A növények közvetlen és közvetett védelmi mechanizmusai

Közvetlen védekezés morfológiai (fizikai) jellemzők – mint például trichómák – jelenlétére, vagy mérgező vegyületek termelődésére épül, amelyek közvetlenül gátolják a rovarok táplálkozását.

A közvetett védekezés során a növények különböző módszerekkel – specifikus illóanyagok kibocsátásával, különböző struktúrák (pl. extraflorális nektáriumok, üreges tüskék) jelenlétével vagy fehérjetestek termelésével – vonzzák a fitofág rovarok természetes ellenségeit.

A természetes ellenségek jelenléte csökkenti a fitofág rovarok támadásának kockázatát a növényre.

A természetes ellenségek vonzásának egy gyakori módja az, hogy táplálékot biztosítanak számukra.

Az extraflorális nektáriumok a virágokon kívül elhelyezkedő mirigyek, amelyek édes váladékot termelnek. Ezekre a folyadékokra darazsak, hangyák, legyek, molyok stb. vonzódnak. A molyokat általában kártevőnek tekintik, de a ragadozók és parazitoidok jelenléte csökkentheti a hernyóik sűrűségét.

A ragadozók és parazitoidok hiányában azonban az extraflorális nektáriumok jelenléte ellenkező hatást is kiválthat. Az extraflorális nektáriumok nélküli gyapotfajtákat kevésbé támadják súlyosan a rózsaszín gyapotmolyok.

A növények élőhelyet és táplálékot biztosíthatnak a fitofág rovarok természetes ellenségei számára, egy olyan jelenséget, amelyet "biotikus" védekezési mechanizmusként ismernek. Például a Macaranga nemzetség fái alkalmazkodtak vékony szárfalukkal, hogy ideális élőhelyet teremtsenek egy hangyafaj (Crematogaster nemzetség) számára, amely viszont megvédi a növényt a fitofág rovaroktól. Az élőhely biztosítása mellett a növény további táplálékforrást kínál a hangyáknak – speciális fehérjetesteket.

Hasonlóképpen, az akácia (Acacia) néhány faja olyan tüskéket fejlesztett ki, amelyek alapjuknál erősen megdagadtak, üreges szerkezetet képezve, amely alkalmas hangyaélőhelyként. Gyakorlatban nektárszerű folyadékokat, melaszt és egyéb termékeket lehet alkalmazni a fitofág rovarok természetes ellenségeinek ösztönzésére. Ilyen kísérleteket végeztek burgonyán, és az eredmény a fitofág rovarok sűrűségének csökkenése volt.

Egy érdekes stratégia más organizmusok felhasználására a növényvédelemben az endofita mikroorganizmusokkal való együttélés. Az endofiták olyan organizmusok (baktériumok vagy gombák), amelyek egy adott növényben (életciklusuk legalább egy részében) élnek a sejtek közötti tereken, szövetüregekben vagy vezetőedényekben, anélkül, hogy látható betegséget okoznának. Mindenütt jelen vannak, és minden növényfajban megtalálták őket. Az endofiták segíthetnek a gazdanövénynek azáltal, hogy megakadályozzák a kórokozó vagy parazita organizmusok kolonizációját.

A növényi szövet endofitákkal való kolonizációja "gátló hatást" hoz létre. Az endofiták olyan vegyületeket is termelhetnek, amelyek hatással vannak a kórokozó organizmusok (versenytársak) növekedésére. Egyes endofiták olyan anyagokat bocsáthatnak ki, amelyek mérgezőek a fitofág rovarokra (vagy fitopatogénekre). A tudósok intenzíven dolgoznak azon, hogy endofitikusan fejlődő gombákon vagy baktériumokon keresztül védjék meg a termesztett növényeket a kártevőktől.

A leírt mechanizmusok a természetes ellenségek vonzására vagy az endofitákkal való együttélésre az úgynevezett konstitutív védekezéshez (amely a növényekben eredendően jelen van) kapcsolódnak.

Az indukált védekezési mechanizmusok, amelyek a kártevő támadására aktiválódnak, különösen érdekesek.

A fenyegetés érzékeléséhez a növény kifejlesztett egy jelátviteli rendszert, amely reagál a külső ingerekre és szabályozza a védekező vegyületek szintézisét. A növények a mechanikai sérülést és a rovarok táplálkozását a rovarok nyálában található bizonyos anyagok jelenléte alapján különböztetik meg. Támadásra válaszul a növények illó szerves vegyületeket (VOC-kat) bocsáthatnak ki, beleértve a monoterpenoidokat, szeszkviterpenoidokat és homoterpenoidokat, amelyekkel elriasztják a káros rovarokat vagy vonzzák a kártevőkkel táplálkozó hasznos egyedeket.

A tudományos kutatásokban a példák már számtalanok: a búzacsíraképesek  olyan VOC-kat termelni, amelyek elriasztják a levéltetveket; a lóbab és az alma olyan vegyületeket bocsát ki, amelyek ragadozó atkákat vonzanak, amikor takácsatkák támadják őket; a gyapot olyan anyagokat termel, amelyek parazitoid darazsakat vonzanak, amikor hernyók támadják, stb.

Szinte minden növény képes VOC-k kibocsátására, és ezen szerves vegyületek tartalma és összetétele genotípusos variációt és fenotípusos plaszticitást mutat. A VOC-ok a levelekből, virágokból, gyümölcsökből és más növényi szervekből kerülnek a légkörbe, és a gyökerekből a talajba.

A VOC-k kibocsátása a "jelzések érzékelése" után következik be – egy elicitor, amely egy makromolekula, amely vagy a gazdanövényből (endogén elicitor), vagy a növényi stresszorból (exogén elicitor) származik, és amely kiválthatja a növényi rezisztenciához kapcsolódó szerkezeti és/vagy biokémiai reakciókat.

Konkrétan a rovarok támadása esetén a volicitin nevű anyag a nyálban és a megtámadott növényi szövetekben játsza az elicitor szerepét. A táplálkozás a növény egy részében szisztémás illó szerves vegyületek termelődését indukálhatja a sérületlen szövetekben és szervekben, és ezek a vegyületek kibocsátásuk után jelekként szolgálhatnak a szomszédos növények számára, hogy hasonló vegyületek termelődését elindítsák.

A VOC-k kibocsátása mellett egy specifikus jelzés érzékelése után a legtöbb növény gyorsan elkezdi az oxilipinek képződését, amely aktiválja a növényi sejtek változásához vezető reakciók kaszkádját. A növényi stresszhormonok (jázminsav, szalicilsav, abszcizinsav, etilén stb.) felhalmozódását és szerepüket a védekező gének szabályozásában nagyon aktívan tanulmányozzák.