if(typeof __ez_fad_position != ‚undefined‘){__ez_fad_position(‚div-gpt-ad-microscopemaster_com-box-2-0‘)};Klavizepsverschiedene Arten, Struktur, Morphologie und Lebenszyklus

Die Gattung Claviceps ist eine Pilzart, die in den Eierstöcken von Gräsern und Roggen (sowie anderen verwandten Pflanzen) vorkommt. Es hat sich gezeigt, dass dies das Hauptmerkmal dieser Art ist.

Weit über 40 Arten der Gattung sclerotia wurden mit einigen der wichtigsten Arten identifiziert, darunter die folgenden:

• Claviceps purpurea
• Claviceps fusiformis
• Claviceps paspali
• Claviceps africana

Mutterkornpilze

Zusammen mit einer Reihe anderer Arten (z. B. C. sorghi und C. cynodontis) gehören diese Organismen zu einer Gruppe von Pilzen, die als Mutterkornpilze bezeichnet werden. Als solche können sie auf einer Vielzahl von Gräsern wachsen, wo sie Alkaloide produzieren.

Diese Pilzart ist homothallisch, was bedeutet, dass sie dazu neigt, sich sexuell zu vermehren.

Die folgenden Phasen stellen den Lebenszyklus von Mutterkornpilzen im Allgemeinen dar:

• Phase 1 – Windborne Ascosporen werden zum Wirt transportiert (dies findet hauptsächlich im Frühjahr statt)
• Phase 2 – Die Sporen heften sich an die Stempeloberfläche des Wirts
• Phase 3 – Beim Keimen wachsen die Hyphen in das Eierstockorgan – Hier ist zu beachten, dass die Hyphen nur in den Eierstock der Pflanze eindringen und sich nicht in einen anderen Teil der Pflanze bewegen. Der Grund dafür ist noch nicht klar.
• Phase 4 – Das Sphazelstroma, die Konidienphase der Pilze, wächst und entwickelt sich weiter im Organ (Eierstock)
• Phase 5 – Im Eierstock werden mehr Sporen produziert, die wie eine dicke Flüssigkeit aussehen, die sich dann durch eine Reihe von Ausbreitungsmethoden (Regen, Insekten usw.) auf andere Pflanzen ausbreiten kann)

Nagelhautpenetration

Da die Nagelhaut relativ hart ist, wird angenommen, dass Mutterkornpilze größtenteils auf gefährdeten Pflanzen wachsen. Der Mechanismus, durch den sie eindringen, muss jedoch noch vollständig verstanden werden.

Eine der besten Theorien legt jedoch nahe, dass die Pilze spezialisierte Hyphen produzieren, die in der Lage sind, in die epidermale Zellwand und schließlich in den Eierstock der Wirtspflanze zu wachsen.

* Die spezialisierten Hyphen variieren leicht von Art zu Art.

Claviceps Purpurea

Auch bekannt unter Namen wie Claviceps microcephala, Claviceps setulosa und Sphacelia segetum, Claviceps purpurea (C.purpurea) kann in einer breiten Palette von Gräsern und Getreide gefunden werden, wo es Mutterkornkrankheit verursacht.

Im Vergleich zu anderen Arten der Gattung parasitiert C. purpurea etwa 400 Arten von Gräsern auf der ganzen Welt, darunter Gerste, Weizen und Roggen. Dies macht es zu einem der am weitesten verbreiteten Krankheitserreger der Gattung, der für die Schädigung vieler Gräser und Getreidepflanzen verantwortlich ist.

Es wurde auch gezeigt, dass verschiedene Stämme von C. purpurea in der Lage sind, sich von einem Wirtsobar zu einem anderen zu bewegen. Unter diesen Stämmen gibt es verschiedene aggressive Stämme wie den Wildtyp-Stamm, die aktiv wachsen und andere Mutterkornpilze aus dem Eierstock ersetzen, in dem sie sich niedergelassen hatten. Dadurch kann die aggressive Sorte erfolgreicher wachsen und gedeihen.

C. Purpurea Lebenszyklus

Der Lebenszyklus von C. purpurea beginnt, wenn die Sporen der Pilze (Ascosporen) durch den Wind aus dem Fruchtkörper (Perithecium) der Pilze verteilt werden. Die Sporen beginnen zu keimen, sobald sie auf dem Stempel (weiblicher Fortpflanzungsteil einer Blume mit einem Eierstock an der Basis) der Wirtspflanze landen.

Die Spore (eine einzelne homothallische) beginnt dann zu keimen und Hyphen zu produzieren, die in der Lage sind, die Kutikula an den Haaren der Narben (weichster Teil) zu durchdringen, um den Eierstock zu erreichen. Im Eierstock entsteht ein Myzelstroma, das sich wiederum zu einer großen Anzahl von Konidiosporen entwickelt, die aus dem Phloemsaft der Pflanze als dicke zuckerhaltige Flüssigkeit freigesetzt werden.

Wenn diese Flüssigkeit durch Regentropfen und Insekten auf andere Pflanzen übertragen wird, kann sich die Infektion auf andere Pflanzen ausbreiten, während die Pilze weiter gedeihen.

Durch diesen Zyklus wird der Eierstock der Wirtspflanze im Wesentlichen durch die Myzelien der Pilze ersetzt (die auch die als Honigtau bezeichneten Exsudate bilden). Der produzierte Honigtau besteht aus Konidien, die andere Wirtsoviare infizieren, wenn die Sporen (Konidien) verteilt werden.

Andererseits entwickelt sich der Honigtau (reich an Zucker) zu einem Sklerotium, einer gehärteten dunkelbraunen (oder violetten) Masse, die auch als Mutterkornkörper bezeichnet wird. Diese Körper enthalten trockene Alkaloide und wenn sie auf ihrer Umgebung (Boden) landen, produziert der Lebenszyklus weiterhin Ascosporen, die wiederum die Eierstöcke anderer Wirtspflanzen beeinflussen können.

* C. es wurde gezeigt, dass Purpurea-Arten Enzyme produzieren, die in der Lage sind, die Zellwand der Wirtspflanze abzubauen, um in den Eierstock einzudringen und dort anzukommen

* Honigtau zieht Insekten an, wodurch die Sporen auf andere Wirtspflanzen übertragen werden können

* Die Härte des Sklerotiums ermöglicht es ihm, im Winter unter ungünstigen Bedingungen zu überleben – Unter günstigen Bedingungen beginnen die Pilze zu keimen, um während der sexuellen Fortpflanzung Fruchtkörper (Stroma) zu bilden. Die Sporen, die letztendlich aus dem Perithecium produziert werden, werden vom Wind zur Wirtspflanze getragen, wo sich der Lebenszyklus fortsetzt.

Sexuelle Fortpflanzung

Während der sexuellen Fortpflanzung verschmilzt das Zytoplasma kompatibler Myzelien in einem Prozess, der als Plasmogamie bekannt ist. Die Kerne dieser Myzelien verschmelzen jedoch nicht, was bedeutet, dass die Zellen in einem dikarytischen Zustand bleiben. Dies bedeutet einfach, dass die Zelle zwei genetisch unterschiedliche Kerne in ihrem Zytoplasma enthält.

Wenn die Bedingungen günstig sind (Temperatur, Nährstoffe usw.), entwickeln sich diese Zellen zu einem Fruchtkörper (Ascus wird im Fruchtkörper gebildet), dem dann die Fusion der beiden Kerne in einem als Karyogamie bekannten Prozess folgt.

Die Kernfusion im Ascus führt zur Produktion von Ascosporen durch Meiose (Meiose und Mitose) und Mitose. Diese Sporen setzen den Lebenszyklus unter günstigen Bedingungen fort.

C. Purpurea Struktur und Morphologie

• Die hornartigen Sklerotien, die Pflanzensamen ersetzen, können dunkelbraun oder violett erscheinen.
• Die Größe dieser Strukturen (Sklerotien) ist weitgehend abhängig von Anzahl der Sklerotien auf den Getreideähren oder der Größe der Samen der Wirtspflanze
• Sklerotien sind zylindrisch und länglich
• Sporen von C. purpurea sind dünn und länglich (wie Nadeln)
• Die Perithecia von Purpurea ist kolbenförmig

Claviceps Paspali

Claviceps paspali, auch als Paspalum ergot bezeichnet, ist eine Art aus der Gattung Claviceps, die aus Südamerika stammen soll. Es kann jedoch in einer Reihe anderer Regionen auf der ganzen Welt gefunden werden, einschließlich Australien und einem Teil Afrikas.

Im Vergleich zu C. es wurde gezeigt, dass Claviceps paspali, das eine breite Palette von Gräsern und Getreide befällt, hauptsächlich Arten der Gattung Paspalum (Gras) besiedelt.

Der Lebenszyklus von Claviceps paspali ist dem von C. purpurea ähnlicher. Dies bedeutet, dass durch Wind zerstreute Sporen auf dem Stempel der Wirtsblume (Paspalum-Gattung wie Paspalum dilatatum) landen und zu Hyphen keimen, die in den Eierstock hineinwachsen. Experimente haben gezeigt, dass dieser Prozess nur wenige Tage dauert, was zur Zerstörung des Eierstocks führt, da das Pilzgewebe den Innenraum des Organs ausfüllt. Wie bei C. purpurea wird Honigtau auch von diesem Pilz produziert, um Insekten anzulocken und den Lebenszyklus in anderen Wirtspflanzen fortzusetzen.

C. Paspali Struktur und Morphologie

• Die Perithecia ist flaschenförmig mit schlanken und zylindrischen Asci
• Hyaline Ascosporen
• Fingerhut wie Ascus mit jeweils etwa acht Sporen
• Die Stromata von Claviceps paspali sind zäh, haben aber eine ledrige Textur
• Die Sklerotien haben eine gelbgraue Farbe mit einer rauen Oberfläche
• Ascosporen von Claviceps paspali sind zwischen 70 und 100 Mikrometer lang

Wie Claviceps purpurea produziert Claviceps paspali Alkaloide, die gesundheitliche Probleme verursachen können. Darüber hinaus produzieren sie auch Paspalinsäure, Lysergsäureamine und andere Substanzen wie Isolysergsäure.

Da dieser Pilz typischerweise die Gattung Paspalum wie Paspalum dilatatum befällt, die von Rindern und anderen Pflanzenfressern verzehrt wird, hat sich gezeigt, dass diese Substanzen für diese Tiere giftig sind und bei Verzehr in großen Mengen Zittern und sogar den Tod verursachen.

Laut einer Studie wurde beispielsweise gezeigt, dass ein Gramm Extrakt aus den Pilzen in der Lage ist, ein gereiftes Schwein zum Tod zu bringen. Aus diesem Grund werden solche Gräser in Teilen Australiens und anderen Regionen diesen Tieren selten gegeben.

Claviceps Fusiformis

Claviceps fusiformis ist vor allem in verschiedenen Teilen Afrikas und Indiens verbreitet, wobei Perlhirse der Hauptwirt ist. Die Pilze verursachen Mutterkornkrankheit in dieser Pflanze, indem sie die normalen gesunden Körner durch eine Sklerotien ersetzen.

Wie die anderen Arten der Gattung Claviceps produziert auch Claviceps fusiformis Alkaloide aus den Sklerotien, die bei Tieren Vergiftungen verursachen können.

Einige der mit dieser Substanz verbundenen Symptome umfassen (bei Tieren und Menschen):

• Nervosität
• Erbrechen
• Durchfall

Während Claviceps fusiformis weitgehend Perlhirse betrifft, wurde gezeigt, dass Gräser wie die der Gattung Pennisetum auch als Reservoirwirte für die Art fungieren.

Mit sehr geringen Unterschieden ähnelt der Lebenszyklus dieser Art auch dem von Claviceps purpurea, wo die durch Wind übertragenen Konidien durch Wind, Insekten und Regentropfen verbreitet werden können.

Einige der optimalen Bedingungen für die Keimung der Konidien sind:

• 20- 30 C

• 100 relative luftfeuchtigkeit

C. Fusiformis Struktur und Morphologie

• Eine längliche Sklerotia, die blass oder dunkelbraun sein kann
• Die Stiele der Pilze sind lila gefärbt und bilden ein dunkelbraunes kugelförmiges Kapitulum
• Hyalineconidia (Makro- und Mikrokonidien)

* Mutterkornalkaloide, die von Claviceps fusiformis produziert werden, finden sich in infizierter Perlhirse und Büffelgras

Claviceps Africana

Es wurde gezeigt, dass Claviceps africana hauptsächlich Sorghumpflanzen betrifft, was es zu einer der größten Herausforderungen in der Branche macht. Es ist weitgehend in Afrika, Australien, Teilen Asiens sowie Nord- und Südamerika zu finden. Infolgedessen besteht weltweit Besorgnis über die Zerstörung von Sorghumpflanzen.

Abgesehen von der einfachen Schädigung dieser Pflanzen durch Schädigung des Eierstocks und seiner Alkaloide (insbesondere Dihydroergosin, Festuclavin und Pyroclavin) macht Claviceps africana die Pflanze auch anfällig für andere Arten von Pilzen und Schädlingen.

Der Lebenszyklus von Claviceps africana ähnelt dem der anderen Claviceps. Bei Claviceps africana werden Eierstock und Samen jedoch durch Myzel ersetzt, das weiß oder blass ist und eine subglobose Form hat. Die Viskosität des Honigtaus (weiße Farbe) ist abhängig von Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Wenn es eine niedrige Viskosität hat, hat sich gezeigt, dass der Honigtau Teile der Blätter und des Pflanzenstiels bedeckt, wodurch er weißer oder blasser erscheint, als er natürlich ist.

Stoffwechsel

Nährstoffe werden für alle Arten der Gattung Claviceps in ihrer Entwicklung benötigt. Studien haben gezeigt, dass Lipide, Aminosäuren und andere Zucker in keimendem Sklerotium konzentriert sind.

Zum Beispiel wurde gezeigt, dass Reserven von Lipiden im Sklerotium als Energiequellen während des stomatalen Wachstums wirken. Die Synthese von Polypol, Mannital und verschiedenen löslichen Zuckern wurde ebenfalls gezeigt. Aminosäuren und Lipide erwiesen sich daher nicht nur als wichtig für die Keimung des Sklerotiums, sondern auch für die Synthese von anderem Material, das für das Überleben und die Vermehrung der Pilze erforderlich ist.

Anderen Studien zufolge wurde auch gezeigt, dass Hyphen, die im Eierstock wachsen, Nährstoffe ableiten, die für die Keimung des Sklerotiums erforderlich sind.

Toxine

Mutterkornpilze produzieren Mutterkornalkaloide, die Mykotoxine sind.

Einige der wichtigsten Mutterkornalkaloide sind:

• Lysergsäureamid
• Ergopeptide
• Clavine
• Lysergsäuren

Abhängig von der Art und den infizierten Pflanzen variieren die Kontamination und die Auswirkungen auf die Kontamination der Pflanze sowie von Mensch und Tier.

Während beispielsweise Claviceps purpurea die Fortpflanzungsteile von Getreidepflanzen und verschiedenen Gräsern befällt, kontaminiert und zerstört C. africana Sorghum mit ihren Alkaloiden.

Wenn sie von Menschen und Tieren aufgenommen werden, haben unterschiedliche Konzentrationen von Alkaloiden unterschiedliche Wirkungen, die von Halluzinationen und Brennen bis zum Tod reichen. Beim Menschen wurde gezeigt, dass das Ergotoxin und andere Alkaloide von C. purpurea die glatte Muskulatur stimulieren, was zu Gangrän, Arterienverschluss und Kontraktion der Gebärmutter führt, was zu Fehlgeburten führen kann.

Einige der anderen Auswirkungen dieser Substanzen sind:

• Kopfschmerzen
• Krämpfe
• Schwindel
• Schmerzhafte Vasokonstriktionen

Pharmazeutische Bedeutung

Während Mutterkornpilze neben der Schädigung von Pflanzen auch negative gesundheitliche Auswirkungen haben, haben sie auch eine medizinische Bedeutung. Zum Beispiel wurden sie verwendet, um übermäßige Blutungen während der Menstruation bei Frauen zu reduzieren.

Verbindungen wie Ergotamin wurden auch zur Behandlung von Migräne eingesetzt, während andere Mutterkornpilze die Wirkung von Dopamin im Gehirn verstärken.

Schlussfolgerung

Während diese Organismen pharmakologische Bedeutung haben, ist es erwähnenswert, dass Mutterkornpilze schwerwiegende negative Auswirkungen auf Mensch und Tier haben können. Aus diesem Grund wird von der Verwendung wegen ihrer pharmakologischen Wirkungen (als Behandlungsform) für diejenigen, die mit diesen Pilzarten nicht vertraut sind, dringend abgeraten. Aber es ist faszinierend, sie aus der Mikroperspektive unter dem Mikroskop zu betrachten.

Siehe auch:

Trichoderma

Aspergillus

Alternaria

Pezizomycotina

Hefe im Allgemeinen

Verticillium

Zurück zur Hauptseite

Zurück von Claviceps zu MicroscopeMaster Home

B. Komolonga, S. Chakrabortyab, M. Ryleyc und D. Yates. Die Besiedlung der Eierstöcke durch Claviceps africana hängt mit der Mutterkornresistenz in männlich sterilen Sorghumlinien zusammen. Pflanzenpathologie (2003) 52, 620-627.

Klaus B.Tenberge. Biologie und Lebensstrategie der Mutterkornpilze. 1999 OPA (Overseas Publishers Association) N.V. Veröffentlicht unter Lizenz unter dem Harwood Academic Publishers Impressum, Teil der Gordon und Breach Publishing Group.

Paul Tudzynski und Jan Scheffer. Claviceps purpurea: molekulare Aspekte eines einzigartigen pathogenen Lebensstils. Molekulare Pflanzenpathologie (2004) 5(5), 377-388.