Защита растений

Растения вездесущи. Без них Земля, какой мы ее знаем, не могла бы существовать. Тем не менее, ошеломляющее количество видов животных питается растениями. Некоторые из них знакомы, например, крупные пасущиеся млекопитающие, включая оленей или крупный рогатый скот. Но большинство из них составляют сотни тысяч видов насекомых и связанных с ними членистоногих. Чтобы защитить себя от нападения, у растений есть множество стратегий. На этой странице описывается, как растения эволюционировали, чтобы противостоять постоянному натиску животных, которые пожирали их как пищу.

Средства защиты растений. Слева направо: шипы на розе, муравьи, убивающие травоядных, питающихся нектаром растений, чайные листья, содержащие кофеин (ядовитый для насекомых), и микроскопический зубчатый край листа травы, зазубренный кремнеземом.

Животные используют много способов, чтобы избежать своих хищников. Поведенческие реакции, такие как бегство, очень важны. Напротив, растения «сидячие», что означает, что они не могут двигаться. Корни прикрепляют их к почве, поэтому растения не могут убежать. Поэтому они разработали физическую и химическую защиту, чтобы защитить себя от травоядных животных, которые живут за счет поедания тканей растений.
Физическая защита является первой линией защиты для многих растений. Эта защита мешает травоядным поедать растения. Примерами физической защиты являются шипы на розах и шипы на деревьях, таких как боярышник. Эта физическая защита причиняет вред травоядным и мешает им есть стебли или листья растений.
Травы, такие как кукуруза (кукуруза), рис и пшеница, поглощают элемент кремния из почвы. Твердые частицы кремния делают листья травы абразивными. Эта защита работает, изнашивая зубы крупных пасущихся млекопитающих и челюсти кузнечиков.
Листья некоторых растений кажутся пушистыми на ощупь из-за небольших структур, называемых трихомами. Эти крошечные выступы на поверхности листьев могут быть очень плотными. Этот «лес» трихом затрудняет доступ насекомых или клещей к клеткам листа растения.
Растения также используют разнообразный арсенал химических веществ, которые отпугивают травоядных. Многие из этих соединений токсичны, отпугивают или даже убивают пасущихся травоядных. В других случаях воздействие этих защит носит косвенный характер. Например, некоторые растения выделяют нектар, привлекающий муравьев. Муравьи питаются питательным нектаром, который производит растение. В свою очередь, муравьи защищают растение от травоядных насекомых, поедающих листья растения.

Растениям нужна энергия для создания физической и химической защиты. Когда растения защищаются, они должны отводить энергию, которая могла бы быть использована для роста. Таким образом, защита себя имеет свою цену. Вот почему многие растения включают защиту только тогда, когда ими питаются травоядные.
В некоторых районах, таких как тропические леса, большое количество травоядных обитает круглый год. Любое растущее растение будет съедено, если оно не защитит себя. В некоторых видах тропических растений токсичные соединения всегда присутствуют в больших количествах. Защиты растений, которые всегда «включены», называются «конститутивными» защитами.
Напротив, морозные зимы снижают популяцию травоядных в регионах с умеренным климатом. Но в период вегетации их популяция может стать очень большой. Погодные условия, благоприятствующие травоядным животным в этих регионах, могут меняться от года к году. В этих климатических условиях растения все еще используют конститутивную защиту. Но при нападении травоядного они также могут повысить уровень своей защиты.
Эти «индуцированные» средства защиты сохраняют ресурсы растения до тех пор, пока они не станут критически необходимыми. Например, недавно появившиеся листья иногда производят больше трихом. Многие растения также увеличивают производство определенных соединений, когда их едят.

Для растений в тропических регионах, таких как этот лес в Индонезии, токсины могут составлять до 50% ткани листа.

Кукуруза имеет «индуцированную» защиту, которая привлекает естественных врагов травоядных. Когда травоядные начинают есть кукурузу, это запускает производство переносимых по воздуху соединений. Эти соединения привлекают ос, которые нападают на травоядных насекомых. Когда эти хищные насекомые достигают растения, они находят поджидающую их жертву.

Растения распознают атакующих травоядных в течение нескольких минут или часов. В ответ они могут включать и выключать гены, создавая ферменты и другие белки для противодействия атаке. Травоядные физически повреждают растения, когда поедают их ткани или пьют их жидкости. Ранение активирует химические вещества в растении в местах кормления. Иногда даже слюна травоядных может вызывать химические реакции у растений. В ответ на эти сигналы растения производят такие соединения, как перекись водорода, которые отпугивают насекомых.

Жасмоновая кислота (ЖК) является растительным гормоном. Он есть почти у всех растений. JA отвечает за контроль многих реакций растений, а не только защиты. Например, ЖАК направляет образование клубней у растений картофеля. Он также управляет тем, как усики скручиваются на лозах.

При атаке растения также производят ключевое соединение, называемое жасмоновой кислотой (ЖК). Это химическое вещество служит «главным регулятором» индуцированной защиты растений.
В течение 24 часов после нападения травоядных многие тысячи генов могут быть активированы через систему JA. Эти гены кодируют белки, оказывающие разнообразное воздействие на травоядных. Некоторые повреждают пищеварительную систему травоядных. Другие нарушают функции клеток, которые имеют решающее значение для роста, выживания или размножения травоядных.

При активации через рану жасмоновая кислота (ЖК) взаимодействует с белками ДНК в ядре растительной клетки. Эти белки ингибируют гены до тех пор, пока они не понадобятся. Когда JA связывается с белками, гены освобождаются от ингибирования. Разнообразный набор генов начинает производить белки и ферменты, необходимые для защиты растений.