Охарактеризуйте циклы развития возбудителей пыльной головни ячменя и твердой головни пшеницы

У грибов этого класса базидии вырастают из толстостенной покоящейся клетки — телиоспоры. Плодовых тел у них нет, они утрачены по причине паразитического образа жизни. Уреди­ниомицеты делят на 2 порядка — Урединальные (Ржавчинные) и Септобазидиальные.

Порядок Ржавчинные (Uredinales). Ржавчинные грибы — облигатные паразиты высших растений, особенно злаков и бобовых. Развиваясь на пищевых, кормовых, плодово-ягодных и многих других группах полезных растений, эти грибы вызы­вают у них болезнь, получившую название «ржавчина», и часто приводят к значительной потере урожая сельскохозяйствен­ных культур.

Пораженные листья и стебли растений покрываются поду­шечками (пустулами) оранжевого, красно-бурого, коричневого цвета, поэтому болезнь, вызываемую этими грибами, называют ржавчиной. Характерный ржаво-бурый цвет пятен и полос на органах растений обусловлен тем, что в спорах этих грибов содержится пигмент, близкий по химическому строению к каротину. Именно каротин придает спорам и мицелию боль­шинства видов окраску.

Для ржавчинных грибов характерен резко выраженный плеоморфизм, т.е. они имеют различные формы спороноше­ния, которые называются стадиями развития патогена, чере­дующимися в строгой закономерности и последовательности. Цикл всегда заканчивается образованием покоящихся спор — телиоспор, прорастающих фрагмобазидией. Кроме того, среди ржавчинных широко распространена разнохозяинность, те. прохождение всех стадий развития последовательно на двух питающих растениях. Существуют и однохозяинные ржавчин­ники, у которых все стадии развития проходят на одном виде растений.

Мицелий ржавчинных грибов развивается в ткани пита­ющего растения в виде разветвленных гиф с поперечными перегородками, аппрессориями и гаусториями, внедряющими­ся в полость клетки. У большинства видов мицелий поврежда­ет небольшой участок ткани в месте прорастания споры (мест­ный мицелий), а у некоторых его представителей он пронизы­вает все растение (диффузный мицелий).

2.11. ОТДЕЛ ДЕЙТЕРОМИКОТА (DEUTEROMYCOTA), ИЛИ АИАМОРФНЫЕ (НЕСОВЕРШЕННЫЕ) ГРИБЫ

К этому отделу относятся грибы с многоклеточным гаплоидным мицелием, утратившие в ходе эволюции половую стадию (сумчатую или базидиальную) и размножающиеся толь­ко бесполым путем — конидиями (стадия анаморфы) или фраг­ментами мицелия. У некоторых дейтеромикот конидиальное спороношение отсутствует, такие виды образуют склероции или существуют в виде стерильного мицелия. Основой для быстро достигаемой дейтеромикотами адаптивной изменчиво­сти служат гетерокариоз и парасексуальный процесс.

Гетерокариотический (разноядерный) мицелий возникает вследствие воздействия мутагенных факторов или в результате образования между гифами мицелия анастомозов (цитоплаз- матических мостиков), через которые осуществляется мигра­ция генетически неоднородных ядер. При парасексуальном процессе в многоядерном гетерокариотическом мицелии про­исходит слияние гаплоидных ядер с образованием диплоидов. Деление этих диплоидов в процессе митоза сопровождается их гаплоидизацией и перекомбинацией генетического материала (митотический кроссинговер), в результате чего появляются формы с новыми свойствами. Наличие этих двух процессов обеспечивает их высокую адаптивную изменчивость и приво­дит к значительной гетерогенности нёсовершенных грибов.

В ряде случаев дейтеромикоты являются конидиальной ста­дией (анаморфой) совершенных грибов (аско- и базидиомице­ты). Эти грибы описываются как отдельные виды, имеющие собственное название. При установлении же связи бесполой формы гриба с тем или иным аскомицетом или базидиомице- том название конидиальной стадии обычно сохраняется, хотя видовое название для таких грибов дается по телеоморфе.

Способы образования конидиального спороношения у дей­теромикот разнообразны: конидии формируются путем распа­да гиф вегетативного мицелия на отдельные клетки или по типу почкования, но наиболее типичным является образова­ние конидий на конидиеносцах. У одних видов конидиеносцы развиваются на гифах, у других — на плотном сплетении гиф —

5. В цикле развития ржавчинных грибов имеются следующие стадии и спороношения: пикнии, или спермогонии с пикниоспо-

рами, или спермациями; эции с эциоспорами \урединии с уреди- ниоспорами; теши с телиоспорами; базидии с базидиоспорами (рис. 2.48). Все спороношения закладываются эндофитно, вну­три тканей, под эпидермисом, между эпидермисом и кутику­лой. Содержащиеся в них споры освобождаются через разрыв тканей растения.

Цикл развития разнохозяинного ржавчинного гриба рассмот­рим на примере возбудителя стеблевой ржавчины злаков — Puccinia graminis (см. рис. 2.48). Развитие гриба начинается обычно весной, когда прорастают зимующие на соломе или на

стерне злаков телиоспоры. Каждая телиоспора прорастает во фрагмобазидию с четырьмя базидиоспорами. Перед прораста­нием телиоспор происходит сначала кариогамия — слияние двух ядер дикариона с образованием диплоидного ядра. Затем следует мейоз. Гаплоидные ядра по одному переходят через стеригмы в каждую клетку базидии, а из них — в формиру­ющиеся базидиоспоры двух половых знаков. Для дальнейшего развития они должны попасть на листья барбариса — промежу­точный или эциальный хозяин. На верхней стороне листа бази­диоспоры прорастают в гаплоидный мицелий своего полового знака. Из гаплоидного мицелия развиваются пикнии. Чаще всего они шаро-, кувшиновидной или конической формы, погружены под верхний эпидермис листа растения-хозяина. Если пикнии образуются непосредственно под кутикулой, то они плоские или полушаровидные. Внутри пикний на споро- носцах, радиально расположенных по всей внутренней поверх­ности его оболочки, формируются одноклеточные, шаро- или эллипсовидные пикниоспоры, которые заражать растения не могут, но играют существенную роль в возникновении дика- риотического мицелия, т.е. участвуют в половом процессе. Для продолжения цикла развития необходимо объединение двух гаплоидных ядер из «+»- и «-»-пикниев в дикариотичной гифе. Это может произойти в результате копуляции гаплоидных пик- ниоспор противоположных половых знаков или при сраста­нии гиф разных половых знаков. После дикариотизации разви­ваются новые спороношения — эции.

Эции, окруженные чашевидной, цилиндрической, полуша­ровидной или сумкообразной оболочкой (перидием), заклады­ваются с нижней стороны листа на том же мицелии в виде шаровидных или плоских споровместилищ, развившихся из базидиоспоры внутри тканей растения-хозяина. У некоторых видов ржавчинных эции лишены перидия; такой тип эциаль- ного спороношения называется цеомой. У других видов рода перидий заменен венцом булавовидно вздутых парафиз. Эциоспоры образуются всегда цепочками; одноклеточные, обычно с мелкобородавчатой бесцветной оболочкой со светло­окрашенным (оранжевым, оранжево-желтым) содержимым. Эциоспоры уже не могут заражать барбарис. Их дальнейшее развитие происходит на злаках, куда эциоспоры переносятся ветром. На злаках образуются пустулы в виде пятен или полос. Этот налет представляет собой следующий тип спороноше­ния — урединии с уредипиоспорами.

Урединии ржавой окраски возникают в виде плоского спле­тения мицелия, на котором образуются урединиоспоры на коротких ножках. Они всегда одноклеточные, двухъядерные, обычно яйце-, эллипсо- или шаровидной формы. Оболочка уре- диниоспор бесцветная или окрашена в желтоватый или даже в темно-бурый цвет, большей частью шиповатая, густобородавча­тая, редко совершенно гладкая, с 1 — 10 ростковыми порами. Прорастают урединиоспоры в вегетативные гифы, давая за лето несколько генераций. Их называют также летними спора­ми или спорами размножения, а урединиостадию — летней или патогенной стадией ржавчинного гриба.

Телии образуются на том же дикариотическом мицелии в тканях растения-хозяина, что и урединии, имеют такую же форму, но с темной или даже черной окраской. Телиоспоры состоят из одной-двух или нескольких клеток. Они разнообраз­ны по форме, количеству клеток, длине ножки или ее отсут­ствию. Эти признаки — важнейшие систематические признаки ржавчинных грибов. Оболочка телиоспор большей частью коричневая или бурая, гладкая или с более или менее разнооб­разной структурой, обычно с хорошо заметными ростковыми порами. Телиоспоры являются покоящейся стадией ржавчин­ных грибов и биологически соответствуют телиоспорам голов­невых грибов. Поэтому их называют покоящимися спорами, а телиостадию — покоящейся стадией. Однако есть немало видов, у которых телиоспоры могут прорастать вскоре после их обра­зования. У некоторых представителей ржавчинных телиоспо­ры образуются иногда среди урединиоспор в урединиях.

Одни ржавчинные грибы имеют все типы спороношения (полный цикл развития), другие — только некоторые (непол­ный, или сокращенный, цикл развития). Специалисты счита­ют, что неполноцикловые формы ржавчинных произошли от полноцикловых путем редукции отдельных типов спороноше­ния. Например, у пукцинии чешуйной (Puccinia striformis West.) исчезло эциальное спороношение, что связано с развитием патогена почти круглый год на одном питающем растении, т.е. на озимых и многолетних злаках.

Виды, весь цикл развития которых проходит на одном питающем растении, называются однохозяинными. Для их обо­значения используют приставки Eu-Auto (например, Eu-Auto- Puccinia). Виды, у которых гаплоидный мицелий с эциями и пикниями развивается на одном питающем растении, а дика- риотичный мицелий с урединиями и телиями — на другом, называются разнохозяинными и обозначаются приставкой Eu-IIetero-( например, Eu-Hetero-Puccinia). Первые питающие растения называют промежуточными, а вторые — основными.

Неблагоприятные зимние условия ржавчинные грибы пере­носят в виде телиостадии, ряд видов может зимовать в уредо- стадии, а некоторые — в виде мицелия.

Порядок включает более 5000 видов из 140 - 150 родов. В Беларуси отмечено более 220 видов из 20 родов, наиболее распространенными из которых являются пукциния, уроми- цес, гимноспорангиум, мелампсора, фрагмидиум и др.

По современной систематике ржавчинные грибы делят на разное число семейств (до 14), важнейшими из которых явля­ются пукциниевые (Pucciniaceae) и мелампсоровые (Melampso- raceae).

Род пукциния (Puccinia) одноименного семейства включает грибы, у которых образуются двухклеточные телиоспоры на ножках. Каждая их клетка имеет по одной поре. Эций с пери­дием.

Известно более 2000 видов, распространенных по всему земному шару. В Беларуси более 100 разно- и однохозяинных видов с полным и с неполным циклами развития. Наиболее часто встречаются П. злаковая (P. graminis) — возбудитель стеб­левой или линейной ржавчины злаков, П. скрытая (P. recondi- ta) — возбудитель бурой (листовой) ржавчины ржи и пшеницы, П. корончатая (P. coronata) — возбудитеь корончатой ржавчины овса и др.

Пукциния злаковая поражает более 300 видов культурных растений. Болезнь проявляется обычно на ранних посевах ози­мых или поздних посевах яровых с возникновения на стеблях, листовых влагалищах, колосковых чешуях ржаво-бурых, про­долговатых, линейных, часто слитых между собой, пылящих подушечек — урединий. К концу вегетации на тех же органах образуются телиоспоровые подушечки в виде продольных, почти черных полосок.

Болезнь приводит к полеганию посевов, «истеканию» зерна и потерям 60 — 70% урожая.

Родуромицес (Uromyces) семейства пукциниевых объединяет виды с одноклеточными телиоспорами на бесцветной корот­кой ножке (рис. 2.49, а). Телиоспоры округлые, эллипсо- и яйцевидные или угловатые, иногда зауженные на вершине, со светло-бурой или коричневой, гладкой, бородавчатой или поло­сатой оболочкой и одной ростковой порой. Эций с перидием.

Среди видов этого рода встречаются одно- и разнохозяинные паразиты с полным и неполным циклом развития. Поражают преимущественно бобовые, а также сложноцветные, молочай­ные, лилейные, злаки и др.

Род включает около 500 видов, из них примерно 40 видов встречаются в Беларуси. Наиболее известны У. гороха (U. pisi), У. свеклы (U. betae), У. клевера (U. trifolii), У. мышиного горош­ка (U. viciae-craccae), У. люпина (U. lupinicola), У. щавеля (U. rumicis), У. неравновысокий (U. inaquialtus) и др.

Род фрагмидиум (Phragmidium) семейства фрагмидиевых характеризуется наличием многоклеточных телиоспор (6 — 8 клеток) с бесцветным или слабоокрашенным сосочком или шипиком на вершине, на длинной булавовидной или цилин­дрической ножке (рис. 2.49, б). Клетки расположены в ряд одна над другой и приплюснуты в вертикальном направлении. Их оболочка толстая, слоистая. Ее внешний вид тонкий, почти бесцветный, а внутренний — толстый, бородавчатый или глад­кий, от желтоватого до черно-бурого цвета. Эциальное споро­ношение без перидия, т.е. цеома, имеет парафизы. Представи­тели рода — однохозяинные паразиты с полным циклом разви­тия. Вызывают ржавчину растений семейства розоцветных. Известно более 70 видов, распространенных преимуще­ственно в умеренном поясе Северного полушария. В Беларуси встречается около 10 видов, из которых наиболее известны Ф. малиновый (Ph. rubi-idaei), Ф. остроконечный (Ph. тисго- natum), Ф. костяниковый (Ph. rubi-saxatilis) и др.

Род мелампсора (Melampsora) принадлежит к семейству мелампсоровых. Он объединяет виды с сидячими (без ножек), сросшимися боковыми стенками в тесные группы телиоспора- ми (рис. 2.49, в), образующими над эпидермисом плотные корочки. Телиоспоры одноклеточные, призматические, на кон­цах закругленные, с бурой тонкой оболочкой. Эции без пери­дия и парафиз. Полный цикл развития проходит на одном (однохозяинные) или на разных (разнохозяинные) растениях.

Известно более 80 видов. В Беларуси — 20. Из них наиболее распространены М. льновая (М. lini), М. луково-тополевая (М. allii-populina), М. хвойная (М. pinitorqua).

Род кронарциум (Cronartium) семейства Cronartiaceae включа- «ет разнохозяинные грибы с одноклеточными телиоспорами, сросшимися основаниями и боковыми стенками в общую колонку или столбик, вертикально выступающих на поражен­ных листьях (рис. 2.49, г). Колонки обычно цилиндрические, немного согнутые, оранжево-желтые, впоследствии буреют. Прорастают телиоспоры в августе-сентябре. Эции с перидием. Представители этого рода паразитируют на хвойных породах и ягодных культурах разных сортов.

Известно около 20 видов, из них 2 в Беларуси. Наиболее часто встречаются К. смородиновый (С. ribicola) — возбудитель столбчатой ржавчины смородины и крыжовника, пузырчатой ржавчины кедра и К. повислый (С. flaccidum) — возбудитель смоляного рака сосны.

Задания

4. Рассмотреть и описать внешний вид пораженной ржи и пшеницы возбудителем линейной, или стеблевой, ржавчины. Обратить внимание на размер пустул, их окраску, наличие хло- ротичной ткани и расположение. Сделать их зарисовки.

5. Изучить внешний характер поражения ржавчиной листьев барбариса, на которых развиваются пикнии и эции возбудителя линейной ржавчины злаков. Под бинокулярным микроскопом рассмотреть листья с желтовато-оранжевыми пустулами. Обратить внимание на то, что каждая пустула

Известно более 70 видов, распространенных преимуще­ственно в умеренном поясе Северного полушария. В Беларуси встречается около 10 видов, из которых наиболее известны Ф. малиновый (Ph. rubi-idaei), Ф. остроконечный (Ph. тисго- natum), Ф. костяниковый (Ph. rubi-saxatilis) и др.

Род мелампсора (Melampsora) принадлежит к семейству мелампсоровых. Он объединяет виды с сидячими (без ножек), сросшимися боковыми стенками в тесные группы телиоспора- ми (рис. 2.49, в), образующими над эпидермисом плотные корочки. Телиоспоры одноклеточные, призматические, на кон­цах закругленные, с бурой тонкой оболочкой. Эции без пери­дия и парафиз. Полный цикл развития проходит на одном (однохозяинные) или на разных (разнохозяинные) растениях.

Известно более 80 видов. В Беларуси — 20. Из них наиболее распространены М. льновая (М. lini), М. луково-тополевая (М. allii-populina), М. хвойная (М. pinitorqua).

Род кронарциум (Cronartium) семейства Cronartiaceae включа- «ет разнохозяинные грибы с одноклеточными телиоспорами, сросшимися основаниями и боковыми стенками в общую колонку или столбик, вертикально выступающих на поражен­ных листьях (рис. 2.49, г). Колонки обычно цилиндрические, немного согнутые, оранжево-желтые, впоследствии буреют. Прорастают телиоспоры в августе-сентябре. Эции с перидием. Представители этого рода паразитируют на хвойных породах и ягодных культурах разных сортов.

Известно около 20 видов, из них 2 в Беларуси. Наиболее часто встречаются К. смородиновый (С. ribicola) — возбудитель столбчатой ржавчины смородины и крыжовника, пузырчатой ржавчины кедра и К. повислый (С. flaccidum) — возбудитель смоляного рака сосны.

Задания

1. Рассмотреть и описать внешний вид пораженной ржи и пшеницы возбудителем линейной, или стеблевой, ржавчины. Обратить внимание на размер пустул, их окраску, наличие хло- ротичной ткани и расположение. Сделать их зарисовки.

2. Изучить внешний характер поражения ржавчиной листьев барбариса, на которых развиваются пикнии и эции возбудителя линейной ржавчины злаков. Под бинокулярным микроскопом рассмотреть листья с желтовато-оранжевыми пустулами. Обратить внимание на то, что каждая пустула содержит множество эциев, имеющих вид урночек или корзи­ночек с отвернутыми краями и массой эциоспор внутри.

Приготовить препарат эциостадии линейной ржавчины на барбарисе. Для этого кусочек пораженного листа барбариса зажать между кусочками бузины, сделать несколько тонких срезов, поместить их в каплю воды на предметном стекле, накрыть покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом. Зарисовать пикнии, расположенные в палисадной ткани, и эции с цепочками эциоспор, хорошо заметными с нижней сто­роны листа.

3. Приготовить препараты и рассмотреть в микроскоп уреди- нио- и телиоспоры возбудителя линейной ржавчины. Для этого с помощью препаровальной иглы или лезвия, слегка смоченных водой, соскоблить с листа злака ржавчинные подушечки, поме­стить их в каплю воды на предметном стекле и рассмотреть пре­парат при большом увеличении микроскопа. Зарисовать уреди- нио- и телиоспоры, показав различие в их строении и окраске.

4. Приготовить препараты телиоспор уромицеса и фрагми- диума. Изучить особенности их строения, формы, размеров и окраски. Сделать их зарисовки.

5. Описать и зарисовать внешние признаки ржавчины льна, пораженного грибом Melampsora lini.

Сделать поперечный срез через пустулу, рассмотреть под микроскопом и зарисовать строение мелампсоры в телиостадии.

6. Рассмотреть на готовом препарате и зарисовать строение колонки телиоспор с базидиями и базидиоспорами кронарциума.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. В чем отличие ржавчинных грибов от головневых по образу жизни в гаплоидном и дикариотическом состояниях?

2. Какие типы спороношений характерны для ржавчинных грибов?

3. Где и как осуществляется дикариотизация у ржавчинных грибов и как образуются эциоспоры?

4. Расскажите о цикле развития возбудителя линейной ржавчины зла­ков.

5. Каково биологическое значение урединио- и телиоспор?

6. Что означает одно- и разнохозяинные паразиты, с полным и непол­ным циклом развития? Приведите примеры.

7. Какой признак положен в основу деления ржавчинных грибов на семейства?