Американские ученые выявили нетипичный физиологический механизм самозащиты у риса. Исследование показало, что данное растение способно уничтожать гусениц кукурузной лиственной совки, привлекая их внутрь колосков. Резкие микроскопические волоски (трихомы) препятствуют выходу насекомого, после чего створки зерна смыкаются и смертельно сдавливают вредителя.
Кукурузная лиственная совка (Spodoptera frugiperda) — тля — опасный сельскохозяйственный вредитель, который может развивать устойчивость к химическим инсектицидам. Гусеницы этого вида причиняют значительный вред многим культурам, поедая листья и молодые початки риса.
Как известно ученым, листья растений защищены трихомами — жесткими волосками, которые затрудняют передвижение и питание насекомых. У риса такие волоски обильно покрывают не только листья, но и колоски. Биологи из Университета Арканзаса решили провести исследования для определения функции нежелезистых (не выделяющих ядов или смол) трихомов на репродуктивных органах растения.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Ecological Processes, для изучения влияния различных стадий развития риса на совку, были проведены лабораторные и тепличные эксперименты с молодыми гусеницами. Насекомым предоставлялись колоски риса на стадии активного цветения (при приоткрытых цветках) и на стадии созревания зерна (в фазе тестовой спелости). В некоторых случаях гусеницам также предоставлялся доступ к сочным листьям. Кроме того, с помощью газовой хроматографии ученые провели анализ химического состава летучих веществ, выделяемых растением. Погибшие в процессе экспериментов насекомые были изучены с использованием электронного сканирующего микроскопа.
Исследования показали, что цветущие растения риса действуют подобно ловушке для вредителей. В фазу цветения колос вырабатывает уникальную смесь ароматических соединений, включая додекан и этилгексаналь, которые оказывают на гусениц более сильное притяжение, чем запах созревшего зерна.
Привлеченная запахом, гусеница проникает внутрь слегка приоткрывшегося цветка риса. Затем активируются трихомы. Плотный слой жестких волосков расположен под определенным углом, позволяющим насекомому легко двигаться вперед, однако препятствующим движению назад – волоски вцепляются в тело и блокируют его.
Гибель гусениц обусловлена естественными биологическими процессами, происходящими в самом растении. Сразу после опыления цветок риса закрывается, обеспечивая защиту развивающейся завязи. Исследования, проведенные с использованием электронной микроскопии, выявили, что смыкающиеся части колоса приводят к повреждению гусениц, оказавшихся внутри – на изображениях заметны деформированные и сплющенные головные части насекомых.
Данный способ защиты продемонстрировал свою результативность: от 50 до 53% молодых гусениц оказывались в ловушке и погибали в течение 48 часов, даже при наличии возможности питаться обычной листвой. В отличие от плотоядных растений, таких как венерина мухоловка, рис не переваривает пойманных насекомых — погибшие гусеницы просто высыхают внутри колоска. Эта система служит исключительно для защиты, ограждая будущее потомство растения от уничтожения.
В своей работе авторы указывают на возможность применения механизма ловушки риса в сельском хозяйстве. Освоение данного принципа даст селекционерам возможность разрабатывать новые сорта зерновых культур с заданными характеристиками плотности и угла наклона трихом на колосках. Это позволит растениям более эффективно подавлять численность вредителей посредством физического воздействия, что уменьшит необходимость в использовании опасных химических инсектицидов.