Физиологические механизмы иммунитета хвойных на примере взаимодействия флоэмы ствола и офиостомовых грибов

Полякова, Галина Геннадьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Физиологические механизмы иммунитета хвойных на примере взаимодействия флоэмы ствола и офиостомовых грибов
ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Физиологические механизмы иммунитета хвойных на примере взаимодействия флоэмы ствола и офиостомовых грибов"

На правах рукописи

005013943 ОЬо^иА^е^

ПОЛЯКОВА Галина Геннадьевна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ИММУНИТЕТА ХВОЙНЫХ НА ПРИМЕРЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФЛОЭМЫ СТВОЛА И ОФИОСТОМОВЫХ ГРИБОВ

03.01.05 - Физиология и биохимия растений

Автореферат 1 5 [/¡АР

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Красноярск 2012

005013943

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения РАН

оппоненты:

Официальные

доктор биологических наук, профессор Бабенко Андрей Сергеевич

доктор биологических наук, профессор Мухин Виктор Андреевич

доктор биологических наук, профессор Полонский Вадим Игоревич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Защита состоится «30» марта 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.15 при Сибирском федеральном университете по адресу: 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79, ауд. Р08-06 e-mail: nikgn5@gmail.com

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета

Автореферат разослан «27» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.А. Гаевский

(

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Актуальность исследования иммунитета хвойных в отношении офиостомовых грибов связана с вспышками массового размножения стволовых вредителей - насекомых-ксилофагов, переносящих эти грибы. Способность агрессивных видов насекомых-переносчиков повреждать кроны здоровых деревьев при дополнительном питании создает угрозу метастабильного состояния очагов массового размножения (Исаев, Гире, 1975). В последние десятилетия возникла угроза распространения сосудистых заболеваний чвойных, вызываемых патогенным комплексом офиостомовые грибы - нематоды, переносимым насекомыми-ксилофагами (Кулинич, 1993, Mireku, Simpson. 2002, Cardoza et al., 2008). Распространению патогенов способствует экспорт леса. Сосудистые микозы, вызываемые офиостомовыми грибами, известные на лиственных породах как голландская болезнь ильмовых и трахеомикозы дуба, вызвали гибель лиственных насаждений в середине прошлого века на обширных территориях (Лесная энциклопедия, 1985, Ceratocystis and Ophiostoma, 1999).

Опасность возникновения очагов массового размножения насекомых-вредителей и грибных эпифитотий связана с воздействием экологических повреждающих факторов на лесные массивы (Рахов, 1965, Яновский, 1991). В норме древесные растения устойчивы к офиостомовым грибам и отвечают на их инокуляцию сверхчувствительной некротической реакцией инфицированных клеток флоэмы, что является ярким примером иммунного ответа растительной ткани на действие патогена (Lieutier, Berryman, 1988, Paine et al., 1997, Yamaoka et al., 2004).

Понимание механизмов снижения иммунитета хвойных к патогенам в природных условиях необходимо для прогноза повреждения насаждений и разработки мер защиты. Несмотря на длительный период изучения, физиологические механизмы устойчивости хвойных к насекомым-переносчикам и офиостомовым грибам, причины возникновение этих ассоциаций, а также роль грибов в преодолении порога устойчивости деревьев при повреждении их насекомыми остаются неясными (Lorio, 1988, Lieutier, 1999, Six, Wingfield, 2011).

На хвойных офиостомовые больше известны как грибы синевы древесины (Wong, Berryman, 1977, Seifert, 1999). Опыты с инокуляцией ствола хвойных живым мицелием показали накопление в зоне защитного ответа флоэмы терпеноидных соединений и снижение содержания углеводов (Wright et al., 1979, Solheim, 1999). Установлено, что содержание смолы в зоне некроза флоэмы, вызванного действием гриба, выше у деревьев, характеризующихся большей устойчивостью к насекомым-переносчикам (Wright et al., 1979, Cook, Hain, 1987). Роль фенольных соединений в устойчивости хвойных к действию патогенных организмов не ясна, поскольку отмечено как накопление (Witzell, Martin, 2008), так и снижение содержания этих соединений в зоне некроза (Brignolas et al., 1995).

Сезонная изменчивость характеристик иммунной реакции луба на инокуляцию ствола офиостомовыми грибами, продемонстрированная на деревьях хвойных (Reid et al., 1967, Paine et al., 1997), свидетельствует о зависимости этого ответа как от физиологического состояния дерева, так и экологических факторов. Для проверки такой связи сравнивали размер некроза и другие характеристики реакции луба на действие офиостомовых грибов у деревьев, находящихся в нормальных условиях и стрессированных экологическими факторами. Предполагалось, что влияние факторов среды на состояние дерева изменит характеристики этого ответа, что поможет понять физиологические механизмы устойчивости хвойных к патогенным организмам.

Изучение механизмов иммунитета лесообразующих видов в опытах с использованием паразитических грибов осложнено риском возникновения грибных

эпнфитотий при экспериментальном инфицировании деревьев. Замена живого мицелия веществом с аналогичными свойствами позволила бы решить эту проблему. Однако возможность использования в качестве такого вещества грибных препаратов в экспериментах с хвойными деревьями до настоящего времени не проверяли, что сдерживает исследование иммунитета растений к патогенам. Цель исследования

Определить физиологические механизмы защитной реакции флоэмы ствола, индуцируемой офиостомовыми грибами, и снижения устойчивости хвойных деревьев к этим патогенам при действии экологических факторов. Задачи исследования

1. Провести сравнительное исследование защитной реакции разных видов хвойных на грибную инфекцию в норме и при стрессе (промышленном загрязнении, нарушении водного режима почвы, повреждении крон насекомыми-филлофагами).

2. Оценить защитную функцию фенольных соединений по результатам анализа анатомических, гистохимических и биохимических характеристик флоэмы ствола в зоне проявления иммунной реакции.

3. Исследовать роль высокомолекулярных экстрактивных веществ из мицелия патогенных грибов в индукции защитной реакции тканей хвойных с помощью измерения содержания фенольных соединений в модельных экспериментах на каллусах и проростках хвойных, а также на растущих деревьях.

4. Разработать метод ранней иммунодиагностики состояния деревьев и древостоев с применением мицелиальных экстрактов и провести его испытание на постоянных пробных площадях в фоновых и подверженных промышленному загрязнению древостоях сосны.

5. Оценить связь устойчивости деревьев к офиостомовым грибам и насекомым-переносчикам по параметрам ответа флоэмы ствола на действие грибного индуктора.

Термины «конденсированные дубильные вещества» и «проантоцианидины» (ПА), а также «луб», «живая кора» и «флоэма» использованы, как синонимы. Защищаемые положения

1. Офиостомовые грибы, заносимые в проводящие ткани ствола хвойных насекомыми-ксилофагами, вызывают в зоне формирующегося некроза флоэмы защитную трансформацию клеточных стенок флоэмы и накопление в ней веществ, замедляющих рост грибов, что препятствует распространению мицелия в растительной ткани и увеличению некроза.

2. Ингибирование супрессорами офиостомового гриба раневой репарации флоэмы, поврежденной насекомыми-переносчиками, является одним из механизмов адаптации агрессивных видов офиостомовых грибов к растению-хозяину и возникновения ассоциации этих патогенов с насекомыми-ксилофагами.

3. Стрессовое воздействие экологического фактора, снижающее устойчивость хвойных деревьев к офиостомовым грибам и переносящим их насекомым, диагностируется по нарушению защитной реакции флоэмы на инокуляцию ствола мицелиальным экстрактом.

Научная новизна работы

На примере взаимодействия флоэмы ствола хвойных и офиостомовых грибов определены физиологические механизмы индуцированной защиты, адаптации паразита к растению-хозяину и снижения устойчивости деревьев к патогенам. Оригинальность методики заключается в использовании грибного препарата вместо живого мицелия и измерении биохимических параметров защитного ответа при изменении экологической ситуации в насаждении. Выбраны стандартные условия инокулирования ствола грибным

индуктором: доза мицелиалыюго экстракта, высота расположения раневого отверстия на стволе, даты воздействия и регистрации параметров некротического ответа флоэмы ствола.

Впервые показано, что накопление лигнина и связанной формы конденсированных дубильных веществ, происходящее в результате их индуцированного синтеза при контакте клеток флоэмы с элиситорами гриба, препятствует распространению инфекции и увеличению сверхчувствительного некроза флоэмы. Установлено, что снижение иммунитета хвойных при экологических стрессах обусловлено нарушением защитной трансформации клеточных стенок. Зарегистрирован эффект ингибирования метаболитами офиостомового гриба ранней стадии липшфикации стенок ситовидных клеток во время раневой реакции флоэмы. Это позволило предложить гипотезу о причине возникновения ассоциации "насекомые-ксилофаги - офиостомовые грибы": подавление фитоиммунитета грибными супрессорами является выгодным для обоих партнеров короедно-грибного комплекса и содействует их поселению в тканях хвойных.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработан метод индуцирования иммунного ответа флоэмы ствола хвойных экстрактивными высокомолекулярными веществами, выделенными из мицелия офиостомовых грибов. Метод позволяет выяснять физиологические механизмы паразитизма, обуславливающие существование сообществ, образуемых разными видами хвойных и офиостомовых грибов. При этом исключаются артефакты (разрушение клеточных структур гифами, выделение грибом продуктов метаболизма, поглощение им веществ растения-хозяина), а таюке риск инфицирования насаждений.

Испытания, проведенные в сосняках, доказали возможность стволовой иммунной диагностики состояния насаждений на ранней стадии ослабления промзагрязнением и пирогенным повреждением. Показана принципиальная возможность иммунодиагностики хвойных насаждений для оценки риска вспышек массового размножения насекомых-ксилофагов.

Эксперименты показали возможность развития экологической дендроиммунологии, основанной на регистрации параметров иммунного ответа флоэмы ствола в изменяющейся экологической ситуации. Предложена гипотеза, согласно которой свободные ПА выполняют резервную функцию и расходуются во время синтеза лигнина и смолистых веществ в зоне защитной реакции флоэмы на действие грибных метаболитов в условиях пониженного содержания низкомолекулярных Сахаров. Получено подтверждение концепции о снижении иммунитета растений в период активного роста.

Данные позволяют предполагать участие ПА и и-оксибензойной кислоты, подобно лигнину, в защитной трансформации клеточных стенок. В этом случае накопление п-оксибензойной кислоты на ранней стадии иммунного ответа, вероятно, обеспечивается резервными фондами хинной и шикимовой кислоты, характерными для хвойных.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на международных конференциях: «Blue-stain Fungi, and Conifer Defence Systems» (Ос, Норвегия, 1995), "Эколого-физиологические аспекты ксилогенеза хвойных" (Красноярск, Россия, 1996), "Physiology and genetics of tree-phytophage interactions" (Аркашон, Франция, 1997), конференция по анатомии и морфологии растений (С-Петербург, Россия, 1997), "Лиственница-98" (Красноярск, Россия, 1998), "Методы исследования состояния и устойчивости лесной экосистемы" (Красноярск, Россия, 1999), "Лес и общество: роль науки" (Куала-Лумпур, Малайзия, 2000), "Проблемы лесной фитопатологии и микологии" (Москва, Россия, 2002), "Строение, свойство и качество древесины" (С-Петербург, Россия, 2004), "Проблемы физиологии растений Севера" (Петрозаводск, Россия, 2004), "New Horizon of Bioscience in Forest Products Field" (Чунгбук, Южная Корея, 2004), "Грибы в природных и

антропогенных экосистемах" (С-Петербург, Россия, 2005), "Лес как возобновляемый источник жизненных ценностей" (Москва, Россия, 2009), Междисциплинарны!! микологический форум "ММФ'2009" (Москва, Россия, 2009), «Проблемы экологии» (Иркутск, Россия, 2010), "ММФ-2010" (Москва, Россия, 2010), "Химия и полная переработка биомассы леса" (С-Петербург, Россия, 2010).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 43 печатных работы.

Объем н структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, изложенных на 244 страницах и списка литературы (128 отечественных и 112 иностранных авторов), включает 39 таблиц и 41 рисунок.

Благодарности

Работа проводилась в комплексе с сотрудниками Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН: В.П. Ветровой (фитопатологические исследования), Н.В. Пашеновой (микробиологический материал), В.И. Поляковым (таксационные исследования), В.В. Стасовой (анатомический анализ), Г.К. Зражевской (каллусы хвойных), И.В. Шейным (анализ ВЭЖХ), О.Н. Зубаревой, Л.Н. Скрипалыциковой (данные по загрязнению). Автор благодарит сотрудников Института за предоставленный материал и участие в комплексных экспериментах, изложенных в совместных публикациях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Оценка состояния деревьев и древостоев при действии экологических факторов, пассивный и активный иммунитет растений

Различают два вида фитоиммунитета : пассивный и активный иммунитет, что соответствует понятиям конститутивная (первичная) и индуцированная устойчивость (Исаев, Гире, 1975, Lieutier.l 999). Первичная устойчивость - комплекс свойств, присущих растению вне зависимости от контакта с патогенами (фитонциды, кутикула и другие признаки). Индуцированная устойчивость проявляется как ответ растения на действие патогенных организмов (вирусов, бактерий, грибов, нематод, насекомых).

Представляемая работа была направлена на изучение механизмов активного иммунитета хвойных. При этом использовалась стандартная методика инокуляции ствола хвойных офиостомовыми грибами (Reid et al., 1967, Solheim, 1999).

Поиск индикаторов ослабления древесных растений экологическими факторами базируется в основном на исследовании первичной устойчивости (Гире, 1982, Судачкова и др., 1997). Однако, попытки объяснить устойчивость хвойных к насекомым-ксилофагам с позиций конститутивного метаболизма оказались неудачными из-за отсутствия связи между свойствами, присущими растению вне зависимости от контакта с патогеном, и выживаемостью деревьев после нападения насекомых, переносящих патогены (Bakke, 1983). Использование характеристик индуцированного ответа для оценки угрозы повреждения хвойных короедно-грибными комплексами оказались более удачными, хотя научные основы этого подхода слабо разработаны, а результаты иногда противоречивы. Весьма эффективной оказалась оценка риска повреждения хвойных насекомыми по активности вторичного смолообразования, вызванного инокуляцией ствола офиостомовыми грибами, (Wright et al., 1979, Cook, Hain, 1987).

Механизм участия терпенов в защитной реакции хвойных к насекомым-переносчикам и офиостомовым грибам остается неясным. Так, смоляные кислоты флоэмы не влияли на выживаемость личинок насекомого, но ингибировали прорастание спор офиостомового гриба. (Kopper et al., 2005). Вместе с тем, недавние генетические исследования показали, что офиостомовые грибы в ответ на обработку их терпенами

растения после периода адаптации и перестройки генома способны использовать терпены в качестве единственного источника углерода (DiGustini et al., 2010). При этом в геноме гриба не были обнаружены гены, кодирующие ферменты, разрушающие растительные фенольные соединения.

Согласно унифицированной модели взаимодействие хвойных растений, вредителей и фитопатогенных грибов, переносимых насекомыми, включающее защитную реакцию растения, осуществляется с помощью экзогенных и эндогенных элиситоров (Berryman, 1988). Термин "элиситор" происходит от английского слова to elicite, что означает провоцировать. Экзоэлиситоры - это фрагменты покровных тканей вредителей, либо вещества фитопатогенных грибов, образующиеся при ферментативном действии на них растений. Эндоэлиситоры - фрагменты клеточных стенок растений, образующихся при их механическом повреждении, либо ферментативном расщеплении.

При разработке научных основ индуцированной устойчивости растений первоочередной задачей является изучение механизмов устойчивости и восприимчивости растений к патогенам, исследование природы грибных элиситоров. Выбор оптимального индуктора защитной реакции у хвойных предполагает необходимость выявления таких процессов в растительной ткани, которые обуславливают противоинфекционную защиту. Перспективным представляется исследование фенольных соединений у хвойных в качестве индикаторов фитозащиты, поскольку протекторная роль этих веществ доказана в опытах на травянистых растениях (Vidhyasekaran, 2008).

В работе основное внимание было направлено на изучение участия фенольных соединений в иммунитете хвойных к патогенам и изменчивости характеристик индуцированной устойчивости в природных условиях. В качестве индукторов защиты хвойных проверяли экстрактивные высокомолекулярные вещества, выделенные из мицелия офиостомовых грибов, В некоторых модельных экспериментах также оценивали элиситорную активность экстрактов из грибов других систематических групп.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Исследование взаимодействия хвойных с офиостомовыми грибами проводили на основных лесообразующих породах Сибири: пихте сибирской, сосне обыкновенной, лиственнице сибирской, ели сибирской и кедре сибирском (табл. 1). В экспериментах использовали культуры грибов, выделенных из ходов опасных стволовых вредителей: черного пихтового усача, большого лиственничного короеда, короеда-типографа (табл. 1). Оценивали реакцию тканей флоэмы ствола на инокуляцию живого мицелия офиостомовых грибов разных видов или экстрактивных высокомолекулярных веществ, выделенных из мицелия, и на механическое поранение ствола (контроль).

Сравнивали защитный ответ флоэмы ствола на действие грибного индуктора у контрольных деревьев в нормальных условиях и деревьев, стрессированных каким-либо экологическим фактором - техногенное загрязнение, низовой пожар, подтопление, хроническая частичная дефолиация насекомым-филофагом. В очаге черного пихтового усача (Monochamus urussovi Fisch.) оценили связь устойчивости пихты сибирской к офиостомовым грибам и устойчивость деревьев к насекомому-переносчику. Сравниваемые древостой не различались по лесорастительным условиям и возрасту. На пихте и сосне также оценили изменчивость защитной реакции флоэмы в разные месяцы летнего периода. Для проведения опытов использовали разные сочетания: виды хвойных растений, виды грибов (или экстрактивных веществ из мицелия); различающиеся по специализации к хвойному растению и насекомому-переносчику (табл. 1).

Таблица 1. Схема постановки природных экспериментов

Насекомое- ксилофаг, повреждающее хвойное растение и переносящее гриб Дерево-хозяин, из которого изолировали гриб Вид офиостомового гриба Виды хвойных, на ког проводили инокуляци ствола мицелием или грибным экстрактом

Большой лиственничный короед Ips cembrae Heer. Лиственница сибирская Larix sibirica Ledeb. Ceratocystis laricicola Redfern & Minter Larix sibirica Pinus sylvestris Picea obovata Abies sibirica Pinus sibirica

Большой лиственничный короед Ips cembrae Heer. Сосна обыкновенная Pinns sylvestris L. Ophiostoma minus (Hedgc.)H.& P. Syd. «

Короед-типограф /. typographus L. Ель сибирская Picea obovata Ledeb. C. polonica (Siem.)C. Moreau «

Черный пихтовый усач Monochamus urussovi Fisch. Пихта сибирская Abies sibirica Ledeb Leptographium sibirica Jacobs&Wingfield «

« « Ophiostoma sp. «

Природные объекты для исследования иммунитета хвойных приведены ниже.

1. Пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb) (возраст 120-140 лет, средний диаметр 24 см) пихтарнике разнотравном (Южно-Енисейский округ подтаежных сосновых и горно таежных пихтовых лесов Алтае-Саянской горной лесорастительной области (Чередников и др., 1999)), 56°05'25"с.ш., 92°26'13"в.д., 385 м н.у.м., а также пихта в пихтарник разнотравно-хвощевом в очаге черного пихтового усача на правобережье Енисейског района Красноярского края (Бахтинский округ среднетаежных темнохвойных и березовы лесов (Леса СССР, 1969), Приенисейская провинция темнохвойных и лиственничны лесов Средне-Сибирской плоскогорной лесорастительной области (Коротков, 1994)) 60°15'45"с.ш., 90°15'24"в.д., 63 м н.у.м. Характерной особенностью древостоя в очаг являлось избыточное увлажнение почвы при застое дождевой влаги на ее поверхности.

2. Ель сибирская (Picea obovata Ledeb.) 100-120 лет, диаметр 24 см, в ельнике приручьевок разнотравном (Южно-Енисейский округ подтаежных сосновых и горно-таежных пихтовы лесов Алтае-Саянской горной лесорастительной области (Чередникова и др., 1999)) 56°08'18"с.ш., 92°32'04"в.д., 260 м н.у.м. После сооружения плотины в 1950-х года прибрежная часть древостоя около искусственного водохранилища подвергаете сезонному подтоплению. В связи с подъемом уровня воды в водоеме освобождени подтопленного участка леса от поверхностных вод происходило в конце июня, а не в конце мая, как это наблюдалось в норме. В результате изменения водного режима в коренном типе леса - ельнике приручьевом - началась деградация мезофитного разнотравья, приведшая к появлению синузий осоки, растений-индикаторов избыточного увлажнения, например, калужницы болотной (Calta palustris L.). Отмечено снижение бонитета, годичного прироста, на опушке началось усыхание отдельных деревьев. Часть древостоя с нормальным водным режимом почвы служила контролем.

3. Лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.) в средневозрастном сосняке разнотравном (Красноярско-Канский лесорастительный округ подтаежно-лесостепных сосновых и березовых лесов Средне-Сибирской плоскогорной лесорастительной области (Чередникова и др., 1999)), 56°0Г39"с.ш., 92°40'23"в.д., 317 м н.у.м., а также лиственница в

ственничнике разнотравном 100-120 лет, диаметром 24 см, в спелом среднеполнотном саждении состава ЮЛ (Южно-Хакасский округ подтаежных сосново-лиственничных и рно-таежных лиственнично-темнохвойных лесов Алтае-Саянской горной сорастительной области (Смагин и др., 1980)), 54°4Г11"с.ш., 89°25'37"в.д., 523 м н.у.м. >евостой расположен в хроническом очаге лиственничной чехликовой моли (чехлоноски) tleophora sibiricella Falk. (Lepidoptera; Coleophoridae). Контролем служили деревья в are без визуальных признаков повреждения хвои.

Кедр сибирский (Pinus sibirica (Rupr.) Мауг.) (возраст 80-90 лег, средний диаметр 20 см) пихтарнике разнотравном состава 5ПЗЕ2К (Южно-Енисейский округ подтаежных сновых и горно-таежных пихтовых лесов Алтае-Саянской горной лесорастительной шасти (Чередникова и др., 1999)), 56°05'25"с.ш., 92°26'13"в.д„ 385 м н.у.м.

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) в пригородных сосняках Красноярска, зличающихся по степени промышленного загрязнения и повреждения низовым жаром. Средневозрастные сосняки представлены постоянными пробными площадями 1П) №1-4, 7 (табл. 2), приспевающие сосняки - ПП 5, 6. ПП заложены в соответствии с нструкцией по проведению лесоустройства в лесном фонде России (1995). Деревьям на П присвоены индивидуальные номера.

Сосновые древостой не различаются по лесорастительным условиям (Красноярско-анский лесорастительный округ подтаежно-лесостепных сосновых и березовых лесов редне-Сибирской плоскогорной лесорастительной области (Чередникова и др., 1999)), ту леса, но испытывают разную степень техногенного загрязнения; о чем идетельствуют данные наземного и космического зондирования снежного покрова, грязненные ПП 1, 2, 7 расположены по розе ветров от города (56°02'25"с.ш., °08'54"в.д., 160 м н.у.м.), фоновые (ПП 3-6) - с противоположной стороны (около 7 км от ■рты города) (56°01 '55"с.ш., 92°40'52"в.д., 270 м н.у.м.).

Таксационные характеристики фоновых древостоев на ПП 3, 4 близки таковым в ентре загрязненного бора (площадью 400 га) на ПП 2 (табл. 2). На ПП 2-41 бонитет. ПП 1 7 представляют наиболее загрязненные участки с наветренной опушки бора - древостой бонитетами II и III соответственно. Вместе с тем, ПП 7 находится вблизи от автострады.

В 1991-1998 гг. в г. Красноярске было отмечено 4-кратное снижение промышленной агрузки (Государственный доклад..., 2008). Несмотря на это, в настоящее время уровень агрязнения атмосферы фторидами, бензапиреном, сернистым ангидридом и другими оксикантами характеризуется как очень высокий. Суммарное содержание на поверхности вой таких элементов, как Pb, Си, Zn, Со, Cr, Mn, Sr, Ni, F в загрязненном сосняке в 8 раз ревосходит фоновый уровень (Татаринцев, Скрипальщикова, 2003). Содержание агрязняющих веществ в снежном покрове на ПП 1,2, 7 превысило фоновый показатель на П 3-6 в 7 раз (37,5±3,7 г/м2 против 5,4±0,7 г/м2).

В загрязненном сосняке наблюдалось достоверное увеличение размера ряда юрфологических параметров по сравнению с фоновыми характеристиками - возрастание (липы годичных побегов, размера и массы хвои (Р>0,95). Эти изменения соответствуют ^специфическому адаптационному синдрому растений, согласно которому омпенсационные процессы растения направлены на преодоление действия ювреждающего экологического фактора.

Увеличение размера хвои компенсирует ухудшение условий фотосинтеза в связи с ¡агрязнением хвои (в том числе из-за закупорки устьиц загрязняющими частицами и «рушения газообмена). При этом продолжительность жизни хвои, напротив, была нижена и составляла 4 года в загрязненном древостое против 5 лет в фоновом древостое, б ослаблении загрязненного бора свидетельствует также снижение годичного прироста чуба по сравнению с фоновым показателем (F>0,95).

Таблица 2. Таксационная характеристика древостоев на постоянных ПП на 1 га

год закладки ПП и в 2010 г.

Ос- Сум- Средние Запас, mj Густота, шт.

№ ПП Год учета Состав Полнота новной эл-т леса ма площ. сеч., м2 возраст, лет категория высота, м диаметр, см расту щего сухостоя расту щего сухостоя

1 2002 10СЯ+С/ 1,4 СII 45,0 57 1,6 18,1 18,5 396 6 1671 56

2010 ЮСЯ+С/ 1,5 » 50,2 65 1,4 19,8 20,3 477 7 1545 56

2 2002 9С//+С/ ед.Б 1,5 CII 48,7 58 1,4 21,3 21,9 489 10 1286 36

2010 10С//+С/ 1,5 » 53,7 66 1,4 23,3 23,9 581 7 1200 64

3 2002 9С1Б ед.Л 1,5 с 46,7 62 1,3 21,1 20,4 472 8 1430 81

2010 9С1Б ед.Л 1,6 » 51,6 70 1,4 23,0 22,3 558 5 1319 44

4 2002 9С1Л+Б 1,5 с 50,0 62 1,4 20,9 19,6 503 9 1664 172

2010 9С1Л+Б 1,6 » 53,2 72 1,6 23,1 22,0 578 17 1398 187

5 2003 ЮС ед.Л, Б 1,6 с 59,4 86 1,3 26,7 29,1 714 1 895 5

2010 ЮС ед.Л 1,7 » 63,5 94 1,4 27,8 30,6 788 10 864 23

6 2005 10С+Л 1,6 с 55,7 73 1,3 22,2 22,1 584 4 1456 38

2010 10С+Л 1,7 » 59,0 79 1,4 23,2 23,0 640 3 1425 31

7 2005 9С/ЛС/ 1,5 CII 42,1 59 1,5 16,3 16,4 339 3 1980 41

2010 9С/ЛС/ 1,5 » 44,5 64 1,5 17,2 17,4 376 6 1865 74

Примечание. С/ и CII - сосна первого (материнского) и второго (дочернегс поколений соответственно; Б - береза; JI - лиственница; 10, 9, 1, +, ед. - коэффициент участия породы (элемента леса) в составе древостоя, определяемые по запасу растущег леса, то есть 100, 90, 10, 2-5% и менее 2% запаса. Полнота - отношение фактическо суммы площадей сечений стволов на высоте 1,3 м к табличной, взятой из стандартны таблиц сумм площадей сечений и запасов нормальных древостоев сосны (Третьяков и др 1952). Диаметр измеряется на высоте 1,3 м.

На ПП проверяли возможность ранней диагностики состояния хвойных п параметрам иммунного ответа стволовой флоэмы на действие мицелиального экстракт Ceratocystis laricicola. Ежегодно измеряли - величину и смещение некроза относительн раневого отверстия во флоэме после инокуляции ствола мицелиальным экстрактом случайно выбранных деревьев (по 20-25 сосен на каждой ПП), а также категорш состояния всех учетных деревьев (по 200-300 деревьев на ПП). В загрязненных и фоновы древостоях ежегодно определяли средний размер некроза и среднюю категорию состояния взвешенные по запасу (объему стволов). Данные наблюдений заносили в базу данных созданную в среде MS ACCESS.

Модельные эксперименты проводили на изолированных тканях (каллусах) i проростках хвойных, которые обрабатывали мицелием или экстрактами фитопатогенны грибов. Каллусные культуры лиственницы сибирской, ели сибирской и соснь обыкновенной выращены при стандартных условиях из отрезков гипокотилей. 15-дневны проростки сосны выращены в вегетационной песчаной культуре с использованием питательной смеси Уолкера (Бутенко, 1964) (1/4 от полного состава). Концентрация веществ в полной смеси (мг/л раствора). Ca(N03)2-4H20 (236), КН2Р04 (86), КС1 (149), MgS04-7H20 (121), NH4H2P04 (57), MnS04H20 (4,5), FeCl3 (1,5), Н3В03 (1,5), ZnS04-7H20 (1,5), Mg2Mo04 (0,2), KJ (0,075).

Мицелий или выделенные из него экстрактивные вещества наносили на поверхность каллуса хвойных. Каллусы фиксировали 70%-ным этанолом через 24 и 48 часов после действия грибных индукторов. Кроме этого для инфицирования проростков сосны на

юверхность субстрата для выращивания наносили суспензию спор гриба Fusarium porotrichiella var. sporotrichioides титром 1 млн спор на 1 см3 субстрата. Отбор проводили :ерез 72 часа после заражения, разделяя проростки на устойчивые и восприимчивые.

Грибы выделяли в культуру из образцов луба, поврежденных насекомыми-:силофагами, и хранили на агаризованной среде. Мицелиальную массу наращивали на кидком пивном сусле методом «поверхностного» культивирования. После фильтрации рибную массу использовали для извлечения высокомолекулярной фракции, ¡бозначенной, как грибной (мицелиальный) экстракт (Полякова и др., 2011). Белковую фракцию из грибного экстракта выделяли методом гель-фильтрации в максимуме при 90 нм. (Метлицкий, 1976).

Для оценки протекторной роли фенольных соединений и возможности спользования грибного экстракта вместо живого мицелия регистрировали размер некроза рис. 1), анатомические, гистохимические характеристики и содержание фенольных

соединений в лубе ствола хвойных после его повреждения и внесения в раневое отверстие мицелия или мицелиального экстракта.

Рис. 1. Некротическое пятно на поверхности луба ствола сосны обыкновенной через 4 недели после внесения в раневое отверстие 0,5 мг экстрактивных веществ из мицелия гриба Ceratocystis laricicola. Мертвая кора удалена. НФ - некроз флоэмы.

В коре ствола ь высекали отверстия до заболони диаметром 7 мм. В эти раневые полости вносили 2-недельный мицелий грибов, либо tro экстракт. Полости в живой коре закрывали ее высечками. Образцы луба извлекали в ичале опыта и через различное время после его поранения или поранения в сочетании с воздействием грибного индуктора - экстракта или мицелия. Образцы луба отбирали на 3! 0 деревьях (повторностях) после удаления мертвой коры.

j Число отверстий, высеченных на каждом дереве в начале опыта, соответствовало кислу вариантов эксперимента. Условия проведения опыта стандартизировали в соответствии с результатами предварительных экспериментов (высота расположения Ланевого отверстия на стволе 1,3 м; доза грибного экстракта в 1 отверстии - 0,5 мг в 50 мкл дистиллята; дата обработки флоэмы - середина июля).

При изучении изменчивости реакции в летний период воздействие на флоэму существляли также в середине июня и середине августа. Через 4-6 недель после начала рпыта, когда размер некроза уже не увеличивался, измеряли длину некроза и размер его зерхней части - расстояние от середины отверстия до верхнего края некроза, чтобы Уценить (в %) вертикальную асимметричность («смещение») зоны некроза относительно отверстия (рис. 1).

Растительный материал фиксировали 70%-ным этанолом для определения содержания фенольных соединений, смолистых веществ и углеводов (Полякова и др., ¡2011). Часть образца луба фиксировали в 4% формалине. На поперечных микросрезах были проведены гистохимические пробы на обнаружение лигнина (с флороглюцином и серной кислотой), смолистых веществ (с ацетатом меди). Также определяли степень

L____

сформированное™ каллусного валика по периметру раны и некрофилактическ( перидермы в лубе, разделяющей некроз и живые ткани.

В растительной ткани определяли содержание лигнина с тиогликолевой кислоте (Venverloo, 1969), "целлюлозной" фракции (нелигниновых компонентов клеточж стенки), пентанорастворимых нелетучих смолистых веществ, низкомолекулярных caxapi методом восстановления меди (Вознесенский и др., 1962), ПА с помощью окислеш смесью бутанол-соляная кислота (Stafford, Lester, 1986). Определение свободной связанной форм ПА проводили при анализе экстрагированной этанолом неэкстрагируемой частей растительного материала соответственно. Содержание общих II рассчитывали как сумму свободных и связанных ПА. и-оксибензойную кислот анализировали методом ВЭЖХ.

Обработка данных выполнялась в системе STATISTICA методами корреляционной дисперсионного (ANOVA) и регрессионного (линейного и нелинейного) анализа.

Глава 3. Оценка протекторной роли фенольных соединений в устойчивое! хвойных к патогенным грибам

Сравнивали реакцию флоэмы ствола пихты сибирской на действие двух видо офиостомовых грибов, различающихся по агрессивности. Ophiostoma sp. вызывал некроз! меньшего размера по сравнению с L. sibirica (рис. 2). Скорость накопления лигнина и ПА зоне некроза флоэмы, вызванного Ophiostoma sp., была выше по сравнению с L. sibirica.

ш J-

1 5

го .

* 9

О. X

О s

^ Е

О |

200

160;

О 7 14 Время, сутки

I I Поранение ЯЯ Ophiostoma sp. Ш L. sibirica yi=a0*(1-Exp(-a1*x));Ri>0,99;Pi>0,99

О. S Ш 2 о го CL

2 4 6 Время, недели

о Поранение A L. sibirica a Ophiostoma sp.

0 7 14 Время, сутки

I I Поранение Шь Ophiostoma sp. Ш L. sibirica

Рис. 2. Размер некроза, содержание лигнина и общих ПА во флоэме ствола пихты через различное время после инокуляции мицелия ОрЫо$1ота эр. и Ь. 51Ыг1са. "X" отмечены различия между реакцией на инфекцию и поранение при Р>0,95.

Я=-0,8;Р=0,999;.у=57-0,6*;с

40 60 Содержание общих ПА, мг/г

Накопление общих ПА в зоне некроза через 2 недели после инокуляции ствола грибами с высокой степенью достоверности обратно коррелировало с величиной некроза (рис. 3).

Рис. 3. Размер некроза луба ствола пихты сибирской через 14 суток после инокуляции мицелия ОрЫозЬота эр. и Ь. эгЫг'юа в связи с накоплением в лубе содержания общих ПА во 2 неделю после действия грибов.

Таким образом, активность изменения содержания ПА и лигнина в зоне некротической реакции флоэмы пихты сибирской на действие офиостомовых грибов характеризовала активность защитного ответа дерева.

Устойчивость пихты к грибам была выше у деревьев с более высокой устойчивостью к насекомому-переносчику грибов - черному пихтовому усачу (рис. 4). Так, размер некроза был меньше, а активность накопления лигнина и ПА была выше у деревьев, характеризующихся большей устойчивостью к насекомому. Опыты были проведены в очаге усача на деревьях, которые через 3 недели после инокуляции грибами были заселены усачом во время его массового лета. Плотность поселения усача 5-6 насечек на дм2 поверхности ствола. На следующий год после заселения усачом устойчивые деревья еще сохраняли жизнеспособность, а ослабленные, обозначенные как неустойчивые, погибали.

240

о ОрЬ^ота эр. . в/Шса

си

ш §

- 200 пз

160

3 7 14 Время, сутки

о. 5 5

0) га 60 п

ш о.

| 30 X

Время, сутки

) Устойчивые к усачу деревья | Неустойчивые к усачу деревья

Рис. 4. Параметры ответа флоэмы через различное время после инокуляции ствола мицелием ОрЫозЬэта ер. у пихты сибирской, различающейся по устойчивости к усачу. «X» отмечены параметры достоверно различающиеся у неустойчивых и устойчивых к усачу деревьев при Р>0,95.

Измерение характеристик реакции в разные фенофазы летнего периода показал большую активность накопления лигнина и смолы в середине сезона вегетацш характеризующегося более высоким уровнем Сахаров в стоволовой флоэме по сравнению июньской фенофазой - в период активного роста побегов и высокой камбиально активности (рис. 5). Результаты согласуются с концепцией снижения активности защиты период активного роста.

о 7 14 о 7 14

Время, сутки Время, сутки

^ Июнь ш Июнь

gg Июль gU Июль

Рис. 5. Параметры ответа флоэмы пихты сибирской через 7 и 14 суток после инокуляции ствола грибом Ophiostoma sp. в разные фенофазы вегетационного периода. «X» отмечены параметры, различающиеся в июне и июле при Р>0,95.

При заражении проростков сосны обыкновенной спорами Fusarium sporotrichiella содержание лигнина и ПА было существенно выше у проростков устойчивых к фузариозу по сравнению с восприимчивыми растениями в 4,3, 1,4 раза соответственно (Р>0,95).| Воздействие экстрактивных веществ из мицелия разных видов рода Fusarium на каллусы! сосны обыкновенной показало, что через 2 суток после обработки содержание лигнина в| растительной ткани обратно коррелировало с патогенностью грибов, из которых были;

выделены экстракты (Р>0,95) (рис. 6). Патогенность грибов была определена предварительно по доле отпада сеянцев сосны обыкновенной при их заражении разными видами грибов рода Fusarium.

Рис. 6. Корреляция между содержанием лигнина в каллусах сосны обыкновенной через 2 суток после обработки экстрактом из мицелия разных видов Fusarium и патогенностью грибов, оцененной по проценту заражения проростков сосны обыкновенной разными видами грибов рода Fusarium.

% зараженных проростков

и проростках хвойных доказывают

Таким образом, опыты на деревьях фотекторную функцию лигнина и ПА.

Глава 4. Элиснторная активность высокомолекулярных экстрактивных *еществ из мицелия офиостомовых грибов в опытах на деревьях и каллусах хвойных

Внесение грибного экстракта, как и живого мицелия, в отверстие, высеченное во злоэме ствола, вызывало увеличение некроза луба по сравнению с контрольным некрозом т поранения у разных хвойных видов (табл. 3).

"аблица 3. Длина некроза в лубе через 4 недели после инокуляции ствола хвойных 0,5 мг

Вид гриба Вариант инокуляции

Контроль Грибной экстракт а\ Живой мицелий «2 аз

Лиственница сибирская

* 1агШсо1а ). ттш '. ро1отса . ягЫгюа )рЫо$1ота 14,3 ±0,6 18,0 ±1,1 18,0 ±0,9 20,9 ±2,0 18.4 ±1,6 18.5 ±1,6 0,004 0,002 0,001 0,011 0,010 22,2 ±2,0 35,2 ±3,0 19,6 ±0,8 26,4 ±2,9 33,4 ±3,3 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,064 0,000 0,669 0,020 0,001

Сосна обыкновенная

'. 1апс!со!а ттш '. ро1отса йШНса ^рЫо^ота 23,3 ±1,6 38.5 ±4,3 42,0 ±6,3 45,3 ±7,5 49.6 ±10,6 42,3 ±4,1 0,004 0,001 0,001 0,004 0,000 77,8 ±15,3 98,6 ±9,2 52,0 ±7,9 47,4 ±6,7 70,4 ±7,0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,000 0,586 0,895 0,003

Ель сибирская

. \aricicola . ттш ро1отса . яЫпса рЫо$1ота 17,4 ±1,5 22,6 ±2,3 19,8 ±1,4 28.2 ±4,1 25,8 ±3,7 27.3 ±3,0 0,068 0,276 0,011 0,028 0,004 20,6 ±1,6 44,2 ±4,2 18,6 ±1,7 28,6 ±4,2 56,4 ±10,7 0,274 0,000 0,679 0,005 0,000 0,629 0,000 0,149 0,658 0,004

Кедр сибирский

. 1аг\с1со1а . ттш . ро1отса . .^¡Ыг^са рЫо$1ота 23,0 ±1,8 27.7 ±2,2 26.8 ±2,9 32.6 ±2,6 27.7 ±2,9 37.9 ±4,5 0,115 0,255 0,005 0,164 0,003 33,0 ±6,1 42,0 ±5,9 42,0 ±2,5 43,3 ±7,8 44,0 ±4,6 0,045 0,001 0,000 0,001 0,000 0,334 0,029 0,077 0,038 0,481

римечание. Приведены средние значения и их ошибки для 5-7 деревьев. а1( а2 - уровни значимости отличия от контроля; а3 - уровень значимости различия длины некрозов, вызванных действием экстракта и мицелия одного и того же вида гриба. Полужирным шрифтом отмечены достоверные различия при а<0,05 {а=\-Р).

На примере пихты сибирской и лиственницы сибирской было показано, что грибн экстракт вызывал изменение содержания фенольных соединений во флоэме аналогичн их изменению при действии живого мицелия (рис. 7, приведены данные для лиственниц). Отмечено накопление лигнина.

ф ^ ?40

X со X о. со

X мг/г 200

СС с; 160

Рис. 7. Размер некроза (и=10), содержание лигнина и ПА (п=3) в зоне ответа лубе лиственницы сибирской через 14 суток после инокуляции ствола индукторами гриба ОрИШота ер. Разными буквами отмечены значения достоверно отличающиеся друг от друга при Р>0,95.

Лиственница сибирская в отличие от пихты сибирской после инокуляции ствола мицелием и его экстрактом в середине июля характеризовалась резким снижением содержания свободных ПА во флоэме (рис. 7). У пихты уменьшение содержания ПА отмечено только в случае грибной инокуляции 15 июня (рис. 5), когда уровень Сахаров во флоэме ствола был понижен. Результаты позволяли предположить возможность

катаболизма ПА, как дыхательного субстрата при синтезе протекторного соединения -лигнина. Отрицательная корреляция между содержанием свободных ПА и лигнином свидетельствуют в пользу этого предположения (рис. 8).

Рис. 8. Корреляция между содержанием свободных ПА во флоэме через 14 суток после инокуляции ствола лиственницы сибирской грибными индукторами - грибным экстрактом, его белковой фракцией, мицелием ОрЫоз1ота эр.

Я = -0,70; Р=0,99; у=2\5-0,5*х

40 80 120 160

Содержание свободных ПА,мг/г

Для выявления физиологических механизмов увеличения размера опытного некроза, ^званного грибным экстрактом, по сравнению с контрольным некрозом от поранения ¡авнивали анатомические и биохимические параметры зоны ответа стволовой флоэмы »сны на опытное и контрольное повреждение луба. В обоих вариантах отмечено армирование изолирующей перидермы, разделяющей живые и некротизированные ткани, 'также каллусного валика по периметру раны. Оба вида повреждения луба уже через 2 ток вызвали накопление смолы в сердцевинных лучах, в норме заполненных углеводами ^ыполняющих транспортную и запасающую функцию.

В стенках ситовидных клеток флоэмы уже через 1 сутки после поранения отмечено 1Копление лигнина в норме не свойственного флоэме (рис. 9). В опытном варианте с ^пользованием грибного экстракта накопление лигнина начиналось позднее, чем при гханическом поранении луба, что доказывает ингибирование синтеза лигнина грибными гтаболитами и присутствие в мицелиальном экстракте супрессоров фитозащиты.

Рис. 9. Поперечный разрез зоны реакции луба ствола сосны обыкновенной через 1 /тки после поранения при окрашивании флороглюцином. Накопление лигнина ачиналось в срединных пластинках (СП) ситовидных клеток (СК). ПК - паренхимная тетка. Масштаб 10 мкм.

Биохимические параметры ответа в опыте и контроле различались количественно, Ь направление изменения было одинаковым - лигнин, связанные ПА, смолистые зщества существенно накапливались, а содержание свободных ПА, низкомолекулярных «аров, "целлюлозы" (нелигниновых компонентов клеточной стенки) достоверно шжалось (рис. 10). Факторный дисперсионный анализ показал, что изменение ¿держания лигнина, смолы, свободных ПА и Сахаров происходит более активно в

варианте опыта с обработкой луба грибным экстрактом по сравнению с контрольны

вариантом - поранение луба (табл. 4). Такн образом, грибнь

элиситоры включак синтез протекторт веществ — лигнина смолы.

О 2 14 28 Время, сутки

1200

900

О 2 14 28 Время, сутки

□ Поранение ЕЗ Грибной экстракт

О 2 14 28 Время, сутки

I I Поранение ЕИЗ Грибной экстракт

Рис. 10. Влияни экстракта гриб

С. 1агтсо1а на параметр! раневой реакции флоэм! ствола сосш

обыкновенной. "X

отмечено различи

параметров при разны: вариантах обработю флоэмы (поранение поранение в сочетании действием 0,5 мг грибногс экстракта) по ¿-критерии при Р>0,95. "Целлюлоза" -нелигниновыг компоненты клеточной стенки.

Таблица 4. Достоверность изменения содержания

проанализированных

веществ во флоэме ствола сосны в зависимости от варианта опыта (1 - поранение или 2 -инъекция экстракта С. 1агШсо1а) и времени после воздействия на флоэму (0, 2, 14, 28

Источник изменчивости параметров реакции (фактор) Статистическая значимость факторного воздействия (Р=1-р)

Лигнин "Целлюлоза" Связанн ые ПА Свободны еПА Общие ПА Смола Низкомс кулярны углеводь

Вариант опыта (1 и 2) 0.975 т га 0.992 0.988 0.979 0.999

Время после начала опыта 0.999 0.999 0.980 0.999 0.999 0.999 0.999

Примечание. Число повторностей - 4. Лигнин, "целлюлозу" и связанные ПА оценивали по концентрации в неэкстрагируемом остатке, свободные ПА - в экстрагируемом остатке, смолу и низкомолекулярные углеводы - в полном образце. Критерий р рассчитан в программе БТАПЭТЮА, АЫОУА. ия - влияние фактора не значимо.

Л = -0,85, Р = 0,99; у = 377,3 - 2,9*х

200

100

300

200

100

40 60 80

Содержание общих ПА, мг/г Я = -0,81, Р = 0,98; у = 300,0 -1,6**

40 80

Содержание Сахаров, мг/г

о Поранение в Грибной экстракт

120

О возможности использования ПА как субстрата при синтезе защитных веществ свидетельствует выявленная отрицательная корреляция между содержанием смолы и ПА, смолы и Сахаров, в зоне некроза (Р>0,95) (рис. 11).

Рис. 11. Корреляция между содержанием смолы и общих ПА (верхний график), и содержанием смолы и низкомолекулярных углеводов (нижний график) в лубе ствола сосны обыкновенной через 28 суток после поранения или обработки луба 0,5 мг экстракта гриба С. 1агкко1а. Указаны номера 4 деревьев.

^=-0,42 ;Р=0,96у=87-0,1*х

0 100 200 300

Содержание свободных ПА,мг/г

о Поранение • Грибной экстракт

Была выявлена достоверная связь снижения свободной формы и накопления связанной формы ПА в лубе, после поранения и действия грибного экстракта (Р>0,95), что свидетельствует о возможности перехода свободных ПА в связанную форму и участии этих соединений в защитной трансформации клеточной стенки (рис. 12).

Рис. 12. Отрицательная корреляция между содержанием свободных и связанных ПА в зоне реакции луба на поранение и инокуляцию ствола сосны обыкновенной 0,5 мг экстракта С. 1агШсо1а.

Проведение опытов на каллусах позволило исключить влияние фактора поранен1 растительной ткани, что было актуальным в связи с неспецифичностью ответа на оба ви повреждения луба - поранение и инъекцию грибного экстракта. Грибной экстра наносили на поверхность каллуса, в отличие от опытов на деревьях, в которых д обеспечения контакта экстракта и живой растительной ткани необходимо предварительп поранение луба. В каллусах хвойных после воздействия на них грибными экстракта!* было отмечено накопление полимерных фенольных соединений (лигнина, связанных II, и мономерного фенольного соединения (я-оксибензойной кислоты в свободной связанной форме) (рис. 13-15).

го £ о. О)

ч: о О

Лиственница сибирская

140

го 120

^ X ? 100

го *

а.

с£ о О

Ель сибирская

го £ го о. >5

сг

ш о. с; 0

О о 1Г

т 2

I I Контроль ШЯ. С.1апсюо1а Н С.ро/оя/'са

I I Контроль Ш С.1апсюо1а Ш1 С.ро1оп1са

Рис. 13. Содержание лигнина и связанных ПА в каллусах хвойных через 48 часов после действия грибов Сег^осузйз 1агтсо1а и С. ро1отса и их метаболитов. По ос» абсцисс обозначены варианты обработки каллусов: "Дистиллят" - дистиллированно^ водой, "Среда" - культуральной средой после выращивания гриба, содержащей грибные экзометаболиты, "Экстракт" - грибным экстрактом, "Мицелий" - живым мицелием. «Х>; отмечены значения достоверно отличающиеся от контроля ("Дистиллят") при Р>0,95.

I I Дистиллят (контроль) И Грибной экстракт

Лиственница Ель

Рис. 14. Накопление свободной п-оксибензойной кислоты в каллусных культурах лиственницы сибирской и ели сибирской через 48 часов после действия экстрактов из мицелия гриба С Лаг ¡с ¡со 1а, мг/г сухого каллуса. «X» отмечены значения, отличающиеся от контроля при Р> 0,99.

Увеличение содержания связанной гс-оксибензойной кислоты указывает на возможность участия этого

протекторного соединения в укреплении клеточной стенки во время защитной реакции растения на инфекцию (рис. 15).

I х Ш

1 о

24 48

Время,часы

Рис. 15. Содержание свободной и связанной форм и-оксибензойной кислоты в каллусе лиственницы

сибирской после обработки экстрактом С. \aricicola, мг/г сухого каллуса. «X» отмечены значения,

отличающиеся от контроля при Р>0,95.

24 48

Время, часы

Таким модельные каллусах подтвердили активность

образом, опыты на хвойных элиситорную метаболитов

I I Дистиллят (контроль) И Грибной экстракт

офиостомовых грибов - их способность активировать синтез протекторных веществ в тканях хвойных.

Известно, что оксибензойные кислоты (С^-С) - соединения) в растениях могут [зинтезироваться по фенилпропаноидному пути из оксикоричных (Сб-С3 - соединений), которые также являются предшественниками лигнина и ПА, и из промежуточного продукта шикиматного пути - дегидрошикимовой кислоты (Осипов, Шеин, 1990, Ьапрометов, 1993, с. 113) (рис. 16). В опытах с обработкой каллусов лиственницы I 21

сибирской и ели сибирской грибным экстрактом активность накопления монофенолык>; соединения - я-оксибензойной кислоты (С6-С[) в растительной ткани была в несколько р выше по сравнению с полифенольными соединениями (лигнином и ПА) (рис. 13, 1^). 3 результаты указывают на активацию синтеза оксибензойных кислот из промежуточш продуктов шикиматного пути - хинной и шикимовой кислот, которые образуют резервш фонды у хвойных (Осипов, Шеин, 1990).

Э4Ф ФЕП

Ши

хк

ашатнъш путь

ДАГФ

шк

-Дгх

;дгш

с6-с,

= ФА<

ФАЛ

Катаболизм белка

Синтез белка

Катаболические процессы

с6-с3

Полифенольные соединения

Фенилпропаноидный путь

Рис. 16. Схема синтеза монофенольных (Сб-С) и Сб-С3) и полифенольны? соединений у хвойных. Э4Ф - эритрозо-4-фосфат; ФЭП - фосфоенолпируват; ДАГФ - 3 дезокси-Д-арабиногептулозонат-7-фосфат; ДГХ - дегидрохинат; ДГШ - дегидрошикимат1 ХК - хинная кислота; ШК - шикимовая кислота; ФА -¿-фенилаланин; С6-С] -оксибензойные кислоты; С6-С3 - оксикоричные кислоты; ФАЛ - ¿-феншталанинаммиак-лиаза; затемненные области показывают способность хинной и шикимовой кислот образовывать резервные фонды (Шеин и др., 2001).

Глава 5. Сравнительная оценка защитной реакции хвойных на грибнуш инфекцию в норме и при стрессе

Защитная реакция флоэмы ствола ели сибирской на действие офиостомового гриба характеризовалась накоплением лигнина и смолы и снижением содержания ПА и Сахаров. Подтопление ослабило эти процессы и вызвало увеличение некроза флоэмы (рис. 17), что

ответствует данным о снижении устойчивости подтопленных долинных лесов к ибным заболеваниям и насекомым-вредителям (Рахов, 1965, Яновский, 1991). Исходный овень Сахаров во флоэме ствола деревьев, стрессированных подтоплением, достоверно Ьке, чем в норме (рис. 17), что, вероятно, вызвано анаэробиозом корневой системы и тивацией гликолиза в растительных тканях.

^ .

х га

го х

* *

О. х

О) Ь

о ^ О

си ^ < 75

го С

* X 60

о. ^

ш 3"

§ ю о 45

О 6 12 Время, сутки

0 6 12 Время, сутки

ш 180

X -

го X м с 120

о. <Ц ч о 5 о 5 60

О 0

а. ш

го о.

40 30

О 6 12 Время, сутки

Время, сутки

^ Нормальное увлажнение почвы ЕИ Подтопление

О 12 Время, сутки

Рис. 17. Влияние водного режима почвы на параметры ответа флоэмы ели 1бирской, вызванного инокуляцией ствола мицелием ОрЫозШпа ер. Знаком «X» »■мечены параметры достоверно различающиеся у деревьев с разным режимом злажнения почвы при Р>0,95.

В лубе подтопленных деревьев была выявлена тесная связь между снижением 5щих ПА и накоплением лигнина и смолы через 12 суток после начала опыта (рис. 18). У еревьев с нормальным водным режимом почвы и уровнем Сахаров в лубе ствола такой эрреляции не было обнаружено. Эти данные согласуются с выдвинутым ранее [эедположением о резервной функции ПА, как дыхательного субстрата, при синтезе шдитных веществ.

О протекторной функции лигнина свидетельствует отрицательная корреляция ¡ежду содержанием лигнина и размером некроза во флоэме ствола ели после инокуляции )ркюз1ота эр. (рис. 19).

о Нормальное увлажнение: у=32+0,9Ч R=0,42; Я=0,77 Подтопление: у=3+1,4*х R=0,75; Я=0,99

о Нормальное увлажнение: у=28+4,2*х; R=0,44; Р= 0,27 Подтопление: у=12+5,2*х; R=0,93; Р=0,99

го х 5

ф Ц

Снижение содержания общих ПА, мг/г

40 80 120 Накопление лигнина, мг/г

Рис. 18. Накопление лигнина и смолы в связи со снижением содержания общих Г1, через 12 суток после инфицирования флоэмы ели сибирской грибом Ophiostoma sp. пр разном увлажнении почвы. По осям указана разность между содержанием вещества е флоэме до и после инфицирования.

R=-0,58; Р= 0,99; у=46-0,2*х

Рис. 19. Размер некроза в связи с накоплением лигнина в< флоэме ствола ели сибирской через 12 суток после инокуляци; грибом Ophiostoma sp.

В хроническом очаге лиственничной чехликовой мол? (чехлоноски) Coleophora sibiricella Falk. (Lepidoptera Coleophoridae) было проведено сравнение параметров реакци1 флоэмы ствола на действие мицелия и экстракта офиостомовоп гриба С. laricicola у контрольных неповрежденных деревья лиственницы сибирской и деревьев, подверженных хроническо! частичной дефолиации чехлоноской (табл. 5).

Изменение содержания общих ПА в зоне реакции флоэмы ствола на действие офиостомовых грибов и их метаболитов у лиственницы в очаге отличалось от такового _ деревьев вне очага (рис. 7, табл. 5). Неповрежденный древостой характеризовало; снижением ПА во флоэме ствола после действия на нее грибного агента - мицелия или егс экстрактивных веществ. В отличие от этого, у лиственниц в очаге зарегистрировано накопление ПА, индуцированное действием на флоэму офиостомового гриба и егс экстракта, что, вероятно, является проявлением стрессированности лиственницы в очаге насекомого-вредителя.

Действие биотического фактора (повреждение хвои лиственницы чехлоноской) активизирует защитные механизмы в неповрежденных тканях дерева. В пользу системной устойчивости деревьев свидетельствуют исходно высокое содержание дубильных веществ в тканях флоэмы ствола, активизация накопления лигнина в зоне защитной реакции флоэмы ствола на действие грибных инокулятов (табл. 5), а также высокая устойчивость, таких деревьев к стволовым вредителям, известная по литературным данным (Плешанов.1 1982).

Таблица 5. Характеристика реакции флоэмы ствола лиственницы сибирской на нокуляцию мицелия и экстракта гриба С. 1агкко1а в хроническом очаге лиственничной ехликовой моли С. йШгкеПа у деревьев, без признаков повреждения и частично

Время после Состояние деревьев

Вариант опыта начала опыта, сут неповрежденные хвоя повреждена молью

Величина некроза, мм

Мицелий С. 1агкко1а 14 38,3±3,2 А 41,7±2,0 А

Общие ПА, мг/г сухой массы образца

Контроль 0 114±5 аА 147±5 аВ

Экстракт С. 1агкко1а 7 125±5 аА 154±б а А

» 14 157±11 аЬА 150±5аА

Мицелий С. 1агкко1а 7 124±5 аА 148±8 аА

» 14 146±4 ЬА 167±6 аА

Лигнин, мг/г сухой массы неэкстрагируемого остатка

Контроль 0 133±5 аА 117±3 аВ

Экстракт С. 1агкко1а 7 147±9 ЬА 135±4 ЬА

» 14 132±4 аЬА 159±9 сВ

Мицелий С. /ап'а'со/а 7 142±7 ЬА 140±5 ЬА

» 14 128±4 аЬА 155±8 ЬВ

Удельная масса инфицированной флоэмы, мг/см1 камбия

Контроль 0 73,8±6,6 аА 96,3±10,1 аА

Экстракт С. 1агкко1а 7 74,8±4,1 аА 76,4±5,6 аА

» 14 77,1±7,1 аА 55,9±4,6 ЬВ

Мицелий С. ¡апско1а 7 74,8±5,0 аА 80,4±8,6 аА

» 14 74,3±3,0 аА 51,6±5,2 ЬВ

1римечание. Приведены средние значения для 7 деревьев и их ошибки. Для каждого араметра одинаковыми буквами отмечены средние значения, достоверно не тличающиеся друг от друга по критерию Вилкоксона (/>>0,95) внутри столбцов (строчные уквы - а, Ь, с) и внутри строк (заглавные буквы - А, В). Для расчета удельной массы нфицированной флоэмы массу образца луба делили на его площадь.

Дефолиированные деревья отличаются от контрольных 2-кратным снижением массы лоэмы в зоне реакции (табл. 5). Это вызвано, вероятно, истощением ресурсов, которые нижаются после повреждения чехлоноской хвои, нарушения работы фотосинтетического ппарата и ослабления транспорта ассимилятов в зону повреждения ствола.

Содержание лигнина и дубильных веществ в зоне ответа флоэмы на действие ивого мицелия изменялось аналогично изменению этих фенольных соединений при ействии грибных экстрактивных веществ. Дефолиация одинаковым образом изменяет арактер реакции в этих двух вариантах опыта с разными грибными индукторами -шцелием и грибным экстрактом. Результаты подтверждают элиситорную активность ибного экстракта, а также влияние стрессового биотического фактора (дефолиации) на араметры иммунного ответа флоэмы ствола.

Глава 6. Иммунодиагностика состояния сосняков на ранней стадии снижения стойчивости при техногенном и пирогенном повреждении

В пригородных сосняках близкого возраста на постоянных пробных площадях фоводили многолетние наблюдения - ежегодную регистрацию параметров защитной еакции флоэмы ствола выбранных деревьев на инъекцию раствора с экстрактом мицелия фиостомового гриба для ранней диагностики состояния древостоев. Предварительно

/=(4, 85)=3,6302, р=0,00884

было показано, что некроз луба, вызванный действием грибного экстракта, возрастал п увеличении диаметра деревьев (рис. 20), что, вероятно, обусловлено снижением защитнь

функций у деревьев с более интенсивным ростом, связи с этим на каждой ПП размер некроза измеря.1 у 20-25 случайно выбранных деревьев, чч позволяло учесть деревья разной толщины. Длш некроза зависела от возраста (/^=23,3 и /7=0,0001 поэтому иммунодиагностика осуществляется на Г1 1-4,7 в древостоях близкого возраста средневозрастных сосняках — 60-70 лет различающихся по экологической ситуации техногенному загрязнению и повреждению низовы пожаром (табл. 2).

Рис. 20. Длина некроза флоэмы поел инокуляции ствола 0,5 мг экстракта С. 1апасо1а связи с рангом дерева по диаметру (на высоте 1,3 л в средневозрастных сосняках.

Категория состояния деревьев, визуально оцениваемая по 6-балльной шкал Санитарных правил РФ (1998), достоверно (на 5%-ном уровне) не различалась загрязненных и фоновых древостоях весь период 8-летних наблюдений (рис. 21 приведены данные для средневозрастных древостоев на ПП 1-4,7).

1-20

41-60

81-100

2М0

61-80

Ранг дерева по диаметру на высоте 1,3 м

2002 2004 2006 2008 2010 2003 2005 2007 2009

2003 2005 2007 2009 2004 2006 2008 2010

Годы Годы

Загрязненные древостой Загрязненные древостой

-о- Фоновые древостой -о- Фоновые древостой

Рис. 21. Категория состояния и размер некроза в лубе через 4 недели после внесения 0,5 мг экстракта гриба С. 1апско1а в проводящие ткани ствола сосны на ПП в средневозрастных сосняках. "X" отмечены значения, различающиеся в фоновых (ПП 3-4) и загрязненных (ПП 1, 2, 7) древостоях (Р>0,95), стрелкой - действие пожара. Указаны средние и ошибки. Средние значения рассчитаны, как средневзвешенные по объему стволов. Категорию состояния оценивали у всех деревьев (по 200-300 деревьев на ПП), размер некроза - у 20-25 деревьев на каждой ПП.

Отмечен тренд к улучшению категории состояния в загрязненных древостоях и, против, к ее ухудшению в фоновых насаждениях. Согласно 6-баллыюй шкале к I тегории относят деревья без признаков ослабления, II - ослабленные, III - сильно лабленные, IV - усыхающие, V -усохшие в текущем году, (свежий сухостой), VI -арый сухостой.

В 2003 г. некроз флоэмы в фоновых древостоях был существенно меньше, чем кроз в загрязненных сосняках, в 2004-2005 гг. различия не достоверны, в 2006-2008 гг. кроз в фоновых сосняках был больше, чем в загрязненных (рис. 21), В 2009 г. - величина крозов не различалась, в 2010 г. соотношение размера некроза вернулось к исходному, блюдаемому в начале мониторинга в 2003 г. Причиной снижения активности щуцированной реакции (увеличения размера некроза) в фоновых древостоях, явился, (свидио, низовой пожар весной 2004 г. (рис. 3).

После пожара был зарегистрирован 2-летний период достоверного увеличения кроза и его «смещения» вверх по стволу относительно раневого отверстия (рис. 1, 22). я послепожарной реабилитации древостоя - восстановления этих некротических казагелей до прежнего уровня - понадобился 4-5-летний период.

Рис. 22. Размер верхней части некроза (в % от всего размера) в лубе через 4 недели после внесения 0,5 мг экстракта гриба С. laricicola в проводящие ткани ствола сосны на ПП в сосняках. Знаками "XX" отмечены значения, различающиеся в фоновых (ПП 3-4) и

загрязненных (ПП 1, 2, 7) древостоях (Р>0,95), "х" -отличия размера верхней и нижней части некроза (/'>0,95), стрелкой - действие низового пожара. Указаны средние и ошибки, рассчитанные по "смещению" некроза у 20-25 деревьев на каждой ПП.

2003 2005 2007 2009

2004 2006 2008

Годы

-•- Загрязненные древостой -о- Фоновые древостой

2010

Увеличение некроза и «дрейф» зоны некроза вверх по стволу, по-видимому, условлены, нарушением нормального нисходящего транспорта ассимилятов по стволу, ■душим к ослаблению индуцированной защиты. Корреляция между величиной некроза и о смещением вверх по стволу подтверждает это предположение (рис. 23). Транспорт симилятов в крону может быть вызван повреждением хвои горячим воздухом и еобходимостыо ее регенерации. После ослабления лиственницы низовым пожаром мечено достоверное двукратное перераспределение сахарозы из нижней части ствола в ерхнюю (Р>0,95) (Гире, 1967).

Я=0,74; Р=0,997; у=-56+2,2*х 80-

Рис. 23. Корреляция между длиной некрс флоэмы (через 4 недели после инокуляции ство экстрактом С. 1аг1Ысо1а) и размером верхней час некроза, выраженным в процентах, у деревь сосны обыкновенной.

В случае более коротких некрозе отмеченных в загрязненном древостое в 2006 исходное содержание лигнина, а также активное накопления связанных ПА согласно результат! факторного дисперсионного анализа, бы. достоверно выше по сравнению с фоновыл

44 48 52 56 Размер верхней части некроза, %

параметрами (Р>0,95), что доказывает протекторную функцию этих соединений (рис. 24)

Время, сутки

2 14 28 Время, сутки

О 2 14

Время, сутки

] Фоновый древостой на ППЗ | Загрязненный древостой на ПП2

3 Фоновый древостой на ПП 3 | Загрязненный древостой на ПП 2

Рис. 24. Величина некроза и динамика биохимических параметров в зоне реакци! луба после инокуляции ствола сосны обыкновенной 0,5 мг экстракта из мицели: С. 1аг1сгсо1а в сосняках разной степени загрязнения в 2006 г. Указаны средние и ошибю для 7 средних деревьев. «X» отмечены достоверные различия в фоновом и загрязненно.ч древостоях при Р>0,95 по /-критерию.

Высокая концентрация лигнина, отмеченная в начале опыта (0 суток) в сосняке, ытывающем стресс техногенной нагрузки, указывает на высокий уровень ститутивной устойчивости в этом древостое, а более активное накопление связанных и смолы - на активную индуцированную устойчивость древостоя по сравнению с ювым сосняком. В то же время динамика Сахаров свидетельствует о дефиците ргегических ресурсов в тканях загрязненных деревьев. Если в начале опыта содержание аров существенно не различалось у деревьев, то уже через 2 суток после инъецирования бного экстракта отмечено достоверное уменьшение Сахаров в лубе загрязненных евьев по сравнению с фоном. Через 14 и 28 суток такое различие динамики Сахаров ранилось. Это согласуется с эффектом снижения годичного прироста луба деревьев при )язнении.

Таким образом, характеристики иммунного ответа флоэмы ствола отражают мнение физиологического состояния деревьев при действии экологических факторов. 1аметры сверхчувствительной некротической реакции в лубе, вызванной действием бного экстракта, оказались более чувствительными характеристиками по сравнению с лом категории состояния и таксационными показателями. При этом информативны не гько биохимические, но и визуально определяемые характеристики иммунитета -шчина и "смещение" локального некроза стволовой флоэмы, вызванного действием 1бного экстракта.

Выводы

Неспецифичность иммунной реакции хвойных па инокуляцию ствола иостомовыми грибами, различающимися по специализации к хвойному растению и ■екомому-переносчику, проявляется в сверхчувствительной некротической реакции фицированных клеток флоэмы, накоплении в ней лигнина, связанной формы щенсированных дубильных веществ, смолистых веществ, формировании перидермы, деляющей некроз и живые ткани.

Нарушение защитной трансформации клеточных стенок флоэмы метаболитами иостомового гриба, инокулированного в проводящие ткани ствола, обуславливает ессивность патогена - его способность вызывать некрозы большего размера по внению с менее агрессивными грибами.

Увеличение содержания связанной формы ПА и и-оксибензойной кислоты в тканях ойных, вызванное действием элиситоров офиостомового гриба, указывает на участие IX фенольных соединений, подобно лигнину, в защитной трансформации растительной еточной стенки.

Данные свидетельствуют о резервной функции свободных ПА - их расходовании во емя синтеза лигнина и смолистых веществ в зоне защитной реакции флоэмы на действие ибных метаболитов в условиях пониженного содержания низкомолекулярных Сахаров. 1есте с тем, наряду с катаболическими процессами, грибные элиситоры включают в стительной ткани синтез ПА.

Активность накопления и-оксибензойной кислоты на ранней стадии защитной акции, вызванной действием метаболитов офиостомового гриба, во много раз выше по авнению с полифенольными соединениями (лигнином и ПА). В этом случае накопление оксибензойной кислоты, вероятно, обеспечивается резервными фондами хинной и гкимовой кислоты, характерными для хвойных.

Зарегистрированный эффект ингибирования метаболитами офиостомового гриба иней стадии лигнификации стенок ситовидных клеток флоэмы, вызванной ее ■ханичсским поранением, позволил предложить гипотезу о причине возникновения социации "насекомые-ксилофаги - офиостомовые грибы", согласно которой подавление

фитои.ммунитета грибными супрессорами является выгодным для обоих партнс короедно-грибного комплекса и содействует их поселению в тканях хвойных.

7. Результаты указывают на двоякое действие метаболитов офиостомового гриб элиситацию и супрессию фитозащиты, что не противоречит природе взаимоотноше: растения-хозяина и паразита. Стратегия первого направлена на распознавание гриб! элиситоров и включение защитных процессов, в том числе синтез лигнина, а второго -преодоление фитозащиты, что проявляется в ингибировании раннего этапа лигнификащ

8. Стрессовое воздействие экологического фактора, снижающее устойчивость хвойн деревьев к офиостомовым грибам, характеризуется снижением активности защити процессов в зоне ответа флоэмы на вторжение патогена (накопление лигнина, связанн ПА, смолистых веществ), следствием чего является увеличение разм сверхчувствительного некроза флоэмы ствола.

9. Нарушение защитного ответа флоэмы ствола хвойных на действие метаболи офиостомового гриба может рассматриваться как индикатор для прогнозирова1 вспышек массового размножения насекомых-ксилофагов.

10. Характеристики флоэмы в зоне ответа на инъекцию экстракта из мице офиостомового гриба в проводящие ткани ствола позволяют регистрировать измене1 физиологического состояния хвойных древостоев в изменяющейся экологическ ситуации на ранних стадиях при отсутствии визуальных признаков ослабления деревьев.

Основные публикации по теме диссертации Монографии

1. Иммунная реакция хвойных пород Сибири / Г.Г. Полякова, В.И. Поляков, Н. Пашенова, И.В. Шеин, В.П. Ветрова, В.В. Стасова, Г.К. Зражевская, О.Н. Зубарева; о ред. Г.Ф. Антонова. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. 110 с.

Статьи в рецензируемых журналах, соответствующих списку ВАК

2. Полякова Г.Г., Ветрова В.П., Пашенова Н.В., Осипов В.И. Участие проантоцианидин и лигнина в защитной реакции пихты на инфицирование микромицетами // Физиолог растений. 1995. Т. 42. N 4. С.622-628.

3. Ветрова В.П., Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Осипов В.И. Защитная реакция инфекцию - индикатор устойчивости пихты сибирской к черному пихтовому усачу связанным с ним микромицетам // Лесоведение. 1995. N 6. С.34-42.

4. Ветрова В.П., Матренина P.M., Полякова Г.Г., Пашенова Н.В. Метаболиты патогенн деревоокрашивающих микромицетов как индукторы защитных реакций хвойных Микология и фитопатология. 1995. Т. 29. Вып. 2. С.33-38.

5. Полякова Г.Г., Ветрова В.П., Пашенова Н.В. Снижение активное противоинфекционной защиты ели при подтоплении // Лесоведение. 2000. № 2. С. 23-29.

6. . Шеин И.В., Полякова Г.Г., Зражевская Г.К., Пашенова Н.В., Ветрова В.П. Накоплен! фенольных соединений каллусными культурами хвойных как реакция на грибы сине древесины // Физиология растений. 2001. Т.48. № 2. С. 251-256.

7. Полякова Г.Г. Физиологические механизмы противоинфекционной защиты пихты Лесоведение. 2002. № 4. С. 25-30.

8. Шеин И.В., Шибистова О.Б., Зражевская Г.К., Астраханцева Н.Г., Полякова Г. Содержание фенольных соединений и активность ключевых ферментов их синтеза гипокотилях сосны обыкновенной при фузариозе // Физиология растений. 2003. Т.50. № С.581-586.

9. Шеин И.В., Андреева О.Н., Полякова Г.Г., Зражевская Г.К. Изменение содержат фенольных соединений в каллусе сосны в ответ на элиситацию Fusarium разной степен патогенности // Физиология растений. 2003. Т. 50. № 5. С. 710-715.

1оляков В.И., Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Стасова В.В. Применение грибных >болитов для оценки состояния сосновых древостоев в условиях промышленного язнения // Известия РАН. Сер. биол. 2005. №4. С.506-512.

Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Поляков В.И., Зражевская Г.К. Индуцирование унной реакции хвойных метаболитами фитопатогенных грибов // Физиология ений. 2008. Т. 55. №4. С. 496-502.

Пашенова Н.В., Полякова Г.Г., Афанасова Е.Н. Изучение грибов синевы древесины в шых лесах Центральной Сибири // Хвойные бореалыюй зоны. 2009. Т.26. №1. С. 22-28. Полякова Г.Г., Стасова В.В., Пашенова Н.В. Защитная реакция флоэмы ствола сосны торанение и действие экстракта из мицелия Ceratocystis laricicola // Физиология ений. 2011. Т. 58. №5. С. 702-710.

гие публикации в рецензируемых журналах, соответствующих списку ВАК Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Поляков В.И., Стасова В.В. Иммунный метод изучения ояния сосновых древостоев // Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2009. С. 97-98.

Пашенова Н.В., Полякова Г.Г. Коллекция культур деревоокрашивающих грибов, анных со стволовыми вредителями хвойных пород // Иммунопатология, аллергология, ектология. 2009. №1. С. 45-46.

Полякова Г.Г., Кукина Т.П., Пашенова Н.В., Сальникова О.И., Стасова В.В. менение мицелиальных экстрактов для изучения механизмов устойчивости хвойных к остомовым грибам//Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2010. №1. С. 124. тьи в рецензируемых иностранных журналах

Polyakova G.G., Polyakov V.I., Pashenova N.V., Stasova V.V., Zubareva O.N., pal'shicova L.N. Physiological method for evaluation of vigor state of pine stands // Eurasian r. Res. 2010. 13. N1. P. 19-24.

гериалы докладов международных конференций

Vetrova V.P., Polyakova G.G., Matrenina R.M., Pashenova N.V., Osipov V.I. Accumulation ondensed tannins and lignin in fir and larch phloem induced by blue-stain fungi and their itors // Bark Beetles, Blue-stain Fungi, and Conifer Defence Systems. Int.Symp. Norway. 5. P. 18-19.

Pashenova N.V., Vetrova V.P., Polyakova G.G. Tolerance of blue-stain fungi to plant nsive chemicals // Proceedings of The International Symposium on Physiology and genetics ree-phytophage interactions. IUFRO. / Eds. F. Lieutier, W.J. Mattson, M.R. Wagner. Paris: <\ Editions. 1999. P.261-274.

Polyakova G.G., Pashenova N.V., Vetrova V.P., Stasova V.V., Zrazevskaya G.K., Shein I.V., istantinov M.Yu. Perspectives of using blue-stain fungi for assessment of conifer tree vigor resistance to insects-vectors and associated pathogens. In: "New Horizon of Bioscience in est Products Field"/ Proceedings of The 2rd Int. Symp. Korea. Cheongju. Chungbuk National 'versity. 2000. P. 26-42.

УОПИЛСО PAH Заказ № 1, тираж 100 экз.

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Полякова, Галина Геннадьевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВЬЕВ И ДРЕВОСТОЕВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ,

ПАССИВНЫЙ И АКТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ РАСТЕНИЙ.

1.1. Характеристика первичной (конститутивной) устойчивости как основной метод оценки состояния лесных насаждений.

1.2.Индуцированная устойчивость растений.

1.2.1. Изучение индуцированной устойчивости растений в лабораторных и природных условиях.

1.2.2. Использование метода инокуляции ствола грибами-ассоциантами насекомых-ксилофагов для оценки индуцированной устойчивости хвойных деревьев.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Характеристика природных объектов исследования иммунитета хвойных.

2.2. Пригородные сосняки Красноярска как объект для ранней иммунодиагностики состояния древостоев в изменяющейся экологической ситуации.

2.2.1. Характеристика участков - расположение, лесорастительные условия, загрязненность, низовые пожары, масса почвенных микробов.

2.2.2. Таксационная характеристика древостоев на 1111, база данных.

2.2.3. Годичный радиальный прирост древесины и луба, параметры хвои и побегов у деревьев на 1111.

2.3. Характеристика лабораторных объектов исследования иммунитета хвойных.

2.4. Краткая характеристика фитопатогенных грибов.

2.5. Определение степени патогенности разных видов грибов рода Fusarium.

2.6. Наращивание мицелиальной массы, приготовление грибного экстракта и разделение его на фракции.

2.7. Воздействие на каллусы, проростки и деревья хвойных экстрактами и мицелием патогенных грибов и отбор образцов растительной ткани

2.8. Определение содержания фенольных соединений, смолистых веществ и углеводов в тканях хвойных.

2.9. Статистическая обработка данных.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ПРОТЕКТОРНОЙ РОЛИ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В УСТОЙЧИВОСТИ ХВОЙНЫХ К ПАТОГЕННЫМ ГРИБАМ.

3.1. Реакция флоэмы ствола пихты сибирской на действие офиостомовых грибов разной агрессивности.

3.2. Оценка связи устойчивости пихты сибирской к офиостомовым грибам и насекомому-переносчику по параметрам ответа флоэмы на действие грибов.

3.3. Изменчивость параметров ответа флоэмы ствола пихты сибирской на действие офиостомового гриба в течение сезона вегетации.

3.4. Содержание фенольных соединений в каллусах сосны обыкновенной, обработанных экстрактами из мицелия грибов рода Fusarium, различающихся по патогенности, и в зараженных проростках.

3.5. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ЭЛИСИТОРНАЯ АКТИВНОСТЬ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ МИЦЕЛИЯ ОФИОСТОМОВЫХ

ГРИБОВ В ОПЫТАХ НА ДЕРЕВЬЯХ И КАЛЛУСАХ ХВОЙНЫХ.

4.1. Сравнение реакции деревьев пихты сибирской и лиственницы сибирской на действие живого мицелия и выделенных из него метаболитов.

4.2. Реакция каллусов хвойных на действие грибных экстрактов и мицелия.

4.2.1. Зависимость накопления фенольных соединений в каллусах лиственницы сибирской от дозы грибного экстракта.

4.2.2. Действие грибных метаболитов на содержание фенольных соединений в каллусах хвойных.

4.3. Параметры ответа луба ствола сосны обыкновенной при разных вариантах его повреждения.

4.3.1. Размер некроза луба в зависимости от дозы грибного экстракта и высоты расположения раневого отверстия на стволе.

4.3.2. Зависимость параметров некроза от фенофазы летнего периода.

4.3.3. Сравнение реакции луба ствола сосны обыкновенной на поранение и инъекцию экстракта С. laricicola.

4.3.4. Размер некроза в зоне ответа флоэмы ствола сосны обыкновенной на действие различных фракций грибного экстракта.

4.4. Сравнение некрозов луба у деревьев основных лесообразующих хвойных пород Сибири в различных вариантах опыта.

4.5. Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЗАЩИТНОЙ РЕАКЦИИ ХВОЙНЫХ НА ГРИБНУЮ ИНФЕКЦИЮ В НОРМЕ И

ПРИ СТРЕССЕ.

5.1. Снижение противоинфекционной защиты луба ствола ели сибирской при подтоплении.

5.2. Влияние повреждения хвои лиственницы сибирской чехликовой молью на параметры реакции луба ствола, вызванной действием экстракта и мицелия офиостомового гриба.

5.3. Выводы к главе 5.

ГЛАВА 6. ИММУНОДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ СОСНЯКОВ

НА РАННЕЙ СТАДИИ СНИЖЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ

ПРИ ТЕХНОГЕННОМ И ПИРОГЕННОМ ПОВРЕЖДЕНИИ.

6.1. Ежегодная визуальная оценка состояния сосняков на ПП в 2002-2010 гг.

6.1.1. Средняя категория состояния.

6.1.2. Энтропия категории состояния.

6.1.3. Адаптация деревьев и древостоев к загрязнению на ранней стадии ослабления.

6.2. Ежегодная оценка некроза флоэмы, вызванного действием экстракта С. laricicola, в сосняках на ПП в 2003-2010 гг.

6.2.1. Средний размер некроза луба.

6.2.2. Вертикальное смещение некроза в лубе относительно отверстия для внесения грибного экстракта.

6.2.3. Корреляция размера и смещения некроза.

6.3. Анатомические и биохимические характеристики зоны некроза флоэмы ствола сосны обыкновенной при инъекции экстракта

С. laricicola.

6.3.1. Анатомические характеристики.

6.3.2. Биохимические параметры.

6.4. Выводы к главе 6.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Физиологические механизмы иммунитета хвойных на примере взаимодействия флоэмы ствола и офиостомовых грибов"

Актуальность исследования иммунитета хвойных в отношении офиостомовых грибов связана с вспышками массового размножения стволовых вредителей - насекомых-ксилофагов, переносящих эти грибы. Способность агрессивных видов насекомых-переносчиков повреждать кроны здоровых деревьев при дополнительном питании создает угрозу метастабильного состояния очагов массового размножения (Исаев, Гире, 1975). В последние десятилетия возникла угроза распространения сосудистых микозов хвойных, вызываемых патогенным комплексом офиостомовые грибы - нематоды, переносимым насекомыми-ксилофагами (Кулинич, 1993, Mireku, Simpson. 2002, Cardoza et al., 2008). Распространению патогенов способствует экспорт леса. Сосудистые микозы, вызываемые офиостомовыми грибами, известные на лиственных породах как голландская болезнь ильмовых и трахеомикозы дуба, вызвали гибель лиственных насаждений в середине прошлого века на обширных территориях (Лесная энциклопедия, 1985, Ceratocystis and Ophiostoma, 1999).

Опасность возникновения очагов массового размножения насекомых-вредителей и грибных эпифитотий связана с воздействием экологических повреждающих факторов на лесные массивы (Рахов, 1965, Яновский, 1991). В норме древесные растения устойчивы к офиостомовым грибам и отвечают на их инокуляцию сверхчувствительной некротической реакцией инфицированных клеток флоэмы, что является ярким примером иммунного ответа растительной ткани на действие патогена (Reid et al., 1967, Lieutier, Berryman, 1988, Paine et al., 1997, Yamaoka et al., 2004).

Сезонная изменчивость характеристик иммунной реакции луба на инокуляцию ствола офиостомовыми грибами, продемонстрированная на деревьях хвойных (Reid et al., 1967, Paine et al., 1997), свидетельствует о зависимости параметров этой реакции как от физиологического состояния дерева, так и экологических факторов. Для проверки такой связи в представленном исследовании сравнивали размер некроза и другие параметры иммунной реакции луба на инокуляцию ствола офиостомовыми грибами у деревьев, находящихся в нормальных условиях и стрессированных экологическими факторами. Предполагалось, что влияние факторов среды на состояние дерева изменит характеристики этого ответа, что поможет понять физиологические механизмы устойчивости хвойных к патогенным организмам.

Изучение механизмов иммунитета лесообразующих видов в опытах с использованием патогенных грибов осложнено риском возникновения грибных эпифитотий при экспериментальном инфицировании деревьев. Замена живого мицелия веществом с аналогичными свойствами позволила бы решить эту проблему. Однако возможность использования в качестве такого вещества грибных препаратов в экспериментах с хвойными растениями до настоящего времени не проверяли, что сдерживает исследование иммунитета растений к патогенам.

Цель исследования: определить физиологические механизмы защитной реакции флоэмы ствола, индуцируемой офиостомовыми грибами, и снижения устойчивости хвойных деревьев к этим патогенам при действии экологических факторов.

Для достижения цели решали ряд задач.

Термины «конденсированные дубильные вещества» и «проантоцианидины» (ПА), а также «луб», «живая кора» и «флоэма» использованы, как синонимы.

В работе исследована роль фенольного метаболизма в иммунитете хвойных к офиостомовым грибам, ассоциированным с агрессивными видами стволовых вредителей. Впервые показано, что накопление лигнина и связанной формы конденсированных дубильных веществ, происходящее в результате их индуцированного синтеза при контакте клеток флоэмы с элиситорами гриба, препятствует распространению инфекции и увеличению сверхчувствительного некроза флоэмы. Показана возможность индуцирования защитной реакции хвойных экстрактивными высокомолекулярными веществами, выделенными из мицелия офиостомовых грибов. Зарегистрирован эффект ингибирования супрессорами офиостомового гриба ранней стадии лигнификации стенок ситовидных клеток флоэмы, вызванной ее механическим поранением. Это позволило предложить гипотезу о причине возникновения ассоциации "насекомые-ксилофаги - офиостомовые грибы": подавление фитоиммунитета грибными супрессорами является выгодным для обоих партнеров короедно-грибного комплекса и содействует их поселению в тканях хвойных. Установлено нарушение процессов индуцированной защиты флоэмы ствола хвойных от грибной инфекции при экологических стрессах - промышленном загрязнении, избыточном увлажнении почвы, повреждении деревьев низовым пожаром. Получены подтверждения концепции о снижении иммунитета растений в период активного роста.

На основании полученных данных предложена гипотеза, согласно которой свободные ПА выполняют резервную функцию и расходуются во время синтеза лигнина и смолистых веществ в зоне защитной реакции флоэмы на действие грибных метаболитов в условиях пониженного содержания низкомолекулярных Сахаров. Высказано предположение об участии ПА и и-оксибензойной кислоты, подобно лигнину, в защитной трансформации клеточных стенок. В этом случае накопление п-оксибензойной кислоты на ранней стадии иммунного ответа вероятно обеспечивается резервными фондами хинной и шикимовой кислоты, характерными для хвойных. Ингибирование ранней стадии лигнификации клеточных стенок флоэмы грибными супрессорами, свидетельствует в пользу паразитической специализации офиостомовых грибов, препятствующих проявлению иммунитета растения-хозяина.

Разработан метод индуцирования иммунного ответа хвойных экстрактивными высокомолекулярными веществами, выделенными из мицелия офиостомовых грибов. Выбраны стандартные условия инокулирования ствола грибным индуктором: доза мицелиального экстракта, высота расположения раневого отверстия на стволе, даты воздействия и регистрации параметров некротического ответа флоэмы ствола. Использование грибного препарата вместо живого мицелия исключает риск инфицирования насаждений, а также артефакты, обусловленные ростом и развитием паразита: механическое разрушение клеточных структур гифами гриба, выделение ими продуктов метаболизма, поглощение питательных веществ растения-хозяина.

Проведено испытание метода иммунодиагностики состояния хвойных с применением мицелиальных экстрактов на постоянных пробных площадях в сосновых древостоях на ранних стадиях снижения устойчивости при техногенном и пирогенном повреждении. Показана принципиальная возможность применения метода иммунодиагностики устойчивости хвойных к офиостомовым грибам и их насекомым-переносчикам для оценки риска заболеваний и вспышек массового размножения насекомых-ксилофагов.

Работа является составной частью исследований Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН по теме "Физиологические механизмы инфекционного иммунитета хвойных".

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Полякова, Галина Геннадьевна

выводы

1. Неспецифичность иммунной реакции хвойных на инокуляцию ствола офиостомовыми грибами, различающимися по специализации к хвойному растению и насекомому-переносчику, проявляется в сверхчувствительной некротической реакции инфицированных клеток флоэмы, накоплении в ней лигнина, связанной формы конденсированных дубильных веществ, смолистых веществ, формировании перидермы, разделяющей некроз и живые ткани.

2. Нарушение защитной трансформации клеточных стенок флоэмы метаболитами офиостомового гриба, инокулированного в проводящие ткани ствола, обуславливает агрессивность патогена - его способность вызывать некрозы большего размера по сравнению с менее агрессивными грибами.

3. Увеличение содержания связанной формы ПА и и-оксибензойной кислоты в тканях хвойных, вызванное действием элиситоров офиостомового гриба, указывает на участие этих фенольных соединений, подобно лигнину, в защитной трансформации растительной клеточной стенки.

4. Данные свидетельствуют о резервной функции свободных ПА - их расходовании во время синтеза лигнина и смолистых веществ в зоне защитной реакции флоэмы на действие грибных метаболитов в условиях пониженного содержания низкомолекулярных Сахаров. Вместе с тем, наряду с катаболическими процессами, грибные элиситоры включают в растительной ткани синтез ПА.

5. Активность накопления и-оксибензойной кислоты на ранней стадии защитной реакции, вызванной действием метаболитов офиостомового гриба, во много раз выше по сравнению с полифенольными соединениями (лигнином и ПА). В этом случае накопление и-оксибензойной кислоты, вероятно, обеспечивается резервными фондами хинной и шикимовой кислоты, характерными для хвойных.

6. Зарегистрированный эффект ингибирования супрессорами офиостомового гриба ранней стадии лигнификации стенок ситовидных клеток флоэмы, вызванной ее механическим поранением, позволил предложить гипотезу о причине возникновения ассоциации "насекомые-ксилофаги - офиостомовые грибы", согласно которой подавление фитоиммунитета грибными супрессорами является выгодным для обоих партнеров короедно-грибного комплекса и содействует их поселению в тканях хвойных.

7. Результаты указывают на двоякое действие метаболитов офиостомового гриба - элиситацию и супрессию фитозащиты, что не противоречит природе взаимоотношения растения-хозяина и паразита. Стратегия первого направлена на распознавание грибных элиситоров и включение защитных процессов, в том числе синтез лигнина, а второго -на преодоление фитозащиты, что проявляется в ингибировании раннего этапа лигнификации.

8. Стрессовое воздействие экологического фактора, снижающее устойчивость хвойных деревьев к офиостомовым грибам, характеризуется снижением активности защитных процессов в зоне ответа флоэмы на вторжение патогена (накопление лигнина, связанных ПА, смолистых веществ), следствием чего является увеличение размера сверхчувствительного некроза флоэмы ствола.

9. Нарушение защитного ответа флоэмы ствола хвойных на действие метаболитов офиостомового гриба может рассматриваться как индикатор для прогнозирования вспышек массового размножения насекомых-ксилофагов.

10. Характеристики флоэмы в зоне ответа на инъекцию экстракта из мицелия офиостомового гриба в проводящие ткани ствола позволяют регистрировать изменения физиологического состояния хвойных древостоев в изменяющейся экологической ситуации на ранних стадиях при отсутствии визуальных признаков ослабления деревьев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Краткая характеристика исследований.

Проводящие ткани ствола хвойных являются объектом нападения большого числа видов насекомых-ксилофагов и переносимых ими офиостомовых грибов. Эти микромицеты, являясь слабыми патогенами, как правило, не способны самостоятельно вызывать гибель деревьев, поэтому их удобно применять в природных условиях для расшифровки физиологических механизмов противоинфекционной защиты тканей хвойных. Известно, что инокуляция ствола мицелием вызывает быструю некротизацию тканей луба - сверхчувствительную реакцию, формирование изолирующей перидермы, разделяющей некроз и живые ткани, накопление в тканях луба защитных веществ фенольной и терпеноидной природы. Механизмы, обуславливающие возможность преодоления офиостомовыми грибами защиты хвойных, остаются не ясными.

На хвойных деревьях, различающихся по внешним параметрам и действующим на них экологическим факторам, сравнивали анатомические и биохимические параметры защитного ответа стволовой флоэмы на действие экстракта и мицелия офиостомовых грибов. Измерение содержания фенольных соединений проводили также в модельных экспериментах на каллусах и проростках хвойных с обработкой их экстрактом и мицелием фитопатогенных грибов.

На постоянных пробных площадях (ПП) в пригородных сосняках одинакового строения, происхождения, лесорастительных условий, но разной экологической ситуации осуществлен переход от изучения защитной реакции отдельных деревьев к контролю защитного ответа древесного сообщества. На 1111 ежегодно оценивали состояние древостоев по параметрам ответа стволовой флоэмы на действие грибного экстракта, таксационным характеристикам и по 6-балльной шкале Санитарных правил в РФ.

Протекторная роль растительных фенольных соединений.

Возможность регистрации динамики фенольных соединений -лигнина и ПА в качестве индикаторов активности противоинфекционной защиты хвойных была подтверждена в опытах с искусственной инокуляцией ствола мицелием офиостомовых грибов или выделенными из них экстрактами. Действие мицелия вызвало в лубе пихты сибирской увеличение содержания лигнина и ПА. Отмечено, что концентрация лигнина возрастала в направлении от периферии к центру некроза. При существенном накоплении лигнина отмечено формирование небольших по размеру некрозов в отличие от варианта опыта с меньшей активностью накопления этого фенольного соединения.

На протекторную функцию ПА в опытах на пихте сибирской указывает отрицательная тесная корреляция между накоплением ПА и размером некроза. Снижение интенсивности накопления связанных ПА в лубе сосны обыкновенной сопровождалось увеличением размера некроза луба. Отрицательная корреляция между содержанием свободной и связанной форм ПА, зарегистрированная в лубе сосны обыкновенной в зоне ответа на действие поранения и экстракта офиостомового гриба, указывает на возможность участия ПА, как и лигнина, в защитной трансформации клеточных стенок.

Опыты на ели сибирской и пихте сибирской показали, что ПА могут выполнять функцию резервных соединений при синтезе лигнина и смолистых веществ в условиях пониженного содержания Сахаров.

Использование экстрактов из мицелия офиостомовых грибов для изучения механизмов взаимодействия хвойных и офиостомовых грибов.

Реакция луба на поранение и поранение в сочетании с внесением в инокуляционное отверстие мицелия или грибного экстракта оказалась неспецифична по измеряемым параметрам ответа. При всех вариантах воздействия на луб отмечалась быстрая некротизация луба вокруг места воздействия - сверхчувствительная реакция, формирование каллусного валика по периметру раны, образование изолирующей перидермы, • разделяющей некроз и живые ткани, накопление лигнина, смолистых веществ, изменение содержания ПА. Амплитуда изменения биохимических параметров в контрольном варианте (при поранении) оказалась ниже, чем при поранении в сочетании с воздействием грибного экстракта, как и живого мицелия. Все это свидетельствовало о возможности использования грибного экстракта вместо живого мицелия. Это позволяет исключить такие артефакты, как выделение грибом продуктов метаболизма и использование им веществ растения-хозяина.

Выбраны стандартные условия инъецирования ствола грибным экстрактом: доза экстракта, вносимого в отверстие в лубе ствола, - 0,5 мг, высота расположения отверстия на стволе - 1,3 м, дата иъецирования -середина июля, дата регистрации ответа луба на действие экстракта - 46 недель после начала опыта.

После нанесения на поверхность каллуса грибного экстракта в растительной ткани было зарегистрировано накопление лигнина -протекторного компонента клеточной стенки, а также связанной формы ПА и (я)-оксибензойной кислоты, по-видимому, являющихся, как и лигнин, агентами защитной трансформации клеточной стенки. Эти результаты подтвердили включение элиситорами гриба синтеза протекторных соединений.

Экстракт, выделенный из офиостомового гриба, с одной стороны, характеризовался элиситорной активностью - включал защитные процессы в тканях хвойных, с другой стороны - ингибировал раннюю стадию этих процессов. Так, отмечено отставание во времени начала накопления лигнина в лубе после воздействия на растительную ткань грибного экстракта по сравнению с контрольным вариантом - поранением луба. Это согласуется с известными механизмами взаимодействия травянистых растений и их патогенов, обусловленными наличием у грибов элиситоров и ингибиторов фитозащиты.

Выявленный эффект ингибирования грибными супрессорами накопления лигнина позволил предложить новую гипотезу, объясняющую причину возникновения ассоциации насекомые-ксилофаги -офиостомовые грибы. Супрессоры гриба, нарушая защитную трансформацию клеточной стенки растения и увеличивая зону распространения сигнала, включающего некротизацию луба после его повреждения насекомыми-переносчиками грибов, содействуют поселению грибов, как и насекомых, на хвойных деревьях.

Экологические факторы как инструмент для изучения механизмов противоинфекционной защиты хвойных.

Сравнение параметров ответа луба ствола на действие мицелия или экстрактов офиостомового гриба у деревьев, находящихся в разной экологической ситуации, позволили выявить некоторые закономерности в механизмах развития этого ответа. Снижение уровня Сахаров в лубе ствола подтопленных деревьев ели сибирской по сравнению с этим показателем у деревьев с нормальным увлажнением почвы сопровождалось увеличением размера некроза стволовой флоэмы, образованного в ответ на инокуляцию офиостомового гриба. При этом активность накопления лигнина в зоне ответа луба на действие гриба у стрессированных деревьев снизилась по сравнению с контрольными деревьями. Это указывает на то, что активность защитной реакции определяется уровнем Сахаров. При низком содержании Сахаров в лубе подтопленных деревьев была выявлена тесная связь между расходованием ПА и синтезом лигнина и смолы. У деревьев с нормальным водным режимом почвы и уровнем Сахаров в лубе ствола такой корреляции не было. Отмеченный эффект свидетельствует о том, что при снижении содержания Сахаров ПА могут служить в качестве резервных веществ для синтеза протекторных соединений. Уменьшение содержания ПА, отмеченное в зоне реакции луба пихты сибирской на инокуляцию мицелия в июне, и отсутствие такого снижения после инокуляции в июле, может быть обусловлено снижением содержания подвижных углеводов, которые в июне более интенсивно расходуются на ростовые процессы.

Полученные результаты позволяют понять природу известного явления, описанного для лиственницы сибирской при хроническом частичном повреждении хвои чехлоноской - высокую энтомоустойчивость тканей ствола. Сравнение параметров ответа стволовой флоэмы здоровых и дефолиированых деревьев лиственницы на действие мицелия и экстракта офиостомового гриба показало различную динамику измеренных показателей у этих двух групп деревьев. Дефолиированные деревья характеризовались более высоким содержанием ПА в лубе ствола по сравнению с контрольными деревьями без повреждения хвои. В ответ на повреждение хвои содержание протекторных веществ повысилось в стволе. Это свидетельствовало о системности ответа дерева.

Связь устойчивости хвойных к насекомым-ксилофагам и переносимым ими офиостомовым грибам

Выявлена прямая связь устойчивости хвойных к насекомым-ксилофагам и переносимым ими офиостомовым грибам. Об этом свидетельствует сравнительный анализ результатов опытов с инкуляцией ствола различных хвойных пород офиостомовыми грибами или высокомолекулярными экстрактивными веществами из мицелия, а также литературных данных.

1). Лиственница сибирская, хвоя которой хронически повреждается молью С. яШгюеНа, характеризуются повышением уровня активного и пассивного иммунитета флоэмы ствола, а также известной по литературным данным высокой резистентностью к насекомым-ксилофагам (Плешанов, 1982). На повышение уровня противоинфекционной защиты флоэмы ствола указывает увеличение содержания ПА в конститутивной флоэме ствола и активация индуцированного грибами накопления лигнина во флоэме поврежденных молью деревьев по сравнению с контрольными лиственницами.

2). Подтопление елового насаждения, вызывающее снижение устойчивости деревьев к грибным заболеваниям и насекомым-вредителям (Рахов, 1985, Яновский, 1991), нарушает защитную реакцию флоэмы ствола к метаболитам офиостомового гриба, диагностируемую по увеличению некроза и ослаблению лигнификации и резинозиса в зоне защитного ответа флоэмы подтопленных деревьев по сравнению с контольными.

3). Эксперимент, проведенный в пихтовом насаждении в очаге черного пихтового усача, доказал прямую связь устойчивости деревьев пихты сибирской к насекомому-ксилофагу и переносимым им офиостомовым грибам. Так, активность защитной реакции флоэмы ствола была выше у деревьев, характеризующихся более высокой резистентностю к усачу, по сравнению с деревьями, чья устойчивость к инфицированию и повреждению насекомым была ниже.

Таким образом, параметры защитной реакции флоэмы ствола, характеризующие активность протвоинфекционной защиты хвойных, могут служить для оценки устойчивости деревьев к насекомым-ксилофагам. Стрессовое воздействие экологического фактора, снижающее устойчивость хвойных деревьев к офиостомовым грибам и переносящим их насекомым, диагностируется по нарушению защитной реакции флоэмы на внесение экстрактивных высокомолекулярных веществ из мицелия в проводящие ткани ствола.

Ранняя иммунодиагностика состояния пригородных сосняков.

В опытах на постоянных пробных площадях (ПП) в сосновых средневозрастных древостоях была обнаружена достоверная прямая связь между размером некроза флоэмы, образующегося после инокуляции ствола грибным экстрактом, и смещением некроза вверх по стволу относительно инокуляционного отверстия. Уменьшение размера некроза, отмеченное при улучшении экологической ситуации, сопровождалось достоверным смещением некротического пятна вниз по стволу и, наоборот, увеличение некроза, отмеченное после повреждения деревьев низовым пожаром, сопровождалось дрейфом некроза вверх по стволу. Эти эффекты, по всей видимости, вызваны усилением нисходящего транспорта ассимилятов по флоэме ствола при благоприятных условиях и улучшении состояния деревьев и нарушением транспорта в случае повреждающего действия экологических факторов. Таким образом, опыты на lili показали возможность ранней диагностики состояния сосновых древостоев по параметрам некротической реакции стволовой флоэмы на действие грибных экстрактов - размеру некроза и его смещению относительно инокуляционного отверстия. Эти параметры, как и биохимические характеристики в зоне некротического ответа луба на действие грибного экстракта, существенно изменялись. Вместе с тем, категория состояния, оцененная по 6-балльной шкале Санитарных правил, достоверно не различалась в фоновых и загрязненных древостоях и не изменялась весь период мониторинга на ПП в 2002-2010 гг.

На перспективность проведения иммунодиагностических исследований не только на сосне обыкновенной, но и на других видах хвойных указывают полученные результаты. Так, инъецирование ствола таких пород, как лиственница, сосна, кедр и ель, экстрактами из мицелия разных видов офиостомовых грибов, вызывало образование некрозов луба, по размерам превышающие таковые от поранения. Это свидетельствовало о диффузии в тканях луба грибных элиситоров, либо сигнальных веществ растительной природы и включении ими сверхчувствительной некротической реакции луба.

Ранняя диагностика физиологического состояния хвойных по параметрам ответа стволовой флоэмы хвойных на действие экстрактов из мицелия офиостомовых грибов является трудоемкой, как и другие существующие методы такого контроля. К достоинствам оценки устойчивости хвойных с помощью метода инъецирования ствола грибным экстрактом можно отнести чувствительность и универсальность. Чувствительность обусловлена возможностью оценки изменения устойчивости хвойных к патогенам в то время, когда еще не проявились внешние признаки изменения состояния деревьев. Универсальность метода связана с возможностью оценки действия любого фактора среды, изменяющего инфекционную устойчивость деревьев.

Опыты были проведены на хвойных породах Сибири с использованием изолятов офиостомовых грибов, выделенных из природных объектов сибирского региона (образцов флоэмы и заболони, из ствола хвойных, содержащих ходы насекомых-ксилофагов, а также с поверхности насекомых-переносчиков). Предполагается, что проведенные исследования рассматривают общие закономерности взаимоотношения хвойных и офиостомовых грибов.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Полякова, Галина Геннадьевна, Красноярск

1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. №4. С 51-57.

2. Алексеев В.А. Особенности описания древостоев в условиях атмосферного загрязнения // Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнителей. Таллин. 1982. 4.1. С. 97-115.

3. Алексеев В.А., Дочинжер Л.С. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение // Лесоведение. 1981. № 5. С. 64-71.

4. Антанайтис В.В., Загреев В.В. Прирост леса. М. Лесная промышленность. 1981.200 с.

5. Барахтенова Л.А., Николаевский B.C. Влияние сернистого газа на фотохимическую активность и фотофосфорилирование у С3- и С4-растений // Изв. РАН, сер. биол. 1983. №1. С.90-93.

6. Билай В.И. Фузарии. Киев. Наукова думка. 1977. 215с.

7. Бондарцева М.А. Определитель грибов России. Порядок афиллофоровые. Вып. 2. СПб.: Наука. 1998. 391 с.

8. Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука. 1964. 279 с.

9. Васюкова Н.И., Леонтьева Т.В., Чаленко Т.И., Озерецковская О.Л., Звягинцева Т.Н., Рудакова В.Я., Елякова Л. А. Модуляция иммунного ответа клубней картофеля ß-глюканами // Физиология растений. 1989. Т. 36. №4. С. 794-801.

10. Вартапетян Б.Б. Анаэробиоз и теория физиологической адаптации растений к затоплению // Физиология растений. 1982. Т. 29. Вып. 5. С. 985-993.

11. Ветрова В.П., Матренина P.M., Полякова Г.Г., Пашенова Н.В. Метаболиты патогенных деревоокрашивающих микромицетов как индукторы защитных реакций хвойных // Микология и фитопатология. 1995 а. Т. 29. Вып. 2. С. 33-38.

12. Ветрова В.П., Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Осипов В.И. Защитная реакция на инфекцию индикатор устойчивости пихты сибирской к черному пихтовому усачу и связанным с ним микромицетам // Лесоведение. 1995 б. № 6. С. 34-42.

13. Власенко В.Е., Менщиков С.Л., Махнев А.К. Состояние и устойчивость хвойных лесов в условиях аэротехногенного загрязнения на Среднем Урале // Экология. 1995. №3. С. 193-196.

14. Вознесенский В.Л., Горбачева Г.И., Штанько Г.П., Филипова Л.А. Определение Сахаров по обесцвечиванию жидкости Фелинга // Физиология растений. 1962. Т. 9. Вып. 2. С. 255-256.

15. Воронин В.И., Соков М.К. Влияние сероорганических компонентов атмосферных выбросов на пихту сибирскую // Лесоведение. 2005. №2. С.62-64.

16. Воронцов А.И. О борьбе с вредителями и болезнями на юго-востоке европейской части СССР // Вопросы защиты леса. М.: МЛТИ, 1960. Вып. 12. С. 5-34.

17. Гире Г.И. Физиология ослабленного дерева. Новосибирск. Наука. 1982. 255 с.

18. Горбачева Л.А., Дударева H.A., Салганин Р.И. Молекулярные механизмы устойчивости растений к патогенам // Успехи современной биологии. 1991. Вып. 1. С. 122-136.г Государственный доклад «о состоянии окружающей среды в

19. Красноярском крае за 2007 год» Красноярск. 2008. 266 с.

20. Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М. Краткий справочник по физиологии растений. Киев.: Наукова думка. 1973. 592 с.

21. Дудка И.А., Вассер С.П. Грибы. Справочник миколога и грибника. Киев: Наукова думка. 1987. 535 с.

22. Ермолаев И.В., Ермолаева М.В. Оценка влияния лиственничной чехликовой моли на прирост и генеративную сферу лиственницы сибирской // Физиология растений. 2003. Т. 50. №2. С. 224-230.

23. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М. Наука. 1984. 423 с.

24. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. М.: Высшая школа. 1974. 214 с.

25. Запрометов М.Н. Специализированные функции фенольных соединений в растениях // Физиол. раст. 1993 а. Т. 40. № 6, С. 921-931.

26. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. М.: Наука. 1993 б. 272 с.

27. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения. М.: Наука, 1996. 46 с.

28. Зубарева О.Н. Влияние выбросов промышленных предприятий в Средней Сибири на сосну обыкновенную {Pinus sylvestris L.). Дисс. на соиск. уч. ст. к.б.н. Красноярск.: Ин-т леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. 1993.

29. Иванов М.А., Коссович H.JL, Малевская С.С., Нагродский И.А., Элиашберг М.Г. Смолистые вещества древесины и целлюлозы. М.: Лесная промышленность. 1968. 348 с.

30. Иванова Г.А. Зонально-экологические особенности лесных пожаров в сосняках Средней Сибири. Автореф. на соискание уч. степ, д.б.н. 2005.

31. Ильинская Л.И., Васюкова Н.И., Озерецковская О.Л. Биохимические аспекты индуцированной устойчивости и восприимчивости растений // Итоги науки и техники. Защита растений. М.: ВИНИТИ. 1991. Т. 7. 192 с.

32. Ильинская Л.И., Горенбург Е.В., Чаленко Г.И., Озерецковская О.Л. Участие метилжасмоната в индуцировании устойчивости картофеля к возбудителю фитофтороза // Физиология растений. 1996. Т. 43. №5. С. 713-720.

33. Илькун Г.М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев: Наукова думка. 1978. 247 с.

34. Новосибирск.: Наука. 1975. 346 с. Исаев A.C., Рожков A.C., Киселев В.В. Черный пихтовый усач.

35. Новосибирск. Наука. 1975. 346 с. Исследование обмена веществ древесных растений // Новосибирск: Наука, 1985. 153 с.

36. Караваева К.А., Чаленко Т.И., Озерецковская O.A. Образование и локализация фитоалексина картофеля ришитина при инфицировании // ДАН СССР. 1983. Т. 272. № 3. С. 764-768.

37. Козаренко Т.Г., Зуев С.Н., Муляр Н.Ф. Ионообменная хроматография аминокислот. Новосибирск: Наука, 1981. 160 с.

38. Коротков И.А. Лесорастительное районирование России и республик бывшего СССР // Углерод в экосистемах лесов и болот России / Отв. ред. В.А. Алексеев, P.A. Бердси. Красноярск: Изд-во ВЦ СО РАН "ЭКОС", 1994. С. 29-47.

39. Кузнецова Г.П. Влияние рекреации на сосновые леса зеленой зоны Красноярска. Дисс. на соиск. уч. ст. к.б.н. Красноярск.: Ин-т леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР, 1982.

40. Кулинич О.П. Древесная сосновая нематода опасный паразит хвойных // Лесное хозяйство. 1993. №4. С. 46-47.

41. Лаанест Л.В., Маргна У.В. Фенилаланинаммиаклиазы в накоплении флавоноидов в проростках гречихи // Физиология растений. 1972. Т. 19. С. 1157-1164.

42. Леса СССР. Т. 4. Леса Урала, Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука. 1969. 767 с.

43. Лесная энциклопедия: В 2-х т. / Гл.ред. Воробьев Г.И.; Ред.кол.: Анучин H.A., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. М.: Сов. энциклопедия, 1985. 563 с.

44. Линдеман Г.В. Что такое "Ослабленные деревья и древостой" // Вестник московского государственного университета леса. 2003. №2 (27). С. 34-40.

45. Литвинов М.А. Методы изучения почвенных микроскопических грибов. Л.: Наука. 1969. 121 с.

46. Лотова Л.И. Анатомия коры хвойных. М.:Наука. 1987. 152 с.

47. Лукьянец А.И. Состояние загазованных лесов в районе Верхнего Тагила и Кировограда // Популяционные и биогеоценотические исследования в горных темнохвойных лесах Среднего Урала. Свердловск. 1979. С. 147-165.

48. Майдебура И.С., Чупахина Г.Н. Состояние пигментной системы древесных растений в различных районах Калининграда // Роль ботанических садов в сохранении и обогащении биологического разнообразия видов / Межд. науч. конф. Калининград. 2004. С. 212-214.

49. Маслов Ю.И. Микроопределение серы в растительном материале // Методы биохимического анализа растений. J1: Ленинградский ун-т. 1978. С.146-155.

50. Менщиков С.Л. Закономерности трансформации предтундровых и таежных лесов в условиях аэротехногенного загрязнения и пути снижения наносимого ущерба // Автореф. докт. дисс. Екатеринбург: 2004. 43 с.

51. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. Индуцированный иммунитет растений к паразитическим грибам // Известия АН СССР. Серия биологическая. 1978. № 5. С. 700-706.

52. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. Индуцирование у растений усточивости к инфекционным болезням // Известия АН СССР. Серия биологическая. 1981. Т. 92. Вып. 3. № 6. С. 406-412.

53. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л., Юрганова Л.А., Савельева О.Н., Чалова Л.И., Дьяков Ю.Т. Индукция фитоалексинов в клубнях картофеля метаболитами гриба Phytophtora infestons (Mont.) De Вагу.// ДАН СССР. 1976. Т. 226. № 5. С 1217-1220.

54. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. Как растения защищаются от болезней. М.: Наука. 1985. 190 с.

55. Метлицкий Л.В., Озерецковская О.Л. Фитоиммунитет (биохимические аспекты устойчивости растений к паразитарным грибам). М.: Наука. 1966. 95с.

56. Методы почвенной микробиологии и биохимии. Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ. 1991.304 с.

57. Михайлова Т.А. Бережная Н.С. Динамика состояния сосновых лесов при изменении эмиссионной нагрузки // Сибирский экологический журнал. 2002. №1. С. 113-120.

58. Михайлова Т.А., Бережная Н.С., Суворова Г.Г., Игнатьева О.В., Шергина О.В. Трансформация ассимиляции углерода в древостоях, ослабленных промышленными эмиссиями // Сибирский экологический журнал. 2005. Т. 12. №4. С. 754-751.

59. Михайлова Т.А., Воронин В.И. Оценка сезонного повреждения хвойных пород поллютантами // Лесоведение. 1988. №1. С. 67-69.

60. Морозова Т.И., Осколкова Т.А., Плешанов A.C. Состояние пихтовых лесов Хамар-Дабана в зоне влияния атмосферных выбросов Байкальского целлюлозно-бумажного комбината // Сиб. экол. журнал. 2005. Т. 12. №4. С. 701-706.

61. Мэннинг В.Я., Федер В.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. Л.: Гидрометеоиздат. 1985. 192 с.

62. Николаевский B.C. Биологические основы газоустойчивости растений // Новосибирск: Наука. 1979. 278 с.

63. Озерецковская О.Л. Проблемы специфического фитоиммунитета // Физиология растений. 2002. Т. 49. № 1. С. 148-154.

64. Озерецковская О.Л., Ильинская Л.И., Васюкова Н.И. Механизмы индуцирования элиситорами системной устойчивости растений к болезням // Физиология растений. 1994. Т. 41. Вып. 4. С. 626-633.

65. Орлов М.М. Лесная вспомогательная книжка. М: Гостехиздат. 1926. 240 с. Осипов В.И., Шеин И.В. Роль хинной кислоты в биосинтезе лигнина у сосны обыкновенной //Физиология растений. 1990. Т. 37. С. 518525.

66. Павлов И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения.

67. Плаксина И.В., Судачкова Н.Е., Бузыкин А.И. Влияние густоты посадки на ксилогенез и метаболизм сосны обыкновенной и лиственницы сибирской // Лесоведение. 2003. № 4. С. 47-53.

68. Плешанов A.C. Насекомые-дефолианты лиственничных лесов Восточной Сибири. Новосибирск: Наука. 1982. 209 с.

69. Положенцев П.А. Метод искусственного ранения для определения жизнеспособности сосны // Лесное хозяйство. 1951. №7. С. 26-29.

70. Поляков В.И. Радиальный прирост лиственницы в техногенно нарушенных и фоновых древостоях юга Таймыра // Лесная таксация и лесоустройство / Межд. науч.-практ. ж. 2007. 1(37). С. 42-47.

71. Поляков В.И., Полякова Г.Г. Особенности развития пригородных сосняков Красноярска // Лесная таксация и лесоустройство / Межд. науч.-практ. ж. 2005. 1(34). С. 44-49.

72. Поляков В.И., Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Стасова В.В. Применение грибных метаболитов для оценки состояния сосновых древостоев в условиях промышленного загрязнения // Известия РАН. Сер. биол. 2005 а. №4. С.506-512.

73. Полякова Г.Г. Физиологические механизмы противоинфекционной защиты пихты // Лесоведение. 2002. № 4. С. 25-30.

74. Полякова Г.Г., Ветрова В.П., Пашенова Н.В., Осипов В.И. Участие проантоцианидинов и лигнина в защитной реакции пихты на инфицирование микромицетами // Физиология растений. 1995. Т. 42. № 4. С. 622-628.

75. Полякова Г.Г., Ветрова В.П., Пашенова Н.В. Снижение активности физиологических механизмов противоинфекционной защиты ели при подтоплении // Лесоведение. 2000. № 2. С. 23-29.

76. Полякова Г.Г., Пашенова Н.В., Поляков В.И., Зражевская Г.К. Индуцирование иммунной реакции хвойных метаболитами фитопатогенных грибов // Физиология растений. 2008. №4. С. 552559.

77. Практические рекомендации по рекреационному использованию лесов западной части КАТЭКа. Красноярск: ИЛиД СО АН СССР. 1987. 48 с.

78. Прокушкин С.Г. Минеральное питание сосны. Новосибирск: Наука. 1982. 190 с.

79. Рахов В.А. Влияние подтопления на рост и состояние сосны в береговой зоне Куйбышевского водохранилища // Лесной журнал. 1965. №2. С. 44-47.

80. Рожков A.A. Оценка устойчивости и состояния лесов // Лесоведение. 2003. №1. С. 66-72.

81. Рожков A.C. Дерево и насекомое. Новосибирск.: Наука. 1981. 175 с.

82. Рожков A.C., Михайлова Т.А. Действие фторсодержащих эмиссий на хвойные деревья. Новосибирск.: Наука. 1989. 158 с.

83. Рубин Б.А., Арциховская Е.В., Аксенова В.А. Биохимия и физиология иммунитета растений. М. Высшая школа. 1975. 319 с.

84. Санитарные правила в лесах Российской Федерации // Лесное законодательство Российской Федерации. Сб. нормативных правовых актов. М.: ПАИМС, 1998. С. 310-329.

85. Скрипалыцикова JI.H., Харук В.И., Зубарева О.Н., Перевозникова В.Д., Грешилова Н.В. Экологический мониторинг техногенных ландшафтов на основе наземных и дистанционных данных // Геогр. прир. рес. 2002. №3. С. 31-34.

86. Смагин В.И., Ильинская Д.И., Назимова Д.И., Новосельцева И.Ф., Чередникова Ю.С. Типы лесов гор Южной Сибири. Новосибирск: Наука. 1980. 336 с.

87. Сорокин Н.Д., Евграфова С.Ю., Пашенова Н.В., Гродницкая И.Д., Полякова Г.Г., Афанасова E.H. Микробиологическая индикация и мониторинг нарушенных лесных экосистем Сибири // Сибирский экологический журнал. 2005. № 4. С. 687-692.

88. Судачкова Н.Е. Метаболизм хвойных и формирование древесины. Новосибирск: Наука. 1977. 230 с.

89. Судачкова Н.Е., Шеин И.В., Романова Л.И., Милютина И.Л., Кудашова Ф.Н., Вараксина Т.Н., Степень P.A. Биохимические индикаторы стрессового состояния древесных растений. Новосибирск: Наука. 1997. 176 с.

90. Судачкова Н.Е., Милютина И.Л., Романова Л.И. Адаптивная реакция сосны обыкновенной на негативное воздействие абиотических факторов в ризосфере // Экология. 2009. №6. С. 411-416.

91. Тарчевский И.А. Регуляторная роль деградации биополимеров и липидов // Физиология растений. 1992. Т. 39. Вып. 6. С. 1215-1223.

92. Татаринцев А.И. Центральная стволовая гниль в сосняках, пройденных низовыми пожарами // Сиб. экол. журнал. 1996. №1. С. 81-83.

93. Татаринцев А.И., Скрипалыцикова Л.Н. Сосновые фитоценозы в зоне многолетнего воздействия антропогенных нагрузок // Геогр. прир. рес. 2003. №3. С. 53-56.

94. Третьяков Н.В., Горский П.В., Самойлович Г.Г. Справочник таксатора. Л.:Гослесбумиздат, 1952. 852 с.

95. Урбах В.Ю. Биометрические методы. М.: Наука. 1964. 415 с.

96. Фарбер С.К., Соколов В.А., Баранчиков Ю.Н., Кондаков Ю.П., Романов

97. A.A. Оценка неопределенности перехода лесной системы к новым исходам // Лесная таксация и лесоустройство. Междунар. науч.-практ. ж. Красноярск: №1(32). 2003. С. 108-110.

98. Финансы и статистика. 1983. 519 с. Цветков В.Ф., Цветков И.В. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения.

99. Чередникова Ю.С., Молокова Н.И., Краснощекое Ю.Н., Перевозникова

100. B.Д. Районирование и типологическое разнообразие лесов зеленой зоны Красноярска // География и природные ресурсы. 1999. № 3.1. C. 84-91.

101. Чигрин В.В., Розум Л.В., Сидорова Т.М., Запрометов М.Н. Активность эстераз, гидролизующих растворимые эфиры фенолкарбоновыхкислот, в листьях устойчивых и восприимчивых к ржавчине сортов пшеницы // Физиология растений. 1984. Т. 31. Вып. 2. С. 362-366.

102. Шевелев С.Л., Кузьмичев В.В., Павлов Н.В., Смольянов A.C. Лесотаксационный справочник для южно-таежных лесов Средней Сибири. М.: ВНИИЛМ. 2002. 166 с.

103. Шеин И.В., Полякова Г.Г., Зражевская Т.К., Пашенова Н.В., Ветрова В.П. Накопление фенольных соединений каллусными культурами хвойных как реакция на грибы синевы древесины // Физиология растений. 2001. Т. 48. №2. С. 251-256.

104. Шеин И.В., Шибистова О.Б., Зражевская Г.К., Астраханцева Н.Г., Полякова Г.Г. Содержание фенольных соединений и активность ключевых ферментов их синтеза в гипокотилях сосны обыкновенной при фузариозе // Физиология растений. 2003 а. Т.50. №4. С.581-586.

105. Шеин И.В., Андреева О.Н., Полякова Г.Г., Зражевская Т.К. Изменение содержания фенольных соединений в каллусе сосны в ответ на элиситацию Fusarium разной степени патогенности // Физиология растений. 2003 б. Т. 50. № 5. С. 710-715.

106. Эзау К. Анатомия семенных растений. М.: Мир. 1980. 218 с.

107. Яновский В.М. Динамика лесных энтомокомплексов в зоне водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС // Лесоведение. 1991. №4. С. 62-67.

108. Albersheim P., Anderson-Prouti A.G. Carbohydrates, proteins, cell surfaces, and the biochemistry of pathogenesis // Ann. Rev. Plant Physiol. 1975. N 26. P. 31-52.

109. Bach M., Seitz H.U. Elicitor-induced defence responses of a suspension-cultured woody plant (Larix decidua) and possible mechanisms of signal transduction//Can. J. of Botany. 1997. 75(8). 1243-1251.

110. Bakke A. Host tree and bark beetle interaction during a mass outbreak of Ips typographus in Norway // Z. Angew. Entom. 1983. V. 96. N2. P. 118125.

111. Ballard R.Y., Wals W.A., Cole W.E. The penetration and growth of blue stain fungi in the sapwood of lodgepole pine attacked by mountain pine beetle // Can.J.Bot. 1984. N 8. P. 1724-1729.

112. Beissmann B., Kogel K.H. Identification and characterization of suppressor // Modern methods of plant analysis. 1992. V. 13. P, 259-275.

113. Berryman A.A. Resistance of conifers to invasion by bark beetle-fungus associations // Bioscience. 1972. V. 22. N 6. P. 598 -602.

114. Berryman A.A. Towards a unified theory of plant defence // Mechanisms of woody plant defences against insects / Eds. Mattson W.J., Levieux J., Bernard-Dagan C. New York, Berlin, Heidelberg, London, Paris, Tokyo: Springer-Verlag, 1988. P. 39-57.

115. Biggs A.R. Boundary-zone formation in peach bark in response to wounds and Cytospora leucostoma infection // Can.J.Bot. 1984. 62. N 12. P. 28142821.

116. Bradford M.M. A rapid sensitive method for the quantitation of Microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248-254.

117. Cardoza Y. J., Moser J.C., Klepzig K.D., Raffa K.F/ Multipartite symbioses among fungi, mites, nematodes, and the Spruce beetle, Dendroctonus rufipennis II Environmental entomology. 2008. Vol. 37. 4. P. 956-963.

118. Ceratocystis and Ophiostoma. Eds. M.J. Wingfild, K.A. Seifert, J.F. Webber. 2nd edn. St.Paul, Minnesota, USA: APS PRESS, 1999. 300 P.

119. Chandrashekaraiah V.S., Ramachandrappa N.S., Sharanaiah U. Role phenylalanine ammonia lyase and polyphenol oxidase in host resistance to bacterial wilt tomato // J. Phytopathol. 2009. 157. N9. P. 552-557.

120. Chet I., Shoresh M., Yedida I., Viterbo A. Mechanisms involved in biocontrol and plant induced resistance by Trichoderma asperellum (T. harzianum T-203) / J. Zhejiang Univ. Agr. and Life Sci. (Israel). 2004. 30. N 4. C. 385.

121. Christiansen E., Ericsson A. Starch reserves in Picea abies in relation to defence reaction against a bark beetle transmitted blue stain fungus, Ceratocystis polonica II Can. J. Bot. 1986. V. 16. N 1. P. 78-83.

122. Christiansen E., Solheim H. The bark-beetle associated blue-stain fungus Ophiostoma polonicum can kill various spruces and Douglas fir // Eur. J. For. Pathol. 1990. V. 20. N 6-7. P. 436-446.

123. Clausen T.P., Reichardt P.B., Bryant J.P., Provenza F. Condensed tannins in plant defense: a perspective on classical theories // Plant polyphenols / Eds. Hemingway R.W., Laks P.E., New York, London. 1992. P. 639651.

124. Cook S.P., Hain F.P. Four parameters of the wound response of the loblolly and short leaf pines to inoculation with the blue-staining fungus associated with the southern pine beetle // Can. J. .Bot. 1987. V. 65. N 11. P. 24032440.

125. Croteau R.A., Burbott J., Loomis W.D. Apparent energy deficiency in mono-and sesquiterpene biosynthesis in peppermint // Phytochemistry. 1972. V. 11. N10. P. 2937-2948.

126. Darvill A.G., Albersheim P. Phytoalexins and their elicitors A defense against microbial infection in plants // Ann. Rev. Plant. Physiol. 1984. V. 35. P. 243-275.

127. Delaney T.P., Ukness S., Vernooij B., Friedrich L., Weymann K., Negrotto D., Gaffney T., Gut-Rella M., Kessmann H., Ward E., Ryals J. A central role of salicylic acid in plant disease resistance // Science. 1994. V. 266. P. 1247-1250.

128. Demars C.J., Ferrell G.T., Ostrosina W.J. Insect / Disease interaction in drought-stressed white fir stands at lake Tahoe, California // Eds. Paine T.I., Saarenmaa H. Virginia Polytech. Inst. And St. Univ., 1988. P. 135-146.

129. Dubois M., Gilles K.A., Hamilton J.K., Rebers P.A., Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Anal. Chem. 1956. V. 28. P. 350-355.

130. Egea C., Ahmed A.S., Candela M., Candela M.E. Elicitation of peroxidase activity and lignin biosynthesis in pepper suspension cells by Phytophthora capsici II Journal of Plant Physiology. 2001. V. 158. N 2. P. 151-158.

131. Franceschi V.R., Krekling T., Berryman A.A., Christiansen E. Specialized phloem parenchyma cells in Norway spruce bark are a primary site of defensive reactions to invading organisms // Actuelt fra skogforsk. 1995. N6. P. 28-29.

132. Friend J. Phenolic substances and plant disease //Ann.Proc. Phytochem.Soc.Europe. 1985. V. 25. P. 367-392.

133. Funk C., Brodelius P.E. Phenylpropanoid Metabolism in Suspension Cultures of Vanilla planifolia Andr.: Effects of Precursor Feeding and Metabolic Inhibitors // Plant Physiol. 1990. V. 94. P. 95-101.

134. Futai K., Sutherland J.R. Pathogenicity and attraction to host extracts of Canadian pine wood nematodes: studies with Scots pine, western larchand black spruce seedlings // Can. J. For. Res. 1989. V. 19. P. 12561261.

135. Gibbs J.N. The biology of Ophiostomatoid fungi causing sapstain in trees and freshly cut logs // Ceratocystis and Ophiostoma. Eds. M.J. Wingfild, K.A. Seifert, J.F. Webber. 2nd edn. St.Paul, Minnesota, USA: APS PRESS, 1999. P. 153-160.

136. Grand C., Sarni F., Lamb C.J. Rapid induction by fungal elicitor of the synthesis of cinnamylalcohol degydrogenase, a specific enzyme of lignin synthesis //Eur.J.Biochem. 1987. V. 169. P. 73-77.

137. Hain F., Mawby W.D., Cook S.P., Arthur F.H. Host conifer reaction to stem invasion // Zeitsch fur Angewandte Entomologie/ 1983. V. 96. N3. P. 247-256.

138. Harrington T.C. Diseases of conifers caused by species of Ophiostoma and Leptographium II Ceratocystis and Ophiostoma. Eds. M.J. Wingfild, K.A. Seifert, J.F. Webber. 2nd edn. St.Paul, Minnesota, USA: APS PRESS, 1999. P. 161-172.

139. Harrington T.C., Pashenova N.V., McNew D.L., Steimel J., Konstantinov M.Y. Species delimitation and host specialization of Ceratocystis laricicola and C. polonica to larch and spruce // Plant Disease. 2002. V. 6. N 4. P. 418-422.

140. Heileman J., Strack D. Incorporation of kaempferol 3-O-glucoside into the cell walls of Norway spruce needles // Planta. 1990. V. 181. P. 599-603.

141. Hemingway R.W., McGraw G.W., Stanley J Barras. Polyphenols in Ceratocystis minor infected Pinus taeda: fungal metabolites, phloem andxylem phenols // Agriculture and Food chemistry Journal. 1977. V. 25. P. 717-722.

142. Hrazdina G. Compartmentation in aromatic metabolism // Phenolic metabolism in plants / Eds. Stafford H.A., Ibrahim R.K. New York, London. 1992. P. 1-24.

143. St.Paul, Minesota, USA: APS PRESS. 1999. 218 p. Jacobs K.M., Wingfield M.J. Leptographium species. St.Paul, Minnesota, USA:

144. APS PRESS/ 2001. 207 p. Jacobs K.M., Wingfield M.J., Pashenova N.V., and Vetrova V.P. 2000. A new Leptographium species from Russia // Mycological Research. V. 104: P. 1524-1529.

145. Jewell F.F., Speirs D.C. Histopathology of one and two year-old resistent infections by Cronartium fusiforme in slash pine // Phytopatology. 1976. V. 66. P. 741-748.

146. Kinloch B.B.Jr., Lettlefleld J.L. White pine blister rust: Hypersensitive resistance in sugar pine 11 Can. J. Botany. 1977. V. 55. N 9. P. 11481155.

147. Klement Z., Goodman R.N. The hypersensitive reaction to infection by bacterial plant pathogens // Ann. Rev. Phytopathol. 1969. V. 7. P. 17-201.

148. Kosuge T. The role of phenolics in host response to infection // Ann. Rev. Phytopahol. 1969. V. 7. P. 195-222.

149. Krekling T., Franceschi V.R., Krokene P., Solheim H. Differential anatomical response of Norway spruce stem tissues to sterile and fungus infected inoculations // Trees. 2004. V. 18. P. 1-9.

150. Mauch-Mani B., Slusarenko A.J. Production of salicylic acid precursors is a major function of phenilalanineammonialyase in the resistance of arabidopsis to Peronospora parasitica //Plant cell. 1996. V. 8. P. 203212.

151. Miller R.H., Berryman A.A., Ryan C.A. Biotic elicitors of defence reactions in lodgepole pine // Phytochemistry. 1986. 25(3). 611-612.

152. Mireku E., Simpson J. A. Fungal and nematode threats to Australian forests and amenity trees from importation of wood and wood products // Can. J. Plant Pathol. 2002. 24: P. 117-124.

153. Modafar (El) C., Tantaoui A., El Bouustani E. Changes in Cell Wall-Bound Phenolic Compounds and Lignin in Roots of Date Palm Cultivars Differing in Susceptibility to Fusarium oxysporum f. sp. albedinis // J. Phytopathol. 2000. V. 148. P. 405-411.

154. Moerschbacher B.M., Noll U., Gorrichon L., Reisener H.J. Specific inhibition of lignification breaks hypersensitive resistance of wheat to stem rust // Plant Physiol. 1990. V. 93. N. 2. P. 465-470.

155. Mullick D.B. The none specific nature of defence in bark and wood during wounding, insect and pathogen attack // Phytochemistry. 1976. N 11. P. 395-441.

156. Nagy N.E., Krokene p., Solheim H. Anatomical-based defense responses of Scots pine (Pinus sylvestris) stems to two fungal pathogens // Tree Physiology. 2006. 26. P. 159-167/

157. Oven P. Odziv drevesnih tkiv na poskodbe in infekcijo. 2. Kambijeva cona // Zb. gozd. in les, 1999. Roc. 58. C. 189-217.

158. Paine T.D., Raffa K.F., Harrington T.C. Interactions among scolytid bark beetles, their associated fungi and live host conifers // Annu. Rev. Entomol. 1997. 42. P. 179-206.

159. Paine T.D., Stephen F.M. Influence of tree stress and site quality on the induced defense system of loblolly pine // Can. J. For. Res. 1987. V. 17/ P. 569571.

160. Raffa K.F., Berryman A.A. Physiological differences between lodgepole pines resistant and susceptible to the mountain pine beetle and associated microorganisms // Env. Ent. 1982. V. 11. N2. P. 486-492.

161. Sequeira L. Mechanisms of induced resistance in plants // Annu. Rev.

162. Microbiol. 1983. 37. P. 51-79. Shen Z., Haslam F., Falshaf C.P., Begley M.J. Procyanidins and polyphenols of Larix gmelini bark // Phytochemistry. 1986. V. 11. P. 159-166.

163. Taxodiaceae II Am. J. Bot. 1986. V. 73. N. 11. P. 1555-1563. Stephen F.M., Paine T.D. Seasonal patterns of host tree resistance to fungal associates of the southern pine beetle // Z. Ang. Entomol. 1985. V. 99. P. 113-122/

164. Unswort M.H. Uptake of gaseous air pollutants by plants // Arch. Ochr. Srodow. 1981. N2-4. P. 7-15.

165. Upadhyay Y.P. Classification of the Ophiostomatoid Fungi // Ceratocystis and Ophiostoma. Eds. M.J. Wingfild, K.A. Seifert, J.F. Webber. 2nd edn. St.Paul, Minnesota, USA: APS PRESS, 1999. P. 7-14.

166. Vance C.P., Kirk T.K., Sherwood R.T. Lignification as a mechanism of disease resistance // Ann. Rev. Phytopathol. 1980. V. 18. P. 259-288.

167. Varma R., Varma R.S., Wardi A.H. Separation of aldononitrile acetata of neutral sugars by gas-liquid chromatogrphy and its application to polysaccharides // J. Chromatgr. 1973. V. 77. P. 222-227.

168. Venverloo C.J. A comparative study of the lignified structures in tissue cultures and the tissues of the tree // Acta Bot. Neerl. 1969. V. 18. N2. P. 241314.

169. Vidhyasekaran P. Fungal pathogenesis in plants and crops. Molecular biology and host defense Mechanisms / Boca Raton, London, New York: CRC PRESS. 2008. 522 p.

170. Walter M.H., Boudet A.M., Grand C. Cynnamil-alcohol dehydrogenase, a molecular marker specific for lignin synthesis: cDNA cloning and mRNA induction by fungoelicitor // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1987. V. 85. N. 15. P. 5546-5552.

171. Werner R.A., Illman B.L. Response of Lutz, Sitka and white spruce to attack by the spruce beetle, Dendroctonus rufipennis (Kirby) (Coleoptera:s

172. Scolytidae) and blue-stain fungi // Environmental Entomology 1994. 23. P. 472-478.

Информация о работе

Полякова, Галина Геннадьевна
доктора биологических наук
Красноярск, 2012
ВАК 03.01.05

Диссертация

Физиологические механизмы иммунитета хвойных на примере взаимодействия флоэмы ствола и офиостомовых грибов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы