными грибами (например, мучнистая роса дуба, клена) или возникают от оседания пыли, копоти, сажи.

Некрозы или отмирание тканей и органов растений

Эти болезни возникают в результате местного поражения ткани или отмирания отдельных органов растений. Они могут быть вызваны грибами, бактериями, вирусами и причинами неинфекционного характера. Сюда включаются пятнистость листьев, плодов и ветвей, засыхание и пожелтение листьев и хвои, ожоги побегов, цветов, плодов, рак стволов и ветвей.

Деформация органов растений

К этому типу относятся курчавость листьев, различные искривления, образование разрывов тканей, трещин, наплывов, ведьминых метёл. Все эти изменения могут быть вызваны возбудителями болезней и неинфекционными причинами. К деформации также относят кармашки слив и мумификацию плодов и семян, вызываемых различными грибами.

Камедетечение (гоммоз) и слизетечение

При этом типе болезней происходит постепенное разрушение и растворение оболочек клеток, с превращением содержимого клетки в жидкость, вытекающую из мест поражения, часто клейкую, постепенно застывающую (камедь). Камедетечение и слизетечение наблюдаются главным образом на стволах, ветвях или стеблях и являются результатом физиологических изменений, происходящих в растениях под воздействием грибов, бактерий и других причин, например камедетечение косточковых или слизетечение лиственных древесных пород.

Пустулы

Представляют собой подушковидные или слегка приподнятые над субстратом образования, возникающие в результате спороношения некоторых грибов, например ржавчинных.

Природа знает немало случаев изобретательности и жестокости паразитов. Впрочем, биологам уже известно и то, что жертвы паразитов могут использовать нежеланное соседство в свою пользу: к примеру, недавно выяснилось, что эволюционно патогены способствуют появлению новых видов животных.Одним из наиболее страшных примеров манипуляции хозяйским организмом является поведение червей-волосатиков. Эти паразиты, почуяв, что их «дом» изнашивается, заставляют хозяина стремиться к воде. Там червь проделывает отверстие в теле хозяина и оставляет его умирать, а сам отправляется на поиски другого жилища.Ещё одним жутковатым примером паразитизма может послужить поведение бактерий фитоплазм, которое недавно изучили биологи из Центра имени Джона Иннеса в Великобритании. Когда растения оказываются заражены паразитическими бактериями, их цветы превращаются в листья, лепестки зеленеют, и они начинают пускать множественные побеги, которые ботаники называют «ведьмины мётлы».Вследствие всех этих процессов растение стерилизуется, но по-прежнему привлекает сосущих растительный сок насекомых. Вместе с этими насекомыми паразиты и перебираются к новому хозяину.»Растение со стороны кажется живым, но это исключительно дело рук патогена. В эволюционном смысле такие растения уже можно считать мёртвыми, поскольку они уже не могут производить потомство», — поясняет ведущий автор нового исследования Саския Хогенхут (Saskia Hogenhout).Команда биологов в ходе исследования пришла к выводу, что бактерии манипулируют своими хозяевами с помощью всего одного белка, называемого SAP54. Он взаимодействует с белком Rad23 у растений, который отправляет молекулы на уничтожение протеасом — центром утилизации отходов клетки.В рассматриваемом случае, рассказывают исследователи, под прицелом оказываются исключительно те клетки, которые отвечают за создание цветов. Научная статья о необычной стратегии паразитов вышла в журнале PLoS Biology.То же взаимодействие между SAP54 и белками растения увеличивает потенциальную привлекательность растения для цикадок, которые, как правило, являются главными переносчиками фитоплазм. Учёные обнаружили, что цикадки откладывали больше яиц на заражённых растениях, у которых были цветы-листья, а не нормальные цветки.Секрет такого поведения опять же кроется в белке SAP54: даже в отсутствии бактерии, растение, обладающее этим белком, становится крайне привлекательных для насекомых. Биологи говорят, что это большая редкость, когда бактерия манипулирует не только организмом своего хозяина, но и насекомыми, которые на него садятся.В более узком смысле это открытие демонстрирует тесную связь между программой развития растения и его иммунной системой. Хогенхут надеется, что подробное исследование этого процесса поможет не только разработать надёжный метод защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, но и увеличить производительность самих растений.В будущем та же исследовательская группа планирует изучить влияние и других паразитов на растения. К примеру, ржавчинные грибки вида Puccinia monoica также стерилизует своего хозяина и формирует на нём ярко-жёлтые псевдоцветы, заполненные грибковыми клетками. Насекомые садятся на эту подделку и, сами того не ведая, переносят грибки на другие растения. Однако как перепрограммируется при этом организм растения на молекулярном уровне, учёные пока не знают.Также по теме:Осы-паразиты дезинфицируют своих жертв перед едой Американский Вермонт наводнили пчелы-зомби Кишечные бактерии используют «биологическое оружие» для уничтожения конкурентов за питательную среду Палеонтологи перепутали древнее насекомое с растением Человеческие экскременты XIV века обнажили древние войны бактерий Чтобы противостоять неблагоприятной среде, вирусы заключают себя в стекло

Место обитания

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Среда обитания бактерий паразитов

Среда обитания бактерий паразитов весьма разнообразна:

• Занимают воздушное пространство, поднимаясь высоко над землей (до 30км);
• почва, особенно чернозем, очень богаты бактериями: на гектар земли приходится 3млрд. микроорганизмов. Они принимают участие в образовании почвы (сапрогенные, виды родов Nitrosomonas);
• поверхностные воды часто служат местом сосредоточения опасных бактерий рода Шигелл, Brucella.

Живые организмы для многих бактерий паразитов стали единственным способом выживания: обеспечивают питание, благоприятные условия для развития и размножения.

Способы питания бактерий

По способу питания бактерии можно разделить на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофами называют бактерии, которые способны синтезиро­вать органические вещества из неорганических.

Если для синтеза используется солнечная энергия, то бактерии называют фотосинтетиками, а если энергия, выделяющаяся при различ­ных химических реакциях, — хемосинтетиками.

Все автотрофы имеют две большие группы ферментов.

Одни обеспечивают синтез простых органических веществ из неорганиче­ских, а другие, используя эти вещества (глюкозу и др.), синтезируют сложные органические соединения (крахмал, муреин, белки и др.).

К бактериям-фотосинтетикам относятся Пурпурные и Зеленые бак­терии. В отличие от растений они получают водород (Н) не из воды (Н20), а из сероводорода (Н2S).

Химическими символами реакцию бактериаль­ного фотосинтеза можно записать следующим образом:

СО2+ Н2S СnН2nОn + Н20 +S

При этой форме фотосинтеза кислород не выделяется, а в клет­ках бактерий накапливается сера.

Такой тип фотосинтеза называют анаэробным.

Бактерии-фотосинтетики обитают чаще всего в водоемах на поверхности ила, а некоторые виды — в горячих источниках.

Иной характер фотосинтеза (аэробный) у цианобактерий.

Это древнейшие организмы, появившиеся на нашей планете около 3 млрд. лет назад. Обитают преимущественно в пресных водоемах, вызывая иногда «цветение воды». Некоторые виды живут в морях и океанах, а также на суше, образуя на почве, камнях и коре деревьев зеленые налеты.

Фотосинтез цианобактерий подобен этому процессу у растений, и, используя химические символы, его можно выразить таким уравне­нием:

СO2 + H2O CnH2nOn + O2

Именно цианобактерии 800 млн. лет были единственными постав­щиками кислорода в атмосферу.

Бактерии-хемосинтетики были впервые обнаружены русским ученым С. Н. Виноградским в 1890 году. Эти бактерии используют энер­гию, выделяющуюся при окислении соединений аммиака, азота, же­леза, серы.

Бактерии-гетеротрофы используют для питания готовые орга­нические вещества, вырабатываемые организмами, либо остатками мертвых тел.

Способов получения необходимой энергии у этих бактерий два: брожение и гниение.

Гниением называют анаэробное ферментативное расщепление белков и жиров.

Если бактерии для жизнедеятельности используют остатки мерт­вых тел, то их называют сапротрофами.

Знаменитый французский мик­робиолог Луи Пастер еще в конце XIX века указал на исключительно важную роль бактерий-сапротрофов в природе. Эти бактерии совмес­тно с плесневыми грибами являются редуцентами (от лат. Reduce — возвращать). Расщепляя органические остатки до минеральных солей, они очищают нашу планету от трупов животных и остатков растений, обеспечивая живые организмы минеральными солями, и замыкают круговорот веществ в природе.

В то же время бактерии гниения, попадая на продукты питания, вызывают их порчу.

Для защиты продуктов питания от редуцентов их подвергают сушке, маринованию, копчению, засолке, замораживанию, квашению или специальным методам консервирования — пастериза­ции или стерилизации.

Луи Пастер разработал метод сохранения жидких пищевых про­дуктов (молока, вина, пива и др.), который назвали пастеризацией. Для уничтожения бактерий жидкость нагревают до температуры 65 — 70°С и выдерживают 15 — 30 минут.

Полное уничтожение бактерий достигается путем стерилизации.

При этом продукты выдерживают при 140°С около 3 часов, либо обра­батывают их газами, жестким излучением и т. д.

Бактерии-паразиты питаются органическими веществами живых тел, вызывая заболевания у растений, животных и человека. Эти бакте­рии называют патогенными (греч. патос — болезнь, генос — происхож­дение).

Патогенные бактерии вызывают такие заболевания, как холера, чума, туберкулез, воспаление легких, сальмонеллез, возвратный тиф, ангина, дифтерия, столбняк и многие другие болезни человека, а также различ­ные заболевания животных и растений.

Изучение патогенных бактерий было начато еще Л.

Пастером и получило развитие в работах Роберта Коха, Е. Смита, Данилы Самойловича, Ш. Китасато.

Издавна было известно, что бобовые растения повышают плодо­родие почвы. Об этом писали еще Теофраст и римский ученый Гай Плиний Старший.

В 1866 году известный русский ботаник и почвовед М. С. Воро­нин обратил внимание, что на корнях бобовых растений имеются ха­
рактерные вздутия — клубеньки, которые образуются в результате жизнедеятельности бактерий.

Лишь 20 лет спустя голландский микробиолог Мартин Бейеринк сумел доказать, что бактерии поселяются на корнях бобовых растений, получая от них готовые органические вещества, а взамен дают расте­нию столь необходимый для них азот, который усваивают из воздуха.

Так был открыт симбиоз бактерий с растениями.

Дальнейшие ис­следования показали, что не только с растениями, но и с животными и даже с человеком. В кишечнике человека поселяется несколько видов бактерий, которые питаются остатками непереварившейся пищи, давая взамен витамины и некоторые другие вещества, необходимые для жиз­недеятельности человека.

Значение бактерий

Участвуют в экосистемах в разрушении мертвого органическо­го материала и тем самым принимают непосредственное участие в кру­говороте углерода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.

2. С активностью бактерий связаны многие процессы в природе, как симбиотическая (клубеньковые бактерии), так и несимбиотическая (азотобактерии) фиксация молекулярного азота.

Многие виды бактерий человек использует в народном хозяй­стве: получение органических продуктов в результате брожения (уксуснокислые, лактобактерии).