CC BY
7УДК 633.491:632.9/.938.1
Вг-ТРАНСГЕННЫЙ СОРТ КАРТОФЕЛЯ КАК СРЕДСТВО БОРЬБЫ С РЕЗИСТЕНТНЫМИ К ПИРЕТРОИДАМ ПОПУЛЯЦИЯМИ КОЛОРАДСКОГО ЖУКА
Г.И.Сухорученко, Т.И.Васильева, Г.П.Иванова
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
В лабораторных и вегетационных опытах установлено, что Вг-трансгенный сорт картофеля Супериор Ньюлив, продуцирующий бета-эндотоксин, вызывает глубокое угнетение жизнедеятельности личинок и имаго, чувствительных и резистентных к пиретроидам популяций коро-радского жука. В то же время показана возможность отбора Вг-трансгенным картофелем в популяциях насекомого морф имаго с 3 и 6 типами рисунка переднеспинки, ответственных за развитие его резистентности к пиретроидам. Одновременно выявлено снижение чувствительности к битоксибациллину в резистентных к пиретроидам популяциях вредителя.
По мере развития методов генной инженерии большое значение в сельскохозяйственной практике Аргентины, Бразилии, США, Канады, Китая, Австралии, Индии, ЮАР и ряда других стран стали приобретать трансгенные (генетически модифицированные) сорта растений, обладающие устойчивостью к вредителям, фитопатогенам, гербицидам и другим стрессовым факторам. В 2004 г. площади под трансгенными растениями в мире составили 67 млн га и предполагается их увеличение через 5 лет до 100 млн га (Перелет, 2004).
Из 54 сортов генетически модифицированных культур, созданных к началу XXI века, наибольшее распространение во многих странах получили Bt-транс-генные сорта хлопчатника, картофеля, томата, кукурузы, табака и рапса, в геном которых имплантированы гены бактерии Bacillus thuringiensis, ответственные за экспрессию энтомоцидных белков, защищающих эти культуры от вредных членистоногих. Так, с 1995 г. в США выращивают Bt-трансгенные сорта картофеля Супериор Ньюлив, Атлантик Ньюлив и Рассет Бербанк Ньюлив, продуцирующие бета-эндотоксин СгуЗА и обладающие высокой
Методика
Работа выполнялась в 1999-2001 гг. с генетически модифицированным сортом картофеля Супериор Ньюлив (фирма "Монсанто", США) и его исходным сортом Супериор (американской селекции). Оба сорта выращивали из клубневого материала, полученного из Центра "Био-
токсичностью для колорадского жука, что обеспечивает высокий защитный эффект в борьбе с вредителем (Wierenga et al., 1996; Allyokhin, Ferro, 1999).
Использование Bt-трансгенных сортов резко снижает объемы применения пестицидов, затраты на производство растениеводческой продукции и нормализует фитосанитарную обстановку в агробио-ценозах (Shelton, 2004). Эти сорта представляют также интерес для антирезистентных стратегий, так как эффективны против резистентных к инсектицидам популяций вредителей, например, хлопчатника (Benedict et al., 1996; Roush, 1997; Meng, 2004; Shelton, 2004).
Поскольку в основных зонах картофелеводства России колорадский жук развил резистентность к большинству применяемых пиретроидов, а в южных зонах - также перекрестную резистентность к фосфорорганическим инсектицидам (Су-хорученко, 2001). Целью настоящих исследований являлась оценка возможности использования Bt-трансгенных сортов картофеля в качестве средства борьбы с резистентностью к инсектицидам в популяциях вредителя.
исследований инженерия" РАН. Опыты проводили согласно разработанным методикам оценки влияния трансгенных растений на жизнедеятельность и микроэволюционные преобразования колорадского жука (Вилкова и др., 2001). Для их постановки собирали перезимовавших имаго насеко-
мого на производственных полях или посадках картофеля в частном секторе, отличающихся интенсивностью применения инсектицидов: эпизодически обрабатываемые популяции - ленинградская (пригород г. Павловска), нижегородская (Нижегородская обл., Кстовский район) и регулярно обрабатываемые (2-3 раза за сезон) популяции из Белгородской области - белгородская (Белгородский район), грайворонская (Грайворонский район). Собранных имаго воспитывали в лаборатории при комнатной температуре в стеклянных сосудах (по 20 особей в каждом при соотношении 1^:3$), выстланных фильтровальной бумагой и закрытых бязью, на листьях картофеля сорта Чародей (селекция НПО "Белогорка"). Банки ежедневно просматривали и меняли в них корм. Полученные кладки яиц вредителя помещали в чашки Петри, а отродившихся из них личинок отсаживали в 0.5-литровые банки с кормом и воспитывали до нужного возраста или до имаго.
Первым этапом исследований являлось определение степени резистентности разных популяций колорадского жука к применяемому в практике пирет-роиду суми-альфа 50 КЭ (действующее вещество эсфенвалерат) и микробиологическому препарату битоксибациллину, П (действующее вещество бета-эндотоксин) с помощью стандартной токсикологической методики (Сухорученко и др.,2004). Для этого листья картофеля сорта Чародей окунали на 3 секунды в водные эмульсии или суспензии препаратов в серии концентраций и подсушивали на фильтровальной бумаге, после чего на них подсаживали 2- дневных личинок 2 возраста. Контакт насекомого с отравленным кормом - одни сутки, после чего корм заменялся свежим, необработанным инсектицидами. Контроль - личинки, подсаженные на необработанные листья картофеля. Листья с подсаженными личинками помещали в чашки Петри, выстланные фильтровальной бумагой, и содержали в камерах при температуре +21-22°С и относительной влажности 55-60%.
Опыты закладывали в 4 повторностях, по 10 личинок в каждой. Учеты их смертности проводили через 1.3 и 5 суток после первичной подсадки на листья картофеля. После каждого учета корм в чашках меняли на более свежий. На основании полученных рядов смертности рассчитывали значения СК50 и СКд5 инсектицидов с использованием компьютерной программы метода пробит-анализа по Финни (Васильева, Зубанов, 2004). О снижении чувствительности вредителя к токсикантам судили по показателю резистентности (ПР), который представляет собой величину отношения значений их СК50 для анализируемой популяции к СК50 для нижегородской, условно принятой за чувствительную.
Далее в лабораторных и вегетационных опытах изучали влияние трансгенного сорта на жизнеспособность колорадского жука в сравнении с обработками суми-альфа и битоксибациллином. В лабораторных исследованиях личинок вредителя разного возраста подсаживали на листья В1-трансгенного картофеля и листья его исходного сорта Супериор, обработанные производственными концентрациями битоксибациллина или суми-альфа с последующей (через сутки) пересадкой на чистый корм. В контрольном варианте личинок подсаживали на листья сорта Супериор, которые окунали в чистую воду. Каждый вариант опыта закладывали в 4 повторностях по 10 личинок в каждой. Условия содержания подопытных насекомых такие же, как и в предыдущих опытах. Наблюдения за выживанием личинок проводили в течение 10 суток.
Выживших в каждом варианте лабораторных опытов личинок после окончания учетов пересаживали в литровые банки с кормом, наполненные опилками, для наблюдений за их дальнейшим развитием до образования имаго нового поколения.
Вегетационные опыты проводили в теплице ВИЗР с популяциями колорадского жука, отличающимися по степени резистентности к пиретроидам. При их закладке по два клубня картофеля В1-трансгенного сорта, а также сортов Су-
Вестник защиты растений, ,3, 2005 периор или Чародей высаживали в вегетационные сосуды объемом 5 литров. Хорошо развитые растения картофеля генетически не модифицированных сортов опрыскивали битоксибациллином, суми-альфа и после подсыхания заселяли личинками разных возрастов или жуками летнего поколения, полученными в лаборатории и ничем до этого не питавшихся. Одновременно подсаживали насекомых этих же стадий развития на растения трансгенного сорта. Контролем служили насекомые, развивающиеся на растениях традиционных сортов картофеля без обработок инсектицидами. Каждый вариант опыта в зависимости от наличия тестируемого материала закладывали в трех-четырех повторностях с 10-15 особями личинок или имаго (в соотноше-
нии 1^:2$). Сосуды содержали на стеллажах в тканевых изоляторах для предотвращения миграции фитофага. Наблюдения за его развитием проводили сразу после подсадки и до ухода в зимнюю диапаузу, а также весной после реактивации перезимовавших имаго. При этом оценивали такие показатели, как выживаемость, сроки образования предкуко-лок, куколок и имаго, начало периода откладки яиц, средняя плодовитость самок, масса имаго и личинок. Изучали также изменения фенотипической структуры исследуемых популяций колорадского жука под влиянием трансгенного сорта по долевому соотношению (в % к общему числу особей в выборке) 9 основных морф рисунка центральной части переднеспинки имаго (Фасулати,1985).
Результаты
Получены существенные различия в чувствительности тестируемых популяций колорадского жука к инсектициду суми-альфа вследствие разной интенсивности применения пиретроидов в местах их сбора (табл. 1).
Так, наблюдается активное развитие резистентности к суми-альфа в популяциях колорадского жука из Белгородской области, подвергающихся многие годы регулярному воздействию инсектицидов этого химического класса. Наиболее высокие ее уровни (45-91х ПР) выявлены в грайворон-ской популяции, собранной в частном секторе, где посадки картофеля ежегодно обрабатывают инсектицидами не менее 3 раз за сезон. Белгородская популяция, собранная в частном секторе, где интенсивность применения инсектицидов ниже (не более 2 раз за сезон), характеризуется средними уровнями резистентности (12-36.4х ПР).
Необходимо отметить, что ранее в этих же популяциях отмечалась резистентность к фастаку и фьюри (Сухорученко и др., 2000), то есть в данной зоне картофелеводства у колорадского жука формируется групповая резистентность к пиретроидам.
В ленинградской популяции в 2000 г. был отмечен начальный этап формирования резистентности к суми-альфа (табл. 1).
исследований
Таблица 1. Токсичность инсектицидов для колорадского жука из разных зон возделывания картофеля на 5 сутки после обработки
_(лабораторный опыт, ВИЗР)_
СК50 д.в., для Показатель „ личинок II воз- резистентно-
Год раста, % сти (ПР)
БТБ* Суми-альфа БТБ Суми-альфа
Нижего- 1999 0.07 0.0000055 1.0 1.0
родская
Ленин- 1999 0.07 0.0000066 1.0 1.1
градская 2000 0.40 0.0000400 5.7 7.3
2001 0.12 0.0000270 1.7 4.9
Белго- 1999 0.09 0.0000660 1.3 12.0
родская 2000 0.30 0.0002000 4.3 36.4
2001 0.27 0.0001000 3.9 18.2
Грайво- 1999 0.12 0.0002480 1.7 45.0
ронская 2000 0.90 0.0003500 13.0 63.6
2001 0.95 0.0005500 13.6 91.0
*БТБ- битоксибациллин.
Это, по нашему мнению, связано с увеличением интенсивности использования пиретроидов против колорадского жука в индивидуальных и фермерских хозяйствах области в связи с резко возросшей его численностью и вредоносностью в последние годы. Нижегородская популяция оказалась самой чувствительной к инсектицидам, так как была собрана на производственных полях опытного хозяйства, в котором обработки инсектицидами проводят
эпизодически в результате соблюдения регламентов их применения. Эта популяция была принята нами за условно чувствительную, так как значения среднеле-тальных концентраций пиретроидов для нее в 1999 г. (Сухорученко и др., 2000) были близки к таковым для стандартной популяции из Белоруссии (Быховец, 1978).
Ленинградская и нижегородская популяции оказались также чувствительны и к битоксибациллину, но было обнаружено медленное развитие резистентности к этому инсектициду в популяциях из Белгородской области. Поскольку би-токсибациллин практически не применяют на картофеле против колорадского жука в хозяйствах этой области, можно заключить, что в резистентных к пирет-роидам популяциях вредителя происходит индукция перекрестной резистентности к микробиологическим препаратам на основе бета-эндотоксина.
Дальнейшие наблюдения за развитием личинок, выживших в вариантах с низкими концентрациями препаратов, показали, что их действие на насекомое не ограничивается 5 сутками. Оно пролонгировано и проявляется на стадиях формирования куколки и имаго. В итоге до стадии имаго даже в самых низких концентрациях инсектицидов доходила незначительная часть (не более 3-4) личинок, в то время как в контроле (развитие на необработанных листьях сорта Чародей) из них образовывалось 60-70% имаго нового поколения.
В лабораторных экспериментах было установлено, что Вг-защищенный сорт не уступает в токсичности битоксибацилли-ну или суми-альфа, вызывая 100% смертность личинок II возраста всех тестируемых популяций после суточного их пребывания на его листьях (табл. 2).
Однако скорость наступления летального эффекта различалась в зависимости от степени резистентности популяции к суми-альфа. Личинки II возраста чувствительных популяций погибли, в основном, на 3 сутки после подсадки при линьке на III возраст, в то время как личинки резистентных популяций достига-
Вестник защиты растений, ,3, 2005 ли Ш возраста и погибали в массе на 7 сутки при линьке на IV возраст. Смертность личинок самого старшего IV возраста после суточного пребывания на трансгенном картофеле была незначительной и 70-80% особей окукливалось независимо от степени их чувствительности к пиретроидам. Однако в дальнейшем происходила 100% гибель образовавшихся куколок чувствительных популяций, в то время как из куколок резистентных популяций отрождалось 2030% имаго нового поколения.
Пиретроид суми-альфа вызывал высокую смертность личинок IV возраста всех тестируемых популяций, и только в наиболее резистентной к этому инсектициду грайворонской популяции сформировалось незначительное количество (10% от исходного) куколок. Однако отродившиеся из этих куколок молодые жуки также погибали. К битоксибациллину личинки IV возраста оказались более устойчивыми, чем к суми-альфа, так как в вариантах опыта с этим инсектицидом их смертность колебалась в пределах 20-50%, что было близко к смертности в варианте опыта с сортом Супериор, на растениях которого завершали развитие 50-80% питавшихся им личинок П возраста и 7090% - личинок IV возраста (табл. 2).
Из образовавшихся куколок появлялось 40-60% имаго нового поколения. Однако более низкий процент образовавшихся имаго на сорте Супериор (в сравнении с сортом Чародей) дает основание отнести его к относительно устойчивым к колорадскому жуку сортам картофеля.
Результаты вегетационных опытов подтвердили данные лабораторных исследований о сильном токсическом действии Вг-защищенного картофеля на колорадского жука. В течение 10 суток после подсадки на растения наблюдалась 100% смертность личинок П и Ш возрастов как чувствительной (ленинградской), так и резистентной (белгородской) к су-ми-альфа популяций (табл. 3). При этом на листьях трансгенных растений не удалось выявить явных следов питания личинок, что дает основание предпола-
Вестник защиты растений, ,3, 2005 гать их гибель от обезвоживания организма либо от голода, которая происходила при линьке на Ш или IV возраст соответственно.
Таблица 2. Выживаемость популяций колорадского жука, отличающихся по чувствительности к пиретроидам, на разных токсических фонах (лабораторный опыт, ВИЗР,1999) Смертность (%) % ку-Воз- личинок после колок раст подсадки на ли- от ис-Варианты* ли- стья по дням ходно-
чи- _учета_го к-ва
нок 1 3 5 7 10 личи-
нок
Ленинградская популяция
В^сорт II 0 50 10 40 - 0
IV 0 0 20 - - 80
Сорт-контроль П 0 0 20 - 20 80
IV 0 10 - - - 90
+1% БТБ П 10 50 40 10 - 0
IV 0 0 10 10 - 80
+0.067% су- П 100 - - - - 0
ми-альфа IV 0 30 60 - - 10
Нижегородская популяция
В^сорт П 0 100 - - - 0
IV 0 0 20 10 - 70
Сорт-контроль П 0 10 10 10 20 50
IV 0 10 10 10 - 70
+1% БТБ П 0 60 20 20 - 0
IV 0 10 10 20 - 60
+0.067% су- П 100 - - - - 0
ми-альфа IV 50 20 30 - - 0
Белгородская популяция
В^сорт П 0 20 80 - - 0
IV 0 0 20 10 - 70
Сорт-контроль П 0 10 10 - - 80
IV 0 10 10 - - 80
+1% БТБ П 0 40 40 - 20 0
IV 0 10 10 10 - 70
+0.067% су- П 100 - - - - 0
ми-альфа 1У 0 50 50 - - 0
Грайворонская популяция
В^сорт П 0 20 80 - - 0
IV 0 20 - - - 80
Сорт-контроль П 0 10 10 - - 80
IV 0 10 - - - 90
+1% БТБ П 0 10 50 10 - 0
IV 0 0 20 - - 80
+0.067% су- П 50 10 40 - - 0
ми-альфа IV 0 40 50 - - 10
*Опыт с 4 повторностями по 10 личинок в каждой. В^сорт - генетически модифицированный сорт картофеля Супериор Ньюлив, сорт контроль - исходный сорт Супериор.
При подсадке на растения трансгенного картофеля личинок IV возраста
имели место единичные, еле заметные повреждения растений, но этого было достаточно для проявления пролонгированного токсического эффекта в отношении как самих личинок, так и образующихся из выживших особей последующих стадий развития насекомого. Основная часть личинок IV возраста погибала в течение первых 10 суток после подсадки на трансгенный картофель и к концу личиночного пзериода выживало 37.5-53.5% их особей. Между 10-30 сутками происходила гибель образующихся предкуколок и куколок, из которых выжило только 2.5% в ленинградской популяции и 45.8% в белгородской. Между 30-40 сутками происходила дальнейшая гибель куколок или имаго нового поколения. В результате этого в чувствительной к суми-альфа популяции вообще не образовалось имаго, в резистентной популяции от исходного количества личинок, подсаженных на трансгенный сорт, появилось 15.2% имаго нового поколения, которые после пересадки на сорт Чародей через некоторое время также погибли (табл. 3).
Сильнее всего резистентность колорадского жука к пиретроидам сказывается на выживаемости его имаго, питающихся трансгенным картофелем (еле заметные повреждения листьев и более сильные повреждения стеблей). Так, после подсадки на растения трансгенного сорта перезимовавших имаго выжило и ушло в диа-паузу 4.4% жуков чувствительной и 26.7% жуков резистентной к суми-альфа популяций. Однако необходимо отметить, что жизнедеятельность выживших на трансгенном сорте картофеля жуков была нарушена, в связи с чем они не размножались. В то же время при интенсивном питании традиционным сортом Чародей наблюдалась высокая степень выживания всех стадий развития насекомого тестируемых популяций, и в различных вариантах опыта образовывалось от 70 до 90% диапаузирующих имаго (табл. 3).
В отличие от трансгенного сорта, жуки всех популяций, развивающиеся на сорте Чародей, активно спаривались и откладывали яйца. Количество откладываемых яиц варьировало от 40 до 130 штук на самку, однако не было выявлено достоверных раз-
личий в плодовитости самок чувствительных и резистентный: к пиретроидам популяций.
О степени выживаемости колорадского жука в зависимости от показателей резистентности его популяции к пиретроидам свидетельствуют также данные изменений численности имаго летнего поколения на растениях трансгенного картофеля и его исходного сорта, обработанного суми-альфа или битоксибациллином (табл. 4).
Вестник защиты растений, ,3, 2005 жуков грайворонской популяций. Эти данные подтверждают выводы лабораторных опытов (табл. 1) о том, что резистентность к пиретроидам, в частности к суми-альфа, индуцирует перекрестную резистентность к бета-эндотоксину в популяциях вредителя.
Как и в предыдущем опыте (табл. 3), длительное питание (42 дня) молодых имаго белгородской популяции растениями транс-
Таблица 3. Влияние В^трансгенного картофеля на выживаемость колорадского жука отличающихся по чувствительности к пиретроидам популяций (вегетационный опыт, теплицы ВИЗР, 2001)
% особей по дням после под-Фаза садки
% жу-
1
5
10 20 30 40
Ленинградская популяция на Bt-сорте
L2 69.8 9.4 5.7 0 0 0 0 L3 62.5 52.5 22.5 0 0 0 0 L4 67.5 35.0 37.5 30.0 2.5 0 0 Имаго 100 64.4 71.1 46.7 15.6 8.9 4.4 Ленинградская популяция на сорте Чародей L2 100 90.0 90.0 70.0 70.0 70.0 70.0 L3 100 90.0 90.0 80.0 80.0 80.0 80.0 L4 100 100 100 100 90.0 90.0 90.0
Имаго 100 96.7 93.3 93.3 90.0 86.7
86.7
Белгородская популяция на В^сорте L2 79.3 3.4 0 0 0 0 0 L3 100 36.4 36.4 0 0 0 0 L4 100 53.5 53.5 53.5 45.8 15.2 0 Имаго 100 68.3 66.7 70.0 40.0 31.7 26.7 Белгородская популяция на сорте Чародей L2 100 93.1 93.1 93.1 93.1 93.1 93.1 L3 100 100 81.8 81.8 81.8 81.8 81.8 L4 100 100 100 100 95.0 95.0 95.0 Имаго 100 100 90.0 80.0 70.0 70.0 70.0
*Опыт с личинками разных возрастов в 4-х повторностях с 10 личинками в каждой, в 3-х повторностях с 15 имаго в каждой. °От исходного количества личинок.
Таблица 4. Выживаемость имаго колорадского жука отличающихся по чувствительности к пиретроидам популяций на разных токсических фонах (вегетационный опыт, теплицы ВИЗР, 2000)
Варианты*
% особей от исходного количества по дням учетов после подсадки
3
7
Ленинградская популяция
% жу-
О
10 21 31
Bt-сорт 70 30 30 30 30 0
Сорт Супериор 80 80 80 50 50 45.0
То же + 1% БТБ 30 20 20 20 0 0.0
То же + 0.067% 30 30 30 30 30 0.0
суми-альфа
Белгородская популяция
Bt-сорт 40 40 40 40 0 35.0
Сорт Супериор 100 60 60 40 30 42.2
То же + 1% БТБ 90 80 40 10 10 64.3
То же + 0.067% 80 40 40 20 20 7.1
суми-альфа
Грайворонская популяция
Bt-сорт 100 70 50 20 20 33.3
Сорт Супериор 70 60 60 10 10 50.0
То же + 1% БТБ 50 50 50 40 20 58.0
То же + 0.067% 50 50 40 40 30 33.3
суми-альфа
Опыт с 3 повторностями по 15 i каждой.
°От исходного количества личинок.
Во всех вариантах опыггов с токсикантами имела место 100% гибель имаго ленинградской популяции, находящейся на начальном этапе ее формирования к пиретроидам.
Однако наблюдалась значительная выживаемость имаго резистентных к суми-альфа белгородской и грайворонской популяций в вариантах с трансгенным сортом и обработкой сорта Супериор битоксибациллином. Даже в варианте с обработкой исходного сорта суми-альфа в диапаузу ушло 7.1% имаго белгородской и 33.3%
генного сорта вызывало существенное нарушение жизнедеятельности насекомого В частности, жуки не размножались (табл. 5). Имаго, ушедшие в диапаузу (42.8%) и выжившие после зимовки (20%), весной также не приступали к откладке яиц. Однако при меньшем сроке (4 суток) пребывания жуков на трансгенном сорте с последующей пересадкой на исходный сорт происходило их спаривание и откладка яиц. Плодовитость в этом варианте опыта составляла в среднем 103 яйца/самку (табл. 5), но от основной
Вестник защиты растений, ,3, 2005 части особей (60% от исходного количества), впавших в диапаузу, и той части из них, которая благополучно перезимовала (22.2%), не было получено потомства. В то же время самки контрольного варианта в среднем откладывали 174 яйца. После реактивации перезимовавшие имаго раз-
4
Необходимо также отметить, что при питании жуков генетически модифицированным картофелем резко меняется их этология. Выше отмечалось, что в вегетационных опытах жуки предпочитали питаться стеблями трансгенных растений, а не листьями, в отличие от жуков, питавшихся листьями верхнего или среднего яруса растений картофеля сортов Чародей или Супериор. Существенно различаются и сроки начала периода откладки яиц. Если при питании имаго растениями обычного сорта кладки яиц появлялись через трое суток после спаривания имаго, то при питании трансгенным картофелем - только через 13 суток. При этом вместо характерных для колорадского жука компактных кладок яиц (по 30-40 штук в каждой), располагаемых, в основном, на нижней стороне листьев, на трансгенных растениях самки откладывали одиночные яйца беспорядочно.
Резкое нарушение В1-трансгенным сортом жизнедеятельности и этологии имаго колорадского жука свидетельствует о глубоком угнетении физиологического состояния насекомых. Даже еле заметные повреждения растений при пребывании имаго на трансгенном сорте в течение 4 суток приводили более чем к
множались, но плодовитость была низкой (от 35 до 60 яиц на самку) в отличие от особей, перезимовавших в природных условиях (от 180 до 1340 яиц на самку), что может быть связано с особенностями содержания насекомых в изолированных сосудах малого объема.
50% снижению такого важного для развития насекомых показателя, как масса тела, что вызывало снижение их плодовитости (табл. 5). Еще большая степень угнетения жизнедеятельности под воздействием генетически модифицированного сорта наблюдается на преимаги-нальных стадиях развития колорадского жука. Личинки П и Ш возрастов, как указывалось выше, полностью погибают при линьке на последующий возраст. У личинок IV возраста, как и у имаго, пребывание на трансгенном сорте даже 4 суток приводит к существенной потере массы тела, в связи с чем основная часть их погибает на стадии формирования куколки (табл. 3,5). При кратковременном (одни сутки) развитии личинок на трансгенных растениях в результате нарушений метаморфоза происходит гибель образующихся из них куколок или окрылившихся имаго (табл. 2). Таким образом, колорадский жук, несмотря на некоторую выживаемость отдельных стадий его развития в резистентных к пиретроидам популяциях, не завершает под воздействием В1-трансгенного картофеля полного цикла своего развития.
В то же время полученные данные о различной реакции на сорт Супериор
Таблица 5. Жизнедеятельность колорадского жука белгородской популяции в зависимости от
длительности воздействия В^трансгенного картофеля на разные стадии его развития _(вегетационный опыт, теплицы ВИЗР, 2000)_
Варианты питания
Стадии развития личинок и имаго
Масса тела
Откладка яиц
исходная, мг
через 4 дня питани % от ис-
мг
ходной
начало после спаривания, дни
яиц/ 9
суток В^сортом IV возраст 64.5±8.2 40.6±6.1 62.9
;алее на Супериор Имаго 144±21 64.7±6.2 44.9
0
13
0
103±15
остоянно :а В^сорте
IV возраст Имаго
65.2±5.0 150.6±10
43.2±2.6 60.5±5.4
33.7 40.2
остоянно а Супериор
IV возраст Имаго
64.5±5.2 134.4±6.5
146.0±10.2 180.2±5.2
226.4 134.1
160±15 174±11
Ньюлив и микробиологический препарат битоксибациллин популяций вредителя, отличающихся чувствительностью к пи-ретроидам, свидетельствуют о возможности адаптации колорадского жука к бета-эндотоксину. В связи с этим изучали изменения популяционной структуры жука, относящегося к разным географи-
Вестник защиты растений, ,3, 2005 ческим расам, при содержании молодых имаго на трансгенном и традиционном (Чародей) сортах картофеля. Результаты анализа фенотипического облика тестируемых популяций свидетельствуют о том, что обе популяции характеризуются присутствием в них 9-ти основных морф (табл. 6).
Таблица 6. Фенотипическая структура популяций колорадского жука, отличающихся чувствительностью к пиретроидам (лабораторный опыт, 2001)
К-во
Доля основных морф имаго в популяции, % от общего количества особей в выборке
выборке 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ленинградская 140 18.6 9.3 17.9 10.7 15,о 26.4 0.7 0.7 0.7
Белгородская 126 7.9 11.1 30.0 0.8 12.6 30.0 0.8 0.8 6.0
Если рассматривать локализацию этих популяций в ареале вредителя, то ленинградская популяция по доле особей с 1, 2, 4 и 5-м типами рисунка (15.3-19.1% каждого из данных типов) относится, согласно С.Р. Фасулати (1987), к северной географической расе. В белгородской популяции доля особей с этими типами рисунка была значительно ниже (варьировала в пределах от 0.9 до 12.9%), но были более высоки доли особей с 3-м и 6-м типами рисунка (30-31%), что характерно для южных географических рас.
Проанализированных имаго подсаживали на В1-трансгенный и традиционный сорта картофеля. Наблюдения за их развитием выявили существенные различия в выживаемости отдельных внутрипопу-ляционных форм в зависимости от принадлежности имаго к той или иной географической популяции, отличающейся
степенью резистентности к пиретроиду суми-альфа (табл. 7). Так, после питания на В1-защищенном картофеле в чувствительной популяции выжили только жуки с 3 (50%) и 6 (50%) типом рисунка. Возможно, отсутствие других морф жука в этой популяции связано с небольшим количеством анализируемых особей, но по полученным данным можно судить о направленности в ней микроэволюционных преобразований. В белгородской популяции имаго с этими типами рисунка также были представлены в большем количестве (33.7-37.7%), однако выживали частично и морфы, маркированные 1, 5, 7, 8 и 9-м типами рисунка. Что касается вариантов опыта с обычным картофелем, то различия в частоте встречаемости морф в обеих популяциях в сравнении с исходным материалом были менее существенны.
Таблица 7. Изменение фенооблика популяций колорадского жука под влиянием трансгенного _картофеля (лабораторный опыт, 2001)_
Популяции
Сорт
К-во жуков
Доля основных морф имаго в выборке, %
подсажено
ушло в диапаузу
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ленин- Чародей 70 25 12.0 4.0 24.0 12.0 16.0 24.0 0.0 4.0 4.0
градская В^сорт 70 10 0.0 0.0 50.0 0.0 0.0 50.0 0.0 0.0 0.0
Белгород- Чародей 63 18 11.1 0.0 33.3 5.6 5.6 38.9 0.0 0.0 5.6
ская В^сорт 63_18 11.1 0.0 38.9 0 5.6 33.3 5.6 5.5 0.0
В опытах 2002-2004 гг. было установлено, что фенотипическая структура популяций колорадского жука с высокими показателями резистентности к суми-
альфа (ростовская - 200х, белгородская -188.2х, харьковская -180х) характеризуется преимущественным содержанием в них долей имаго с 3-м и 6-м типами ри-
Вестник защиты растений, ,3, 2005 сунка и незначительным (в пределах 14%) - остальных морф (Васильева и др., 2004). Регрессионный анализ выявил тесную связь частоты встречаемости морфы с 3-м типом рисунка в этих популяциях с показателями их резистентности к пи-ретроидам (г= 0.91). Морфа с 6-м типом рисунка оказалась термозависимой, от-
вечающей за адаптацию насекомого к сезонным изменениям температуры, и одновременно, как более жизнеспособная, за резистентность и к пиретроидам. Следовательно, эти морфы имаго наиболее ответственны, по сравнению с другими морфами, за развитие резистентности к пиретроидам в популяциях вредителя.
Заключение
Результаты выполненных исследований жизнедеятельности колорадского жука по ряду биологических показателей свидетельствуют о том, что генетически модифицированный сорт картофеля Супериор Ньюлив является сильным фактором угнетения его популяций, в т.ч. и резистентных к пиретроидам. При этом необходимо подчеркнуть тот факт, что высокий биологический эффект В1-трансгенного сорта в отношении всех стадий развития вредителя определяется антибиотическими свойствами исходного сорта Супериор, усиленными токсичностью продуцируемого им бета-эндоток-сина. В то же время наблюдается полиморфизм географических популяций колорадского жука по признаку резистентности к пиретроидам с преобладанием морф с 3-м и 6-м типами рисунка переднеспинки имаго в резистентных популяциях. Селективный отбор бета-эндотоксином трансгенного сорта
именно этих морф и индукция резистентности к нему самому в устойчивых к пиретроидам популяциях являются основой для адаптации колорадского жука к В1-трансгенному картофелю и биопрепаратам типа БТБ в случае их интенсивного использования. Однако низкая жизнеспособность всех внутри-популяционных групп, включая имаго, при питании трангенными растениями будет тормозить микроэволюционный процесс адаптациогенеза вредителя к данному фактору в полевых условиях. Если будет решен положительно вопрос внедрения В1-транс-генных сортов картофеля в сельскохозяйственную практику нашей страны, но только при обязательном условии их безвредности для человека и домашних жи-вотных, то они длительное время будут являться эффективными средствами борьбы с резистентными к применяемым пестицидам популяциями колорадского жука.
Литература
Быховец С.Л. Сравнительная токсичность инсектицидов для колорадского жука. /Химия в сельском хозяйстве, 5, 1978, с.42-45.
Васильева Т.И., Зубанов Е.А. Методические рекомендации "Оценка инсектоакарицидной и синер-гистической активности фосфорорганических и других химических соединений". СПб, 2004, 29 с.
Васильева Т.И., Иванова Г.П., Сухорученко Г.И., Иванов С.Г., Шевченко Н.М. Изменения фенотипической структуры популяций колорадского жука под влиянием пиретроидов и других факторов. /Химический метод защ. раст. Состояние и перспектива повышения экологической безопасности. Материалы ме-ждунар. научно-практической конференции, СПб, 2004, с.43-45.
Вилкова Н.А., Сухорученко Г.И., Фасулати С.Р., Иващенко Л.С., Васильева Т.И., Иванова
Г.П., Дорохов Д.Б. Методические рекомендации по проведению исследований влияния трансгенных сортов картофеля на жизнедеятельность и микроэволюционные преобразования колорадского жука. СПб, 2001, 18 с.
Переплет Р.А. Замечания по экономическим аспектам распространения ГМО/ГМО. Скрытая угроза России. Центр экологической политики России, Общенациональная ассоциация генетической безопасности. М., 2004, с.111-116.
Сухорученко Г.И. Резистентность вредных организмов к пестицидам - проблема защиты растений второй половины ХХ столетия в странах СНГ. /Вестник защ. раст., 1, 2001, с.18-37.
Сухорученко Г.И., Долженко В.И., Васильева Т.И., Иванов С.Г., Зверев А.А. Проблема резистентности колорадского жука к современным инсектицидам. /Современные системы защиты
и новые направления в повышении картофеля к колорадскому жуку. М., Наука, сер. Генет. инж. и экология, 1, 2000, с.93-99.
Сухорученко Г.И., Васильева Т.И., Иванов С.Г. Колорадский жук. /Мониторинг резистентности к пестицидам в популяциях вредных членистоногих (Методические указания). СПб, 2004, с.76-77.
Фасулати С.Р. Полиморфизм и популяционная структура колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say. (Coleoptera: Chrysomedae) в европейкой части СССР. /Экология, 6, 1985, с.50-56.
Фасулати С.Р. Внутривидовая структура колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say. (Coleoptera: Chrysomedae) и популяцион-но-биологические аспекты устойчивости к нему сортов картофеля. Автореф. канд. дисс., Л., 1987, 20 с.
AHyokhin A.V., Ferro D. N. Relative fitness of Colorado potato beetle (Coleoptera; Chrysomelidae) resistant and susceptible to Basillus thuringienses Cry 3A toxin. /J. Econ. Entomol, 92, 3, 1999, p.510-515.
Веnedict J.H., Sahs E.S., Altman D.W., Deaton W.R., Kohel R.J., Ring D.R., Berbtrich S.A. Performance of cotton expressing
Вестник защиты растений, ,3, 2005 transgenic Cryis insecticidal proteins for resistance to Heliothis virescens and Helicoverpa zea (Lepidoptera, Noctuidae). /J. Econ. Entomol., 89.1, 1996, p.230-238.
Meng Xiang-qing, Fan Xian-Lin, Rui Chang-Hui. Resistance dynamics in Helicoverpa armigera Hubner in Hebei province from 2001 to 2003. /Plant Protection towards 21st Centure. Proceed. XY International Plant Protection Congress, Beijing, China, 2004, р.205.
Roush R.T. Bt-transgenic crops: just another pretty insecticide or chance for a new start in resistance management? /J. Pestic.Sci., 51, 1, 1997, p.328-334.
Shelton A.M. Development and development of transgenic insecticidal crops in pest management. /Plant Protection towards 21st Centure. Proceed. XY International Plant Protection Congress, Beijing, China, 2004, р.13-15.
Wierenga J.M., Norris D.L., Whalon M.E. Stage-specific mortality of Colorado potato beetle (Coleoptera: Chrysomelidae) feeding on transgenic potato. /J. Econ. Entomol., 89, 2, 1996, p.1047-1052.
USE OF A BT-TRANSGENIC CULTIVAR OF POTATO TO CONTROL THE COLORADO POTATO BEETLE POPULATIONS RESISTANT TO PYRETROIDS G.I.Sukhorutshenko, T.I.Vasilieva, G.P.Ivanova In the laboratory and vegetative experiments it has been established that the Bt-transgenic cultivar of potato Superior NewLeaf producing -endotoxin, provokes a deep suppression of vital activity in larvae and adults of both the susceptible and resistant to pyretroids populations of the pest. At the same time, it is possible to select with Bt-transgenic potato cultivars the morphs of the pest adults with 3 and 6 color patterns on pronotum which are associated with the development of its resistance to pyretroids. A decrease in susceptibility to bitoxibacillin in the pest populations resistant to pyretroids has been showed.
