Роль питания в защите растений
Защитный механизм растений можно классифицировать на конститутивную защиту (присутствует независимо от атаки патогенов) и индуцированную защиту (активируется в случае атаки патогенов)
Конститутивная (пассивная) защита состоит из предварительно сформированных барьеров (клеточная стенка, кутикула, эпидермис, кора). Прочность физического барьера, изменение его проницаемости напрямую влияет на количество патогенов, проникающих в растение. Лигнин и суберин являются важными компонентами защиты эпидермиса и клеточных стенок, поскольку они устойчивы к ферментативному разложению.
Индуцированная защита активируется после инфицирования и включает в себя различные противомикробные и защитные химические вещества (белки, ферменты, фенольные соединения, антиоксиданты), которые могут подавить инфекцию на ранней стадии. Так, например, фитоалексины, лигнин и суберин накапливаются вокруг очагов поражения устойчивых растений, если питательные вещества, необходимые для синтеза и выделения этих соединений, достаточны. Снижение содержания защитных веществ повышает восприимчивость растений к болезням.
Устойчивость растений к болезням контролируется генетически, но также на нее влияет окружающая среда и особенно дефицит питательных веществ
Усиление восприимчивости растений к определенному виду вредителей или типу патогенов может быть связано с недостатком определенных элементов [7, 8]. Чтобы предотвратить повреждения растений, важно знать пищевые предпочтения, пути проникновения патогенов и вредителей, а также роль питательных элементов в механизмах защиты растений.
Прочность физического барьера
Некоторые паразиты, такие как мучнистая роса имеют доступ только к клеткам эпидермиса, поэтому его физические и химические свойства имеют гораздо большее значение в отношении восприимчивости, чем свойства основной ткани листа [3]. Снижение синтеза лигнина и суберина при дефиците калия, фосфора, бора, марганца и меди снижает скорость заживления раны или места инфекции, что в результате увеличивает восприимчивость растений к заражению мучнистой росой [1, 3, 4].
Избыточное поступление азота увеличивает скорость роста растений и количество молодых клеток, которые более уязвимы к проникновению патогенов и насекомых
Так, при усилении азотного питания устойчивость к ложной мучнистой росе снижается [3, 5, 8].
Укреплению эпидермиса и сосудистых тканей растений способствует применение кремния
Также он усиливает выработку фенольных соединений и лигнина в местах инфицирования, что защищает растения от атаки патогенов и вредителей [1, 3, 6]. Основным компонентом субстрата SPELAND (около 50%), как и в почве, является кремнезем (диоксид кремния). Кремнезем обладает высокой твердостью и прочностью. Соединения кремния играют роль минерального каркаса почвы, он входит в состав наиболее устойчивых к разрушению минералов.
Добавление доломита в процессе производства каменной ваты SPELAND позволяет получить более тонкое и длинное волокно, толщина которого составляет всего 3-5 мкм. Все это положительно влияет на пористость, структуру и прочность субстрата.
При бактериальных заболеваниях, вызывающих пятнистость листьев, патогены обычно проникают в растение через устьица. В этом случае эпидермальный слой является довольно неэффективным барьером для инфекции. Попав в растение, бактерии распространяются в межклеточных пространствах.
Большинство паразитических грибов и бактерий выделяют пектолитические ферменты, которые растворяют клеточную стенку и увеличивают проницаемость плазматической мембраны. Через поврежденные мембраны происходит утечка низкомолекулярных соединений, сахаров и аминокислот из цитоплазмы в апопласт.
Проникая в ксилему, эти ферменты растворяют клеточные стенки проводящих сосудов, в результате чего растения увядают. С увеличением содержания в листьях калия, кальция, марганца, цинка и бора повышается устойчивость клеточных стенок и мембран к разрушению [1, 3, 4].
В ответ на вторжение патогенов защитная реакция растений включает увеличение выработки кислородных радикалов, которые окисляют мембранные липиды. При дефиците калия, меди, цинка, железа и марганца снижается активность антиоксидантных ферментов, которые участвуют в детоксикации кислородных радикалов, в результате чего увеличивается гибель клеток [1, 3, 5].
Синтез защитных веществ
Недостаток калия, фосфора, цинка, бора, марганца и меди или избыток азота оказывает негативное воздействие на синтез фенольных соединений и фитоалексинов в местах поражения, что снижает фунгистатический эффект и увеличивает поражаемость растений заболеваниями и вредителями
[1, 2, 3, 4, 7, 8].
Химический состав растений
Как правило, прорастание спор на поверхности листьев и корней стимулируется присутствием растительных выделений. Недостаток калия или избыточное поступление азота увеличивает содержание аминокислот и растворимых углеводов в листьях растений, что способствует поражению биотрофными микроорганизмами и сосущими вредителями (белокрылки, тля, трипсы) [1, 3, 5].
Поражение корней
Плотность популяции микроорганизмов на поверхности корней включает в себя также и патогенные виды, развитие которых могут сдерживать конкурентные преимущества других видов и оптимальное питание растений. Так, достаточный уровень фосфора благоприятно влияет на развитие корней и позволяет избежать их болезней, например, Pythium [1, 5].
При дефиците марганца и меди корни более чувствительны к болезнетворным микроорганизмам
Следует иметь ввиду, что марганец плохо переносится по флоэме, поэтому внекорневые обработки этим элементом облегчают симптомы дефицита только надземной части растений, а ткани корней, пораженные патогенами, остаются с его дефицитом [3]. На корневом уровне дефицит цинка вызывает высвобождение низкомолекулярных экссудатов, таких как аминокислоты и сахара, которые являются пищей для болезнетворных микроорганизмов [1].
Каменная вата SPELAND биологически инертна и не содержит в своем составе патогенов
Поэтому при выращивании растений в ней легко контролировать популяцию микроорганизмов, увеличивая долю полезных с помощью применения биопрепаратов.
Разные эффекты
Определенный элемент может уменьшить тяжесть одних заболеваний, но усилить другие [1, 7]. Так, при высоком уровне N наблюдается увеличение тяжести инфекции растений облигатными паразитами (мучнистая роса и пероноспороз), тогда как поражение факультативными патогенами снижалось (Alternaria, Fusarium, Xanthomonas spp., Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani и Pythium spp.). Дефицит калия повышает восприимчивость растений к обоим типам патогенов [1]. Кроме того, заражение растений биотрофным патогеном может индуцировать накопление веществ, привлекательных для сапрофитов, например, Cladosporium fulvum (кладоспориоз томата) [6, 7].
Недостаток калия по-разному влияет на поражаемость вредителями – популяция прямокрылых и жесткокрылых насекомых увеличивается, тогда как развитие клещей и чешуекрылых вредителей сдерживается. Также калий способствует улучшению защитных реакций растений на нападения грибов, но не оказывает существенного эффекта против болезней, вызываемых бактериями и вирусами. Высокие уровни фосфора увеличивают восприимчивость растений к поражению сосущими насекомыми, но для листоедов оказывает значительное отпугивающее действие [5].
Противоположные эффекты также отмечены от внесения железа – этот элемент может активировать различные ферменты, которые участвуют как в заражении растений патогеном, так и в их защите [1].
Баланс питательных веществ
Дисбаланс питательных веществ может быть таким же пагубным для устойчивости растений к болезням, как и их дефицит [2, 3]. Например, устойчивость растений к поражению болезнями и вредителями при поступлении калия увеличивается до определенного оптимального уровня. После дальнейшего повышения концентрации калий снижает поглощение других катионов, что также приводит к увеличению восприимчивости растений к патогенам и вредителям [1].
Необходимо правильно регулировать соотношения азота к калию, магния к калию, магния к кальцию, кальция к калию [1, 3, 4]. Повышенные уровни марганца могут вызывать дефицит других питательных веществ, например, Ca, Mg, Fe и Zn [6].
Кроме того, калий способствует транспортировке воды и перемещению минеральных соединений по всему растению через ксилему. В случаях, когда поступление К+ не находится на оптимальном уровне, транслокация минеральных соединений, таких как NO3-, PO43-, Ca2+, Mg2+ и поглощение аминокислот снижается [4].
Поэтому необходимо следить за оптимальными уровнями и соотношениями питательных веществ, их доступностью для растений
Для этого важно поддерживать рН и Ес в мате на оптимальном уровне, выбирать эффективную стратегию полива, а также контролировать микроклимат. Важным элементом технологии является качественный субстрат. Так, каменная вата SPELAND химически и биологически инертна, она не влияет на химический состав питательного раствора и не содержит патогенов. Ее прочность и механическая стабильность позволяет поддерживать благоприятные водно-физические свойства на протяжении всего периода выращивания растений. Оптимальная влагоемкость и отзывчивость субстрата SPELAND позволяет эффективно и легко управлять поливами. Все это поможет создать благоприятные условия для роста и развития растений и поможет лучше контролировать болезни.
---
Литература
1. Christos Dordas. Role of Nutrients in Controlling Plant Diseases in Sustainable Agriculture. A review / Christos Dordas // Agronomy for Sustainable Development. – 2008. – Vol. 28, № 1. – P. 33-46.
2. Don M. Huber. Managing Nutrition to Control Plant Disease / Don M. Huber, S. Haneklaus // Landbauforschung Völken-rode. – 2007. – Vol. 57, № 4. – P. 313-322.
3. Horst Marschner. Mineral Nutrition of Higher Plants / Horst Marschner. – The Netherlands : Gulf Professional Publishing, 1995. – P. 436-460.
4. Mirza Hasanuzzaman. Potassium: A Vital Regulator of Plant Responses and Tolerance to Abiotic Stresses / Mirza Hasanuzzaman, M. H. M. Borhannuddin Bhuyan, Kamrun Nahar [et al.] // Agronomy. – 2018. – Vol. -8, № 3.
5. N, P, K nutrition differentially affects the incidence and severity of the attack of pests and diseases in plants / Gomez-Trejo, Libia F.; Hernandez-Acosta, Elizabeth; Peralta-Sanchez, Ma. Guadalupe // Agroproductivi-dad. – 2021. – Vol.14, № 5. – P. 121-125.
6. Nutrient metal elements in plants / Giovanni DalCorso, Anna Manara, Silvia Piasentin, Antonella Furini // Metallomics. – 2014. – Vol. 6. P. 1770–1788. European Journal of Plant Science and Biotechnology. – 2008. – Vol. 2. – P. 45-61.
7. Shishir Sharma. Impacts of nitrogen on plant disease severity and plant defense mechanism / Shishir Sharma // Fundamental and Applied Agriculture. – 2020. – Vol. 5, № 3. – P. 303–314.
8. Unravelling the Roles of Nitrogen Nutrition in Plant Disease Defences / Yuming Sun, Min Wang, Luis Alejandro Jose Mur [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2020. – Vol. 21. – P. 572.
---
Александра Старцева, кандидат сельскохозяйственных наук, агроном-консультант корпорации Технониколь
---
Мы желаем вам отменных урожаев с профессиональными семенами «Гавриш» и семенами Elite Seeds, которые можно купить с доставкой по России в магазине «ГавришШоп» – онлайн 24/7 !
