Свет и растения
Свет, насекомые
и патогены растений
и патогены растений
Знания о влиянии света на поведение насекомых и развитие патогенов открывают новые возможности для успешного прогрессивного растениеводства
Свет — очень важный внешний фактор для всех видов насекомых. На насекомых влияют несколько аспектов световой среды, таких как длина дня, интенсивность, направление, поляризация, спектр и контраст. Эти сигналы влияют на многие биологические и поведенческие реакции насекомых, включая циркадные ритмы, идентификацию хозяина, частоту взлета и посадки, репродуктивный успех, фототаксис (движение к свету или от него) и частоту приема пищи.
Улучшение нашего понимания световых реакций насекомых имеет большое значение чтобы обеспечить как опыление, так и борьбу с вредителями при использовании светодиодных источников света.
Есть два основных аспекта, которые необходимо рассмотреть:
1) прямое влияние качества света на реакцию насекомых
2) реакции растения-хозяина на качество света и последующее влияние вторичных метаболитов растения на насекомое.
Улучшение нашего понимания световых реакций насекомых имеет большое значение чтобы обеспечить как опыление, так и борьбу с вредителями при использовании светодиодных источников света.
Есть два основных аспекта, которые необходимо рассмотреть:
1) прямое влияние качества света на реакцию насекомых
2) реакции растения-хозяина на качество света и последующее влияние вторичных метаболитов растения на насекомое.
1
Воздействие света на насекомых
Наши знания о спектральной чувствительности зрения насекомых ограничены несколькими видами, но разнообразие между видами очень велико.
Например, пчелы способны видеть ультрафиолет (пик ~350 нм), синий свет (пик ~450 нм) и зеленый свет (пик ~550 нм), но имеют низкую чувствительность к красному свету. Многие насекомые также способны определять поляризацию света и использовать эту информацию
для навигации.
У вредителя Caliothrips phaseoli, вида трипса, который атакует сою, есть один фоторецептор, который может распознавать только ультрафиолетовый свет (UVA и UVB), поэтому эти насекомые слепы к видимому свету в диапазоне PAR. Однако спектральная чувствительность у этого вида повышена: некоторые глаза также содержат пигменты, которые флуоресцируют под воздействием UVA-света, и это действует как UVA-фильтр, так что эти глаза улавливают только UVB-свет. Это позволяет насекомым отличать UVB от UVA, несмотря на то, что у них есть только один фоторецептор.
Западные цветочные трипсы (Frankliniella occidentalis) видят как видимый, так и ультрафиолетовый свет. Самцы и самки имеют схожую визуальную реакцию, но у них разное роевое поведение, причем самцы чаще собираются на цветках, чем самки. Поведенческие реакции на свет, как врожденные, так и выученные, придают дополнительную сложность в изучении предмета, что создает дополнительные трудности для понимания и манипулирования поведением насекомых с помощью света.
Например, пчелы способны видеть ультрафиолет (пик ~350 нм), синий свет (пик ~450 нм) и зеленый свет (пик ~550 нм), но имеют низкую чувствительность к красному свету. Многие насекомые также способны определять поляризацию света и использовать эту информацию
для навигации.
У вредителя Caliothrips phaseoli, вида трипса, который атакует сою, есть один фоторецептор, который может распознавать только ультрафиолетовый свет (UVA и UVB), поэтому эти насекомые слепы к видимому свету в диапазоне PAR. Однако спектральная чувствительность у этого вида повышена: некоторые глаза также содержат пигменты, которые флуоресцируют под воздействием UVA-света, и это действует как UVA-фильтр, так что эти глаза улавливают только UVB-свет. Это позволяет насекомым отличать UVB от UVA, несмотря на то, что у них есть только один фоторецептор.
Западные цветочные трипсы (Frankliniella occidentalis) видят как видимый, так и ультрафиолетовый свет. Самцы и самки имеют схожую визуальную реакцию, но у них разное роевое поведение, причем самцы чаще собираются на цветках, чем самки. Поведенческие реакции на свет, как врожденные, так и выученные, придают дополнительную сложность в изучении предмета, что создает дополнительные трудности для понимания и манипулирования поведением насекомых с помощью света.
Лучшее понимание световых реакций вредителей может быть использовано для улучшения ловушек для мониторинга популяций насекомых. Если сделать ловушки более эффективными — более привлекательными для насекомых, то это позволит раньше выявить проблемы с вредителями.
Зеленые светодиоды были использованы для повышения эффективности ловушек для западно-индийских картофельных долгоносиков , табачной белокрылки, тепличной белокрылки, сциарид и тли.
В условиях полной светокультуры эффективность ловушек будет гораздо сильнее зависеть от цвета ловушек и цвета светодиодов, чем в оранжереях, где преобладает естественный свет.
Зеленые светодиоды были использованы для повышения эффективности ловушек для западно-индийских картофельных долгоносиков , табачной белокрылки, тепличной белокрылки, сциарид и тли.
В условиях полной светокультуры эффективность ловушек будет гораздо сильнее зависеть от цвета ловушек и цвета светодиодов, чем в оранжереях, где преобладает естественный свет.
Косвенное влияние качества освещения на вредителей обусловлено реакцией растений на свет. У одного из видов дикого томата (Lycopersicon hirsutum) сезонные изменения длины и количества дня вызывают значительные изменения в синтезе 2-тридеканона, в результате чего его концентрация в июне гораздо выше, чем в январе.
Когда гусеницы M. sexta питались тканями растений, выращенных в январе, погибло 8%, а при питании растениями, выращенными в июне, — 87%. Более тонкие эффекты, вероятно, влияют на производительность вредителей на культурах, выращенных в разных условиях освещенности. Растения выделяют целый ряд летучих органических соединений (ЛОС), которые выступают в качестве аттрактантов как для вредителей, так и для полезных насекомых. Изменения в количестве и качестве света изменяют производство многих летучих органических соединений, и спектральные манипуляции могут помочь увеличить производство ЛОС для максимальной защиты растений.
Когда гусеницы M. sexta питались тканями растений, выращенных в январе, погибло 8%, а при питании растениями, выращенными в июне, — 87%. Более тонкие эффекты, вероятно, влияют на производительность вредителей на культурах, выращенных в разных условиях освещенности. Растения выделяют целый ряд летучих органических соединений (ЛОС), которые выступают в качестве аттрактантов как для вредителей, так и для полезных насекомых. Изменения в количестве и качестве света изменяют производство многих летучих органических соединений, и спектральные манипуляции могут помочь увеличить производство ЛОС для максимальной защиты растений.
2
Патогены растений и их взаимодействие со светом
Взаимодействие между растениями и их патогенами также зависит от светового окружения. Свет влияет на многие аспекты биологии растений, и многие из этих реакций влияют на устойчивость растений к болезням. В частности, было показано, что соотношение красного и дальнего света влияет на экспрессию многих генов через фитохромы, которые участвуют в сопротивлении болезням. Низкое соотношение красного к дальнему красному снижает выработку многих вторичных метаболитов, участвующих в сопротивлении болезням, и тем самым снижает устойчивость. Такие растительные гормоны как салициловая кислота и жасмоновая кислота играют важную роль в защите от патогенов, и было показано, что низкое соотношение красного и дальнего света снижает реакцию обоих путей на атаку болезней.
Свет оказывает прямое воздействие на грибковые патогены, поскольку они также обладают целым набором фоторецепторов, которые модулируют экспрессию их генов. У грибов есть циркадные ритмы, и некоторые виды образуют споры в определенное время суток, чтобы совпасть с событиями, которые позволяют им заражать растения, например, в периоды, когда листья могут быть влажными.
Было обнаружено, что розовая мучнистая роса выделяет споры в течение дня, причем при более ярком свете выделяется больше спор. Спектр света также имел значение: по сравнению с белым светом больше спор высвобождалось при синем и дальнем красном свете, а при красном — меньше. Также было обнаружено, что как дневная, так и ночная световая обработка красным светом
значительно уменьшают выделение конидий у мучнистый росы, и это может стать хорошим методом для снижения интенсивности и распространения данного патогена на посевах. Поскольку мучнистая роса является облигатным патогеном, невозможно определить, происходит ли эффект от световых обработок как прямое воздействие на патоген или как результат ответных реакций растений. В то же время было установлено, что обработка красным светом усиливает проявления болезни у некоторых видов фасоли.
На скорость прорастания спор также влиял спектр света, причем синий свет снижал прорастание на 16,5 % по сравнению с другими видами обработки. Споры многих патогенов растений погибают под воздействием солнечной радиации. Ультрафиолетовый компонент солнечной радиации — наиболее вероятная область света, вызывающая гибель спор. Модели прорастания спор могут быть использованы для определения наилучшего времени суток для подачи импульса ультрафиолетового света, который обеспечит максимальную эффективность. Также возможно использование новых световых стратегий для усиления контроля над болезнями.
Синий свет подавляет прорастание спор, поэтому если в начале дня подавать только красный свет, споры прорастут, и их будет легче убить ультрафиолетовым импульсом, прежде чем снова включить синий свет. Ультрафиолетовый свет также был опробован для борьбы с болезнями растений. Чтобы эти методы лечения были эффективными, важно убедиться, что они применяются, когда патогены уязвимы. Если УФ-излучение подается до споруляции или после заражения, то оно будет неэффективным для обеспечения защиты. Если же применять УФ-излучение во время прорастания спор, то оно может эффективно предотвратить заражение. Проектирование схемы освещения таким образом, чтобы скоординировать применение УФ с выходом спор, может стать эффективным методом борьбы с болезнью в камерах с контролируемой средой.
Было обнаружено, что розовая мучнистая роса выделяет споры в течение дня, причем при более ярком свете выделяется больше спор. Спектр света также имел значение: по сравнению с белым светом больше спор высвобождалось при синем и дальнем красном свете, а при красном — меньше. Также было обнаружено, что как дневная, так и ночная световая обработка красным светом
значительно уменьшают выделение конидий у мучнистый росы, и это может стать хорошим методом для снижения интенсивности и распространения данного патогена на посевах. Поскольку мучнистая роса является облигатным патогеном, невозможно определить, происходит ли эффект от световых обработок как прямое воздействие на патоген или как результат ответных реакций растений. В то же время было установлено, что обработка красным светом усиливает проявления болезни у некоторых видов фасоли.
На скорость прорастания спор также влиял спектр света, причем синий свет снижал прорастание на 16,5 % по сравнению с другими видами обработки. Споры многих патогенов растений погибают под воздействием солнечной радиации. Ультрафиолетовый компонент солнечной радиации — наиболее вероятная область света, вызывающая гибель спор. Модели прорастания спор могут быть использованы для определения наилучшего времени суток для подачи импульса ультрафиолетового света, который обеспечит максимальную эффективность. Также возможно использование новых световых стратегий для усиления контроля над болезнями.
Синий свет подавляет прорастание спор, поэтому если в начале дня подавать только красный свет, споры прорастут, и их будет легче убить ультрафиолетовым импульсом, прежде чем снова включить синий свет. Ультрафиолетовый свет также был опробован для борьбы с болезнями растений. Чтобы эти методы лечения были эффективными, важно убедиться, что они применяются, когда патогены уязвимы. Если УФ-излучение подается до споруляции или после заражения, то оно будет неэффективным для обеспечения защиты. Если же применять УФ-излучение во время прорастания спор, то оно может эффективно предотвратить заражение. Проектирование схемы освещения таким образом, чтобы скоординировать применение УФ с выходом спор, может стать эффективным методом борьбы с болезнью в камерах с контролируемой средой.
Как разные виды растений по-разному реагируют на свет, так и световая реакция разных патогенов варьируется, равно как и взаимодействие между различными системами растение—патоген в ответ на свет. У томатов, зараженных бактериальным увяданием (Pseudomonas solanacearum), и огуречных растений, зараженных мучнистой росой (Sphaerotheca fuliginea), симптомы болезни были самыми низкими у растений, выращенных при 100% красном свете. Напротив, для вируса томатной мозаики (ToMV) на растениях перца симптомы болезни развивались медленнее и были менее серьезными у растений, выращенных в присутствии синего+UVA-света. Эти данные указывают на то, что спектральная модификация может использоваться как часть интегрированной системы борьбы с болезнями, если только удастся подобрать правильные световые режимы и добиться нужного результата.
Новые поля для экспериментов отрываются перед учеными.
Новые поля для экспериментов отрываются перед учеными.