1.6. Структура и особенности основных биополимеров, синтезируемых растениями
Известно, что наиболее эффективным источником биологической энергии являются углеводы. При усвоении биополимеров растений в процессе пищеварения большое значение имеет степень стереохимического соответствия гидролитических ферментов насекомых молекулярным структурам пищи. При таком соответствии обеспечивается быстрый с минимальными затратами энергии гидролиз биополимеров и их всасывание. И наоборот, энергетические затраты на переваривание пищи насекомым возрастают при недостаточном стереохимическом соответствии между гидролизами и структурными особенностями биополимеров пищи.
Важное значение имеет также степень сбалансированности различных питательных веществ в соответствии с требованиями насекомых. Эта несбалансированность приводит к неэффективному использованию элементов пищи. Поэтому большое иммунологическое значение имеет уровень атакуемости биополимеров пищи гидролизами потребителя. При низком уровне атакуемости даже те растения, которые характеризуются высокой биологической ценностью, не могут быть использованы потребителем полностью. В результате этого у насекомых возникает так называемый синдром неполного голодания.
Усложнение формы полимеров пищевого субстрата свойственного устойчивым сортам приводит к различного рода отклонениям в жизнедеятельности фитофагов – усиливается секреция гидролитических ферментов, повышается их активность (клоп‑черепашка, личинки злаковых мух и т. д.). При питании фитофагов на несвойственных для него тканях на устойчивых сортах создается дисбаланс в организме, что приводит к задержке в росте, снижению накопления жировых запасов, низкой подвижности, пониженной устойчивости к неблагоприятным условиям среды (при перезимовке) и часто к гибели.
1.7. Биологическая система «вредитель – поражаемое растение»
Пищевые взаимоотношения возникли на основе многообразия типов питания и обмена веществ. Вначале они носили характер сосуществования между организациями, составляющими ценозы. Дальнейшая эволюция органического мира сопровождалась возникновением новых типов межвидовых отношений – появились бинарные и полинарные формы: симбиоз и паразитизм.
Система растение – насекомое–фитофаг относится к сложным. Организмы, составляющие эту систему, находятся на разных ступенях эволюционной лестницы, т. е. существенно различаются по уровню организации и, следовательно, наделены разными возможностями для реализации взаимодействия. В силу подвижности насекомых связи их с растениями в онтогенезе непостоянны во времени и для свободноживущих ограничиваются в основном актом еды или моментом откладки яиц. Хорошо развитые рецепторы обеспечивают широкие возможности выбора насекомыми кормового растения, различных его органов и тканей.
Малые размеры тела при общей высокой организации, высокая теплоотдача, подвижность в сочетании с огромным воспроизводительным потенциалом и другие специфические особенности делают насекомых весьма требовательными к пластическому и энергетическому обеспечению. Эта особенность насекомых превратила их в один из главных преобразователей энергии и информации в экосистемах как потребителей первичной и вторичной биологической продукции.
Общий характер отношений между насекомыми и растениями определяется двоякой ролью растений. Растение, выступая как компонент биоценоза, может играть роль внешнего фактора по отношению к насекомым‑фитофагам, и в то же время, поступая в организм насекомого в качестве пищи, растение начинает играть роль и внутреннего фактора.
Все многообразие экологических взаимоотношений между организмами в биоценозах объединяется в три формы связей – вещественные, энергетические и информационные, т. е. по цепям питания передается запас вещества, энергии и информации. Передача вещества и энергии осуществляется в системе однонаправленно: от продуцента, т. е. растения, к потребителю, т. е. фитофагу, и определяет уровень жизнедеятельности вредителей. Взаимодействие по информационному каналу осуществляется по принципу обратной связи (рис. 1).
Большинство вредителей отличаются большой подвижностью и активностью, что позволяет им получать огромный объем разнообразной информации от растения. Контакты их с растениями в онтогенезе не постоянны во времени и для свободно живущих ограничиваются в основном актом еды и процессом откладки яиц. Хорошо развитые рецепторы обеспечивают фитофагам широкие возможности выбора оптимальных кормовых растений, их органов и тканей. Относительно малые размеры тела при общей высокой организации, подвижности в сочетании с большим воспроизводительным потенциалом, высокими темпами роста и скоростями развития и другие специфические особенности делают членистоногих вредителей весьма требовательными к пластическому и энергетическому обеспечению. Эта особенность превращает их в одно из главных звеньев, преобразующих вещество, энергию и информацию в экосистемах, как потребителей и вторичной биологической продукции.
Рис. 1. Экологические принципы управления агробиоценозами в целях защиты растений (по Шапиро и Вилковой)
Членистоногие благодаря совершенным органам чувств способны воспринимать разнообразную информацию о свойствах растений: внешнем строении, окраске, физиологическом состоянии, содержании различных по строению химических веществ и т. д. Так, насекомые хорошо различают растения по форме и уровню содержания физиологически активных веществ, в том числе фитогормонов, углеводов, белков, липидов. Положительный энергетический и пластический баланс животных зависит не только от общего содержания в пищевом субстрате нутриентов, но и от их молекулярного строения, оказывающего влияние на скорость, легкость и степень их переваривания.