CC BY
4Вестник защиты растений, 1 45
УДК 595.7:632.7
ДИСТАНТНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ ИМАГО КАЛИФОРНИЙСКОГО ТРИПСА НА ВСХОДЫ ОГУРЦА, ПОВРЕЖДЕННЫЕ РАСТИТЕЛЬНОЯДНЫМИ ЧЛЕНИСТОНОГИМИ
О.С.Юрченко, В.Н.Буров
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт Петербург
В лабораторных условиях проводили сравнительную оценку дистантной ориентации имаго калифорнийского трипса на всходы огурца, поврежденные этим же видом фитофага или самками паутинного клеща. Показано, что вне зависимости от видовой принадлежности фитофага, наносившего повреждения, и фазы развития всходов имаго трипса предпочитают заселять неповрежденные растения. Результаты ольфакторных экспериментов дают основания полагать, что избирательность поведения фитофага обусловлена локальными и системными реакциями индуцированной химической защиты растений на повреждающее воздействие, проявляющееся в продуцировании поврежденными растениями летучих репеллентов.
Еще в начале прошлого столетия были высказаны предположения о том, что растения, подобно животным, способны отвечать на повреждающие воздействия специфическими реакциями химической защиты (Beauverie, 1901; Ray, 1901). Результаты первых экспериментальных доказательств способности фитопатоге-нов индуцировать у растений ответные реакции химической защиты (Chester, 1933; Карбоне, Арнауди, 1937), резко активизировавшие работы в этом направлении, показали как всеобщность этого феномена в растительном царстве, так и большое разнообразие механизмов, его обусловливающих (Вавилов, 1935; Ross, 1961; Kuc, 1982). В практическом плане результатом интенсивного изучения механизмов индуцирования защитных реакций растений по отношению к фитопа-тогенам явилось создание синтетических аналогов природных индукторов болезнеустойчивости растений на основе бен-зотиадиазола, пробеназола, дихлоризо-никотиновой кислоты (Friedrich et al., 1996) и других, в т.ч. и отечественных препаратов на основе хитозана (Тютерев, Евстегнеева 1997; Тютерев, 1999,2000).
Упоминания о существовании и роли защитных химических реакций, индуцируемых в растениях, повреждаемых растительноядными членистоногими, появляются значительно позднее (Green, Ryan, 1972; Вилкова, 1979; Karban, Myers, 1989), а биохимические механизмы, их обусловливающие, особенно интенсивно изучаются в настоящее время.
В частности, на ряде видов растений показано, что повреждение их тканей насекомыми и клещами способно индуцировать в растении каскад специфических биохимических реакций, приводящих к биосинтезу летучих и экстрагируемых вторичных метаболитов с различными типами биологической активности в отношении фитофагов. Эти реакции могут как обладать широким спектром действия, так и быть очень специфичными, а характер их проявления зависит от таких факторов, как таксономическая и сортовая принадлежность растения, таксономическая принадлежность, пищевая специализация и фаза развития фитофага, этап органогенеза повреждаемого растения, локализация и характер наносимых повреждений, их продолжительность и интенсивность и др. (Pare, Tumlinson, 1970; Mattiacci et al., 1994; Rose et al., 1996; Dicke, 1999; Tumlinson et al., 1999). Учитывать существование такой специфичности особенно необходимо при работе с усложненными моделями, когда проводится оценка взаимодействия растений с несколькими видами фитофагов и, тем более, в системе триотрофа. В частности, на ряде объектов уже было показано, что реакция конспецифических (относящихся к тому же виду) и гетероспецифических (принадлежащих к другому виду) фитофагов на поврежденное определенным видом фитофага растение может быть как одинаковой, так и диаметрально различаться (Pallini et al., 1997; Dicke, 1999). Необходимость предвидения последствий
искусственного индуцирования устойчивости растений особенно актуальна при решении практических задач, связанных с разработкой защитных мероприятий. Именно попыткой такого рода и является настоящая работа. В статье представлены
Методика
Рассаду огурца (Cucumis sativus cv. Flarry) выращивали в лабораторных условиях в пластиковых стаканчиках (100 мл). Калифорнийского трипса и паутинного клеща (Tetranychus urticae) содержали в лабораторных культурах на растениях огурца при регулируемой температуре и влажности воздуха.
Заселение растений фитофагами с целью индукции защитных реакций растения проводили или в фазу семядольных листьев (вариант 1), или в фазу образования двух настоящих листьев (вариант 2). В варианте 1 на каждый семядольный лист помещали по 4 личинки трипса второго возраста (вар. 1Т) или самок паутинного клеща (вар. 1К) сроком на 3 суток, после чего фитофагов, а в варианте 1-К и их потомков, удаляли и растения оставляли до появления двух настоящих листьев (около 10 дней). В варианте 2 растения для заселения листьев помещали в боксы массового разведения фитофагов на 3 (вар. 2Т) или 7 дней (вар. 2К). Контрольные, незаселенные фитофагами растения выращивали во всех вариантах в аналогичные сроки и аналогичных условиях температуры, влажности и освещенности.
Сравнительную оценку реакции имаго калифорнийского трипса на поврежденные и неповрежденные растения (дистантную ориентацию) осуществляли двумя методами:
- путем наблюдения за поведением трипсов в условиях свободного выбора между поврежденными на разных этапах развития и неповрежденными растениями,
- путем сравнения оценки ориентации фитофага на запахи поврежденных и ин-тактных растений с использованием метода ольфактометрии.
Для свободного выбора в каждом варианте опыта использовали по 10 стек-
Вестник защиты растений, 1, 2005 результаты лабораторных экспериментов, целью которых являлась оценка влияния индуцируемой двумя разными видами фитофагов защитной реакции растений огурца на дистантную ориентацию имаго калифорнийского трипса (Frankliniella occidentalis).
исследований
лянных цилиндров (18х25 см) с помещенными в них по одному поврежденному и одному неповрежденному (интактному) растению огурца, на равном расстоянии между которыми выпускали по 20 особей имаго калифорнийского трипса. Используемые варианты - повреждение каждым из фитофагов в фазе семядольных листьев и в фазе двух настоящих листьев. Учеты распределения фитофага по растениям проводили через 1 и через 24 часа после начала эксперимента.
Прямую реакцию на летучие соединения, выделяемые интактными и поврежденными растениями, оценивали с помощью четырехканального ольфактометра Петтерссона (Pettersson, 1970), сообщающегося со стеклянным цилиндром, в который помещали испытываемые растения (рис. 1).
Рис. 1. Ольфактометр Петтерссона с установкой для тестирования реакции фитофагов на выделяемые растениями летучие вещества
Постоянная протяжка воздуха через каналы ольфактометра, один из которых был соединен с цилиндром, а через 3 других поступал воздух, не содержащий аромата растений, обеспечивалась с помощью всасывающей помпы. В усложненном варианте (см. ниже) ольфакто-метр соединялся с двумя цилиндрами, один из которых содержал поврежден-
Вестник защиты растений, 1
47
ное, а другой - неповрежденное растение. Скорость воздушного потока, проходящего через ольфактометр, 0.1 м/сек. Температура воздуха 20-23°С. Общая схема эксперимента: опыт - растения, поврежденные одним из фитофагов в фазе семядольных (варианты 1Т и 1К) или двух настоящих (варианты 2Т и 2К) листьев. Контроль - неповрежденные фитофагами растения в тех же фазах. Бланк - про-
тяжка воздуха, не содержащего аромата растений. Оценку реакции трипсов проводили в 15-кратной повторности на индивидуальных особях, помещаемых на 10 мин. в центральную зону ольфактометра, сравнивая направление их перемещений в пределах четырех зон, через которые воздух поступал в ольфактометр, и продолжительность пребывания в каждой из них.
Результаты исследований и обсуждение
Проведенные эксперименты показали, что в условиях свободного выбора между интактными и предварительно поврежденными трипсами всходами огурца имаго калифорнийского трипса отдают явное предпочтение ранее неповрежденным растениям. Существенно, что подобная реакция сходным образом проявляется при оценке растений, поврежденных как в фазе семядольных листьев, так и в период образования двух настоящих листьев. И в том и в другом случае уже через сутки после выпуска при свободном вы-
80 1 70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -0--
боре более 70% выпущенных особей трипса предпочитали заселять неповрежденные растения (рис. 2 а, б). Практически такая же закономерность отмечается и при оценке реакции калифорнийского трипса на растения, поврежденные гетероспецифическим видом фитофага -паутинным клещом. И в этом случае, вне зависимости от периода нанесения повреждений, интенсивность заселения трипсом неповрежденных всходов практически вдвое превышала таковую поврежденных.
'//у//.
80 70 60 50 40 30 20 10 0
+77
■
1
2 1 2
трипс
клещ
трипс
клещ
Рис. 2. Распределение имаго калифорнийского трипса по растениям через 24 часа после выпуска в садки
в условиях свободного выбора Поврежденность (%) растений в фазы семядольных (А) и двух настоящих листьев (Б) 1- поврежденное, 2- интактное
Предполагается, что непосредственной причиной снижения привлекаемости фитофагов поврежденными растениями могут быть индуцированные защитные реакции растений, одной из форм которых является выделение летучих соединений, обладающих репеллентной активностью для повреждающих их фитофагов.
Проведенные нами ольфакторные эксперименты подтверждают это предположение. Раздельное тестирование реакций трипсов на смеси летучих соединений, выделяемых интактными или по-
врежденными растениями, выявило их существенные различия. Из показателей, снимаемых в ходе эксперимента (первичный выбор трипсами зоны ольфакто-метра, количество их уходов из выбранной зоны и общая продолжительность пребывания объекта в ней), наиболее репрезентативным оказался показатель продолжительности пребывания особей в одной из зон ольфактометра. Так, если при оценке летучих, выделяемых поврежденными растениями веществ, продолжительность пребывания имаго трипсов
в зоне ольфактометра, через которую проходил воздух из цилиндра с растением, была несколько (но статистически достоверно) меньшей, чем в контрольных зонах (бланк), то при тестировании ин-тактных, неповрежденных растений средняя продолжительность пребывания трипсов в зоне, связанной с потоком воздуха, идущего от растения, значительно (более чем в 3 раза) превышала таковую бланка (контроля) (рис. 3).
Еще более четко аналогичная картина наблюдается в усложненных экспериментах, когда через ольфактометр одновременно пропускалось три независимых потока воздуха - от поврежденных фитофагом растений, от интактных растений и поток, не содержащий продуцируемых растениями веществ (бланк). И в этом случае наибольшей привлекательностью характеризовались зоны, связан-
7
6
. 5
и
я „
8 4
«
8 3
<р
га 2 1 0
.w .\v .vAw .\\\\v .\\\\v
•\\\W 1
•\\\W •\\\W
""Л
поврежденное
интактное
Вестник защиты растений, 1, 2005 ные с неповрежденными как трипсами, так и паутинными клещами растениями, в воздушном потоке которых имаго трип-сов проводили почти в 2 раза больше времени, чем в потоках, не содержащих ароматических веществ (бланк). Наименьшее количество времени трипсы проводили в зоне, связанной с поврежденными растениями (в 5 раз меньше, чем в зоне, связанной с поврежденными растениями) (рис. 4). Именно эти факты дают основания предполагать продукцию и выделение в атмосферу этими растениями защитных веществ, обладающих репеллентными свойствами для используемого в эксперименте вида фитофага. Существенно, что и те и другие вышеприведенные эксперименты свидетельствуют о том, что индуцируемая защитная реакция имеет не только локальный, но и системный характер.
2
1,5
1 -
0,5
0
интактное
бланк
Рис. 3. Продолжительность нахождения имаго трипса в зонах ольфактометра (раздельное тестирование поврежденных трипсом и интактных растений). 1- растение, 2- бланк
поврежденное клещем
Рис. 4. Продолжительность пребывания имаго трипса в зонах ольфактометра (совместное тестирование поврежденных клещом и интактных растений)
Ранее в экспериментах, проведенных на двух видах паутинных клещей, -T. urticae и T. turkestani, было показано, что индукция защитной реакции растений хлопчатника может быть вызвана повреждениями не только конспецифич-ного, но и близкородственного вида фитофага (Karban, Carey, 1984). Наши исследования показали, что и в случаях, когда повреждения наносятся значительно более отдаленными в таксономическом отношении видами фитофагов, но вызывающими в значительной степени сходные типы повреждений, они могут приводить к аналогичному результату. В то
же время в литературе имеются указания и на возможность асимметричного взаимодействия фитофагов с растением, в частности на взаимно противоположные реакции томата, вызываемые бело-крылками, минерами и гусеницами совок (1пЬаг е! а1., 1999). Несомненный интерес представляет и дальнейшее изучение вопроса о характере ответных реакций разных видов растений на повреждения фитофагов с разнообразными типами питания, ротовых аппаратов и повреждающих различные органы и ткани растений, что и предусматривается в наших дальнейших исследованиях.
Вестник защиты растений, 1,
49
Литература
Вавилов Н.И. Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям. М., 1935, с.1-100.
Вилкова Н.А. Физиологические основы теории устойчивости растений к насекомым. Автореф. докт. дисс., Л., 1979, 50 с.
Карбоне Д., Арнауди К. Иммунитет у растений. М., 1937, 106 с.
Тютерев С.Л., Евстегнеева Т.А. Механизм действия хитозана в качестве фитоактивато-ра болезнеустойчивости. /Проблемы оптимизации фитосанитарного состояния растениеводства. Сб. тр. Всерос. съезда защ. раст., СПб, 1997, с.126-131.
Тютерев С.Л. Хитозары - новая группа препаратов-активаторов болезнеустойчивости растений. /Матер. симпоз., 30.VIII-4.IX 1999, Анапа. СПб, 1999, с.14-17.
Тютерев С.Л. Совершенствование химического метода защиты сельскохозяйственных культур от семенной и почвенной инфекции. СПб, 2000, 251 с.
Beauverie J. Essais (¿"immunization des vegetaux contre les maladies cryptogamiques. /Comptees Rendus Hebdomadaires des Seances de l"Academie des Sciences, Paris, 133, 1901, p.107-110.
Chester K. The problem of acquired physiological immunity in plants. /Quartery Rev. Biol., 8, 1933, p.129-154.
Dicke M. Evolution of induced indirect defense of plants. /The ecology and evolution of inducible defenses, Princeton Univ. Press. N.Y., 1999, p.62-88.
Friedrich L., Lawton K., Reuss W. et al. A benzothiadiazole derivate induces systemic acquired resistance in tobacco. /Plant J., 10, 1996, p.61-70.
Green T.R., Ryan C.A. Wound - induced proteinase inhibitor in plant leaves: possible defense mechanism against insects. /Science, 175, 1972, p.776-777.
Inbar M., Doostdar H., Leibee G.L.,Mayer R.T.
The role of plant rapidly induced responses in asymmetric interspecific interactions among insect herbivores. /Journ. Chem. Ecol., 25, 1999, p.1961-1979.
Karban R., Carey J.R. Induced resistance of cotton seedlings to mites. /Science, 225, 1984, p.446-457.
Karban R., Myers J.H. Induced plant responses to herbivory. /Ann. Rev. Ecolog. and Systematics, 20, 1989, p.422-434.
Kuc J. Induced immunity to plant disease. /Bioscience, 32, 1982, p.854-860.
Mattiacci L., Dicke M., Posthumus A.M. Induction of parasitoid attracting synomone in brussel sprouts plants by feeding Pieris brassicae larvae: role of mechanical damage and herbivore elisitor. /J. Chem. Ecol., 20, 1994, p.2229-2247.
Pallini A., Janssen A., Sabelis M. Odour-mediated responses of phytophagous mites to conspecific and heterospecific competitors. /Oecologia, 110, 1997, p.179-185.
Pare P.W., Tumlinson J.H. De novo biosynthesis of volatiles induced by insect herbivory in cotton plants. /Plant Physiol., 114, 1970, p.1161-1167.
Ray J. Les maladies cryptogramiques des vegetaus. /Revuee Generale de Botanique, 13, 1901, p.144-151.
Rose U.S.R., Manukian A., Health R.R., Tumlinson J.H. Volatile semiochemicals released from undamaged cotton leaves. /Plant Physiol., 111, 1996, p.487-495.
Ross A.F. Systemic acquired resistance induced by localized virus infections in plants. /Virology, 14, 1961, p.344-358.
Tumlinson J.H., Pare P.W., Lewis W.J. Plant production of volatiles semiochemicals in response to insect-derived elicitors. /Insect-plant interactions and induced plant defense, Novartis Foundation Symposium, 1999, p.95-109.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 0204-50028.
DISTANT ORIENTATION IN IMAGO OF THE WESTERN FLOWER THRIPS FRANKLINIELLA OCCIDENTALIS ON THE CUCUMBER SPROUTS DAMAGED BY HERBIVOROUS ARTHROPODS O.S.Jurchenko, V.N.Burov The distant orientation in the imago of the thrips Frankliniella occidentalis was investigated on the cucumber sprouts damaged by this species as well as by females of spider mites. In all experiments, independently of both the phytophagous species and stage of sprouts, thrips preferred to colonize intact plants vs. injured plants. Reduction in the attractiveness of damaged plants, which was observed in olfactometric experiments, may be caused by producing volatiles with properties repellent both for the thrips and mites.
