Зърнена черна ръжда - биология
Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?
Антибиотици от бактерии
Клетъчна миграция: новооткрита функция на известен протеин
Молекулярен компас за подравняване на клетките
Какво кара листата да стареят през есента
Демокрацията на лешоядите токачки
Околната среда на Ekembo: Хората също живееха в открити пейзажи
| Генетика | Земеделие, горско стопанство и животновъдство
Сортът пшеница е създаден чрез кръстосване на диви треви
Колко горещо е твърде горещо за живота дълбоко под дъното на океана?
Чернозърнеста ръжда
Чернозърнеста ръжда (Puccinia graminis) върху житото
The Чернозърнеста ръжда (Puccinia graminis), Черна ръжда или Зърнена ръжда е гъба от семейство ръжди (Pucciniales). Известно е с заразяването на пшеница, ечемик, овес и ръж, както и други сладки треви сред неговия приемник. Черната ръжда на зърното е хетерозиготна, което означава, че променя домакина между семейството на зърното и бербериса като вторичен гостоприемник.
Зърнената черна ръжда се среща в множество разновидности и форми. През първата половина на 20-ти век зърнената черна ръжда е почти елиминирана в Съединените щати чрез широко ликвидиране на берберис. В Източна Африка вариантът Ug99, открит през 1998 г., доведе до големи неуспехи в пшеницата. Учените работят за борба с Ug99 чрез отглеждане на растения.
Характеристика
Макроскопични свойства
Зърнената черна ръжда първоначално се появява като ръждиво-червено покритие (uredia) върху тревите. Тя се простира като ивица по надлъжната ос, главно върху стъблата, по-слабо върху листата. С течение на времето засегнатите области растат и почерняват (Telien). [1]
На берберис (Берберис) и Махония (Махония) заразяването е показано с кръгли, жълти петна (пикнидии) от горната страна на листата. Пет до седем дни по-късно от долната страна на листата се появяват по-големи, светложълти петна, така наречените аецидии. [1]
Микроскопични свойства
Уредиоспорите на ечемичената черна ръжда са овални и са с размери 25–30 × 17–20 µm. Всяка от тях съдържа четири спори от зародиш. Телеутоспорите са тъмнокафяви, състоят се от две клетки с по две ядра и са заоблени отгоре. Те са с размери 40–60 × 15–20 µm и имат относително дебела и гладка външна стена, както и зародиши пори на върха и малко под преградата. [1]
екология
Зърнената черна ръжда преминава през пет вегетативни станции по време на своя цикъл на развитие, три от които са на основния гостоприемник, т.е. мека пшеница (Triticum aestivum), а останалите две на вторичния гостоприемник, например берберис (Berberis vulgaris) възникне.
Първо, през пролетта, хаплоидните базидиоспори на гъбата покълват по листата на бербериса и образуват там едносеменен хаплоиден мицел. Сега гъбичките се хранят паразитно с бербериса и образуват различни структури по листата. Под епидермиса на горната страна на листа се развиват пикнидии (или спермогония), които образуват полови ядра. Aecidia образуват базовите клетки от долната страна на листа. Те заемат гениталните ядра, образувани от пикнидиите.
Те получават по-нататъшно ядро от пикноспорите, които стигат до зачеващите хифи чрез полет на спори или транспорт от насекоми. Оттам спората мигрира към ядрената клетка, завършвайки образуването на хетерокарион. Аецидийът се образува от тази базална клетка и произвежда голям брой кисели спори.
Тези хаплоидно-дикариотни киселинни спори могат да покълнат само върху сладки треви. Те образуват зародишна тръба върху пшеницата, която прониква в растителната тъкан и расте там междуклетъчно. Мицелът остава локализиран и няма катарами, но се засява по двойки.
Тези структури, наречени уридии, сега образуват безполови уредоспори. Въпреки че гъбата не може да се размножава по полов път с тях, те позволяват да се разпространи в голям мащаб, така че не само други части от растението гостоприемник, но и много други растения могат да бъдат атакувани.
И накрая, през есента, телевтоспорите се образуват от Уридията. Със своята дебела клетъчна стена те са предназначени за зимуване. Те имат две двойки ядки, които в крайна сметка се сливат през пролетта и след това образуват базидия. Те от своя страна образуват базидиоспори, което означава, че цикълът е завършен веднъж.
Систематика
Тъй като през годините земеделието реагира на черната ръжда с нови сортове, но гъбата развива устойчивост чрез мутация и се специализира в отделни видове трева, се появяват множество форми и сортове черна ръжда: [2]
Селскостопански щети
Ако гъбични спори на Puccina graminis Кацайки върху пшенични растения, те образуват пустули и извличат хранителни вещества, които са предназначени за развитие на зърно. [3]
Зърнената черна ръжда многократно е причинявала големи щети на запасите от пшеница, ръж и ечемик през историята, тъй като е довела до загуба на голяма част от реколтата, в зависимост от сорта. Плиний Стари виждаше черната зърнена ръжда като най-голямата зърнена чума. Едва през 18 век се признава връзката между близостта на берберис и зърнени полета и появата на болестта, при което френските зърнопроизводители например настояват за унищожаването на бербериса. Тъй като по това време самата гъба все още не беше известна, фермерите бяха обвинени в суеверие от печките за конфитюр, които преработваха плодовете на бербериса. През 1755 г. Коронната колония в Масачузетс приема закон, който поставя ултиматум на фермерите: на чиято земя растат бербериси, те трябва да ги изкоренят или унищожат до 13 юни 1760 г. Едва през 1794 г. гъбата е описана от Кристиан Хендрик Персън; През 1866 г. Антон де Бари предоставя научни доказателства за ролята на бербериса като междинен гостоприемник. [4]
След появата на две големи епидемии в САЩ в началото на 20-ти век, Министерството на земеделието координира програма за ликвидиране на берберис в ключови райони за отглеждане на пшеница (особено Охайо до Северна Дакота). През 1933 г. са елиминирани 18 милиона храста. С течение на времето към програмата се присъединиха и други държави. Около 1930 г. епидемиите започват да намаляват. Нов вариант на гъбата причинява последните опустошителни епидемии до момента през 1953 и 1954 година. Карантинната програма съществува и до днес, според която транспортирането на берберис до или между карантинните страни е забранено. Широко разпространеното елиминиране на берберис силно ограничи възможностите за генетична рекомбинация и по този начин риска от образуването на нови, по-вирулентни варианти, поради което черната ръжда вече не е съществен проблем в САЩ. Обикновените сортове пшеница съдържат няколко гена за устойчивост на известни варианти на гъбата. [5]
През 60-те години Норман Борлауг и колеги от CIMMYT отглеждат сортове пшеница, които съдържат гени на резистентност като Sr31 съдържащи се. В допълнение към тези съпротиви, тези сортове също предлагат по-висок потенциал за добив и нанизъм, което формира основата за Зелената революция. След като болестта беше овладяна и цените на пшеницата се стабилизираха, финансирането за изследвания на резистентност беше намалено. Племето, открито в Уганда през 1998 г., представляваше нова заплаха Ug99 срещу Sr31 не оказва съпротива. Ug99 Днес съществува в 7 варианта и около 2007 г. нанася големи щети на кенийските фермери (в някои случаи 80% спад в добива). От Източна Африка племето се е разпространило и в Йемен и Иран. През март 2008 г. ФАО предупреди за мащабни неуспехи след Ug99 е бил открит там. Основният проблем е високата податливост на много видове пшеница, които не са устойчиви Ug99 имат. Доставката на храна за стотици милиони хора е изложена на риск, ако гъбата мигрира по-на изток (Индия, Китай). [6] [3]
Когато Borlaug разбра за повторната поява на черна ръжда през 2005 г., той свика учени в проекта "Устойчива устойчивост на ръжда в пшеницата", който се ръководи от университета Cornell и CIMMYT. През февруари 2011 г. проектът получи безвъзмездна помощ от фондация "Бил и Мелинда Гейтс" на стойност 40 милиона долара. Сега се предлагат 20 устойчиви сорта, които сега се интегрират в развъдните програми в осем африкански и азиатски държави. [3]
Военна употреба
В края на 40-те години в САЩ имаше усилия да се използва черна ръжда за военни цели. През 1953 г. е разработена бомбата М-115, която съдържа 250 кг натоварване на спори от гъбичките заедно с пуешки пера като носители и е предназначена да причини неуспех на реколтата от военни противници. За тази цел американските военни произвеждат спори за черна ръжда във Форт Детрик до 1957 г. и от 1962 до 1969 г. Тези доставки са унищожени напълно до 1974 г. като част от програма за демилитаризация. [7] [8] [9]