Kuidas taimed kaitsevad end: kaitsemehhanismid taimekahjurite vastu

Kaitse taimekahjurite vastu kirjeldab taimede kaitsevõimeid, mis aitavad vältida söömist ning tagavad ellujäämist ja paljunemist. On palju kohandusi, mis vähendavad taimekiskjate mõju ning parandavad taimede võimet konkureerida keskkonnas.

Paljud taimed toodavad kemikaale, mis mõjutavad taimtoiduliste käitumist, kasvu või ellujäämist. Need keemilised kaitsevahendid võivad toimida tõrjevahenditena või toksiinidena ning vähendada taimede seeditavust. Levinumate keemiliste kaitseainete hulka kuuluvad alkaloidid (nt nikotiin), tanniinid, glükosiidid (näiteks tsüaniidseid ühendeid sisaldavad ühendid) ja glükosinolaatide rühm kapustalistel. Mõned liigid – nn hüperakumulaatoriteks, – koguvad taimeosadesse raskemetalle, muutes end herbivooride jaoks vähem söödavaks või isegi mürgiseks.

Mehaanilised ja füüsikalised kaitsed

Taimed kasutavad ka mehaanilisi barjääre, mis raskendavad söömist:

• Okkad, nõelad ja kiired – kaitsevad taime otsese hammustuse eest.
• Paksud koored ja vahatatud pinnad – vähendavad närimist ning piiravad vee kaotust.
• Karvakesed (trichoomid) – takistavad putukate liikumist ja võivad eritada ärritavaid ühendeid.
• Kõvad osad ja lignifikatsioon – muudavad närimise kulukamaks ja aeglasemaks.

Bioloogilised ja käitumuslikud strateegiad

Mõned taimed kasutavad suhted teiste organismidega, et kaitset tugevdada:

• Mõned liigid soodustavad või pakuvad toitu ja peavarju looduslike vaenlaste (näiteks röövikute parasiitide või kiskjate) elupaikadele, mis seejärel toituvad taimtoidulistest.
• Mõned taimed pakuvad kodu sipelgatele, kes kaitsevad taimi agressiivselt vastu sissetungijate (nt lutikate, röövikute) eest – see on klassikaline mutualism.
• Taimefenoloogia ehk õitsemis- ja kasvuaegade nihutamine võib aidata vältida tipphotste herbivooride aktiivsust.

Käitumuslikud ja ruumilised strateegiad

Taimed võivad vältida või põgeneda herbivooridest ka lihtsamate strateegiatega:

• Kasvamine varjulistes või raskesti ligipääsetavates paikades.
• Kasvamine hooajal, mil herbivoorid ei ole aktiivsed (ajastuse muutmine).
• Füüsiline eemale suunamine — herbivooride tähelepanu juhtimine mitteolulistele osadele (näiteks õrnade lehtede asemel närida vanu võrseid).
• Tolerants – kahjustuse talumine ja kiire taastumine pärast närimist (regeneratsioon).

Konstitutiivsed vs indutseeritud kaitsed

Iga kaitse võib olla kas konstitutiivne (taimes alati olemas) või indutseeritud (aktiveerub pärast kahjustust või stressi). Indutseeritud kaitsed on energiat säästvad ja käivituvad tavaliselt pärast putukate hammustust või keemiliste signaalide tuvastamist. Indutseeritud vastustes on oluline roll signaalmolekulidel, näiteks jasmoonhappel ja selle edasiantud ahelatel, mis suurendavad kaitseaineid või tekitavad kaitselisi struktuure.

Lenduvad signaalid ja indutseeritud vastused

Paljud taimed eritavad kahjustuse korral lenduvaid orgaanilisi ühendeid (LOÜ), mis:

• hoiatavad sama liigi naabreid ette, et need võiksid oma kaitseid tugevdada;
• atrakteerivad putukate vaenlasi ja parasiitoide, kes toituvad taimtoidulistest;
• muudavad herbivoori otsust söömist jätkata või mitte.

Fookus putukatel ja muud herbivoorid

Ajalooliselt on putukad, eriti putukate vastsed, olnud tähtsaimad taimesööjad ning moonutanud taimede evolutsiooni. Maataimede ja putukate evolutsioon on olnud tihedalt seotud, mistõttu enamik kaitsemehhanisme on suunatud putukatele. Samas on välja kujunenud ka kaitsed selgroogsete herbivooride, näiteks lindude ja imetajate, vastu — näiteks raskesti näritavad lehed, mürgised ühendid või terav väliskate.

Miks see on tähtis põllumajanduses

Taimede kaitsevõimete uurimine ei ole tähtis ainult evolutsioonipsühholoogiliselt, vaid ka praktiliselt: neid mehhanisme saab ärakasutada põllumajanduses ja bioloogilises tõrjes. Tugevate looduslike kaitsete mõistmine aitab arendada jätkusuutlikumaid taimekaitsestrateegiaid — näiteks kultivaride aretamist, mis kannavad efektiivseid konstitutiivseid või indutseeritud kaitseid, ja looduslike vaenlaste kasutamist integreeritud tõrjesüsteemides.

Kokkuvõte: taimed kasutavad mitmekesiseid kaitsemehhanisme — keemilisi, mehaanilisi, käitumuslikke ning abistavaid bioloogilisi suhteid — et vähendada herbivooride kahju. Mõistmine, kuidas need mehhanismid toimivad ja kuidas nad omavahel kompenseerivad, on oluline nii ökoloogias kui ka praktilistes rakendustes, sealhulgas toidutootmises ja looduskaitses.

Kaitseomaduste evolutsioon

Esimesed maismaataimed arenesid veetaimedest umbes 450 miljonit aastat tagasi (mya) ordoviitsiumi perioodil. Neil varajastel maismaataimedel puudusid veresooned ja nad vajasid paljunemiseks vaba vett. Vaskulaarsed taimed ilmusid hiljem ja nende mitmekesistumine algas devoni ajastul (umbes 400 mya). Neil olid sellised kohandused nagu kaitsekatted, mis vähendasid nende kudede aurustumist.

Vaskulaarsete taimede paljunemine ja levimine nendes kuivades tingimustes saavutati spetsialiseerunud seemnete evolutsiooni kaudu. Õistaimede (angiospermide) mitmekesistumine kriidiajastul on seotud putukate järsu liigirünnakuga. See putukate mitmekesistumine kujutas endast taimede evolutsioonis suurt selektiivset jõudu ja viis kaitsvate kohandustega taimede valiku. Varased putukate taimtoidulised putukad hammustasid või närisid taimestikku; kuid veresoonte evolutsioon viis teiste taimtoiduliste vormide, nagu mahlade imemine, lehtede kaevandamine, sapiteede moodustamine ja nektariga toitumine, kaasevolutsioonini.

Taimtoidulised loomad

Meie arusaam taimtoidust geoloogilises ajas pärineb kolmest allikast:

1. kivistunud taimed, mis võivad säilitada tõendeid kaitsest (näiteks okastraadid) või taimekahjustustest;
2. taimejäänuste vaatlemine kivistunud koproliitides (loomade väljaheites) ja
3. taimtoiduliste suulaugude ehitus.

Pikka aega arvati, et see on mesosoikumi nähtus, kuid tõendeid taimtoidust leitakse peaaegu sama kiiresti kui fossiile, mis seda võiksid näidata. Vähem kui 20 miljoni aasta jooksul pärast esimesi fossiile sporangia ja varte Siluri lõpu poole, umbes 420 mya, on tõendeid selle kohta, et neid söödi. Loomad toitusid varase devoni taimede eoseid ja ka Rhynie kivipuru annab tunnistust sellest, et organismid toitusid taimedest, kasutades "läbistamise ja imemise" tehnikat. Paljudel selle aja taimedel on säilinud selgroogitaolised kasvud, millel võis olla kaitsev roll.

Järgnenud 75 miljoni aasta jooksul arenesid taimedel välja mitmesugused keerukamad organid - alates juurtest kuni seemneni. Iga organi arengu ja selle toitumise vahel oli 50-100 miljonit aastat. Aukudest toitumine ja skeletiseerumine on registreeritud varases permis ja selle perioodi lõpuks arenes välja pinnavedeliku toitumine.

Co-evolutsioon

Taimtoidujad sõltuvad taimede toidust ja on välja töötanud mehhanismid selle toidu saamiseks, vaatamata paljude taimede kaitsemeetmete arengule. Taimtoiduliste kohandusi taimede kaitseks on võrreldud ründeomadustega. Need on kohandused, mis võimaldavad suurendada toitumist ja peremeestaime kasutamist. Taimtoiduliste ja nende peremeestaimede vaheliste suhete tulemuseks on sageli vastastikune evolutsiooniline muutus, mida nimetatakse ko-evolutsiooniks.

Kui taimtoiduline sööb, siis sööb ta taimi, mis ei anna piisavat kaitsevõimet. See loob võimaluse taimedele, mis suudavad kaitset pakkuda. Seega muutuvad kaitsevõimelised taimed levinumaks. Juhul kui see suhe näitab spetsiifilisust (kummagi omaduse evolutsioon on tingitud teisest) ja vastastikkust (mõlemad omadused arenevad), arvatakse, et liigid on koos arenenud.

Koevolutsiooni "põgenemise ja kiirguse" mehhanism on idee, et taimtoidulised ja nende peremeestaimed on olnud liikide tekkimise liikumapanevaks jõuks. Kohandused on mänginud rolli putukaliikide kiirgamisel angiospermide ajastul. Mõned taimtoidulised on välja töötanud viisid, kuidas kasutada taimede kaitsevõimeid enda kasuks, sidudes (säilitades) neid kemikaale ja kasutades neid enda kaitsmiseks kiskjate eest.

Taimede evolutsiooni ajajoon ja erinevate putukate taimekahjurite tekkimise viiside algus


Viburnum lesquereuxii leht putukakahjustusega; Dakota liivakivi (kriidikivi) Ellsworthi maakonnas, Kansas. Mõõtkava on 10 mm.


Lihtne tiigertigu Danaus chrysippus, kes teeb enne toitumist vallikraavi, et blokeerida Calotropise kaitsekemikaale.

Küsimused ja vastused

K: Mis on kaitse rohujuure vastu?

K: Kuidas kaitsevad taimed end taimtoiduliste eest?

K: Kas need kaitsevahendid on taimes alati olemas?

K: Millist tüüpi loomad on tavaliselt seotud taimede kaitsevõimega?

K: Kas on olemas ka selgroogsete taimtoiduloomade vastu suunatud kaitsevahendeid?

K: Miks on taimede kaitsevõime uurimine oluline?

Otsing