Развитие грибных болезней

20.06.2014

1. Общее описание

Энтомопатогенный гриб обычно вызывает заболевание следующим образом. Инфекционной единицей у большинства грибов является спора, обычно конидия. О проникновении в хозяина через дыхательную систему или пищеварительный тракт сообщали ряд авторов, но эти органы относительно редко служат «воротами инвазии». Обычно конидии прорастают на кутикуле или образуют аппрессории и затем проникают в тело хозяина. В этом участвуют ферменты и механические силы. В большинстве случаев, но не во всех, образуются фрагменты мицелия, похожие на дрожжевые клетки, так называемые гифальные тельца, которые обычно свободно плавают и, по-видимому, размножаются в полости тела. На этой стадии некоторые штаммы вырабатывают токсины в количествах, способных вызвать гибель хозяина, хотя ни один из важных органов тела не бывает инвазирован. Если же гриб внедряется в орган, то в первую очередь почти неизменно поражает жировое тело. После смерти хозяина или даже до нее штаммы, слабо продуцирующие токсин, образуют обычный нитевидный мицелий, ветвящийся во внутренних органах хозяина до тех пор, пока буквально все насекомое не будет заполнено грибным мицелием и сделается твердым на ощупь. После этого образуются конидиеносцы, которые прорывают кутикулу и образуют споры на поверхности тела насекомого. У несовершенных грибов конидиеносцы и конидии не образуются, если только мертвое насекомое не находится во влажной среде.
Виды из рода Coelomomyces отличаются от описанных тем, что заражение, видимо, производят свободно плавающие зооспоры из спорангиев, а не конидии. Эти спорангии, как и большинство покоящихся спор Entomophthora, образуются внутри тела хозяина, а не на его поверхности.

2. Прорастание спор

Влияние условий внешней среды на прорастание рассматривается на странице 114. Наружный (эпикутикулярный) слой кутикулы особенно важен для возникновения болезни, поскольку в большинстве случаев именно здесь должна прорасти грибная спора, прежде чем она проникнет в полость тела и в жизненно важные органы. Этот слой содержит различные липиды, в большинстве случаев еще не изученные, и нарушение этого слоя путем легкого повреждения или обработки неполярными растворителями снижает устойчивость некоторых насекомых к энтомопатогенным грибам. Коидзуми обнаружил в экзувиях фунгицидные насыщенные жирные кислоты со средней величиной молекулы, предположительно каприловую или каприновую, и объяснял снижение устойчивости насекомых утратой этих веществ. Протирание кутикулы, вырезанной у личинок Tenebrio растворителями, не ускорило инвазии, но она происходила и без протирания, что можно, вероятно, объяснить повреждениями эпикутикулярного слоя во время отделения кутикулы и приготовления препарата. За последние годы методы исследования липидов были заметно усовершенствованы, и кутикула насекомых заслуживает тщательного изучения с применением этих методов. Дейвид предполагал, что скарификация может вскрыть выходы поровых каналов и кожных желез и таким образом облегчить внедрение грибов. Было доказано проникновение грибов через поры органов чувств, но такой механизм инвазии считается редким. В кутикуле обнаружены и нелипидные соединения, способные ингибировать рост грибов, например фенолы и 3,4-диоксибензойная кислота. Однако эти вещества, вероятно, содержатся только в эндокутикуле и поэтому вряд ли влияют на прорастание спор.
Помимо ингибирующего действия, кутикула насекомых может, вероятно, и ускорять прорастание по меньшей мере некоторых энтомопатогенных грибов. Подробно этот вопрос не изучался, но известно, что липоидный слой Cossus cossus стимулировал прорастание спор М. anisopliae. Споры этого гриба могут прорастать также на предметных стеклах, покрытых растворимыми в эфире соединениями из кутикулы саранчовых; особенно интересно отметить, что один штамм значительно успешнее прорастал на липидах, если его споры формировались на среде с неорганическим азотом вместо обычной среды с органическими соединениями азота.
Непосредственно перед прорастанием спор грибов их метаболизм усиливается. В типичных случаях споры набухают, и, по имеющимся данным, в этой стадии М. anisopliae оказывает некоторое воздействие на кутикулу хозяина, что видно по посветлению кутикулы. Энзиматическая активность некоторых неэнтомопатогенных грибов в этой стадии настолько высока, что позволяет проводить промышленную ферментацию даже в условиях, не допускающих образования ростковых трубочек спор. Возможно, такая физиологическая активность спор энтомопатогенных грибов, как образование ферментов или токсинов, очень важна для начала заболевания. При прорастании каждая спора образует одну или несколько ростковых трубочек (коротких гиф).

3. Проникновение сквозь кутикулу

Ростковые трубки могут немного расти на поверхности тела насекомого или могут сразу начать проникать через кутикулу. Недавно у некоторых энтомопатогенных грибов были обнаружены аппрессории. Это вздутия на концах коротких ростковых трубок, прикрепляющиеся к кутикуле и посылающие в хозяина мицелиальные ростки (рис. 5). Считается, что аппрессории обеспечивают прочное прикрепление, необходимое грибу для физического внедрения в тело хозяина. Аппрессории не всегда развиваются даже у тех видов, которые способны их образовывать. В кутикуле внедряющийся мицелий часто бывает тоньше, чем в полости тела, и иногда он проникает между слоями кутикулы, а не прямо в полость тела. Эти две особенности показывают, что в проникновении гриба участвуют физические силы. Еще одно подтверждение этому получено в опытах, в которых глубина проникновения Paecilomyces farinosus в парафин была прямо пропорциональна твердости последнего.

Изучение ферментов все еще продолжается, но некоторые классы соединений, входящие в состав кутикулы насекомых, разлагаются in vitro всеми испытанными до настоящего времени энтомопатогенными грибами.
Так, некоторые виды Entomophthora, Cordyceps militaris, В. bassiana, М. anisopliae и A. flavus воздействуют на хитин, белок и липиды. Виды, которые исследовал Габриэль (Entomophthora spp, В. bassiana и М. anisopliae), не вырабатывали хитинавы в присутствии белка, но активность липазы и протеазы была конститутивной. Участвующие в этом ферменты ни разу не были выделены, и их действие на специфические компоненты кутикулы насекомых, за исключением хитина, не испытывалось. Тем не менее гистологические и гистохимические данные свидетельствуют об участии ферментов в процессе проникновения гриба сквозь кутикулу. Робинсон полагал, что некоторые несовершенные грибы проникают сквозь эпикутикулу только за счет механических сил, в то время как их проникновение в более глубокие слои кутикулы облегчается ферментами. Опубликованные недавно результаты гистохимических исследований кутикулы, инфицированной E. coronata, показывают, что в точке проникновения гриба вырабатывается липаза. В соответствии с исследованиями, проведенными in vitro, оказалось, что растворение хитина в кутикуле не было широким предположительно благодаря присутствию белков. Гидролиз белка происходил только на участке, непосредственно окружавшем внедряющийся гриб, и Габриэль предположил, что перевариваются только определенные формы белка, что вызывает разделение пластинок экзо- и эндокутикулы и облегчает проникновение гриба путем механического воздействия.
Основное различие между грибами, способными и неспособными заражать насекомых, заключается, по-видимому, в способности проникать через экзоскелет хозяина. Предполагалось, что главной защитой насекомого служит экзокутикулярный слой. Некоторые нормально непатогенные грибы могут проникать через раны, и это может оказаться серьезной проблемой при массовом разведении насекомых.

4. Токсины

Энтомопатогенные грибы вырабатывают токсины двух частично совпадающих категорий — токсичных перорально и токсичных при инъекции. Токсины первой группы можно расценивать как потенциальные инсектициды, тогда как вторые помогают уяснить механизм действия патогенов.
Одним из первых ученых, изучавший токсины, активные при перо-ральном введении, был Бернсайд, установивший, что медоносные пчелы восприимчивы к растворимому в эфире соединению, вырабатываемому in vitro одним из штаммов Aspergillus flavus. Свойства этого вещества показали, что Бернсайд работал с афлатоксинами, соединениями, полученными около 10 лет назад из штаммов A. flavus. Эти соединения неспецифичны — они токсичны для насекомых, птиц, млекопитающих, микроорганизмов и для растений. В дополнение к этому некоторые грибы, непатогенные для насекомых, также вырабатывают вещества, токсичные перорально для насекомых, но токсичность этих продуктов для других жизненных форм не изучена. Из грибных культур выделено и хорошо изучено много веществ, токсичность которых для насекомых не испытывалась, но должна быть испытана, в том числе метаболиты представителей родов, включающих энтомопатогенные виды, например изарины и изаролиды, выделенные из Isaria. В настоящее время известны неспецифичные для насекомых грибные токсины, активные перорально, которые можно использовать в чистом виде в качестве инсектицидов, или сочетая их с патогенными организмами, но поиски необходимо продолжить. Такие соединения будут особенно полезны, если окажутся менее стойкими в окружающей среде, чем ДДТ и его производные. Многие антибиотики оказались токсичными для растительноядных клещей, и, поскольку симбионты последних неизвестны, антибиотики могли действовать, косвенно изменяя кишечную микрофлору или же оказывая прямое токсическое действие на клещей.
Гибель насекомых в то время, когда инфекция ограничивается гемолимфой и гиподермой, много лет назад привела некоторых авторов к заключению о важности токсинов. В этих случаях обычным местом образования токсинов служит гемолимфа. Тем не менее во всех работах с токсинами, ,проведенных до исследований Кодаира, исследователи предпочитали скармливать фильтраты культур испытываемым насекомым, а не инъецировать их в полость тела. Это простое упущение на много лет задержало развитие в данной области. Токсины, безвредные при контактировании или при поглощении, но токсичные при инъекции, непригодны для непосредственного применения на посевах сельскохозяйственных культур, но частично проливают свет на механизм действия некоторых грибов и могут способствовать выведению более эффективных форм патогенов (путем отбора на обильную продукцию токсина.
Некоторые энтомопатогенные грибы вырабатывают in vitro вещества, токсичные при инъекции. В число четырех таких веществ, химический состав которых изучен, входят деструкцины А и Б, выделенные из энтомопатогенного гриба М. anisopliae, боверицин, выделенный из В. bassiana, и кордицепин — из С. militaris. Деструкцины и боверицин токсичны для личинок комаров при добавлении в воду, в которой они содержатся, и, вероятно, токсичны и перорально. Личинки жука Epilachna или молодые палочники (Carausius) неохотно поедали листья, загрязненные деструкцинами, но тем не менее погибали, вероятно, в результате поглощения токсинов. Metarrhizium и Beauveria образуют добавочные соединения, токсичные для вощинной огневки, G. mellonella, только при инъекции. Кордицепин перорально не испытывался. Он слабо токсичен для G. mellonella при инъекции, а при использовании сублетальных доз у образующихся куколок развиваются сильно деформированные конечности (Робертс, неопубликованные данные). В отличие от перечисленных выше токсинов токсины Entomophthora белковые. Они вызывают изменение окраски хозяев и, возможно, являются ферментами. Некоторые авторы намеренно исключают ферменты из классификации токсинов, но по крайней мере в одном случае протеазы Beauveria отнесены к токсинам. Способность вырабатывать токсины необходимо исследовать еще у очень многих видов энтомопатогенных грибов. Различие в морфологии культур и в пигментах показывает, что некоторые роды грибов метаболически неодинаковы, например Beauveria. Поэтому можно ожидать выделения большого числа токсинов.