Wydruk strony Farmer.pl - portal nowoczesnego rolnika

Priming - mechanizm obronny roślin przed szkodnikami

Autor: Prof. Dariusz Piesik

Dodano: 17-01-2016 08:44

W toku ewolucji rośliny wykształciły mechanizmy pozwalające reagować im na czynniki stresogenne. Jednym z nich jest wydzielanie lotnych związków chemicznych o charakterze repelentów.

W ciągu kolejnych 50 lat zaistnieje potrzeba dostarczenia żywności dla kolejnych 3,5 mld istnień, gdyż populacja ludzi osiągnie około 10 mld. Obecnie ludzkość jest się w stanie wyżywić, jednak w przyszłości możliwości te mogą zostać zachwiane przez zmiany klimatyczne, które już dzisiaj obserwujemy. Zatem produkcja wielu płodów rolnych, w tym tak podstawowych, jak: kukurydza, pszenica i ryż, powinna wzrosnąć o 70 proc. Teoretycznie mamy dużo nowych powierzchni pod uprawę, jednak wzrost liczby ludności to także zwiększenie zapotrzebowania na tereny pod zasiedlenie.

W skali świata naszym uprawom zagraża ponad 65 tys. gatunków organizmów szkodliwych, gdzie najwięcej przypada na patogeny (50 tys. gatunków), szkodniki (9 tys. gatunków) i chwasty (8 tys. gatunków). W efekcie bez odpowiedniej interwencji i ingerencji środków ochrony roślin nie byłoby możliwe wyżywienie całej ludności naszej planety. To właśnie środki ochrony roślin pozwalają zwiększyć plony o 50 i więcej proc. W Polsce jest obecnie zarejestrowanych i dopuszczonych do obrotu ponad 600 środków ochrony roślin, podczas gdy 10 lat temu było ich ok. 1000. Środki te obok niekwestionowanych zalet mają jednak również wady, np. ujemny wpływ na środowisko, zanieczyszczenie wód powierzchniowych i gruntowych. Największym jednak problemem jest nabywanie przez owady odporności na środki ochrony roślin, co wiąże się np. z koniecznością stosowania wyższych dawek.

W związku z tym Unia Europejska poszukuje cały czas innych, alternatywnych metod ochrony roślin. Duże nadzieje wiąże się z tzw. lotnymi związkami organicznymi. Rośliny w toku ewolucji wykształciły mechanizmy pozwalające im reagować na różne biotyczne i abiotyczne czynniki stresogenne. Uszkodzenie liści wpływa na emisję przez rośliny lotnych związków organicznych takich, jak alkohole, aldehydy, ketony lub estry. Związki te pełnią rolę atraktantów, repelentów lub informatorów chemicznych. Zgodnie z definicją wtórne metabolity (w tym lotne związki organiczne) nie są niezbędne do funkcjonowania roślin, ale zapewniają im przetrwanie w otaczającym środowisku. Lotne związki organiczne mogą pełnić w roślinie szereg funkcji, jak np. obrona przed roślinożercami czy patogenami. Niektóre z tych substancji są wspólne dla wielu roślin, natomiast inne są specyficzne dla jednego gatunku.

Pomimo początkowych wątpliwości dotyczących "mowy drzew" wreszcie zaakceptowano zjawisko możliwości komunikowania się roślin ze sobą i obecnie istnieje bogata literatura dotycząca tego tematu. Mediatorami transferu informacji do roślin sąsiednich są zwykle: jasmon metylu, salicylan metylu, etylen, ale także lotne związki organiczne wydzielane przez zielone części roślin, jak octan (Z)-3-heksenylu czy (Z)-3-heksenal.

Priming (w języku angielskim termin prime to przygotowanie roślin do obrony) oznacza gotowość roślin do przyspieszonej reakcji obronnej, a jednocześnie to taki stan fizjologiczny rośliny, który pozwala efektywniej wykorzystać jej metabolizm. Może być on bardzo ważnym elementem nowoczesnej ochrony roślin i co bardzo ważne - nie ma złego wpływu na środowisko. Mechanizmy w obrębie zjawiska primingu są aktywowane podczas różnych faz rozwojowych rośliny. Najważniejsze, że priming wpływa na aktywację mechanizmów obronnych szybciej i efektywniej wtedy, gdy rośliny były uprzednio wystawione na działanie stresów. Wykorzystanie naturalnych możliwości obronnych roślin spotkało się także z dużym zainteresowaniem ostatecznych odbiorców oraz z przychylnością ekologów, gdyż nie powoduje żadnych zmian w środowisku.

Niektóre spośród roślin mogą być gotowe do obrony, zanim nastąpią uszkodzenia ze strony szkodników czy innych czynników stresogennych. W efekcie rośliny, które były poddane wcześniej stresowi, reagują szybciej i bardziej efektywnie poprzez emisję lotnych związków organicznych w obliczu nowego/starego stresu. W ostatnich latach stwierdzono, że indukowanie komórek roślinnych np. kwasem salicylowym lub benzothiadiazolem prowadzi do bezpośredniej aktywacji genów obrony. Podobną reakcję obserwowano u innych roślin poddanych działaniu lotnych związków organicznych zielonego liścia, jak np. (Z)-3-heksenal, (E)-2- heksenal i octan (Z)-3-heksen-1-ylu. Co ciekawe, priming może mieć miejsce również wówczas, gdy na rośliny zostanie zaaplikowany biostymulator. To może mieć fundamentalne znaczenie w nowoczesnej ochronie roślin. Reasumując: rośliny uprzednio poddane stresowi są w późniejszym czasie bardziej odporne na ten sam stres, co wiąże się z "naciśnięciem włącznika", podczas gdy inne, uprzednio nieatakowane rośliny muszą najpierw "zaplanować obronę".

W niektórych przypadkach rośliny otrzymujące sygnał nie reagują natychmiast, ale później produkują lotne związki organiczne silniej i szybciej, gdy są atakowane przez agrofagi. Co ciekawe, odporność może być indukowana nawet 4 miesiące po zastosowaniu czynnika aktywującego obronę. Uszkodzenie jednego liścia indukuje system obronny całej rośliny, gdyż niektóre molekuły informacyjne są transportowane przez tkankę sitowo-naczyniową. Rośliny poddane działaniu primingu włączają naturalny mechanizm obronny i w efekcie gromadzą większe ilości kwasu jasmonowego. Wiele związków może odgrywać rolę wewnętrznej sygnalizacji, jednak najważniejszym jest kwas jasmonowy i jego pochodne. Priming jest ściśle powiązany z tzw. pamięcią stresową roślin. Najważniejsza wydaje się pamięć stresowa w okresie wegetacji roślin. Można się jednak również spotkać ze stwierdzeniem, że znacznie ważniejszą rolę odgrywa pakiet genów przekazywany nasionom, który ma zapewnić roślinom ochronę w początkowym okresie ich rozwoju.

Rośliny emitują sygnały, jednak nie "otrzymują wiadomości zwrotnej" mówiącej, kto odebrał informację. Jest to więc swego rodzaju "hazard" między korzystną lub niekorzystną inwestycją. Przykładem mogą być rośliny emitujące atraktanty z kwiatów, które mogą przywabić owady zapylające, ale również szkodniki. Sygnały chemiczne odbierane przez roślinę otrzymującą "bodziec" prowadzą do poprawy jej kondycji. Z drugiej strony emiter nie otrzymuje nic w zamian. Odległość, na jaką jest możliwe wysyłanie sygnałów chemicznych, zależy od prędkości wiatru, temperatury i wilgotności powietrza. Co ciekawe, odpowiedź na wysyłane sygnały dotyczy nie tylko roślin tego samego gatunku, lecz także innych gatunków.

Poznanie tych zależności ma więc kluczowe znaczenie dla ewentualnych prób wpływania na zachowanie szkodników. Kluczowym jest więc rozróżnianie ilościowe, ale i jakościowe bukietu zapachowego roślin. W konsekwencji np. po aplikacji biostymulatorów wraz z substancjami wspomagającymi otrzymujemy ochronę przed szkodnikami za darmo, gdyż celem stosowania biostymulatorów jest lepszy wzrost roślin, ale przy okazji efektem zabiegu jest aktywacja mechanizmów obronnych.

Priming stwarza nam nowe możliwości metod walki z agrofagami. Oznacza to, że rośliny dysponują pewną formą "pamięci", co może być związane z akumulacją niektórych białek sygnałowych. Z całą pewnością zjawisko to jest fenomenem badanym obecnie w wielu ośrodkach naukowych na całym świecie.

 

Artykuł pochodzi z numeru 1/2016 miesięcznika Farmer

Zamów prenumeratę

×