научная статья по теме Некоторые аспекты коадаптации энтомопатогенных грибов и колорадского жука на Южном Урале Биология

Текст научной статьи на тему «Некоторые аспекты коадаптации энтомопатогенных грибов и колорадского жука на Южном Урале»

УДК 57+92

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ КОАДАПТАЦИИ ЭНТОМОПАТОГЕННЫХ ГРИБОВ И КОЛОРАДСКОГО ЖУКА НА ЮЖНОМ УРАЛЕ

Сурина Елена Владимировна1, Беньковская Галина Васильевна2

башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы ул. Октябрьской революции, 3а, г. Уфа, 450000, Россия 2Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН проспект Октября, 71, г. Уфа, 450054, Россия

В работе представлены данные по оценке вирулентности штаммов Beauveria bassiana по отношению к колорадскому жуку. Выделен штамм, обладающий высокой вирулентностью. Обнаружено влияние заражения штаммом Уфа-2 на биохимические показатели функций ней-роэндокринной системы. Все это может свидетельствовать о коадаптационном этапе взаимоотношений колорадского жука и энтомопатогенных грибов.

Ключевые слова: биологический метод, энтомопатогенные грибы, колорадский жук, коадаптация.

Энтомопатогенные гифомицеты (Hyphomycetes, Deuteromycota) являются одной из перспективных групп микроорганизмов, используемых для регуляции численности членистоногих. Обычные компоненты микобиоты большинства наземных экосистем, они способны вызывать локальные эпизоотии, ограничивая численность своих хозяев. Представители этой группы хорошо изолируются и культивируются на искусственных питательных средах, экономичны в производстве и удобны в применении [1].

Одними из наиболее распространённых энтомопатогенных гифомицетов являются Beauveria bassiana (Bals.) Vuill и Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sorokin. Эти грибы — типичные космополиты, поражающие большой спектр насекомых разных родов, семейств и отрядов. При этом данные виды имеют сложную внутривидовую структуру, представленную целым рядом патовариантов (подвидов), приуроченных к конкретной группе насекомых-хозяев, в отношении которых проявляют максимальную вирулентность, а для других членистоногих являются средне- или слабовирулентными [2].

Особый интерес в настоящее время вызывают взаимоотношения энтомопатогенных грибов с новым для евразийского континента фитофагом - колорадским жуком Leptinotarsa decemlineata Say. Именно хозяино-паразитарные взаимоотношения исключительно разнообразны в разных классах животных, в том числе среди насекомых: самоопределение явления паразитизма в достаточной мере сложно и может быть сделано лишь при полном обзоре характера трофических связей в органическом мире. Эволюция любых групп животных протекала как коэволюционный процесс — такой вывод неизбежен уже вследствие самой природы животных как гетеротрофных организмов. Собственно, самой важной проблемой определения особенностей коэволюции в филогенезе данного таксона оказывается установление характера сингенетических отношений изучаемых животных [3].

До последнего времени оценка восприимчивости к микопатогенам в популяции колорадского жука на территории РБ не проводилась. Целью нашей работы стало выявление взаимоотношений колорадского жука с энтомопатогенным грибом Beauveria bassiana.

Материалы и методы

Жуков, зараженных микозом, отбирали post mortem во время токсикологических экспериментов и после их завершения. Отбирали жуков по определенной симптоматике: имаго, полностью покрытое гифами грибов; имаго с широко расставленными лапками, зафиксированное в таком положении; имаго с осветленными покровами пронотума. Проверку соотношения симптоматики с зараженностью жука микозом проводили на чашках Петри с влажной стерильной фильтровальной бумагой [4, 5], с добавкой ампициллина. Во всех случаях в течение 1-3 суток наблюдалось прорастание гифов, по цвету и морфологическим признакам соответствующих роду Beauveria.

Анализ проводили по 5-бальной шкале проявлений прорастания гриба на жуке:

1 - появление капельной воды на надкрыльях, челюстях и сочленениях суставов;

2 - гифообразование в районе челюстей и на сочленении лапок;

3 - гифообразование на поверхности брюшка;

4 - гифообразование на надкрыльях;

5 - полностью заросший грибом жук.

Учет всех зараженных имаго провели для всего объема выборок. Достоверность различия долей зараженных микопатогенами особей между выборками оценивали в контрольных группах и в вариантах токсикологических экспериментов с использованием критерия Стьюдента [6].

Определение видовой принадлежности Beauveria bassiana [4, 7] производилось с консультацией специалистов в Институте Систематики и Экологии Животных СО РАН на микроскопе Axioskop 40.

Гриб культивировали на средах Чапека, Ваксмана [8] и Сабуро [9].

Для проверки вирулентности штаммов Beauveria bassiana (Bals.) Vuill использовались 4 штамма Уфа-2, Сар-31(из кубышек итальянского пруса в Карасукском р-оне, Новосибирская область), ДВ-1 (из кобылки Acrididae sp. на территории Приморья), Ж-17 (из куколки совко-видки в с Жеребцово, НСО) из коллекции микроорганизмов лаборатории патологии насекомых Института Систематики и Экологии Животных СО РАН. Конидиальную массу грибов наращивали специалисты лаборатории патологии насекомых ИСиЭЖ СО РАН [10]. Штамм Уфа-2 был получен на основе гриба, выделенного из имаго колорадского жука, собранного в Аургазин-ском районе РБ в 2008 году.

В лабораторном эксперименте были использованы молодые имаго колорадского жука I поколения, собранного на плантации картофеля сорта Невский на территории Бирского района РБ (опытное хозяйство БНИСХ РАСХН) в августе. Каждый вариант ставился в 3 повторностях. Заражение производилось путем однократного погружения корма в суспензию гриба (титр 5-107). Учет смертности производили на 1-4-е, 7-е, 10-е, 15-е, 20-е, 25-е и 30-е сутки.

В гемолимфе, жировом теле и тканях головы имаго, через 30 суток после обработки штаммом Уфа-2 и в контрольном варианте определяли активность тирозиназы, ДОФА-оксидазы (по модифицированному методу Животенко), ацетилхолинэстеразы (по методу Элл-мана) и уровень содержания катехоламинов [11]. Все анализы проводили в индивидуальных образцах, в 3х-кратной биологической и 2х-кратной аналитической повторности. Для сравнительного анализа были выбраны только самки, предварительно взвешенные.

Результаты и обсуждения

Как нами уже было сказано, до 2008 года случаи микозов на территории РБ были единичны. С 2008 же года нами были обнаружены от 2-40% зараженных имаго, в зависимости от района республики. В 2009 году гибель имаго, вызванная микозами, достигла 60-80% в некоторых районах Башкирии (таблица 1) [12].

Таблица 1

Соотношение выборок с разной долей зараженных микопатогенами перезимовавших имаго колорадского жука на территории Республики Башкортостан

Доля зараженных особей в выборках 2008 год (25 выборок) 2009 год (23 выборки)

< 10% 48% 52,2%

10-30% 44% 34,8%

> 40% 8% 13%

При сравнении вирулентности у всех штаммов, кроме Уфы-2, смертность, обусловленная действием патогена, наблюдалась только на 15 сутки. Динамика смертности различается во всех вариантах. Это мы можем наблюдать уже на 10-е сутки (таблица 2). В варианте Сар-31 гибель не зарегистрирована. Начиная с 15-х суток, гибель, вызванная Сар-31, по сравнению с штаммом Уфа-2, ниже в 1,7-5 раз. В варианте ж-17 смертность ниже, чем в варианте Уфа-2, примерно в 1,8-3 раза. В варианте ДВ-1 наблюдается самая низкая скорость гибели по сравнению с другими вариантами (в 3-8 раз ниже, чем в Уфа-2). В случае сравнения Уфа-2 и контро-

ля, мы видим, что смертность в варианте с грибом выше в 2,6-4 раза. Подобные данные были получены нами и в опытах на личинках колорадского жука III и IV возраста, а также при постановке полевого опыта (на имаго). Таким образом, наибольшей вирулентностью по отношению к колорадскому жуку на территории РБ обладает штамм Уфа-2.

Таблица 2

Сравнение вирулентности штаммов Beauveria bassiana по отношению _к имаго колорадского жука_

Вариант Смертность в %

4 сутки 7 сутки 10 сутки 20 сутки 30 сутки

контроль 0 6,67±3,34 10±5,78 23,3±13,35 26,67±16,69

Уфа-2 0 0 46,67±8,83 60±11,56 80±10,01

ж-17 0 3,33±3,34 6,67±6,67 16,67±12,03 43,33±28,51

Сар-31 0 0 0 13,33±3,34 20±5,78

дв-1 3,33±2,72 6,67±5,45 6,67±5,45 10±4,72 26,67±7,21

Выжившие после заражения штаммом Уфа-2 особи отличаются от контрольных по ряду показателей (табл.3): у них достоверно активнее в тканях головы тирозиназа и ацетилхолинэ-стераза, ДОФА-оксидаза в гемолимфе. Уровень содержания катехоламинов у этих особей выше в тканях головы и в гемолимфе. В жировом теле у них достоверно понижена активность ДО-ФА-оксидазы и ацетилхолинэстеразы, а также уровень катехоламинов. Все наблюдаемые изменения могут свидетельствовать о том, что особи, устойчивые к воздействию токсинов микопа-тогена, имеют ряд отличий. Соотношение изменений в гемолимфе, голове и жировом теле позволяют предположить как один из вероятных вариантов механизмов устойчивости снижение активности в жировом теле ферментов в результате быстрой секреции из клеток жирового тела в гемолимфу.

Таким образом, в выборке имаго колорадского жука можно отметить наличие полиморфизма по состоянию нейроэндокринной системы, обеспечивающей реактивность организма при патогенезе и принимающей непосредственное участие в иммунном ответе - процессах инкапсуляции и нейтрализации последствий токсического стресса, развивающегося под влиянием токсинов, выделяемых микопатогеном.

Таблица 3

Биохимические показатели имаго колорадского жука, переживших заражение штаммом Beauveria bassiana Уфа-2.

Ферменты Контроль Уфа-2

гемолимфа жировое ткани гемолимфа жировое ткани

тело головы тело головы

Тирозиназа, ед.акт./мг 0,0387 0,0158 0,0271 0,0399 0,0158 0,0493

белка/мин ± 0,0047 ± 0,0021 ±0,0026 ±0,0049 ±0,0016 ±0,0241

ДОФА-оксидаза, 0,0113 0,0204 0,0059 0,0222 0,0113 0,0045

ед.акт./мг белка/мин ±0,0026 ±0,0033 ±0,0007 ±0,0012 ±0,0012 ±0,0004

Ацетилхолинэстераза, ед.акт./мг белка 0,086 ±0,025 0,088 ±0,0086 0,174 ±0,125 0,1 ±0,034 0,0204 ±0,023 0,209 ±0,059

Катехоламины, 0,036 0,0326 0,0453 0,0383 0,0033 0,05

мг/мл/мг белка ±0,002 ±0,0013 ±0,0036 ±0,0161 ±0,0009 ±0,006

Следовательно, исходя из полученных данных, мы можем предположить, что взаимоотношения энтомопатогенных грибов и колорадского жука на Южном Урале разворачиваются по пути коадаптации.

Работа поддержана грантом РФФИ

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»