Чтобы помочь растениям лучше бороться с насекомыми-вредителями, исследователи вооружают их камнями.
Айван Хилтпольд из Университета Делавэра и исследователи из Института окружающей среды Хоксбери в Университете Западного Сиднея в Австралии изучают добавление кремния в почву, в которой выращиваются растения, чтобы помочь растениям укрепиться от потенциальных хищников.
Исследование было недавно опубликовано в журнале Soil Biology and Biochemistry и финансировалось Sugar Research Australia. Адам Фрю, в настоящее время научный сотрудник с докторской степенью в Университете Чарльза Стерта в Австралии, является ведущим автором статьи.
Хилтпольд, доцент кафедры энтомологии и экологии дикой природы в Колледже сельского хозяйства и природных ресурсов Университета штата Калифорния, сказал, что в основе проекта лежит оценка воздействия арбускулярных микоризных грибов на качество питания растений, а также на корневых вредителей, используя сахарного тростника и корнеплодных насекомых, прежде всего тростниковых личинок - прожорливых личинок тростникового жука.
«Это исследование продемонстрировало каскадный эффект», - сказал Хилтпольд. «У нас есть кремний и другие питательные вещества для растений в почве, у нас есть грибы, которые взаимодействуют с растением, и метаболиты, и вся эта растительная химия влияет на развитие насекомых».
Кремний является вторым по распространенности элементом в мире после кислорода в земной коре, но поскольку он находится в каменной или минеральной форме, он не доступен для использования растениями.
Внося в почву кремнезем, форму кремния, которую растения могут легко усваивать, исследователи помогли растениям создать крошечные частицы, называемые фитолитами, или «растительными камнями», для защиты от травоядных насекомых и, возможно, грызунов.
«Растение накапливает такие камни в своих тканях, что снижает усвояемость растительного материала, потому что переваривать камни не очень легко», - сказал Хилтпольд. «Кроме того, эти камни носят части рта насекомых и, возможно, грызунов. Если ваши зубы больше не режут, то вы не можете есть столько, сколько могли бы. Все это в совокупности уменьшит воздействие травоядных на растение."
В экспериментах с двумя сортами сахарного тростника, выращенными в теплице, насекомые, питающиеся корнями, в первую очередь тростниковые личинки, питались растениями. Иммунная функция насекомых оценивалась путем измерения их иммунного ответа на энтомопатогенные нематоды - мелкие организмы, убивающие насекомых в почве, - в то время как рост насекомых и потребление корней оценивались в ходе испытания с кормлением.
Исследователи обнаружили, что высокие уровни концентрации кремния снижают рост насекомых и потребление корней, последнее на 71 процент.
Поскольку кремний не влияет на выпас скота, Хилтпольд сказал, что он также не повлияет на людей, когда, например, человек потребляет вареную морковь или сладкую кукурузу.
Хилтпольд сказал, что они выбрали тростниковую личинку для своего исследования, потому что это главный вредитель в Австралии.
«Сахарный тростник - крупная отрасль в Австралии, и эти личинки действительно наносят ему большой ущерб. Эти личинки могут быть довольно большими - их диаметр может быть размером с мой большой палец», - сказал Хилтпольд. «Как почвенных вредителей, с ними действительно трудно бороться, потому что до них трудно добраться с помощью инсектицидов, и за ними трудно следить. Мы не знаем, где они, пока не увидим повреждения на растении, а потом, как правило, уже слишком поздно».. Всегда хорошо иметь возможности управлять ими."
Вариант использования кремния для естественного усиления защиты растений от личинок тростника был бы как экологически чистым, так и экономически привлекательным для производителей, поскольку им не нужно было бы опрыскивать так много, чтобы защитить свой урожай.
Идея улучшения сельскохозяйственных культур с помощью кремния в целом заключается в том, что у нас есть этот элемент, который присутствует в природе. Единственное, что он не является биодоступным, поэтому он не может быть поглощен растением в том виде, в каком он есть., но если мы добавим в поле немного биодоступного кремния, это увеличит биомассу растения», - сказал Хилтпольд. «Повышается продуктивность растений, а также укрепляются защитные силы растений, поскольку кремний накапливается в тканях над и под землей и помогает растениям справляться с насекомыми и травоядными млекопитающими».
Хилтпольд сказал, что это исследование может быть применимо и к другим видам растений, кроме сахарного тростника.
Он также сказал, что в дополнение к взаимодействию растений с кремнием грибы оказали удивительное воздействие на насекомых.
«Мы точно не знаем, связано ли это с растением или непосредственно с воздействием грибков, но иммунная система насекомых срабатывала, когда растения обрабатывались грибками», - сказал Хилтпольд.«Это может быть полезно с точки зрения комплексного управления, потому что запуск иммунной системы при отсутствии захватчика или контакта с патогеном может сказаться на росте или производительности насекомого, так что в конечном итоге это окажет благотворное влияние на растение, потому что насекомое чувствует себя хуже и причиняет меньше вреда. Я думаю, это было интересное открытие, которое никогда раньше не демонстрировалось».