ЭКОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 204-209
УДК 574.34:575.174.015.3
ПОПУЛЯЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОСПРИИМЧИВОСТИ КОЛОРАДСКОГО ЖУКА К МИКОПАТОГЕНАМ НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН © 2013 г. Е. В. Сурина, М. Б. Удалов, Г. В. Беньковская
Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН 450054 Уфа, просп. Октября, 71
e-mail: elensur87@yandex.ru Поступила в редакцию 23.03.2012 г.
Впервые на территории Республики Башкортостан проведены исследования восприимчивости колорадского жука к заражению энтомопатогенными грибами и показана ее связь с другими популя-ционно-генетическими характеристиками вида на данной территории. Выделен новый штамм Beauveria bassiana Уфа-2, проведена сравнительная оценка вирулентности нового штамма со штаммами B. bassiana из других видов насекомых (коллекция ИСиЭЖ СО РАН).
Ключевые слова: колорадский жук, Leptinotarsa decemlineata, Beauveria bassiana, резистентность к инсектицидам, восприимчивость к микопатогенам, полиморфизм.
DOI: 10.7868/S036705971303013X
Интенсивное расселение колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say на территории Евразийского материка сопровождается не менее быстрым распространением резистентности к химическим инсектицидам, что во многом обусловливает особенности формирования популяцион-ной структуры в различных регионах России (Вилкова и др., 2002; Grapputo et al., 2005).
На территории Республики Башкортостан (РБ) значительные площади картофельных частных плантаций, на которых отсутствует севооборот и нерегламентируемо применяются средства защиты, стали зоной быстрой дифференциации локальных популяций, различных по фенетиче-ской и генетической структуре, что проявляется и как мозаичный характер распространения резистентности (Беньковская и др., 2008а; Удалов, Беньковская, 2010, 2011). В целом ситуация с уровнем устойчивости к современным инсектицидам из классов фосфорорганических (ФОС) и пиретроидных соединений, а также относительно новых — неоникотиноидов, нереистоксинов и фе-нилпиразолов, на территории РБ определяется как этап формирования множественной резистентности. Замена химических препаратов такими биологическими средствами защиты, как использование энтомопатогенных микроорганизмов и внедрение сортов, устойчивых к повреждению (Крюков и др., 2007; Марданшин и др., 2010), представляется перспективной, но требует ответа на вопрос о связи
восприимчивости к патогенам с устойчивостью к инсектицидам. Однако не менее важно определение эффективности природных энтомопатогенов в снижении численности вредителя, без чего нельзя давать какие-либо рекомендации по усовершенствованию системы защиты картофеля.
Наша работа, целью которой была оценка восприимчивости к микопатогенам в локальных популяциях колорадского жука на территории РБ, является первой для региона попыткой установления связи этого фактора регуляции численности вида с уровнем устойчивости к химическим инсектицидам и другими популяционно-генети-ческими характеристиками.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Объектами исследования были личинки и имаго колорадского жука из различных районов РБ и изоляты энтомопатогенного гриба Beauveria bassiana (Bals.) Vuill. Чувствительность к инсектицидам и определение доли устойчивых особей оценивали по принятой методике (Сухорученко и др., 2006). Для опытов были использованы следующие препараты: децис (пиретроиды), актел-лик (ФОС), актара (неоникотиноиды), регент (фенилпиразолы) и банкол (нереистоксины).
Оценку уровня заражения природными мико-патогенами проводили в 2008—2009 гг. в 46 выборках из 27 районов РБ. Жуков с проявлением ми-
коза отбирали post mortem во время токсикологических экспериментов и после их завершения в соответствии с определенной симптоматикой, описанной для других видов насекомых (Штейн-хауз, 1952; Гештовт, 2002): а) имаго, полностью покрытое гифами грибов; б) имаго, зафиксированное перед гибелью с широко расставленными лапками; в) имаго с осветленными покровами пе-реднеспинки. Проверку соотношения симптоматики с зараженностью жука энтомопатогенами проводили в чашках Петри с влажной стерильной фильтровальной бумагой (Коваль, 1974; Крюков и др., 2007) с добавкой ампициллина, при 25— 27°С. Во всех случаях в течение 1—3 сут наблюдалось прорастание гиф, по цвету и морфологическим признакам соответствующих роду Beauveria.
Для описания стадий прорастания мы предлагаем следующую шкалу: 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 — тело жука полностью покрыто мицелием гриба.
Изоляты культивировали на средах Чапека, Ваксмана и Сабуро (Бойкова, Новикова, 2001). Определение видовой принадлежности Beauveria bassiana (Коваль, 1974; Евлахова, 1974) производилось в Институте систематики и экологии животных СО РАН (ИСиЭЖ СО РАН) на микроскопе Axioskop 40 с консультацией специалиста к.б.н. В.Ю. Крюкова.
Для анализа фенетического полиморфизма использовались вариации фенов рисунков, описанных в ряде работ (Фасулати, 1985; Климец, 1988; Беньковская и др., 2004; Удалов и др., 2010). Выделяют 5 вариаций рисунка темени (о, m, M, З, Ш), 3 вариации рисунка затылка (+, — и N), 9 вариаций рисунка переднеспинки (1—9) и 3 вариации рисунка надкрыльев (V, V/W, W). Вариации фенетических характеристик ранжировали по степени меланизации, объединив их в 3 морфоти-па (Беньковская и др., 2004; Беньковская, 2009). Анализ был проведен в нескольких модельных выборках (Кармаскалинский, Калтасинский, Кушнаренковский, Кигинский, Зианчуринский районы РБ). Общий объем выборок — 900 особей.
Для оценки вирулентности штаммов B. bassiana использовались четыре штамма: Уфа-2 (выделенный нами из имаго колорадского жука, Аурга-зинский р-н, РБ, 2008 г.); Сар-31(из кубышек итальянского пруса, Новосибирская обл.), ДВ-1 (из кобылки Acrididae sp., Приморье), Ж-17 (из куколки совковидки, Новосибирская обл.) из коллекции микроорганизмов лаборатории патологии насекомых ИСиЭЖ СО РАН. Конидиальную массу грибов наращивали специалисты лаборато-
рии патологии насекомых ИСиЭЖ СО РАН по методике Е.А. Никольской (1982).
В лабораторных экспериментах по проверке вирулентности были использованы личинки и молодые имаго колорадского жука летней генерации, собранные на плантации картофеля сорта Невский на территории Бирского района РБ. Каждый вариант ставился в 3 повторностях. Заражение производилось путем однократного погружения листьев картофеля в суспензию спор (титр 5 х 107). В контрольном варианте использовали чистую воду. Учет смертности производили ежедневно в течение недели, а затем учитывали каждые 5 сут в течение месяца.
Выделение ДНК проводили по методу P. Chomc-zynski, N. Sacchi (1987) из тканей головы имаго колорадского жука. Анализ мутации в гене ацетил-холинэстеразы (AChE) колорадского жука осуществляли методом ПЦР (Беньковская и др., 20086; Clark et al., 2001).
В гемолимфе и гомогенатах жирового тела и тканей головы самок через 30 сут после обработки штаммом Уфа-2 и контрольном варианте определяли активность ацетилхолинэстеразы (АХЭ) по методу Эллмана (Моралев, Майзель, 1986).
Достоверность различий в опытах оценивали с использованием критерия Стьюдента. Для оценки взаимосвязи параметров использовался коэффициент корреляции Пирсона (Лакин, 1990). Суммарную гибель личинок рассчитывали с поправкой на контроль по формуле Аббота, а величины смертельных концентраций — методом про-бит-анализа в модификации Миллера—Тейнтера (Сухорученко и др., 2006).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В процессе работы нами было подтверждено, что характерная симптоматика (погибшие от токсического паралича особи с широко расставленными конечностями и особи с фоном покровов переднеспинки, осветленным вследствие разрастания гиф) свидетельствует о заражении жука эн-томопатогенным грибом. При помещении имаго во влажные камеры наблюдалось прорастание гиф на поверхности надкрыльев, сочленении лапок, головы и на брюшной стороне тела жука. При дальнейшем пассаже мицелия на среду Сабу-ро можно было наблюдать грибные колонии белого цвета. Определено, что выделенный из зараженного колорадского жука гриб относится к виду Beauveria bassiana. Штамм был назван "Уфа-2".
При сравнении результатов обработки имаго штаммом Уфа-2 и контроля мы видим, что смертность в варианте с патогеном на протяжении всего эксперимента была выше в 2.6—4 раза (рис. 1а). Смертность с выраженными симптомами микоза
Смертность, % (а)
(б)
Время опыта, сут
Рис. 1. Динамика смертности имаго (а) и личинок IV возраста (б) колорадского жука при заражении штаммами В. Ъй881апа\
1 - контроль, 2 - Уфа-2, 3 - Сар-31, 4 - ДВ-1, 5 - Ж-17.
в варианте со штаммом Уфа-2 была максимальной по сравнению с остальными вариантами, в вариантах со штаммами Ж-17 и ДВ-1 она была на уровне контроля, тогда как в варианте со штаммом Сар-31 минимальной. Значения смертности имаго в варианте со штаммом Сар-31, зарегистрированной только после 15 сут, были ниже, чем в варианте со штаммом Уфа-2, в 1.7-5 раз, для варианта со штаммом Ж-17 - в 1.8-3 раза, для варианта со штаммом ДВ-1 - в 3-8 раз.
В опытах с личинками IV возраста колорадского жука наблюдалась наибольшая смертность в вариантах со штаммами Уфа-2, Ж-17 и Сар-31. Но при этом различались сроки гибели: почти 100%-ная смертность в варианте с нашим штаммом зарегистрирована на 8-е сутки, а в остальных вариантах на 2-5 сут позже, тогда как в варианте со штаммом ДВ-1 даже через две недели смертность была только 75% (рис. 1б).
Таким образом, наибольшей вирулентностью по отношению к колорадскому жуку в нашем эксперименте обладал штамм Уфа-2. Штамм Сар-31, который является наиболее вирулентным для колорадского жука в Новосибирской области (Крюков и др., 2009), на нашей территории показал себя слабовирулентным. Это может быть обусловлено различиями в состоянии локальных популяций колорадского жука, степенью их стабильности и
уровнем как специфической, так и неспецифической устойчивости, о чем свидетельствуют результаты токсикологической характеристики локальных популяци
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.