CC BY
19
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2019, том 54, № 1, с. 110-120
УДК 632.937:632.937.33:575.21 doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.110rus
БИОЛОГИЯ, ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ И ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ ХИЩНОГО КЛОПА Perillus bioculatus Fabr. (Heteroptera, Pentatomidae) В КРАСНОДАРСКОМ КРАЕ*
В.Я. ИСМАИЛОВ1, И.С. АГАСЬЕВА1, В.И. КИЛЬ2, Е.В. ФЕДОРЕНКО1, М.В. НЕФЕДОВА1, Е.Н. БЕСЕДИНА1
Хищный клоп Perillus bioculatus Fabr. (1775) — представитель семейства Pentatomidae. Наиболее предпочтительным пищевым объектом этого хищника считались яйцекладки колорадского жука, и это ограничение рассматривалось как главное препятствие для акклиматизации периллюса на новых территориях. Наше исследование показало, что акклиматизировавшийся запоследние 10 лет на юге России хищник питается не только всеми наземными стадиями колорадского жука, но и личинками, жуками амброзиевого листоеда Zygogramma suturalis Fabr., гусеницами амброзиевой совки Tarachidia candefacta Hübn. (Noctuidae: Lepidoptera) и другими видами насекомых. В условиях Краснодарского края периллюс развивается в трех генерациях и представлен тремя феноформами — c красно-черной, оранжево-черной и бело-черной окраской щитка. На численность P. bioculatus в основном влияет наличие достаточной кормовой базы, также размер популяции хищника ограничивают энтомофаги — паразиты-яйцееды рода Trissolcus (Hymenoptera: Scelionidae) и мухи-фазии (Diptera: Tachinidae). Мы провели генетический анализ признака «окраска щитка» у имаго клопа периллюса, использовав семь комбинаций скрещиваний (в том числе выполнив реципрокные скрещивания) между красными, оранжевыми (или желтыми) и белыми родительскими формами. Установлено, что во всех комбинациях, включая скрещивание белых особей с белыми, насекомые в потомстве имели только красные и оранжевые щитки в соотношении 1:1 (как в Fj, так и в F2). PCR-анализ ДНК клопов P. bioculatus в потомстве F2 от скрещивания насекомых разных феноформ выявил неодинаковую частоту некоторых RAPD (random amplification of polymorphic DNA)-маркеров у клопов одинаковых феноформ в F2, то есть их генетические различия. Полученные данные свидетельствуют о неменделевском характере наследования признака «окраска щитка» у клопа периллюса, что дополнительно вызывает интерес к более детальному генетическому анализу этого признака и его изменчивости в зависимости от условий внешней среды. На основании результатов RAPD- и ISSR (inter simple sequence repeat)-PCR анализа мы оценили изменчивость молекулярно-генетической структуры географических популяций периллюса из разных зон Краснодарского края. Статистически значимые различия (p = 0,05) выявлены между популяциями почти со всеми праймерами. Старо-Нижестеблиевская популяция оказалась близка по структуре к краснодарской, тогда как ее генетическое сходство с популяцией из села Молдовановское было низким, что согласуется с их географическим положением и свидетельствует о наличии географической изменчивости генетической структуры P. bioculatus. Выполненные нами исследования подтверждают пластичность вида, что дает основание для продолжения его акклиматизации на территориях современного ареала колорадского жука.
Ключевые слова: хищные клопы, Perillus bioculatus Fabr., адвентивный вид, натурализация, PCR-анализ, генетическое сходство, колорадский жук, энтомофаги, биоконтроль.
В Европе и Азии колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata Say) акклиматизировался от южных районов Дании до Испании и Португалии, от северо-запада европейской территории России до Сибири и Дальнего Востока (1-4). Рост популяции колорадского жука при отсутствии постоянных обработок пестицидами могут ограничивать неблагоприятные погодные условия, нехватка корма или энтомофаги и энтомопатогены. Однако до недавнего времени в пределах европейского ареала этого вредителя отсутствовали специализированные энтомофаги, которые могли бы снижать его численность. Несмотря на успешное применение естественных врагов против многих видов клещей и вредных насекомых, подобные приемы против колорадского жука либо отсутствуют, либо ограничены небольшими площадями, хотя известны его эффективные естественные враги (5).
Систематически применяемые обработки инсектицидами обеспе-
* Исследования выполнены согласно Государственному заданию № 075-00376-19-00 Министерства науки и
высшего образования РФ в рамках НИР по теме № 0686-2019-0009. 110
чивают сохранение урожая сельскохозяйственных культур (6), но приводят к очень большим и во многих случаях излишним затратам из-за отсутствия учета полезной деятельности естественных врагов вредителей (7-10).
Возможность использовать биологические средства против колорадского жука привлекла внимание ученых после того, как вредитель широко распространился в США, Канаде, а затем и в Европе (11). Предметом этих исследований были патогенные микроорганизмы как основа микробиологических препаратов, местная энтомофауна (для выявления эффективных естественных врагов L. decemlineata), велись работы по интродуции энтомофагов колорадского жука из Северной Америки (5, 12, 13).
Исследования по акклиматизации североамериканского хищного клопа Perillus bioculatus Fabr. начались во Франции в 1930-е годы и активно возобновились в 1950-1960-е годы (14). На территории Европы интро-дуцировали представителей подсемейства Asopinae — периллюса Perillus bioculatus, подизуса Podisus maculiventris Say, опломуса Oplomus nigripennis var. pulcher Dull., а также паразитических мух из рода Doryphorophaga (15-17). Начиная с 1966 года, периллюса завозили в Бельгию, Францию, Германию, Италию, СССР, Словакию, Югославия, на Украину с целью естественного регулирования численности L. decemlineata (18, 19), который быстро стал нечувствительным к используемым инсектицидам (20-23), при этом проявляя перекрестную устойчивость (24-27). Для акклиматизации энтомофага была создана интернациональная рабочая группа энтомологов из ФРГ, Бельгии, Чехословакии, Венгрии, Болгарии, Польши, которые осуществляли разведение и выпуск периллюса в агроценозы (14).
В СССР работы по интродукции этого хищного клопа (как предполагаемого наиболее перспективного биоагента для контроля колорадского жука) проводились в 1960-1970 годы, но добиться его акклиматизации и/или использовать сезонную колонизацию не удалось. В последние 25-30 лет об исследованиях периллюса в России практически не сообщалось. В 2008 году в г. Краснодаре была обнаружена естественно акклиматизировавшаяся популяция периллюса (28, 29). Для выявления причин его натурализации и адаптации, определения ареала и оценки перспектив практического применения в защите против колорадского жука велись наблюдения за биологическими особенностями хищника и мониторинг морфогенетической структуры его краснодарской популяции (30, 31). В последние годы в Усть-Лабинском и Абинском районах Краснодарского края также выявлены географические популяции P. bioculatus Fabr. Ранее периллюса обнаружили в нескольких районах Кубани, Адыгеи, в Ростовской области, на Украине, в Молдавии, Турции и других странах, что дает основание для предположения о его масштабной акклиматизации в странах Старого Света (32).
Настоящая работа суммирует данные по биологии и филогении естественно акклиматизировавшегося в Краснодарском крае хищного клопа периллюса. Нами впервые выявлена географическая изменчивость генетической структуры и разнообразия краснодарской популяции этого нового для Европы вида и описаны биотические факторы, влияющие на динамику его численности.
Нашей целью было изучение биологических особенностей и фене-тической структуры популяций периллюса по окраске щитка, включая анализ характера наследования этого признака с оценкой генетического сходства популяций P. bioculatus.
Методика. Исследовали выборки P. bioculatus из различных географических популяций (Краснодарский край, Ростовская область, Респуб-
лики Адыгея), собранные в 2014-2015 годах. Наблюдения проводили в условиях стационарного севооборота (Всероссийский НИИ биологической защиты растений — ВНИИБЗР) и в хозяйствах Краснодарского края, использующих систему органического земледелия (2014-2016 годы). Учитывали яйца, личинок и имаго колорадского жука в расчете на 1 куст (картофель сортов Голландка, Удача, Луговской), численность амброзие-вого листоеда Zygogramma suturalis Fabr. в расчете на 1 м2 площади (растения, поверхность почвы и ее слой 0-12 см), а также личинок и имаго периллюса (33).
В лабораторных условиях периллюса выращивали на яйцекладках и личинках L. decemlineata, а также на гусеницах вощинной моли (Galleria mellonella L.) 2-го и 3-го возрастов. Оптимальные для развития периллюса условия — температура 24-25 °С, относительная влажность воздуха 70-80 % и фотопериод 16 ч. Использовали разработанные нами ранее режимы хранения имаго клопов (29), для непрерывного поддержания лабораторной популяции применяли методы преодоления диапаузы (В.Я. Исмаилов и др., патент РФ № 2 14122878/10, 2015).
При гибридологическом анализе (реципрокные скрещивания) по одной паре половозрелых клопов разных феноформ в комбинациях оранже-ваяб1 х красная?, красная^ х оранжевая?, красная^ х белая?, белая^ х красная?, красная^ х красная?, оранжевая^ х оранжевая?, белая^ х белая? в 5 повторностях помещали в чашки Петри. Насекомых кормили яйцекладками и личинками колорадского жука, после выкормки 2-й и 3-й генераций хищника учитывали соотношение феноформ.
Для изучения генетического полиморфизма из каждой популяций отбирали по 20 особей. ДНК выделяли CTAB-методом в нашей модификации (В.И. Киль. Методика оценки ДНК полиморфизма популяций насекомых с помощью RAPD- и ISSR-PCR). Методические рекомендации. Краснодар, 2009) с использованием соответствющих реактивов («ДиаЭм», Россия). Чистоту (по OD260/OD280) и концентрацию препаратов определяли спектро-фотометрически (Hitachi Perkin Elmer 124, «Hitachi, Ltd», Япония).
ДНК полиморфизм оценивали методом RAPD (random amplification of polymorphic DNA)- и ISSR (inter simple sequence repeat)-PCR (В.И. Киль. Методика оценки ДНК полиморфизма популяций насекомых с помощью RAPD- и ISSR-PCR). Методические рекомендации. Краснодар, 2009) (ам-плификатор iCycler, «Bio-Rad Laboratories, Inc.», США) с электрофорети-ческим разделением ампликонов (прибор Sub Cell-GT с источником питания Power Pac-Basic, «Bio-Rad Laboratories, Inc.», США; реактивы фирм ООО «ДиаЭм», Россия; «Диалат Лтд.», Россия). Использовали ДНК-по-лимеразу (5 IU/мкл, «Диалат Лтд.», Россия), маркер молекулярных масс (M 100bp, ООО «СибЭнзим», Россия) и стандартные праймеры, разработанные в «Operon Technology, Inc.» (США) (OP) и University of British Columbia (Канада) (UBC), — UBC880 (ISSR) и ОРА02, ОРА07, ОРА20, 0PB01, ОРЕ07, UBC450, UBC531 (RAPD) (синтезированы ООО «СибЭнзим», Россия). Амплифицированные фрагменты разделяли в 1,8 % агарозе («Appli-Chem GmbH», Германия). Фотодокументирование выполняли на трансиллюминаторе ЕСХ-20-М («Vilber Lourmat», Франция). Сравниваемые образцы ДНК амплифицировали в одной PCR в 2 аналитических повторностях.
Частоту встречаемости ДНК маркеров и ее изменчивость оценивали по х2-критерию, достоверность различий между средними по выборке — на основании t-критерия Стьюдента. Оценку статистических различий проводили при 5 % уровне значимости. Показатели полиморфизма вычисляли как процентное отношение числа полиморфных фрагментов к общему чис-
лу ДНК маркеров. Генетическое разнообразие популяций и генетических расстояний оценивали по М. Nei и С. Schennon, используя пакет программ POPGENE v1.31 (https://sites.ualberta.ca/~fyeh/index.html) (34).
Результаты. Мы изучили обнаруженные популяций периллюса как в полевых условиях, так и лабораторными методами. Для этого были оптимизированы режимы сохранения имаго клопов (до 10-15 сут при 4 °С) (29). Лабораторная популяция P. bioculatus поддерживалась непрерывно благодаря разработанной нами методике преодоления диапаузы посредством 10-15-суточного содержания насекомых при низких температурах (3-4 °С) с последующим лабораторным разведением в оптимальных условиях (В.Я. Ис-маилов и др., патент РФ № 2 14122878/10, 2015).
Биологические особенности и фенетическая структура популяций периллюса. Наблюдения за популяциями P. ЬютЬ^ и его жертв проводили на основе регулярных ежегодных и сезонных наблюдений. В 2015 году перезимовавшие жуки L. deсеmlinеata появились в III декаде апреля, первые яйцекладки — 1-3 мая. В I декаде мая на опытном участке на растениях картофеля отмечали первых особей Р. ЬшсиШш, во II декаде мая численность клопа начала постепенно нарастать. В начале вегетации периллюс был представлен красной феноформой, в III декаде мая появились особи белой феноформы, и только в III декаде августа — небольшое количество клопов с оранжевой окраской щитка. В этой популяции 80,0 % (603 экз.) составляли особи с красно-черным, 17,0 % (128 экз.) — с оранжево-черным и 3,0 % (23 экз.) — с черно-белым рисунком щитка (объем выборки — 754 насекомых). В 2012 году доли этих фено-форм составляли соответственно 71,3 % (445 экз.), 17,9 % (111 экз.) и 10,8 % (69 экз.), в 2013 году — 74,9 % (540 экз.), 20,1 % (144 экз.) и 5,0 % (37 экз.), в 2014 году — 70,0 % (480 экз.), 15% (103 экз.) и 15 % (103 экз.). Мы сравнили долю особей Р. ЬюсиШш с разной окраской щитка по годам, использовав х2-критерия в форме, позволяющей оценить сходство двух или более эмпирических распределений (35). В результате получили величину х2 = 11,7, которая меньше стандартной для уровня статистической значимости 5 % (х2ст.^ = 11] = 19,7). Иными словами, соотношение особей с неодинаковой окраской не зависит от года исследования (различия по годам статистически недостоверны).
В настоящее время в природных условиях Краснодарского края и Республики Молдова (36, 37) встречаются красные, белые, а также оранжевые особи. В исследованиях, проведенных Е.М. Шаговым (г. Мукачево, Закарпатская обл., 1968 год), описываются насекомые, имеющие желтую (оранжевую) и белую окраску щитка (38). Е.М. Шагов отмечал, что чем выше температура, тем светлее окраска щитка у Р. bюculatus (38). Наши наблюдения за периллюсом в природных условиях Краснодарского края подтверждают эту зависимость. В начале мая 2014 года периллюс был представлен красной морфой (среднедекадная температура в этот период составляла около 20 °С), к середине мая отмечали оранжевых особей (около 23 °С) и только к середине июля (около 24,5 °С) появилась белая морфа насекомых. Полученные нами данные согласуются с сообщением о расщеплении фермента, влияющего на формирование окраски щитка периллюса, при повышенных температурах (39). Однако в условиях лабораторного выращивания такой зависимости мы не наблюдали. Насекомые, содержащиеся в климатической камере в одинаковых условиях (камера поддерживает режим «день-ночь») также имели различную окраску щитка (в основном красную, реже оранжевую); при этом белая окраска встречалась крайне редко.
Мы установили, что в Центральной зоне Краснодарского края Р. bioculatus развивается в трех генерациях и его численность в течение всего периода вегетации составляет от 2 до 15 экз/м2 картофельного поля, что достаточно для подавления популяции колорадского жука и отмены химических обработок.
Наши наблюдения показали, что у акклиматизировавшейся в Краснодарском крае популяция Р. ЫосиШш по сравнению с интродуцированной в 1960-1970 годы расширились трофические связи с колорадским жуком: исходно периллюсы питались только яйцами этого фитофага (14, 40), тогда как у натурализовавшейся популяция кормовую базу составляли все открыто живущие стадии развития L. deсеmlinеata (яйца, личинки всех возрастов и имаго). Такое пищевое поведение хищника позволили преодолеть асинхронность развития Р. bioculatus и L. deсеmlinеata во II и III декадах апреля и в I декаде мая, что повышает выживаемость хищника и его биоре-гуляторную активность.
В селе Молдаванское (Крымский р-н, Краснодарский край, ООО «Чистая еда») популяция периллюса была представлена красной и оранжевой феноформами в соотношении 4:1. Ежегодные посадки картофеля и других пасленовых культур (томаты и баклажаны) в хозяйстве, сертифицированном по органическому стандарту, способствовали развитию кормовой базы энтомофага и создали условия для развития его двух летних генераций. Химические обработки на полях этого предприятия не проводились, и периллюс в течение всего периода веге-Рис. 1. Динамика численности имаго Leptinotarsa deсеmlinеata тации сдерживал числен-
Say, Zygogramma suturalis Fabr. и Perillus bioculatus Fabr. в период вегетации в 2014 (А) и 2015 году (Б): 1 — Z. suturalis, 2 — L. decemlineata, 3 — P. bioculatus, 4 — L. decemlineata, 5 — P. bioculatus, 6 — Z. suturalis (стационарный севооборот ВНИИБЗР, г. Краснодар).
ность колорадского жука на пасленовых культурах на уровне ниже экономического порога вредоносности.
Для оценки влияния биотических факторов на динамику развития природных популяций Р. ЬютШш мы провели наблюдения за хищником на разных стадиях его развития в естественных стациях. В первую очередь изучали кормовую базу периллюса, одновременно учитывая численность хищного клопа и его жертв — колорадского жука L. deсеmlinеata и амбро-зиевого листоеда ^ suturalis (рис. 1). На основании проведенных исследований была установлена определяющая роль кормовой базы в динамике численности хищного клопа периллюса. Например, сокращение популяций амброзиевого листоеда и колорадского жука в учетных стациях (опытные поля ВНИИБЗР) стало определяющим фактором при значи-
тельном уменьшении плотности популяции хищника, которая достигала в 2010-2012 годах 20-30 экз/м2, а в 2014-2016 годах там же составляла только 2-3 экз/м2. В это же время (в 2014-2016 годах) в юго-восточных районах Республики Адыгея, где плотность популяций амброзиевого и картофельного листоедов была высокой, численность энтомофага также оставалась высокой (до 10-15 экз/м2).
Еще один не менее важный биотический фактор — активность других энтомофагов. В некоторые годы отмечалась значительная зараженность яйцекладок периллюса паразитом-яйцеедом Trissolcus vassШievi (Мауг) (Hymenoptera: Scelionidae) — от 5 до 28 %. Мухи-фазии (подсем. Phasiinae, сем. Tachinidae) заражали 3-15 %, а эктопаразитические клещи — до 10 % имаго хищника.
Периллюс в качестве корма предпочитал яйца колорадского жука, но не менее активно поедал личинок всех возрастов и взрослых жуков. В естесвтенных условиях, кроме колорадского жука, хищник питался личинками и имаго амброзиевого листоеда и гусеницами амброзиевой совки Tarachidia candefacta НиЬп.
Характер наследования окраски щитка у клопа периллю-с а. В семи различных комбинациях скрещиваний (в том числе в реци-прокных) между красными, оранжевыми (или желтыми) и белыми родительскими формами в потомстве (как в Fl, так и в F2), в том числе при скрещивании белых особей с белыми, получили только особей с красным и оранжевым щитком в соотношении 1:1. В отличие от природной, лабораторная популяция не содержала белых феноформ. Отсутствие единообразия в Fl, отсутствие в потомстве белых феноформ и равное соотношение красных и оранжевых морфотипов в F2 свидетельствуют о неменде-левском характере наследования признака и его обусловленности (наряду с генетической компонентой) условиями содержания насекомых (температура, продолжительность фотопериода и т.д.).
Сравнительный анализ географических популяций пе-риллюса по ДНК маркерам. В 2015 году были обнаружены новые географические популяции периллюса в станице Варениковской (Краснодарский край, Крымский р-н), в поселке Шунтук (Майкопская станция Всероссийского НИИ генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Республика Адыгея) и Аксайском районе Ростовской области. На основе их сравнения по выживаемости в зависимости от вида корма была отобрана популяция, наиболее подходящая для лабораторного разведения. По биологическим показателям популяция периллюсов, собранных на растениях картофеля в селе Молдаванское, значительно отличалась от краснодарской.
В результате наиболее приспособленными для лабораторного культивирования оказались стартовые популяции из станицы Варениковская и г. Краснодара. При питании вощинной молью (ОаПепа теИопеИа L.) число отложенных яиц на одну самку у них составило 70,4-81,6 шт., а популяция из села Молдавановское оказалась непригодной для лабораторного разведения хищника. Окрылившихся клопов в этой популяции при кормлении личинок колорадским жуком оказалось всего 21,3 %, а при переводе на питание дополнительной жертвой — вощинной молью выживаемость мол-давановской популяции периллюса резко упала, что привело к потере маточной лабораторной популяции, в то время как краснодарская продолжала успешно развиваться и размножаться.
Выявленные особенности (наряду с различиями в фенотипической структуре) позволили сделать вывод о генотипических различиях популяций периллюса из окрестностей г. Краснодара и из Крымского района.
Это подтвердил PCR-анализ ДНК клопов P. bioculatus, выполненный с двумя (OPA02, OPA20) RAPD- и одним (UBC880) ISSR-праймерами. Было обнаружено отсутствие различий по ДНК полиморфизму между краснодарской и старо-нижестеблиевской (Крымский р-н, Краснодарсий край) популяциями насекомых (выборка 2014 года) (табл. 1).
1. ДНК полиморфизм и генетическая структура географических популяций Perillus bioculatus Fabr. (Краснодарский край, 2014 год)
ДНК полиморфизм, % Число ДНК-фрагментов на особь, MtSEM
СН 1 К СН 1 К
Праймер
Число детектируемых ДНК-маркеров, n
Различия между выборками по частоте ДНК маркеров, х2
100 7,9±1,4 8,2±0,7 26
100 4,0±1,3 5,0±0,8 22
_ 100 4,0±0,7 2,0±0,2* 11
Примечание. СН — станица Старо-Нижестеблиевская, К — г. Краснодар. * Различия между выборками статистически значимы ^фак1. > %).
ОРА02 ОРА20 UBC880
100 100 100
25,6 18,5 14,9
2. Генетическое разнообразие географических популяций Perillus bioculatus Fabr. в разные годы (Краснодарский край)
Показатель 2014 год 2015 год
СН 1 К СН 1 М
Генетическое разнообразие по Shennon, I±SD Генетическая идентичность по Nei 0,38±0,18 0,36±0,18 0,99 0,28±0,25 0,43±0,21* 0,86
П р и м е ч а н и е. СН — станица Старо-Нижестеблиевская, К — г. Краснодар, М — село Молдаванское. * Различия между выборками статистически значимы ^фак1. > %).
Рис. 2. RAPD-PCR-анализ ДНК Perillus bioculatus Fabr. из разных географических популяций (Краснодарский край, 2015 год): 1-10 — станица Старо-Нижестеблиевской; 11-20 — село Молдавановское; UBC450, 0РА07, 0РЕ07 — использованные праймеры; М — маркер молекулярных масс (M 100bp, «СибЭнзим», Россия). Разделение в 1,8 % агарозе.
Между исследованными выборками имелось высокое генетическое сходство — 0,99 (табл. 2). Внутрипопуляционное генетическое разнообразие у исследованных географических выборок (краснодарской и старо-
нижестеблиевской) не различалось (см. табл. 2). Полученные данные указывают на высокую миграционную способность вида и на то, что исследуемые выборки принадлежат, вероятно, к одной географической популяции.
В 2015 году для получения более развернутой информации по полиморфизму периллюса мы использовали дополнительные праймеры — OPA07, OPBOI, OPE07 и UBC450. PCR-анализ выборок (станица Старо-Нижестеблиевская и село Молдаванское, 2015 год) выявил статистически значимые различия по генетической структуре и ДНК полиморфизму практически со всеми использованными праймерам (рис. 2, табл. 3). Показатели генетического разнообразии этих выборок различались, а их генетическое сходство было относительно низким (0,86) (см. табл. 2).
3. ДНК полиморфизм и генетическая структура географических популяций Per-illus bioculatus Fabr. (Краснодарский край, 2015 год)
Праймер ДНК полиморфизм, % Число ДНК фрагментов на особь, MtSEM Число детектируемых ДНК маркеров, n Различия между выборками по частоте ДНК маркеров, х2
СН | М СН М
ОРА02 100 100 6,2±1,4 5,8±1,0 25 25,1
ОРА07 100 100 7,1±0,4 7,0±1,0 19 32,1*
ОРА20 76,9 100 7,6±0,5 2,9±0,6* 10 30,5*
ОРВ01 75,0 100 5,5±0,5 5,0±0,7 12 23,4*
0РЕ07 93,3 100 10,1±0,7 9,8±1,0 21 50,8*
UBC450 100 100 5,1±1,2 6,3±0,7 11 27,8*
Примечание. СН — станица Старо-Нижестеблиевская, М — село Молдаванское.
* Различия между выборками статистически значимы (íjaKI. > ?05, Х2факт. > х205).
Проведенный PCR-анализ показал, что низкая жизнеспособность стартовых популяций периллюса из села Молдаванское и его пищевые предпочтения, отличающие эту популяцию от других, обусловлены генетическими различиями.
В целом можно заключить, что с 2008 года, когда появились первые сообщения об акклиматизации хищного клопа P. bioculatus в Краснодарском крае (28, 32), энтомофаг, благодаря высокой миграционной способности и приобретению дополнительных трофических связей, сумел хорошо натурализоваться в этих новых условиях обитания. Получены аналогичные данные о быстром расселении хищного клопа на всей территории Молдавии (36, 37), а также в Турции (39, 41, 42), Болгарии (43) и Сербии (44). Выявленное существенное влияние кормовой базы и энтомофагов на естественную численность этого клопа позволяет предположить, что аборигенные виды энтомофагов адаптировались к полезному адвентивному виду и способны снижать его численность. В некоторые годы это может нивелировать полезную деятельность природных популяций хищника, в связи с чем необходимо совершенствовать методы искусственного культивирования периллюса и создавать оптимальные условия для его активизации и воспроизводства в естественных условиях (отсутствие химических обработок и наличие кормовой базы).
Таким образом, в Краснодарском крае акклиматизировавшийся североамериканский хищный клоп Perillus bioculatus Fabr. стал эффективным естественным регулятором численности колорадского жука. Изучение биологических особенностей периллюса выявило существенное влияние на численность природных популяций хищника кормовой базы и аборигенных видов паразитоидов. Данные, полученные при скрещивании насекомых различных феноформ P. bioculatus, свидетельствуют о неменделев-ском характере наследования окраски щитка и различном проявлении этого признака в исследованных популяциях хищника. Детальный генетиче-
ский анализ этого признака и его изменчивости в зависимости от условий внешней среды представляет научный интерес и имеет также практическое значение для оценки эффективности природных популяций энтомо-фага. Результаты оценки хищнической активности, жизнеспособности эн-томофага и данные PCR-анализа различий в генетической структуре у изученных географических популяций согласуются.
ЛИТЕРАТУРА
1. Sablon L., Dickens J.C., Haubruge É., Verheggen F.J. Chemical ecology of the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say) (Coleoptera: Chrysomelidae), and Potential for Alternative Control Methods. Insects, 2013, 4: 31-54 (doi: 10.3390/insects4010031).
2. Lawrence S.D., Novak N.G., Ju C.J., Cooke J.E. Potato, Solanum tuberosum, defense against Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say): microarray gene expression profiling of potato by Colorado potato beetle regurgitant treatment of wounded leaves. J. Chem. Ecol, 2008, 34(8): 1013-1025 (doi: 10.1007/s10886-008-9507-2).
3. Hare J.D. Ecology and management of the Colorado potato beetle. Annu. Rev. Entomol., 1990, 35: 81-100 (doi: 10.1146/annurev.en.35.010190.000501).
4. Hare J.D. Impact of defoliation by the Colorado potato beetle on potato yields. J. Econ. Entomol., 1980, 73: 369-373 (doi: 10.1093/jee/73.3.369).
5. Бабенко А.С., Штерншис М.В., Андреева И.В., Томилова О.Г., Коробов В.А. Энтомофа-ги в защите растений. Новосибирск, 2001.
6. Сухорученко Г.И., Долженко В.И., Новожилов К.В. Методы оценки действия инсектицидов на членистоногих. Вестник защиты растений, 2006, 1: 3-12.
7. Сумароков А.М. Восстановление биотического потенциала биогеоценозов при уменьшении пестицидных нагрузок. Донецк, 2009.
8. Танский В.И. Фитосанитарная устойчивость агробиоценозов. СПб, 2010.
9. Листопадова Е.С., Нефедова М.В., Агасьева И.С. Влияние биологических препаратов на комплекс энтомофагов. Международный научно-исследовательский журнал, 2014, 2(21-2): 10-11.
10. Долженко Т.В., Козлова Е.Г., Долженко О.В. Оценка действия инсектицидов на полезных членистоногих. Российская сельскохозяйственная наука, 2016, 2-3: 21-23.
11. Clausen C.P. Introduced parasites and predators of arthropod pests and Weed. World review. Washington, 1978.
12. Jasi I. On the life cycle of Perillus bioculatus (Heteroptera, Pentatomidae) in Slovakia. Acta Ent. Bohemoslovaca, 1975, 72(6): 38 -390.
13. Wegorek W.G., Pruszynski S. Stan badan nad introdukcija do Polsky wrogow naturalnych stronki ziemnisczanej (Leptinotarsa decemlineata Say). Post Nauk Roln., 1979, 5(26): 61-73.
14. Гусев Г.В. Энтомофаги колорадского жука. М., 1991.
15. Jermy T. The introduction of Perillus bioculatus into Europa to control the Colorado beetle. EPPO Bulletin, 1980, 10(4): 475-479 (doi: 10.1111/j.1365-2338.1980.tb01733.x).
16. Pruscynsky S., Wegorek W. Researchers on biology and introduction of Podisus maculiventris (Say) — new for Poland predator of the Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata Say). Mat. 22-j Ses. nauk; Inst. ochr. rosl. Poznan, 1981: 127-136.
17. De Clercq P. Spined soldier bug, Podisus maculiventris Say (Hemiptera: Pentatomidae: Aso-pinae). In: Encyclopedia of entomology /J.L. Capinera (ed.). Springer, Heidelberg, 2008, V. 4: 3508-3510.
18. Rabitsch W. True bugs (Hemiptera, Heteroptera). Chapter 9.1. Alien terrestrial arthropods of Europe /A. Roques, M. Kenis, D. Lees, C. Lopez-Vaamonde, W. Rabitsch, J.-Y. Rasplus, D. Roy (eds.). BioRisk, 2010, 4: 407-433 (doi: 10.3897/biorisk.4.44).
19. Rabitsch W. Alien true bugs of Europe (Insecta: Hemiptera: Heteroptera). Zootaxa, 2008, 1827: 1-44.
20. Wegorek P. Insecticide resistance management strategy for Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata Say) in Poland. Resistant Pest Management Newsletter, 2002, 11(2): 22-30.
21. Alyokhin A., Baker M., Mota-Sanchez D., Dively G., Grafius E. Colorado potato beetle resistance to insecticides. Am. J. Potato Res., 2008, 85(6): 395-413 (doi: 10.1007/s12230-008-9052-0).
22. Alyokhin A. Colorado potato beetle management on potatoes: current challenges and future prospects. Fruit Vegetable and Cereal Science and Biotechnology, 2009, 3: 10-19.
23. Bishop B.A., Grafius E.J. Insecticide resistance in the Colorado potato beetle. In: Chrysomelidae biology /P.H.A. Jolivet, M.L. Cox (eds.). SBP Academic Publishing, Amsterdam, The Netherlands, 1996, V. 1: 355-377.
24. Grafius E.J. Is local selection followed by dispersal a mechanism for rapid development of multiple insecticide resistance in the Colorado potato beetle? American Entomologist, 1995, 41(2):
104-109 (doi: 10.1093/ae/41.2.104).
25. Alyokhin A., Dively G., Patterson M., Castaldo C., Rogers D., Mahoney M., Wollam J. Resistance and cross-resistance to imidacloprid and thiamethoxam in the Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata. Pest Manag Sci. 2007, 63(1): 32-41 (doi: 10.1002/ps.1305).
26. Mota-Sanchez D., Hollingworth R.M., Grafius E.J., Moyer D.D. Resistance and cross-resistance to neonicotinoid insecticides and spinosad in the Colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say) (Coleoptera: Chrysomelidae). Pest Manag. Sci., 2006, 62(1): 30-37 (doi: 10.1002/ps.1120).
27. Scott I.M., Tolman J.H., MacArthur D.C. Insecticide resistance and cross-resistance development in Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata Say (Coleoptera: Chrysomelidae) populations in Canada 2008-2011. Pest Manag. Sci.., 2015, 71(5): 712-721 (doi: 10.1002/ps.3833).
28. Нейморовец В.В. Хищный клоп периллюс осваивает юг России. Природа, 2016, 2: 43-48.
29. Агасьева И.С., Нефедова М.В. Изучение возможности хранения хищных клопов подсемейства Asopinae, используемых для защиты пасленовых культур от колорадского жука. Евразийский союз ученых (ЕСУ), 2015, 6(5): 90-93.
30. Киль В.И., Исмаилов В.Я., Агасьева И.С. Особенности биологии хищного клопа Perillus bioculatus F. и изучение его филогении методом ПЦР. Российская сельскохозяйственная наука, 2012, 3: 30-33.
31. Агасьева И.С., Исмаилов В.Я., Нефедова М.В. Использование химических и биологических средств для подавления численности колорадского жука. Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2014, 3(48): 27-30.
32. Агасьева И.С., Исмаилов В.Я., Нефедова М.В., Федоренко Е.В. Видовой состав и биоре-гуляторная активность энтомофагов в системе управления численностью вредителей картофеля (Solanum tuberosum L.). Сельскохозяйственная биология, 2016, 51(3): 401-410 (doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.401rus).
33. Воронин К.Е., Пукинская Г.А., Исак И.В., Асекян Б.П., Воронина Э.Г., Бондарен-ко Н.В., Ряховский В.В., Дядечко Н.П., Яснош В.А. Методические указания по использованию критериев эффективности природных популяций энтомофагов и энтомопатогенов /Под ред. К.В. Новожилова. М., 1991.
34. Yeh F.C., Yang R.C., Boyle T.B.J., Ye Z.H., Mao J.X. POPGENE, the user-friendly shareware for population genetic analysis. Computer program and documentation. Molecular Biology and Biotechnology Centre, University of Alberta, Edmonton, 1997.
35. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
36. Deq'anschi V., Elisove^caia D., Calestru L. Plo^mja Perillus bioculatus F. (Heteroptera, Penta-tomidae) — prad torul principal al gändacului de Colorado. Akademos, 2013, 4(31): 90-93.
37. Deq'anschi V., Elisove^caia D. Predatory shield bug Perillus bioculatus F. (Hemiptera, Pentatomi-dae) in the Republic of Moldova: acclimatization or natural colonization? Proc. Int. Conf. of Zooloists «Actual problems of protection and sustainable use of the animal world diversity». Chis-inau, 2013, Iss. 8: 124-125.
38. Шагов Е.М.. Влияние температуры на хищного клопа Perillus bioculatus Fabr. (Hemiptera: Pentatomidae). Зоологический журнал, 1968, XLVII(4): 563-570.
39. Fent M., Aktaij N. Die Verbreitung des Perillus bioculatus (Fab.) (Heteroptera: Pentatomidae: Asopinae) im türkischen Teil Thrakiens. Heteropteron, 2007, 25: 7-10.
40. Coudron T.A., Kim Y. Life history and cost analysis for continuous rearing of Perillus bioculatus (Heteroptera: Pentatomidae) on a zoophytogenous artificial diet. Biological and Microbial Control. J. Econ. Entomol, 2004, 3: 807-812 (doi: 10.1093/jee/97.3.807).
41. Kivan M. Some observations on Perillus bioculatus (F.) (Heteroptera: Pentatomidae) a new record for the entomofauna of Turkey. Turkish Journal of Entomology, 2004, 28(2): 95-98.
42. Onder F., Karsavuran Y., Tezcan S., Fent M. Heteroptera (Insecta) catalogue of Turkey. Meta Basym Matbaacylyk Hizmetleri, Yzmir, 2006.
43. Simov N., Langourov M., Grozeva S., Gradinarov D. New and interesting records of alien and native true bugs (Hemiptera: Heteroptera) from Bulgaria. Acta zoologica bulgarica, 2012, 3(64): 241-252.
44. Proti L.J., Zivi N. Perillus bioculatus (Fabricius) (Heteroptera: Pentatomidae) in Serbia. Acta entomologica serbica, 2012, 17(1/2): 23-28.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ биологической Поступила в редакцию
защиты растений, 20 марта 2018 года
350039 Россия, г. Краснодар, п/о 39,
e-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Н;
2ФГБОУ ВО Кубанский государственный университет,
350040 Россия, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, e-mail: [email protected] Н
Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2019, V. 54, № 1, pp. 110-120
BIOLOGICAL CHARACTERIZATION, PHENOTYPIC AND GENOTYPIC STRUCTURE OF PREDATORY STINKBUG Perillus bioculatus Fabr. (Heteroptera, Pentatomidae) POPULATION IN KRASNODAR REGION
V.Ya. Ismailov1, I.S. Agas'eva1, V.I. Kil2, E.V. Fedorenko1, M.V. Nefedova1,
E.N. Besedina1
1All-Russian Research Institute of Biological Plant Protection, PO box 39, Krasnodar, 350039 Russia, e-mail [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] (H corresponding author);
2Kuban State University, 149, ul. Stavropolskaya, Krasnodar, 350040 Russia, e-mail [email protected] (H corresponding
author)
ORCID:
Ismailov V.Ya. orcid.org/0000-0002-6713-0059 Fedorenko E.V. orcid.org/0000-0003-4411-626X
Agas'eva I.S. orcid.org/0000-0002-1216-1106 Nefedova M.V. orcid.org/0000-0001-5390-233X
Kil V.I. orcid.org/0000-0002-3762-9019 Besedina E.N. orcid.org/0000-0002-9976-5614
The authors declare no conflict of interests Acknowledgements:
The studies were performed according to the State Task No. 075-00376-19-00 of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the framework of scientific research work on the subject No 0686-2019-0009
Received March 20, 2018 doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.110eng
Abstract
Perillus bioculatus Fabr. (1775) is a predatory bug in the family Pentatomidae, a prospective North American entomophage of the Colorado potato beetle. Earlier, Colorado potato beetle eggs were deemed the most preferable for the predator feeding and the main obstacle for perillus acclimatization on new territories. However, in monitoring perillus populations that have acclimatized in several areas of Krasnodar region for the last decade, we revealed the predators' feeding on ragweed leaf beetle (Zygogramma suturalis Fabr.) larvae and ragweed cutworm Tarachidia candefacta Hubn. (Noctuidae: Lepidoptera) caterpillars and also on all growth stages of Colorado potato beetle and other insects. In Krasnodar Krai perillus can give annually three generations and is present in three phenoforms, with red-black, orange-black and white-black scutellum. The abundance of P. bioculatus is influenced by feeding conditions and by other entomophages, e.g. egg-eaters of genus Trissolcus (Hymenoptera: Scelionidae) and tachina flies (Diptera: Tachinidae). Analysis of scutellum color inheritance in seven different crosses, including reciprocal ones, between red, orange (or yellow) and white parents showed that the F1 and F2 progeny from all combinations, including white individuals crossed with each other, have only red and orange shield (1:1). PCR analysis of P. bioculatus bugs in F2 from crossing insects of different phenoforms revealed that the bugs with the same phenoform in F2 are genetically different from each other for the frequency of certain RAPD markers. These data indicate non-Mendelian inheritance of scutellum coloration trait in perillus that additionally attract attention to the point. RAPD (random amplification of polymorphic DNA)- and ISSR(inter simple sequence repeat)-PCR analysis detected intra- and inter-population variation of the predatory bugs molecular genetic structure from different zones of the Krasnodar Krai. PCR analysis with almost all used specific primers revealed statistically significant differences (p = 0.05) in molecular genetic structure and DNA polymorphism for the populations studied. Geographic populations from the village of Staro-Nizhesteblievskaya and the city of Krasnodar (Krasnodar Krai) were genetically close while there genetic identities with the Moldavian village (Crimean region, Krasnodar Krai) population were low. This comports with their geographical location and indicates geographic variability of P. bioculatus populations' genetic structure. The researches executed by us confirm plasticity of this species and prospects for its further acclimatization within Colorado potato beetle area.
Keywords: predatory bugs, Perillus bioculatus Fabr., adventive species, acclimatization, PCR analysis, molecular genetic similarity, Colorado beetle, entomophages, biocontrol.
Научные собрания
MOSCOW CONFERENCE ON COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY (MCCMB)
(July 27-30, 2019, Moscow, Russia)
Moscow Conference on Computational Molecular Biology (MCCMB) is a biennial forum in various up-to-date areas of computational biology. It traditionally takes place in Lomonosov Moscow State University, but despite its "local" title both Russian and international scientists participate the conference. The working language of the conference is English.
Information: http://vigg.ru/nauchnaja-dejatelnost/konferencii-i-shkoly/
