Инфекционная нагрузка

Под инфекционной нагрузкой понимают количество инфекционного начала, приходящееся на единицу заражаемого материала (семя, площадь листовой поверхности, целое растение и т. п.). Это количество обычно измеряют числом бактериальных клеток, спор гриба и т.д. Следует различать количественную и качественную стороны инфекционной нагрузки. Чем выше патогенность возбудителя и ниже устойчивость растения, тем легче вызвать заражение растений небольшим количеством инфекционного начала. В принципе для возникновения грибной инфекции достаточно одной споры определенного вида гриба, например возбудителя ржавчины растений, но число заражений будет минимальным. Для успешного заражения пшеницы твердой головней на зерновке к моменту ее прорастания должно быть несколько сотен тели-оспор возбудителя, а для заражения фузариозными корневыми гнилями необходимы тысячи спор на один проросток. Как следует из приведенного примера, для заражения растений тремя различными возбудителями необходимо далеко не одинаковое количество инфекционного начала: одна спора в первом случае и тысячи в последнем. В чем причина такого различия? Оказывается, что оно обусловлено тем, что эти три возбудителя находятся на разных ступенях паразитизма: возбудители ржавчины и головни — обли-гатные паразиты, а корневых гнилей — факультативные. Из этого следует, что чем ниже степень паразитизма возбудителя болезни растения, тем большее количество инфекционного начала необходимо для заражения. Но во всех случаях чем выше инфекционная нагрузка, тем успешнее заражение. Это объясняется тем, что возбудитель в массе синтезирует больше метаболитов, предназначенных для преодоления защитных барьеров растений. Инфекционная нагрузка фитопатогенных грибов играет определенную роль уже на начальных этапах патологического процесса. Например, если в капле воды содержится 15 урединиоспор Puccinia graminis, длина ростковой трубки прорастающих спор составляет в среднем 45 мкм, а если 2100 спор, то 597 мкм (Гешеле, 1978).

На последующих этапах при большем количестве инфекционного начала вероятность внедрения инокулюма в растение и поражения его повышается. Об этом свидетельствуют данные, представленные в таблице 13. При инфекционной нагрузке 100 и 500 спор на одну зерновку оба испытываемых сорта пшеницы можно отнести к высокоустойчивым к твердой головне. При более высокой инфекционной нагрузке (20 тыс. спор на зерновку) становит-

ся очевидным, что эти сорта резко отличаются по устойчивости к этому заболеванию.

Повышение заражения растений при увеличении инфекционной нагрузки продолжается до определенного предела, пока споры стимулируют выделяемыми ими веществами прорастание друг друга. Затем наступает момент, когда возрастание инфекционной нагрузки не только не стимулирует заражение, но и сдерживает его в результате аутоингибирования. Так, при искусственном заражении пшеницы возбудителем мучнистой росы с использованием в качестве инокулюма суспензии конидий концентрацией 75, 750, 7500 и 75000 шт/0,05 см3 раствора Кнопа число пораженных растений составляло соответственно 4, 46, 96 и 100 %. При увеличении концентрации еще в 10 раз, то есть при 750 000 конидий в 0,05 см3 раствора, было заражено только 2 % растений (Гой-ман, 1954).

Различают минимальную, оптимальную и максимальную инфекционные нагрузки.

Минимальная инфекционная нагрузка —наименьшее количество инфекционного начала на единицу заражаемой площади, способное вызвать заражение растений. При оценке устойчивости по минимальной инфекционной нагрузке следует учитывать не количество инфекционного начала, способного вызвать заражение, а тот предел, при котором проявляется заболевание. Дело в том, что не каждое заражение приводит к развитию болезни до появления видимых симптомов. Поэтому рекомендацию по минимальной инфекционной нагрузке для инфекционного фона следует понимать как количество возбудителя, способное при благоприятных условиях вызывать заболевание, поскольку в этом случае факт заражения уже очевиден.

Оптимальная инфекционная нагрузка — количество инфекционного начала (число спор гриба или клеток бактерий, концентрация сока, содержащего вирусные частицы), которое вызывает наибольшее число случаев заболевания и позволяет четко различать растения по степени устойчивости.

Максимальная инфекционная нагрузка — предельное количество инфекционного начала, дальнейшее повышение которого не ведет к увеличению заражения, а порой даже снижает его.

В практике чаще всего используют оптимальный уровень инфекционной нагрузки. При более низком уровне, чем оптимальный, не всегда удается выявить различия в устойчивости между исследуемыми или отбираемыми линиями и сортами. Нагрузка выше оптимальной нерациональна, так как для получения такого же результата, как при оптимальной нагрузке, потребуются большее количество инфекционного материала, который не всегда бывает у исследователя в избытке, и предполагает дополнительные трудовые и материальные затраты на его сбор, размножение, хранение и т.п.

Выбор инфекционной нагрузки зависит от целей исследования. Так, для выявления сверхчувствительного типа устойчивости необходима оптимальная или несколько более высокая инфекционная нагрузка. Если нужно выявить полевую устойчивость, то такое количество инфекции может привести к выбраковке растений со средним уровнем этого показателя. В этом случае используют инфекционные фоны с умеренной (ниже оптимальной) инфекционной нагрузкой.

При создании инфекционного фона кроме количественных показателей инокулюма важную роль играют его качественные показатели. При фитопатологической оценке возникает вопрос: соответствует ли инфекционный материал тому расовому составу, который существует в природе? В этом случае важно иметь инфекционный материал, собранный с пораженных растений, отражающих наиболее полное разнообразие сортов данного региона; при этом качественный состав искусственно применяемого инокулюма будет близок к местной популяции патогена. При работе с грибными патогенами не следует пользоваться инфекционным материалом, полученным от одной первоначально изолированной споры, за исключением тех случаев, когда для генетических исследований необходимы точно идентифицированные расы и биотипы.

Другая качественная характеристика патогена — уровень агрессивности, достаточный для возникновения патологического процесса. Очень часто при длительном культивировании на искусственных питательных средах уровень агрессивности патогена может существенно снижаться. Это приводит к тому, что таким инокулюмом не всегда удается заразить даже восприимчивые сорта. Об этом свидетельствуют результаты многих исследований, проводимых с грибамм родов Fusarium, Phytophthora и др. Так, культивирование гриба Ph. infestans на овсяном агаре в течение зимнего периода приводит к такому снижению агрессивности, что в летний период он очень слабо поражает листья сильновосприимчивых сортов картофеля. Только при трех-четырехкратном пассировании подобного инокулюма через клубни картофеля удается восстановить прежний уровень агрессивности.