Rugina neagră a boabelor - biologie
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Antibiotice din bacterii
Migrația celulară: funcția nou descoperită a unei proteine cunoscute
Busolă moleculară pentru alinierea celulelor
Ceea ce face ca frunzele să îmbătrânească toamna
Democrația bibilicilor vultur
Mediul lui Ekembo: Oamenii au trăit și în peisaje deschise
| Genetica | Agricultură, silvicultură și creșterea animalelor
Soiul de grâu a fost creat prin traversarea ierburilor sălbatice
Cât de fierbinte este prea fierbinte pentru viața adâncă sub fundul oceanului?
Rugina de cereale negre
Rugina neagră (Puccinia graminis) pe grâu
Rugina de cereale negre (Puccinia graminis), Rugina neagra sau Rugina cerealelor este o ciupercă din familia ruginii (Pucciniales). Este cunoscut pentru infectarea grâului, orzului, ovăzului și secarei, iar alte ierburi dulci aparțin, de asemenea, gamei sale de gazde. Rugina neagră a boabelor este heterozigotică, ceea ce înseamnă că schimbă gazda între boabele și plantele de afine ca gazde secundare.
Rugina neagră a boabelor apare în numeroase soiuri și forme. În prima jumătate a secolului XX, rugina neagră a boabelor a fost aproape eliminată în Statele Unite prin eradicarea extinsă a afinei. În Africa de Est, varianta Ug99, descoperită în 1998, a dus la eșecuri majore ale culturilor în grâu. Oamenii de știință lucrează pentru a combate Ug99 prin creșterea plantelor.
caracteristici
Proprietăți macroscopice
Rugina neagră din cereale apare inițial ca o acoperire roșie-rugină (uredia) pe ierburi. Se întinde ca o bandă de-a lungul axei longitudinale, în principal pe tulpini, mai puțin puternic pe frunze. În timp, zonele afectate cresc și se înnegresc (Telien). [1]
Pe afine (Berberis) și Mahonia (Mahonia) infestarea este prezentată prin pete rotunde, galbene (picnidii) pe partea superioară a frunzelor. Cinci până la șapte zile mai târziu, pe partea inferioară a frunzelor apar pete mai mari, de culoare galben deschis, așa-numitele aecidia. [1]
Proprietăți microscopice
Urediosporii ruginii negre de orz sunt ovale și măsoară 25-30 × 17-20 µm. Fiecare conține patru spori germinali. Teleutosporii sunt de culoare maro închis, constau din două celule cu câte două nuclee fiecare și sunt rotunjite în partea de sus. Ele măsoară 40-60 × 15-20 µm și au un perete exterior relativ gros și neted, precum și porii germinali la vârf și puțin sub sept. [1]
ecologie
Rugina neagră a bobului trece prin cinci stații vegetative în timpul ciclului său de dezvoltare, dintre care trei se află pe gazda primară, adică de exemplu grâul moale (Triticum aestivum), iar restul de doi pe gazda secundară, de exemplu, afine (Berberis vulgaris) apar.
În primul rând, în primăvară, bazidiosporii haploizi ai ciupercii germinează pe frunzele afine, unde formează un miceliu haploid monocentral. Ciuperca se hrănește acum parazit cu afine și formează diferite structuri pe laturile frunzelor. Sub epiderma din partea superioară a frunzei, se dezvoltă picnidia (sau spermogonia), care formează nucleele sexuale. Aecidia formează celulele bazale pe partea inferioară a frunzei. Acestea ocupă nucleele genitale formate de picnidii.
Ei primesc un nucleu suplimentar de la picnospori, care ajung la hife de concepție prin zborul sporilor sau transportul de către insecte. De acolo sporul migrează către celula nucleară, completând formarea unui heterocarion. Din această celulă bazală se formează aecidium, care produce un număr mare de acidiospori.
Acești acidiospori haploizi-dicariotici pot germina numai pe ierburi dulci. Ei formează un tub germinal pe grâu care pătrunde în țesutul plantei și crește acolo intercelular. Miceliul rămâne localizat și nu are catarame, dar este însămânțat în perechi.
Aceste structuri, numite uridia, formează acum uredospori asexuali. Deși ciuperca nu se poate reproduce sexual cu acestea, ele îi permit să se răspândească pe scară largă, astfel încât nu numai alte părți ale plantei gazdă, ci și numeroase alte plante pot fi atacate.
În cele din urmă, în toamnă, se formează teleutospori din uridie. Cu peretele lor celular gros, acestea sunt concepute pentru iernare. Au două perechi de sâmburi care în cele din urmă se topesc primăvara și apoi formează bazidii. Acestea la rândul lor formează bazidiosporii, cu care ciclul este parcurs o singură dată.
Sistematică
Deoarece agricultura a reacționat la rugina neagră cu soiuri noi de-a lungul anilor, dar ciuperca a dezvoltat rezistențe prin mutație și s-a specializat în tipuri individuale de iarbă, au apărut numeroase forme și soiuri de rugină neagră: [2]
Daune agricole
Dacă sporii fungici ai Puccina graminis Aterizează pe plante de grâu, formează pustule și extrag substanțe nutritive destinate dezvoltării cerealelor. [3]
Rugina neagră a boabelor a cauzat în mod repetat daune majore stocurilor de grâu, secară și orz de-a lungul istoriei, deoarece a dus la pierderea unei mari părți a recoltei, în funcție de soi. Pliniu cel Bătrân a văzut deja rugina cerealelor negre drept cea mai mare plagă a cerealelor. Abia în secolul al XVIII-lea nu a fost recunoscută legătura dintre apropierea de afine și câmpuri de cereale și apariția bolii, după care fermierii francezi de cereale, de exemplu, au cerut exterminarea afinei. Întrucât ciuperca însăși nu era încă cunoscută la acea vreme, fermierii au fost acuzați de superstiție de către aragazele cu gem care prelucrau fructele de afine. În 1755, colonia coroanei din Massachusetts a adoptat o lege care le-a dat fermierilor un ultimatum: pe terenul căruia au crescut afine, au fost nevoiți să le dezrădăcineze sau să le distrugă până la 13 iunie 1760. Abia în 1794 ciuperca a fost descrisă de Christian Hendrik Persoon; În 1866, Anton de Bary a furnizat dovezi științifice despre rolul afinei ca gazdă intermediară. [4]
După ce două epidemii majore au apărut în Statele Unite la începutul secolului al XX-lea, Departamentul Agriculturii a coordonat un program de eradicare a afinei în zonele cheie de creștere a grâului (în special Ohio până la Dakota de Nord). În 1933, 18 milioane de tufișuri au fost eliminate. Alte state s-au alăturat programului de-a lungul timpului. În jurul anului 1930 epidemiile au început să scadă. O nouă variantă a ciupercii a provocat ultimele epidemii devastatoare până în prezent în 1953 și 1954. Există și astăzi un program de carantină, potrivit căruia este interzis transportul afine către sau între țările aflate în carantină. Eliminarea pe scară largă a afinei a restricționat sever posibilitățile de recombinare genetică și, prin urmare, riscul formării de noi variante mai virulente, motiv pentru care rugina neagră nu mai este o problemă semnificativă în Statele Unite. Soiurile de grâu comun conțin mai multe gene pentru rezistența la variantele cunoscute ale ciupercii. [5]
În anii 1960, Norman Borlaug și colegii de la CIMMYT au crescut soiuri de grâu care conțin gene de rezistență precum Sr31 conținea. În plus față de aceste rezistențe, aceste soiuri au oferit, de asemenea, un potențial de randament și nanism mai mare, care au stat la baza Revoluției Verzi. După ce boala a fost controlată și prețurile grâului s-au stabilizat, s-au redus fondurile pentru cercetarea rezistenței. Tribul, descoperit în Uganda în 1998, reprezenta o amenințare reînnoită Ug99 impotriva Sr31 nu conferă rezistență. Ug99 Astăzi există în 7 variante și în jurul anului 2007 a provocat daune majore fermierilor din Kenya (în unele cazuri, scăderea producției cu 80%). Din Africa de Est, tribul s-a răspândit și în Yemen și Iran. În martie 2008, FAO a avertizat despre eșecurile masive ale culturilor după Ug99 a fost detectat acolo. Principala problemă este susceptibilitatea ridicată a multor tipuri de grâu la care nu sunt rezistente Ug99 avea. Aprovizionarea cu alimente a sutelor de milioane de oameni este expusă riscului dacă ciuperca se mută mai spre est (India, China). [6] [3]
Când Borlaug a aflat despre reapariția ruginii negre în 2005, a convocat oamenii de știință împreună în proiectul „Rezistență durabilă la rugină în grâu”, care este condus de Universitatea Cornell și CIMMYT. În februarie 2011, proiectul a primit o subvenție de 40 de milioane de dolari de la Fundația Bill & Melinda Gates. Acum sunt disponibile 20 de soiuri rezistente, care sunt acum integrate în programele de reproducere din opt țări africane și asiatice. [3]
Utilizare militară
La sfârșitul anilor 1940, s-au făcut eforturi în SUA pentru a folosi rugina neagră în scopuri militare. În 1953, a fost dezvoltată bomba M-115, care conținea o încărcătură de 250 kg de spori ai ciupercii împreună cu pene de curcan ca purtători și era destinată să provoace eșecuri ale culturilor de către adversarii militari. Armata Statelor Unite a produs spori de rugină neagră în acest scop în Fort Detrick până în 1957 și din 1962 până în 1969. Aceste stocuri au fost distruse complet în 1974 doar ca parte a unui program de demilitarizare. [7] [8] [9]