Морфология
Признаки заражения спорыньей визуально наблюдаются в фазу цветения. Из цветков зараженных растений выделяется «медвяная роса» — желтоватая жидкость. На ней формируются темные гифы грибов, которые придают цвету колоса темный оттенок. Через 14 – 21 день на пораженных растениях формируются мягкие беловатые образования. Это склероции. Со временем они разрастаются, становятся тверже и меняют цвет до черного. Пораженные растения формируют мелкие и стерильные колосья. (Станчева Й., 2003) Возбудитель – Claviceps purpurea, в фазе вегетативного размножения – Sphaсelia segetum.(Дорофеева Л. Л., 2007)
Склероции – рогообразные, черные, твердые образования, развиваются вместо зерен в колосе. На ржи обычно образуется от двух до пяти рожков, длиной до 45 мм. На некоторых злаковых травах длина рожек не более 3 мм. (Доброзракова, 1974) (Станчева Й., 2003)
Стромы – пурпурного цвета, мясистые. Состоят из красноватой головки от 3 до 4 мм в диаметре и ножки до 5 см длиной.
Перитеции расположены внутри головки стромы непрерывным слоем близи поверхности. Имеют кувшиновидную форму. Устьица перитеций в форме небольших сосочков выступают на поверхности головки, придавая ей шероховатый вид. Одна головка содержит 200- 400 перитеций. В одной перитеции образуется 32 аска. В одном аске – 8 спор.
Аски – булавовидные либо цилиндрические.
Аскоспоры – одноклеточные, нитевидные, бесцветные.
Конидиеносцы анаморфной стадии цилиндрические,одноклеточные.
Конидии эллиптические, одноклетчные. (Пересыпкин В.Ф., 1989)
Биология
Первичный источник заражения – перезимовавшие в почве склероции, а также склероции, высеянные в поле с семенным материалом. Большую роль в распространении спорыньи играют дикорастущие злаки. (Доброзракова, 1974) Во время уборки хлебов склероции из колосьев осыпаются и остаются на поверхности почвы или попадают в зерно. При повышении температуры в весенний период до +10°C — + 14 °C они прорастают, формируя стромы, в которых созревают аскоспоры. Под воздействием осмотического давления созревшие споры выстреливаются из аска и разносятся ветром по полю. Попадая на цветок растения, они прорастают и образуют грибницу, проникающую в завязь и уничтожающую содержимое клетки. Грибница образует липкую жидкость («медвяную росу») и густое бесцветное образование из конидиеносцев и конидий. Жидкость привлекает насекомых, способствующих перемещению конидий на здоровые растения. Другие конидии распространяются влагой и ветром. Попав на цветки ржи, конидии прорастают и формируют грибницу. Она разрастается, твердеет и к моменту жатвы превращается в склероции. В полевых условиях склероции сохраняются обычно чуть больше года. Иногда наблюдается двойная зимовка. При заделке в почву на глубину от 6 до 8 см склероции или не прорастают, или головки стром не достигают поверхности. Наиболее уязвимы для инфекции растения, расположенные на окраинах полей и в придорожной полосе. В центре спорынья чаще всего отсутствует. (Пересыпкин В.Ф., 1989) Активному развитию патогена благоприятствует сочетание пасмурной погоды с пониженной температурой, осадки и ветреная погода в период цветения, выращивание злаковых на одном и том же поле два года подряд, наличие на поле и в непосредственной близости с ним злаковых трав. (Дорофеева Л. Л., 2007) Характерно, что интенсивный выброс аскоспор и быстрое распространение инфекции наблюдаются в солнечную погоду при высокой влажности. (Станчева Й., 2003)
Спорынья пурпуровая (Claviceps purpurea (Fries)
Ботаническое описание и цикл развития.
Спорынья пурпуровая (Claviceps purpurea (Fries) Tulasne — гриб семейства Clavicepitaceae, класс сумчатые грибы — Ascomycetes, поражающий преимущественно рожь. Во время цветения ржи аскоспоры гриба попадают на рыльце пестика и прорастают. Мицелий гриба проникает в завязь и разрастается в ней, на концах гиф отшнуровывается большое количество бесцветных одноклеточных конидий, которые выделяются на колосе в каплях сахаристой жидкости (медвяной росы). Появление медвяной росы происходит спустя 7—14 дней после заражения цветка спорами гриба. Эта стадия развития спорыньи называется сфацелиальной. Различные насекомые, питаясь медвяной росой, а также ветер или капли дождя переносят конидиеспоры на другие цветки и заражают их (вторичное спонтанное заражение растений). После прекращения конидиального спороношения мицелиальные сплетения гриба в завязи ржи уплотняются и превращаются в темно-фиолетовые склероции, имеющие форму рожка. Это покоящаяся форма гриба. Рожки усиленно растут до созревания зерна. Длина рожков 10—60 мм, толщина до 7 мм. Сухая масса одного рожка может достигать 1,7 г. Рожки, как правило, крупнее зерна ржи, но легче по удельной массе. В природных условиях созревшие рожки осыпаются на поверхность почвы и там зимуют. Весной рожки прорастают, образуя плодовые тела — стромы, имеющие красновато-фиолетовую окраску. Стромы состоят из ножки и головки. В головках развивается большое количество плодовых тел (перитеций) в виде овальных полостей с узкими отверстиями на вершине. В перитециях образуется масса сумок (асков). Каждая сумка содержит по 8 нитевидных аско-спор. Созревшие споры выбрасываются из отверстия перитеция и разносятся ветром. Попадая на рыльце пестика, они прорастают, повторяя весь цикл развития гриба.
Распространение.
Спорынья имеет космополитическое распространение. В СССР встречается во всех природных зонах, кроме пустынь и тундры. Наиболее благоприятны для развития спорыньи условия Прибалтики, западных областей Украины и Белоруссии, Дальнего Востока, т. е. районов с высокой относительной влажностью воздуха (70% и выше) и умеренно теплой погодой в период цветения ржи. Оптимальная температура для роста и развития гриба 24 С. До конца 50-х годов потребность фармацевтической промышленности в спорынье удовлетворялась за счет сбора рожков со ржи при ее возделывании на зерно.
В дальнейшем запасы дикорастущей спорыньи резко уменьшились благодаря улучшению агротехники возделывания зерновых культур, и, таким образом, ее заготовки утратили практическое значение. В связи с этим спорынья была введена в культуру и выращивается на озимой ржи в совхозах объединения «Союзлекраспром».
Применение в медицине.
Рожки спорыньи в настоящее время служат сырьем для промышленного получения алкалоидов, используемых в медицине. Их используют в акушерстве и гинекологии, при заболевании кровеносной системы, некоторых нервных расстройствах, в виде таких препаратов как «Беллатаминал», «Эрготал», «Эргометрин», «Кофетамин» и другие. Кроме того, в рожках содержатся жирное масло, эргостерины, пептиды, аминокислоты.
Штаммы спорыньи.
Дикорастущая спорынья очень разнородна по составу алкалоидов. ВИЛР создал селекционные штаммы спорыньи с преобладающим содержанием того или иного типа алкалоидов. Селекция штаммов проводится в основном I по двум хозяйственно-ценным признакам: урожайности рожков и содержанию алкалоидов с учетом их компонентного состава. На базе использования богатого генофонда спорыньи и разнообразных методов селекции получены штаммы эрготаминового, эрготоксииового и эргометринового типов. По показателям урожайности, содержания и чистоты спектра эргоалкалоидов отечественные селекционные штаммы спорыньи соответствуют уровню лучших зарубежных штаммов. В настоящее время два новых селекционных штамма — эрготаминовый и эрготоксиновый — внедрены в производство и возделываются в совхозах объединения «Союзлекраспром». Из отбираемых по урожайности и алкалоидности лучших суперэлитиых рожков в ВИЛРе проводится первичное : размножение инфекционного материала селекционных штаммов. Ежегодно обновляемый суперэлитный инфекционный материал спорыньи в виде чистых культур гриба передается вместе со свидетельством о качестве в специализированные совхозы.
Для обеспечения наследственной чистоты и подлинности штаммов каждое хозяйство возделывает спорынью только одного из селекционных штаммов: эрготаминового или эрготоксинового. В совхозных лабораториях полученную чистую суперэлитную культуру гриба спорыньи размножают на питательных средах в колбах-матрацах. Выращенным элитным инфекционным материалом заражают все посевы озимой ржи, запланированные для товарного производства рожков спорыньи.
Организация работ в совхозных лабораториях.
Выращивание элитного инфекционного материала спорыньи проводят в стерильных условиях. Для этого необходимо иметь специально оборудованные помещения из нескольких комнат: моечная; для приготовления сред и посева гриба; автоклавная; термостатная; для хранения колб, материалов и химических реактивов. Специфическим оборудованием совхозных лабораторий являются: бокс с 2—4 бактерицидными лампами БУФ-18; 2—3 автоклава АГ-2, АГ-3, ГК-ЮО-2; машина для изготовления ватных пробок (ТУ 64-1-2309-72); шприцы непрерывного действия; колбы-матрацы объемом 1,5—2,0 л. из расчета 25—30 штук па 1 га заражения посева.
Приготовление питательных сред и выращивание культуры гриба.
Для выращивания сапрофитной культуры спорыньи и получения наибольшего количества конидиеспор, которые и являются инфекционным материалом для заражения ржи, используют стерилизованное зерно ржи или сусло-агар. Мытое и просушенное зерно ржи должно быть хорошего качества: крупное и выполненное. В колбы-матрацы зерно расфасовывают по 200—250 г, заливая его таким же количеством воды. Среду стерилизуют в течение 30—35 минут при 1,5 атм. Для приготовления среды из суслоагара в неохмеленное пивное сусло добавляют 1,5—1,6% агар-агара и стерилизуют в течение 20 минут при 1 атм.
Стерильные среды в колбах засевают чистой суперэлитной культурой гриба спорыньи, после чего колбы переносят в помещение с температурой около 20 С. При такой температуре колбы с культурой спорыньи выдерживают 30—45 дней, затем переносят их в более прохладное и сухое затененное помещение с положительной температурой не ниже 4—5 С. Здесь колбы должны храниться до использования в течение 2—3 месяцев. Колбы, заросшие посторонней микрофлорой, должны выбраковываться.
Приготовление инфекционной жидкости.
Суспензию спор для заражения ржи спорыньей можно готовить в лабораторных или полевых условиях. Для этих целей используют водопроводную, колодезную или чистую речную воду. Кратковременного попадания прямых солнечных лучей на инфекционную жидкость и отмываемый мицелий гриба не следует опасаться. Если гриб выращен на зерне, все содержимое колбы переносят на слой марли, погруженный в воду. Зерно осторожно отмывают от пленки гриба, стараясь его не раздавить. Гриб, выращенный на сусло-агаре, снимают с поверхности агара с помощью металлического скребка на капроновое сито. Пленку протирают через сито, погрузив его частично в ведро или бак с водой.
Гектарную норму колб отмывают в 10—20 л воды. Инфекционная жидкость должна быть использована в день ее приготовления. Инфекционную жидкость транспортируют в молочных бидонах. Воду подвозят в чистых цистернах или бочках. Готовую суспензию конидиеспор заливают через капроновое сито или двуслойную марлю в баки машины, предварительно частично заполценные водой. После заправки бака суспензией спор в него доливают воду до полного объема.
Концентрацию спор в рабочей инфекционной жидкости определяют под микроскопом на стеклянном приборе-камере Горяева (модель 851). Концентрация спор должна быть в пределах 5— 10 тыс/мм3. Норма расхода инфекционной жидкости 200 л/га.
Особенности выращивания ржи на спорынью.
Так как растением-хозяином для паразитарной культуры спорыньи является рожь, ее можно выращивать в тех регионах, где озимая рожь хорошо перезимовывает, образует равномерную густоту стояния растений и имеет вегетационный период, необходимый для постепенного созревания склероциев спорыньи. Наиболее благоприятными являются защищенные от ветра участки в увлажненных местах. На ржи, посеянной после удобренных пропашных культур, высокие урожаи спорыньи получают в том случае, когда почва достаточно обеспечена питательными веществами и богата гумусом. Малопригодны зерновые предшественники и совершенно непригодна как предшественник рожь, на которой выращивали спорынью. В хозяйствах, возделывающих спорынью, всегда необходимо иметь резервные площади посева озимой ржи.
При выращивании озимой ржи на спорынью следует руководствоваться следующим основным принципом: чем лучше посевы ржи, тем выше урожайность рожков спорыньи. Поэтому при выращивании озимой ржи на спорынью должен быть использован весь технологический комплекс, принятый в данной зоне исходя’ из местных условий при возделывании ржи как зерновой культуры. Современная технология возделывания ржи характеризуется тем, что практически каждый ее элемент (посев более устойчивых к полеганию сортов, формирование оптимальной густоты стояния растений, борьба с сорняками, рациональная система удобрений) учитывает повышенную склонность этой культуры к полеганию и имеет целью его предупредить. Основную часть питательных веществ вносят перед посевом ржи. Весной посевы, ослабленные после зимовки, можно удобрять лишь малыми дозами азота: не более 20 кг/га действующего вещества.
Рожь сеют обычным сплошным способом и ленточным. При сплошном способе посева во время заражения растений спорыньей колеса трактора приминают часть растений ржи. Ленточный посев свободен от этого недостатка, так как между лентами оставляют технологические колеи для прохождения колес трактора. Достигается это перекрытием высевающих аппаратов зерновых сеялок соответственно схеме посева. При ленточном способе посева экономится значительное количество посевного материала ржи, происходит более эффективное инфицирование колосьев и создаются лучшие условия питания растений и формирующихся на них склероциев за счет краевых эффектов в рядках, примыкающих к технологическим колеям.
Сорта ржи, восприимчивые к заражению спорыньей.
Устойчивость и, наоборот, восприимчивость сорта к грибным заболеваниям является наследственным свойством. Разные сорта ржи в неодинаковой степени восприимчивы к заражению спорыньей. Известно, что для возделывания спорыньи лучше привлекать инорайонные сорта ржи. Представляет интерес и использование селекционных образцов, выбраковываемых по показателю восприимчивости к грибной инфекции спорыньи. Сравнительная оценка сортов, гибридов и других селекционных образцов ржи на восприимчивость к заражению спорыньей была проведена в ВИЛРе . Наиболее устойчивую урожайность рожков спорыньи обеспечивает тетраплоидный гибрид ржи НТ-12. Этот гибрид селекции НИИЗ ЦРНЗ был размножен и испытан в производственных условиях специализированных совхозов Западного региона (Прибалтика, Западная Белоруссия, Западная Украина). В настоящее время все хозяйства этой зоны при возделывании спорыньи широко используют гибридную рожь НТ-12. Для выращивания рожков спорыньи можно использовать и такие сорта как Чулпан, Харьковская-60, Короткостебельная-69, Приекульская. Для условий Приморского края хорошо себя зарекомендовали Чулпан-тетраплоидный и Омка.
Применительно к местным условиям каждого совхоза, выращивающего спорынью, необходимо подбирать хотя бы два сорта, наиболее восприимчивых к заражению спорыньей, высокопродуктивных, неполегающих и отличающихся друг от друга темпами развития растений. Это позволит продлить оптимальный период заражения и уборки рожков спорыньи в производстве за счет сортовых различий в сроках выколашивания и созревания ржи.
Необходимо иметь специальные семенные участки ржи, удаленные от производственных посевов, зараженных спорыньей. В хозяйствах следует создавать страховые и переходящие запасы семян. Для посева ржи на спорынью запрещается использовать семена, собранные с участков, на которых возделывалась спорынья. Заслуживает внимания использование сортов, обладающих свойством цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС). Однако селекционные научно-исследовательские учреждения пока не располагают константными сортами озимой ржи со 100-процентной мужской стерильностью. Определенные трудности имеются и в семеноводстве мужски стерильных сортов. Эти обстоятельства пока сдерживают практическое применение форм, обладающих ЦМС, для возделывания паразитарной культуры спорыньи.
Продолжение.
С. С. Шаин, Г. И. Климахин, Ю. А. Русское, В. М. Трегубов, Г. К. Кузнецова, Е. Ф. Павлова, В. Г. Склизков 1987 г.
Вредоносность
Спорынья – опасная болезнь, поражающая различные виды культурных зерновых и трав из семейства злаковых. Более всего от воздействия патогена страдают посевы ржи. (Станчева Й., 2003)Поражение растений спорыньей приводит к образованию стерильных колосьев. Мука, содержащая частички склероциев ядовита для людей и животных, поскольку содержит опасные для жизни алкалоиды. (Пересыпкин В.Ф., 1989) Отравление ею вызывает судороги, головокружение и рвоту, у животных отмирают ткани конечностей и создается угроза выкидыша. (Доброзракова, 1974)
Спорынья
Отравление из-за употребления в пищу ржаного хлеба из зерен, зараженных спорыньей, было распространено в Европе в Средние Века. Эпидемия носила название «Огонь Святого Антония», или «Святой Огонь». Некоторые исторические события, такие как «Великий страх» во Франции во время Великой французской революции, связывают с отравлением. Линда Капорэл опубликовала в 1976 году статью, в которой говорилось о том, что истерические симптомы молодых женщин, которые стали причиной дела салемских ведьм, являются результатом употребления ржи, зараженной спорыньей. Однако, после рассмотрения медицинских и исторических данных, Николас Спанос и Джек Готтлиб оспорили ее выводы. Другие авторы исследований также ставят под сомнение то, что спорынья является причиной дела салемских ведьм. На протяжении веков акушеры и врачи использовали экстракт спорыньи, чтобы ускорить роды и вызвать аборт. Исследования показали, что профилактическое использование утеротоников на третьем периоде родов снижает потерю крови после родов.10) В 1808 Джон Стернс узнал от немецкой повитухи новый способ ускорения родов. Этим способом оказалась спорынья, мощный природный препарат, который стимулирует мышцы матки при пероральном употреблении. Она вызывает непрекращающиеся схватки. Стернс подчеркнул значение спорыньи, которая экономит время врачей и помогает женщинам легче переносить роды. До начала использования анестезии не существовала антидота или способа контролирования свойств спорыньи. Поэтому если плод начинал двигать не так, как предполагалось, препарат мог вызвать разрыв матки и смерть плода. К счастью, врачи поняли, что использование спорыньи без антидота может быть очень опасно. Они ограничили его использование препарата только для приостановления кровотечения и извлечения плаценты. В 1930 году продавались разные абортативные препараты для женщин, произведенные разными компаниями, например Molex Pills и Cote Pills. Устройства по контролю над рождаемостью и абортативные препараты были запрещены для продажи на рынке, поэтому их предлагали женщинам с «задержкой». Рекомендуемая дозировка составляла семь зерен спорыньи в день. Согласно FTC в состав таблеток входили эрготин, алоэ, черный морозник и другие вещества. Эффективность и безопасность таких таблеток неизвестна. FTC считал их небезопасными и неэффективнми, поэтому потребовал прекратить их продажу. Американский писатель Джон Григсби утверждает, что наличие спорыньи в желудках так называемых «болотных тел» (останки людей железного века в болотах Европы, человек из Толлунда) говорит об их использовании в ритуальных напитках культа плодородия, схожего с культом Элевсинских мистерий в Древней Греции. Он утверждает, что англо-саксонская поэма «Беовульф» основана на воспоминаниях о подавлении култа плодородия последователями Одина. Джон Григсби пишет, что между Беовульфом, которого он называет barley-wolf (ячменный волк) и спорыньей, которая в немецком известна как «зуб волка», есть связь. Альтернативная интерпретация Беовульфа — ‘bee-wolf’ (пчела-волк).11) Галюценогенность кикеона – напитка, который употребляется участниками греческого культа Элевсинских мистерий, может происходить от спорыньи. ЛСД, мощный галлюценоген, был впервые синтезирован из алкалоидов спорыньи швейцарским химиком Альбертом Хофманном в 1938.
