Чорна іржа зерна - біологія
Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?
Антибіотики від бактерій
Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка
Молекулярний компас для вирівнювання клітин
Від чого листя старіє восени
Демократичність грифа-цесарки
Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах
| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво
Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав
Як жарко занадто жарко для життя глибоко під дном океану?
Чорна зернова іржа
Чорнозерниста іржа (Puccinia graminis) на пшениці
Чорна зернова іржа (Puccinia graminis), Чорна іржа або Зернова іржа - гриб із сімейства іржавих (Pucciniales). Він відомий тим, що заражає пшеницю, ячмінь, овес та жито, а також інші солодкі трави серед спектру його господаря. Чорна іржа зерна гетерозиготна, що означає, що вона змінює хазяїна між зерном та сімейством барбарисових як вторинного господаря.
Зернова чорна іржа зустрічається у численних різновидах і формах. У першій половині 20 століття зернова чорна іржа майже була ліквідована в Сполучених Штатах шляхом широкого знищення барбарису. У Східній Африці варіант Ug99, виявлений у 1998 р., Призвів до значних неврожаїв пшениці. Вчені працюють над боротьбою з Ug99 шляхом розведення рослин.
особливості
Макроскопічні властивості
Зернова чорна іржа спочатку з’являється у вигляді іржаво-червоного покриття (uredia) на травах. Він тягнеться смугою вздовж поздовжньої осі, переважно на стеблах, менш сильно на листках. З часом уражені ділянки ростуть і чорніють (Telien). [1]
На барбарисі (Берберіс) та Магонії (Магонія) інвазія проявляється круглими жовтими плямами (пікнідами) на верхній стороні листя. Через п’ять-сім днів на нижній стороні листя з’являються більші світло-жовті плями, так звані аецидії. [1]
Мікроскопічні властивості
Уредіоспори чорної іржі ячменю мають овальну форму і мають розміри 25–30 × 17–20 мкм. Кожен з них містить чотири спори зародків. Телеутоспори мають темно-коричневий колір, складаються з двох клітин з двома ядрами і закруглені зверху. Вони мають розміри 40–60 × 15–20 мкм і мають відносно товсту і гладку зовнішню стінку, а також зародкові пори на верхівці та трохи нижче перегородки. [1]
екологія
Чорна зернова іржа протягом свого циклу розвитку проходить п’ять вегетативних станцій, три з яких знаходяться на первинному хазяїні, тобто м’якій пшениці (Triticum aestivum), а решта два на вторинному господарі, наприклад барбарис (Berberis vulgaris).
Спочатку навесні гаплоїдні базидіоспори гриба проростають на листках барбарису і утворюють там одноядерний гаплоїдний міцелій. Зараз гриб паразитно харчується барбарисом і утворює різні структури з боків листя. Під епідермісом верхньої сторони листа розвиваються пікніди (або спермогонії), які утворюють статеві ядра. Аецидії утворюють базальні клітини на нижній стороні листа. Вони займають генітальні ядра, утворені пікнідами.
Подальше ядро вони отримують від пікноспор, які потрапляють до зароджувальних гіф польотом спор або транспортуванням комахами. Звідти спора мігрує до ядерної клітини, завершуючи утворення гетерокаріона. З цієї базальної клітини утворюється аецидій, який виробляє велику кількість кислотних спор.
Ці гаплоїдно-дикаріотичні кислотні спори можуть проростати лише на солодких травах. Вони утворюють на пшениці зародкову трубку, яка проникає в тканину рослини і зростає там міжклітинно. Міцелій залишається локалізованим і не має пряжок, але його висівають попарно.
Ці структури, звані урідіями, тепер утворюють нестатеві уредоспори. Хоча гриб не може розмножуватися з ними статевим шляхом, вони дозволяють йому поширюватися у великих масштабах, завдяки чому можуть бути атаковані не тільки інші частини рослини-господаря, а й численні інші рослини.
Нарешті, восени з урідій утворюються телеутоспори. Завдяки своїй товстій клітинній стінці вони призначені для зимівлі. Вони мають дві пари ядер, які з часом зливаються навесні, а потім утворюють базидії. Вони, у свою чергу, утворюють базидіоспори, за допомогою яких цикл проходить один раз.
Систематика
Оскільки протягом багатьох років сільське господарство реагувало на чорну іржу новими сортами, але гриб розвивав стійкість до мутацій і спеціалізувався на окремих видах трав, з’явилося численні форми та різновиди чорної іржі:
Пошкодження сільського господарства
При спорах грибка Puccina graminis Сідаючи на рослини пшениці, вони утворюють гнійнички і витягують поживні речовини, призначені для розвитку зерна. [3]
Зернова чорна іржа неодноразово завдавала значної шкоди запасам пшениці, жита та ячменю протягом історії, оскільки це призводило до втрати значної частини врожаю, залежно від сорту. Пліній Старший вже бачив чорну зернову іржу як найбільшу зернову чуму. Лише у 18 столітті було визнано зв’язок між сусідством барбарису та хлібних полів та виникненням хвороби, після чого, наприклад, французькі хлібороби вимагали знищення барбарису. Оскільки сам гриб на той час ще не був відомий, вареники, які обробляли плоди барбарису, звинуватили фермерів у забобонах. У 1755 році коронна колонія штату Массачусетс прийняла закон, який поставив фермерам ультиматум: на чиїй землі ріс барбарис, вони повинні були викорчувати їх або знищити до 13 червня 1760 року. Лише в 1794 році гриб описав Крістіан Хендрік Персон; У 1866 році Антон де Барі надав наукові докази ролі барбарису як проміжного господаря. [4]
Після того, як на початку 20 століття в США виникли дві великі епідемії, Міністерство сільського господарства координувало програму знищення барбарису в ключових районах вирощування пшениці (зокрема, від Огайо до Північної Дакоти). У 1933 році було ліквідовано 18 мільйонів кущів. З часом до програми приєднались інші держави. Близько 1930 року епідемії почали зменшуватися. Новий варіант гриба спричинив останні нищівні епідемії на сьогоднішній день у 1953 та 1954 роках. Карантинна програма існує і сьогодні, згідно з якою заборонено транспортування барбарису до країн, що знаходяться на карантині, або між ними. Широке знищення барбарису суттєво обмежило можливості генетичної рекомбінації і, отже, ризик утворення нових, більш вірулентних варіантів, саме тому чорна іржа більше не є значною проблемою в США. Сорти звичайної пшениці містять кілька генів стійкості до відомих варіантів гриба. [5]
У 1960-х Норман Борлауг та його колеги з CIMMYT вивели сорти пшениці, які містять гени стійкості, такі як Sr31 міститься. На додаток до цих опорів, ці сорти також пропонували більш високий потенціал урожайності та карликовість, що лягло в основу Зеленої революції. Після того, як хвороба була контрольована і ціни на пшеницю стабілізувались, фінансування досліджень опору було скорочено. Племя, виявлене в Уганді в 1998 році, представляло нову загрозу Ug99 проти Sr31 не надає опору. Ug99 Сьогодні існує 7 варіантів і приблизно в 2007 р. Завдав великої шкоди кенійським фермерам (в деяких випадках зниження врожайності на 80%). Зі Східної Африки плем’я також поширилося в Ємені та Ірані. У березні 2008 року ФАО попередила про масові неврожаї після Ug99 там було виявлено. Основна проблема полягає у високій сприйнятливості багатьох видів пшениці, не стійких до Ug99 мати. Продовольче забезпечення сотень мільйонів людей знаходиться під загрозою, якщо гриб мігрує далі на схід (Індія, Китай). [6] [3]
Коли Борлауг дізнався про повторну появу чорної іржі у 2005 році, він зібрав науковців у проекті "Міцна стійкість до іржі в пшениці", який ведуть Корнельський університет та CIMMYT. У лютому 2011 року проект отримав грант у розмірі 40 мільйонів доларів від Фонду Білла та Мелінди Гейтс. Зараз доступно 20 стійких сортів, які зараз інтегровані до селекційних програм у восьми країнах Африки та Азії. [3]
Військове використання
Наприкінці 1940-х років у США були зусилля щодо використання чорної іржі у військових цілях. У 1953 році була розроблена бомба М-115, яка містила 250 кг ваги спор гриба разом з пір'ям індички як носіїв і мала на меті спричинити неврожай військових супротивників. Для цього військові Сполучених Штатів виробляли спори чорної іржі у Форті Детрік до 1957 року та з 1962 по 1969 рік. Ці запаси були повністю знищені лише в 1974 році в рамках програми демілітаризації. [7] [8] [9]