Как растения защищаются от болезней

ЖИЗНЬ РАСТЕНИЙ ПОД УГРОЗОЙ

Прошло около девяти тысяч лет с того времени, как человек научился возделывать землю. В истории планеты это миг. В истории человечества за это время произошли потрясающие изменения. Нет нужды их перечислять — они хорошо известны. Они происходят на наших глазах, даже в жизни одного поколения людей. Но и сейчас, как и тысячи лет тому назад, все свои основные потребности человек удовлетворяет за счет растений. Между тем над их жизнью, и в первую очередь над жизнью культурных растений, нависла реальная угроза.

В 1970 г. в Лондоне состоялся III Международный конгресс, посвященный науке о пище и технологии ее производства. Программа конгресса была весьма обширной и привлекла ученых многих специальностей. И это неудивительно. Только полноценная пища является залогом здоровья, работоспособности, хорошего настроения, долголетия. Удивительной на первый взгляд была эмблема конгресса — земной шар, SOS-70 (рис. 1).

Рис. 1. Эмблема III Международного конгресса, посвященного науке о пище и технологии се производства

Это начальные буквы трех английских слов: «Save our souls! (Спасите наши души!)». На эмблеме конгресса те же три буквы являлись начальными трех других английских слов, но весьма созвучных первым: «Science of survival (Наука о выживании)». Выжить при недостатке пищи, вследствие чего треть населения нашей планеты недоедает, а треть просто голодает.

Основой современного учения о потребностях человека в тех или иных продуктах является концепция о сбалансированном питании. Согласно этой концепции обеспечение нормальной жизнедеятельности человека возможно только при условии его снабжения определенным количеством энергии и многими самыми различными по химической природе веществами (аминокислотами, витаминами, минеральными соединениями), каждому из которых принадлежит своя специфическая роль в процессе жизнедеятельности. К тому же необходимы запасы продовольствия на случай стихийных катастроф. Человечеству предстоит решить грандиозную и многогранную проблему, включающую социальные, политические, экономические, демографические, медицинские и другие аспекты. Ее успешное решение неразрывно связано с обеспечением надежной защиты сельскохозяйственных растений от болезней, вредителей и сорняков.

Во всех странах мира немало сделано для защиты урожая от потерь. Однако потери урожая от вредителей и болезней продолжают оставаться огромными — на уровне 35–40 и даже 50 %[5]. Данные мировой статистики интересны и поучительны. Так, средний человек планеты расходует на продукты питания примерно столько ясе, сколько он тратит на защиту растений. «Создается впечатление, что чем интенсивнее ведется борьба с вредителями и болезнями, тем быстрее повышается их вредоносность, усиливается численность вредителей, болезни завоевывают новые территории»[6].

В чем же дело? Этот вопрос волнует не только специалистов, по и общественность всего мира. Ofi служит предметом острых дискуссий на научных конгрессах, его обсуждение не сходит со страниц специальных журналов И широкой печати.

Потребовалось время, чтобы прийти к неоспоримому выводу — огромные потери уроягая являются делом рук человеческих. Разные точки зрения высказываются по поводу стратегии и тактики защиты урожая от потерь. Но все согласны с тем, что интенсификация и концентрация сельскохозяйственного производства одновременно создают и более благоприятные условия для развития возбудителей болезней и вредителей. Тем более важно выяснить истинные причины, способствующие их развитии). Таких причин много.

Вот некоторые из них.

Первая причина состоит в том, что освоение новых территорий, продвижение земледелия в районы, где оно ранее не развивалось, приводит к разрушению исторически сложившихся в природе биологических сообществ, называемых биоценозами. В их число входит все живое на Земле, где каждый вид животных и растений в ходе эволюции настолько приспособились друг к другу, что существование одного вида зависит от другого, а всех вместе — от взаимодействия с окружающей средой. Вполне понятно, что в случае исчезновения в биоценозе одного представителя неизбежно возникают благоприятные условия для развития другого, который может оказаться весьма опасным для сообщества в целом. В определенной мере это касается и возбудителей болезней, которых известный зоолог В. Н. Беклемишев на основании анализа большого числа данных рассматривает как необходимых членов биоценозов. Их роль состоит в регулировании численности нормальных членов сложившихся биоценозов и в их защите от вторжения чуждых элементов.

Не всегда можно быстро разобраться в последствиях, связанных с нарушением мирного сосуществования биоценозов. Так, по данным известного энтомолога Г. Я. Бей-Биенко, в целинной степи обитают 312 видов насекомых, среди которых преобладают 38. На возделанном же пшеничном ноле насчитывается 135 видов, а доминантных только 19. Казалось бы, что для защиты пшеницы от вредителей это хорошо. По зато численность отдельных насекомых, личинок и куколок на одни квадратный метр поразительно разная: на целине —106, а на засеянной пашне — 332. И далее, если на целине, например, зерновая совка не причиняет вреда диким злаковым травам, то после посева пшеницы ее численность настолько сильно возрастает, что она становится одним из наиболее опасных вредителей этой ценнейшей сельскохозяйственной культуры.

Другой пример. В природных биоценозах растения мало страдают от корневых гнилей. Однако на пахотных землях корневые гнили, вызываемые чаще всего грибами, стали весьма опасными болезнями многих сельскохозяйственных растений. Фитопатологи их даже так и называют «грибами пахотных земель». Усиление их пара-янтарных свойств происходит за счет ослабления содержащихся в почве сапрофитных микроорганизмов.

Одно сорное растение может поглотить в 2 раза больше азота и фосфора, в 4 раза больше калия и воды, чем культурное. И хотя на долю сорняков приходится относительно малая часть всех растений, они могут создавать серьезную угрозу сельскому хозяйству. Сорняки не только снижают урожай, но являются очагами распространения многих вредителей и возбудителей болезней. Так, пырей и другие дикие злаки служат переносчиками возбудителей желтой и стеблевой ржавчины, мучнистой росы, корневых гнилей.

Вторая причина связана с постепенным сокращением числа растений, используемых сельским хозяйством. Из 300 видов растений, окультуренных человеком в разные времена для продовольственных целей, в настоящее время только 12 видов составляют 75 % всего мирового производства сельскохозяйственной продукции. Нужно сказать, что в древности пища людей была значительно более разнообразней. Теперешнее единообразие не оставляет возможности для эволюции. Чрезмерная стандартизация организмов со временем наказывается вымиранием. Замечено, что с каждым исчезающим видом гибнут десятки видов других организмов, что опять-таки приводит к серьезным нарушениям в биоценозах. Чем больше видов входит в состав биоценоза, тем шире их генетическое разнообразие, тем больше возможностей для приспособления к условиям внешней среды и тем выше устойчивость каждого вида.

Третьей причиной является посев семенами одного сорта на больших площадях для унификации агротехники, для получения однородного по качеству урожая. Для унификации методов его хранения и промышленной переработки это очень важно. Однако генетическое однообразие приводит к тому, что возбудители болезней довольно быстро преодолевают устойчивость растений к ним. В результате новые сорта растений, которые еще сравнительно недавно сохраняли свою устойчивость к возбудителям болезней в течение десятилетий, начинают поражаться ими уже через 5–7 лет. Например, средняя полезная жизнь сорта, устойчивого к стеблевой ржавчине, сейчас составляет не более 5 лет, после чего он начинает поражаться новой расой возбудителя этой болезни.

Четвертая причина состоит в том, что с расширением сельскохозяйственного производства происходит продвижение новых видов и сортов растении в новые районы, расположенные далеко от центров, где формировались их дикие предки. Попадая в новые районы, эти сорта чаще всего уступают по своей устойчивости своим предкам. С продвижением растений в новые районы в них проникают и новые для этих мест вредители и болезни (например, появление в СССР колорадского жука, американской белой бабочки и др.). В результате возникают опустошительные эпифитотии (эпидемии в растениеводстве).

Пожалуй, наиболее впечатляющим примером опустошительности эпифитотий был фитофтороз картофеля, заболевание которым повлияло на судьбу целой нации. Недаром тот, кто впервые описал это заболевание, — немецкий ботаник А. де Бари — назвал ее фитофторой, что означает «пожиратель растений». До 1840 г. фитофтора отсутствовала в Европе. Ее родина Мексика, откуда она в начале 1840-х годов и была завезена в Европу. Вначале это были только отдельные вспышки болезни в разных частях Франции, Бельгии и Англии, поскольку засушливое лето 1844 г. не благоприятствовало распространению болезни. Зато следующие 1845–1846 гг. стали трагическими для судеб народов Северной Европы, и особенно Ирландии, где картофель составлял основной продукт питания. а 2 млн. ирландцев питались исключительно картофелем. Размеры бедствия стали ясны к августу 1846 г., когда все растения на многих картофельных полях были уничтожены. Начался массовый голод, от которого погибли более миллиона человек, тогда как два других миллиона эмигрировали за океан.

Пятая причина связана с непрерывным повышением пищевой полноценности культурных растений, что достигается с помощью селекции, интродукции, агротехники. Но все, что полезно для человека и животных, в такой же мере полезно и для возбудителей болезней и вредителей растений. Благодаря повышению питательности растений паразитирующие организмы могут удовлетворять свои потребности в пище при меньших затратах энергии и использовать высвобождающиеся резервы для еще более быстрого размножения и повышения своей жизнедеятельности.

Показательны в этом отношении результаты селекции некоторых злаковых растений на повышение в них содержания так называемых незаменимых аминокислот, т. е. тех, которые человек и животные самостоятельно синтезировать не могут и должны получать в готовом виде вместе с пищей. А многие растения, весьма богатые по общему содержанию белков, содержат мало незаменимых аминокислот. В результате отсутствия хотя бы одной из них в организме может прекратиться синтез ряда белков, играющих первостепенную роль в нормальной жизнедеятельности. Не зря белки называют протеинами (от греческого протос — первостепенный). По этой же причине многие селекционеры сосредоточили свои усилия на повышении содержания в злаках незаменимых аминокислот, и в первую очередь наиболее дефицитной — лизина. Но стоило только добиться первых положительных результатов, как вскоре обнаружилось, что сорта, более богатые лизином, стали и более уязвимыми для паразитов. Дошло до того, что недавно был даже предложен метод определения незаменимых аминокислот в зерне по анализу личиночных шкурок мучного хрущака, питающегося этим зерном.

Селекция на качество заставляет также «убирать» из состава растений так называемые вторичные метаболиты (алкалоиды, гликозиды, фенолы), которые хотя и ухудшают питательные и вкусовые свойства урожая, но вместе с тем являются факторами его устойчивости к болезням.

Можно указать и на другие причины высоких потерь урожая, и совсем не обязательно в названной последовательности. Но даже из того, что сказано, вытекают важные практические выводы. И важнейшими из них являются два, неразрывно между собой связанные.

Во-первых, вместе с концентрацией и интенсификацией сельского хозяйства возникают одновременно и более благоприятные условия для развития болезней, вредителей и сорняков. В этих условиях многие прежние методы защиты урожая, вполне отвечавшие требованиям небольшого хозяйства, оказываются малоэффективными и даже вовсе неосуществимыми. Нужны новые подходы и методы защиты растений с максимальным, конечно, использованием многовекового опыта земледелия.

Во-вторых, применение новых подходов неизбежно связано с вмешательством в природу. Но при этом надо учитывать не только видимый эффект, но и максимально предвидеть все возможные отрицательные последствия в будущем.

Современная экология — наука о взаимоотношениях организмов и окружающей среды в одинаковой мере отвергает две крайние точки зрения, все еще встречающиеся по данному вопросу. С одной стороны, голый прагматизм, оправдывающий все средства для спасения от голода (нельзя умирать от голода сидя на мешке с золотом во имя будущих поколений). С другой стороны, экологический утопизм, отвергающий химические средства защиты растений и призывающий вернуться назад к природе.

Все очевиднее становится, что за вмешательство в природу надо платить и с ней нельзя вступать в конфликт. Еще до внедрения своего открытия в сельскохозяйственное производство ученому следует знать о том, каким образом оно может повлиять на биосферу в будущем. В этом состоит великая ответственность ученых перед природой и обществом.