Читайте также:
|
Особые виды «хищничества». Взаимодействия растительноядных животных и растений. Механизмы защиты растений от фитофагов и «цена» этой защиты.
Все растения нуждаются в солнце, воде, минеральном и органическом питании. Однако некоторые предпочитают яркий свет, другие - рассеянный, одни - влажную, другие - более сухую почву, поэтому в пределах одного луга или леса способны сосуществовать множество видов растений. Это обеспечивается слабыми различиями в микроклимате и микрорельефе.
Важную роль здесь играют и фитофаги - растительноядные животные, к которым относятся тысячи видов нематод, насекомых и других беспозвоночных, а также крупных и мелких позвоночных. Когда плотность популяции какого-либо растения велика, численность питающихся им фитофагов резко возрастает. Они выедают популяцию растения и в результате начинают сами гибнуть - в сущности, это тот же механизм, что и в системе "хищник-жертва".
Растения, в отличие от жертв-животных, ни спрятаться, ни убежать не могут. Казалось бы, столь беззащитные, они просто обречены на полное съедение. Однако этого не происходит. Даже огромные стада африканских антилоп и зебр, а также северных оленей не способны уничтожить сочную зелень. Невольно возникает вопрос: почему? В ответ можно выдвинуть две гипотезы.
Во-первых, численность травоядных никогда не бывает настолько большой, потому что постоянно контролируется хищниками. Львы не дают слишком сильно размножиться антилопам, рыси - зайцам.
Во-вторых, растения все-таки защищаются от выедания. Среди таких средств защиты - два вещества, наиболее распространенных в мире растений. Это целлюлоза и лигнин. Оба вещества очень стойкие, соединяясь, они делают растительные ткани одревесневшими. У животных нет веществ, способных расщеплять целлюлозу, поэтому тем из них, кто потребляет много целлюлозы, приходится прибегать к помощи микрооорганизмов. В желудке коровы содержится гигантскео количество инфузорий и жгутиковых простейших, которые переваривают растительную клетчатку - а корова переваривает уже именно их. Так что вовсе не рстениями питается растительноядная корова...Переваривать лигнин еще труднее, наиболее успешно с этим справляются только грибы. Удивительный пример использования грибов для переработки целлюлозы и лигнина демонстрируют муравьи - листорезы. Они вырезают кусочки свежих листьев и тащат их в специальную подземную камеру, где на перегнивающих остатках растут особые виды грибов, которые и потребляются муравьями.
Многие растения синтезируют ядовитые вещества. Среди этих веществ алкалоиды, (никотин, кофеин, стрихнин), цианистые соединения, блокирующие дыхание животных.
Растения могут довольно серьезно "вооружаться" колючками, жгучими волосками.
Однако, как бы ни защищалось растение, обязательно найдется животное, которое, несмотря на все яды и колючки, все равно сможет его съесть. Например, нейтрализовывать или накапливать в своих тканях яды. Например, бабочка - монарх, обитающей в Северной Америке, кормятся на растениях ваточника, содержащего в своих тканях карденолиды - вещества, нарушающие сердечную деятельность. Гусеницы накапливают в себе эти вещества, и если какая-нибудь неопытная птица схватит такую гусеницу или взрослую бабочку, она выплюнет ее и никогда больше трогать не будет.
Существует множество средств защиты растений от повреждения их различными биологическими объектами, в том числе и насекомыми. Самый тривиальный и, наверное, древний метод - механическое их уничтожение. Но при современных масштабах развития сельского хозяйства это неуместно, просто смешно.
Метод химической защиты часто приводит к негативным последствиям, да и коэффициент полезного действия этого метода в современных условиях ничтожно мал.
Сочетание же биологического метода защиты с созданием и усилением у культурных сортов растений иммунных механизмов защиты от вредоносных биологических агентов приобретает все большее значение для интенсивного развития сельскохозяйственной деятельности. Намного легче предупреждать заболевание, чем вылечивать его и последствия им вызванные.
У систем «насекомое-фитофаг - растение» хорошо развиты барьеры, ограничивающие выбор насекомыми растений для их заселения, питания и откладывания яиц. Поиск растений, поглощение и переваривание при питании их тканей и всасывание гидролизованной пищи - энергоемкие процессы, требующие от консументов больших энергетических затрат.
Вырабатываемые у растений в процессе филогенеза механизмы защиты от фитофагов и преодоление последними этой защиты привела к возникновению среди консументов специализированных групп, приуроченных к растениям с определенным систематическим положением (выделению среди них видоспецифичных семейств, родов и видов).
На основе работ В.Н. Щеголева, П.Г. Чеснокова и Р. Пайнтера была разработана классификация различных проявлений иммунитета растениями.
1. антиксеноз - проявления, выражающиеся в отвергании или избегании фитофагами растений при попытке их использования для питания и (или) откладывания яиц;
2. антибиоз - проявления, выражающиеся в неблагоприятном воздействии кормового растения на фитофагов при использовании тканей этого растения в пищу (обусловленные повреждающим эффектом физиологически активных соединений растений, или несоответствием молекулярного строения основных биополимеров: белков, жиров и углеводов растений пищеварительным ферментам фитофагов, что нарушает нормальное функционирование различных физиологических систем организма последних, вызывая их угнетение и даже отмирание);
3. толерантность растений к патогенному воздействию животного агента выражается в проявлении этим растением способности к сохранению биологической продуктивности (урожая) без значительного его уменьшения, при отсутствии неблагоприятного воздействия на патоген.
В основе взаимоотношения фитофагов с кормовыми растениями лежат пищевые потребности, отражение которых - своеобразие пищевой специализации и адаптации физиологии питания, способствуют более эффективному использованию пищи. Пищевая специализация фитофагов обусловлена биохимией растения-риципиента. Устойчивость же растений к патогену во многом обусловлена факторами иммунитета растений, имеющими значение своего рода барьеров, ограничивающих разнообразие растений и их органов и тканей, используемых фитофагами для питания.
Необходимо учитывать, что фитофаги, достаточно автономная и активная категория патогенных организмов, в ряде случаев способствует распространению и проникновению в растения возбудителей инфекционных заболеваний. Такие последствия контактов с растением прослеживаются по преимуществу, если в роли фитофага выступает насекомое или членистоногое другого таксона. Нарушение вредителями целостности покровных тканей способствует проникновению в них грибов и бактерий.
Связь фитофаг-возбудитель может быть не только случайной, но и постоянной, как это имеет место при распространении вирусов. Многие виды насекомых, в особенности сосущих, - переносчики вирусных инфекций, что имеет превалирующие значение в динамике эпифитотий. Установлено, что чем устойчивее тот или иной сорт к вредителям, тем меньше роль последних в распространении грибных, бактериальных и вирусных заболеваний. Рис, устойчивый к цикадкам и тлям, задерживает, например, распространение некоторых вирусных заболеваний. Аналогична и функция иммунного картофеля. Распространение вирусов - возбудителей болезней пшеницы связывается с распространением тлей, цикадок и пьявицы.
Создание комплексно-устойчивых сортов к фитофагам приведет к устойчивости растений.
Проведены, например, исследования по комбинированию устойчивости люцерны к люцерновой и гороховой тлям. Эти исследования важны, так как люцерна, устойчивая к одной из упомянутых тлей, не обязательно устойчива к другой, поскольку устойчивость к ним определяется разными генами. Люцерновая тля повреждает люцерну во все сроки ее онтогенеза, тогда как гороховая тля - только в фазе всходов. В связи с этим гороховая тля «выбраковывает» неустойчивые растения, которые гибнут в начале развития, а затем люцерновая тля, повреждая люцерну, устойчивую к гороховой тле, «выбраковывает» растения неустойчивые к ней. К обеим тлям оказываются, таким образом, устойчивы лишь немногие сохранившиеся экземпляры люцерны.
Методы селекции растений на иммунитет к патогенным организмам не специфичны. Они представляют собой модификации обычных селекционных методов. Основная трудность в создании иммунных сортов - необходимость одновременного учета особенностей растений и поражающих их вредных организмов.
Одна из основных трудностей в селекции растений на иммунитет к вредителям - генетическая сцепленность признаков растений, отражающих их филогенетическую историю в условиях естественных экосистем. Необходимо учитывать, что важное свойство иммунных сортов - их способность к сдерживанию и даже подавлению размножения патогенных организмов - обеспечивает многолетнее оздоровление фитосанитарной обстановки.
Дата добавления: 2015-04-11; просмотров: 33 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |