CC BY
5лови
Амурский зоологический журнал, 2024, т. XVI, № 1
Amurian Zoological Journal, 2024, vol. XVI, no. 1
www.azjournal.ru
Щ Check for updates
https://www.doi.org/10.33910/2686-9519-2024-16-1-97-102
http://zoobank.org/References/BE32BD8D-CDAC-4428-83B7-17F19E49E9FA
УДК 595.763.79:591.393:591.147.6.
Изменение уровня гормонов стресса в теле личинок картофельной коровки Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858 (Coleoptera: Coccinellidae) в ответ на стрессоры различного генеза
М. В. Ермак, Н. В. Мацишинан, О. А. Собко, П. В. Фисенко
ФНЦ агробиотехнологий Дальнего Востока им. А. К. Чайки, ул. Воложенина, д. 30б, пос. Тимирязевский,
692539, г. Уссурийск, Россия
Сведения об авторах
Ермак Марина Владимировна E-mail: [email protected] SPIN-код: 1508-8155 Scopus Author ID: 57488489200 ORCID: 0000-0002-3727-8634
Мацишина Наталия Валериевна E-mail: [email protected] SPIN-код: 7734-6656 Scopus Author ID: 57218616526 ORCID: 0000-0002-0165-1716 Собко Ольга Абдулалиевна E-mail: [email protected] SPIN-код: 8082-5318 Scopus Author ID: 57218617568 ORCID: 0000-0002-4383-3390 Фисенко Пётр Викторович E-mail: [email protected] SPIN-код: 9916-1382 Scopus Author ID: 26532574300 ORCID: 0000-0003-1727-4641
Аннотация. Стрессор — любое достаточно сильное воздействие на организм: жара, холод, голод, интоксикация и т. д. Гормоны стресса оказывают определенный физиологический эффект на организм насекомого. Выявлено, что воздействие стрессоров приводит к повышению уровня гормонов стресса (мг% адреналина) у личинок Henosepilachna vigintioctomaculata. При питании на сорте картофеля Belmonda, а также термическом воздействии (укол раскаленной иглой) выявлено резкое повышение уровня гормонов стресса у фитофага (мг% адреналина) относительно контроля, составившего 14,9 ± 1,21 и 14,53 ± 1,25 соответственно. При развитии микозов (Beauveria bassiana) и бактериозов (Bacillus thuringiensis) у картофельной коровки уровень гормонов стресса (мг% адреналина) в теле личинок плавно нарастает и поддерживается на стабильно высоком уровне по мере протекания патогенеза.
Права: © Авторы (2024). Опубликовано Российским государственным педагогическим университетом им. А. И. Герцена. Открытый доступ на условиях лицензии СС БУ-ЫС 4.0.
Ключевые слова: гормоны стресса, двадцативосьмипятнистая картофельная коровка, стресс, микозы, Приморский край
Changes in stress hormones in potato ladybird larvae Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858 (Coleoptera: Coccinellidae) depending on the type of stress
M. V. Ermak, N. V. Matsishina®, O. A. Sobko, P. V. Fisenko
Federal Scientific Center of Agricultural Biotechnology of the Far East named after A. K. Chaiki, 30b Vologenin Str.,
Timiryazevsky stl., 692539 Ussuriysk, Russia
Authors Marina V. Ermak
E-mail: [email protected] SPIN: 1508-8155 Scopus Author ID: 57488489200 ORCID: 0000-0002-3727-8634 Nataliya V. Matsishina E-mail: [email protected] SPIN: 7734-6656 Scopus Author ID: 57218616526 ORCID: 0000-0002-0165-1716 Ol'ga A. Sobko
E-mail: [email protected] SPIN: 8082-5318 Scopus Author ID: 57218617568 ORCID: 0000-0002-4383-3390
Petr V. Fisenko E-mail: [email protected] SPIN: 9916-1382 Scopus Author ID: 26532574300 ORCID: 0000-0003-1727-4641
Copyright: © The Authors (2024). Published by Herzen State Pedagogical University of Russia. Open access under CC BY-NC License 4.0.
Abstract. A stressor is any sufficiently strong effect on the body: heat, cold, hunger, intoxication, etc. Stress hormones have a certain physiological effect on the insect's body. It was revealed that exposure to stressors leads to an increase in the level of stress hormones (mg% adrenaline) in the larvae of Henosepilachna vigintioctomaculata. The stressors included using the Belmonda potato variety, as feed and thermal exposure (pricking with a hot needle). The exposure of Henosepilachna vigintioctomaculata larvae to the above stressors resulted in a sharp increase in the level of stress hormones (mg% adrenaline) relative to the control 14.9 ± 1.21 and 14.53 ± 1.25, respectively. The development of mycoses (Beauveria bassiana) and bacteriosis (Bacillus thuringiensis) in the potato ladybird leads to a gradual increase in the level of stress hormones (mg% adrenaline) in the larvae body. As the pathogenesis progresses, the level of stress hormones is maintained at a consistently high level.
Keywords: stress hormones, twenty-eight-spotted potato ladybird, stress, mycoses, Primorsky Krai
Введение
Стрессовая реакция, обусловленная нейроэндокринными процессами организма, универсальна и возникает в ответ на стимулы от неблагоприятных воздействий различной природы (Еремина, Грунтенко 2017). В общебиологическом плане стресс-реакция сформировалась в процессе эволюции как необходимое неспецифическое звено более сложного целостного механизма адаптации.
По мнению Г. Селье, стрессор — всякое достаточное сильное (не обязательно экстремальное) воздействие: тепло, холод, эмоциональное воздействие, болевые раздражения, голодание, интоксикация и т. д. (Селье 1979). Автор также отмечал, что в динамике комплекса неспецифических защитно-приспособительных реакций в качестве ответа на стрессовое воздействие
закономерно прослеживаются три стадии («триада Селье»): 1) реакция тревоги, 2) стадия резистентности, 3) стадия истощения (Селье 1979; Еремина, Грунтенко 2017).
Гормоны стресса выделяются в гемолимфу, оказывая определенный физиологический эффект на нервную систему, что способствует смене периода гиперактивности состоянием прострации (Вилкова 1993; Шпирная и др. 2006). Одновременно с этим гормоны стресса насекомых участвуют в регуляции углеводного обмена, контролируя распад гликогена через образование циклического аденозин-3',5'-фосфата в мышцах, жировом теле, а также уровень свободной трегалозы в гемолимфе насекомого (Вилкова 1993; Шпирная и др. 2006; Мацишина и др. 2023). Кроме того, гормоны стресса ингибируют секрецию в гемолимфу проторакотропного гормона, вследствие чего снижается титр гормона
линьки, происходит задержка развития, возникают проблемы при прохождении линек. Исследователи отмечают также резкое снижение активности эстераз юве-нильных гормонов, в результате чего увеличивается аллотропная активность мозга, повышается содержание ювенильных гормонов и насекомые не могут пройти личиночно-имагинальную линьку, либо имаго становятся уродливыми, часто бескрылыми и имеющими куколочное строение брюшка (Селезнёв, Раушенбах 2003).
Ранее нами было установлено, что питание на устойчивых сортах приводит к повышению уровня гормонов стресса у картофельной коровки (Ма1818Ь1па е! а1. 2023). Однако вызывало сомнение, не влияют ли на физиологическую реакцию организма фитофага стрессы иного генеза (абиотические и биотические). Это определило цель нашего исследования. Данная работа посвящена изучению уровня гормонов стресса в теле личинок картофельной коровки при воздействии стрессоров различного генеза.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились на личинках картофельной коровки Henosepilachna vigintioctomaculata Мо18сКиЫ<у, 1858 (Со1еор1ега: Сосс1пе1Шае), воспитываемых в лабораторной колонии. Принципы создания лабораторной колонии описаны в других наших исследованиях (Мацишина и др. 2021).
Дизайн многофакторного эксперимента использован по Е. А. Чертковой и соавторам в нашей модификации: в схему эксперимента добавлены контроль 1 (обработка дистиллированной водой) и контроль 2 (питание на устойчивом сорте картофеля Be1monda) (Черткова и др. 2016). Опытные образцы содержались на листьях сорта картофеля Смак, который в наших исследованиях показал отсутствие какого-либо негативного воздействия на картофельную коровку (Ма181зЫпа е! а1. 2023).
Для количественного определения содержания адреналина у картофельной ко-
ровки пользовались методом Б. С. Ронина (Ронин, Старобинец 1989), модифицированным для работы с личинками и имаго насекомых (Вилкова 1993; Шпирная и др. 2006; Matsishina et al. 2023; Мацишина и др. 2023), выборка — 350 шт.
Данные в тексте представлены как среднее арифметическое ±SD. Для анализа использована программа PAST v.3.17 (Кара-казьян, Уразаева 2020).
Результаты и их обсуждение
Экстремальное повышение уровня гормонов стресса (мг% адреналина) зафиксировано в варианте с ожогом раскаленной иглой. В первые сутки после ожога показатель уровня гормонов стресса превысил в 12,7 раза контроль 1 (обработка водой) и был достоверно равен показателю контроля 2 (питание на листьях сорта Belmonda), составив 14,53 ± 1,25 и 14,9 ± 1,21 соответственно. Перегрев и переохлаждение приводили к повышению уровня гормонов стресса (мг% адреналина), однако адаптация картофельной коровки к колебаниям муссонного климата Приморского края нивелировала данные воздействия, вследствие чего уровень гормонов стресса на третьи сутки даже незначительно снижался (рис. 1) (Ermak et al. 2022).
При инфицировании личинок картофельной коровки бактериями Bacillus thuringiensis было отмечено увеличение уровня гормонов стресса по отношению к контролю 1 (обработка водой), однако в сравнении с контролем 2 (питание на устойчивом сорте Belmonda) этот стрессор оказался самым слабым. Заражение Beauveria bassiana также приводило к увеличению уровня гормонов стресса относительно контроля 1 (обработка водой), причем воздействие стрессора оставалось стабильным, что указывает на развитие патогенеза микоза. На третьи сутки коровки, зараженные спорами B. Bassiana, теряли подвижность и прекращали питаться. При этом уровень гормонов стресса в данном варианте эксперимента был ниже, чем в контроле 2 (питание на устойчивом сорте Belmonda), в 1,62 раза.
Сопоставимые результаты были получены в работе Е. А. Чертковой для колорадского жука (Черткова и др. 2016). Однако в работе коллег не указано, на листьях какого сорта картофеля содержались личинки в процессе эксперимента, и в результатах нет поправки на стрессовое воздействие кормового растения. Тем не менее, при заражении личинок колорадского жука энтомопатогенным грибом В. Ьаззгапа отмечалось достоверное повышение титра дофамина в гемолимфе. Поскольку дофамин является предшественником норадре-налина в метаболомных путях, это напрямую свидетельствует о стрессовом воздействии энтомопатогенов на организм насекомого и отчасти подтверждает наши результаты (Замощина 2006).
Необходимо обратить внимание на то, что питание на устойчивом сорте картофеля по силе стрессового воздействия оказалось сопоставимо с ожогом. Это указыва-
ет на важное значение пищевого фактора для популяции двадцативосьмипятнистой картофельной коровки. Пища служит не только единственным источником энергии, но также и единственным источником пластического обеспечения, поэтому нельзя забывать, что возможность самой жизни отдельных организмов, процветание вида и нормы его реакций в первую очередь зависят от суммы энергетического и пластического обеспечения. Всё указывает на доминирующее положение пищевых связей (Bala et al. 2018; Мацишина и др. 2023; Matsishina et al. 2023). У фитофагов при питании на устойчивых сортах сельскохозяйственных культур наблюдается нарушение пищевого поведения, увеличиваются энергозатраты на поиски мест питания, захвата и утилизации пищи, снижаются выживаемость, масса особей и их плодовитость, меняются фракционный состав липидов и соотношение жирных кислот, динамика
накопления гликогена, активность окислительных и пищеварительных ферментов (Wilson et al. 2019). Всё это делает сорта картофеля удобным модельным объектом для изучения влияния пищевого фактора на популяцию фитофагов в целом и картофельной коровки в частности.
Заключение
При термическом воздействии на картофельную коровку выявлено резкое повышение уровня гормонов стресса. Воздействия низкими и высокими температурами вызывали сравнимо низкую
стрессовую реакцию. Таким образом, на примере картофельной коровки показано, что пищевой ресурс выступает как стресс-фактор, по силе воздействия на организм насекомого сравнимый с термическим ожогом.
Финансирование
Исследование выполнено в рамках государственного задания FNGW-2022-0007.
Funding
The research was carried out within the framework of the State Task FNGW-2022-0007.
Литература
Вилкова, Н. А. (ред.). (1993) Методические рекомендации по изучению и оценке форм картофеля на устойчивость к колорадскому жуку. М.: ВИЗР, 47 с.
Еремина, М. А., Грунтенко, Н. Е. (2017) Нейроэндокринная стресс-реакция насекомых: история развития концепции. Вавиловский журнал генетики и селекции, т. 21, № 7, с. 825-832. https:// doi.org/10.18699/VJ17.302
Замощина, Т. А. (2006) Основы межклеточной сигнализации. Простаноиды и регуляторные пептиды. Томск: Изд-во Томского государственного университета, 163 с.
Караказьян, С. А., Уразаева, Л. Ю. (2020) Возможности обработки данных с помощью программного продукта PAST. Наукосфера, № 11-2, с. 185-191.
Мацишина, Н. В., Ермак, М. В., Фисенко, П. В. и др. (2023) Роль факторов иммунитета картофеля в формировании трофических реакций Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858. Амурский зоологический журнал, т. 15, № 3, с. 623-636. https://doi.org/10.33910/2686-9519-2023-15-3-623-636
Мацишина, Н. В., Фисенко, П. В., Ермак, М. В. и др. (2021) Пища как фактор плодовитости, продолжительности развития и изменения морфометрических показателей у Henosepilachna vigintioctomaculata (Motschulsky). Овощи России, № 5, с. 81-88. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-5-81-88
Ронин, Б. С., Старобинец, Г. М. (1989) Руководство к практическим занятиям по методам клинических лабораторных исследований. М.: Медицина, 320 с.
Селезнёв, К. В., Раушенбах, И. Ю. (2003) Гипотеза паразитарного стресса при заражении насекомых микроспоридиями. Паразитология, т. 37, № 4, с. 316-322.
Селье, Г. (1979) Стресс без дистресса. М.: Прогресс, 128 с.
Черткова, Е. А., Дубовский, И. М., Ярославцева, О. Н. и др. (2016) Изменение уровня дофамина в гемолимфе личинок капустной совки Mamestra brassicae L. (Lepidoptera: Noctuidae) и колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say (Coleoptera:Chrysomelidae) при различных патогенезах. Евразиатский энтомологический журнал, т. 15, № 1, с. 60-67.
Шпирная, И. А., Ибрагимов, Р. И., Шевченко, Н. Д. (2006) Протеолитическая активность экстракта личинок колорадского жука. В кн.: Биология — наука XXI века. 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых (Пущино, 17-21 апреля 2006 г.). Пущино: ЭксПресс, с. 103.
Bala, K, Sood, A. K., Pathania, V. S., Thakur, S. (2018) Effect of plant nutrition in insect pest management: A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, vol. 7, no. 4, pp. 2737-2742.
Ermak, M. V., Matsishina, N. V., Fisenko, P. V. (2022) Phenology of the 28-spotted potato ladybird beetle Henosepilachna vigintioctomaculata in the south of the Russian Far East. Vegetable Crops of Russia, no. 3, pp. 62-70. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2022-3-62-70
Matsishina, N. V., Ermak, M. V., Kim, I. V., Fisenko, P. V., Sobko, O. A., Klykov, A. G., Emelyanov, A. N. (2023) Allelochemical interactions in the trophic system "Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky-Solanum tuberosum Linneus". Insects, vol. 14, no. 5, p. 459. http://dx.doi.org/10.3390/insects14050459
Wilson, J. K., Ruiz, L., Duarte, J., Davidowitz, G. (2019) The nutritional landscape of host plants for a specialist insect herbivore. Ecology and Evolution, vol. 9, no. 23, pp. 13104-13113. https://doi. org/10.1002/ece3.5730
References
Bala, K, Sood, A. K., Pathania, V. S., Thakur, S. (2018) Effect of plant nutrition in insect pest management:
A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, vol. 7, no. 4, pp. 2737-2742. (In English) Chertkova, E. A., Dubovskiy, I. M., Yaroslavtseva, O. N. et al. (2016) Changes in the dopamine levels of hemolymph of cabbage armyworm Mamestra brassicae L. (Lepidoptera: Noctuidae) and Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata Say (Coleoptera: Chrysomelidae) at various pathogenesis. Eurasian Entomological Journal, vol. 15, no. 1. pp. 60-67. (In Russian) Eremina, M. A., Gruntenko, N. E. (2017) Nejroendokrinnaya stress-reaktsiya nasekomykh: istoriya razvitiya kontseptsii [The neuroendocrine stress-response in insects: The history of the development of the concept]. Vavilovskij zhurnal genetiki i selektsii — Vavilov Journal of Genetics and Breeding, vol. 21, no. 7, pp. 825-832. https://doi.org/10.18699/VJ17.302 (In Russian) Ermak, M. V., Matsishina, N. V., Fisenko, P. V. (2022) Phenology of the 28-spotted potato ladybird beetle Henosepilachna vigintioctomaculata in the south of the Russian Far East. Vegetable Crops of Russia, no. 3, pp. 62-70. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2022-3-62-70 (In English) Karakazyan, S. A., Urazaeva, L. Yu (2020) Vozmozhnosti obrabotki dannykh s pomoshch'yu programmnogo produkta PAST [Data processingby using PAST]. Naukosfera—Naukosphere, no. 11-2, pp. 185-191. (In Russian). Matsishina, N. V., Ermak, M. V., Fisenko, P. V. et al. (2023) Rol' faktorov immuniteta kartofelya v formirovanii troficheskikh reaktsij Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858 [The role of potato immunity factors in the formation of trophic reactions of Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858]. Amurskij zoologicheskij zhurnal — Amurian Zoological Journal, vol. 15, no. 3, pp. 623-636. https://doi.org/10.33910/2686-9519-2023-15-3-623-636 (In Russian) Matsishina, N. V., Ermak, M. V., Kim, I. V., Fisenko, P. V., Sobko, O. A., Klykov, A. G., Emelyanov, A. N. (2023) Allelochemical interactions in the trophic system "Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky-Solanum tuberosum Linneus'. Insects, vol. 14, no. 5, p. 459. http://dx.doi.org/10.3390/insects14050459 (In English) Matsishina, N. V., Fisenko, P. V., Ermak, M. V. et al. (2021) Pishcha kak faktor plodovitosti, prodolzhitel'nosti razvitiya i izmeneniya morfometricheskikh pokazatelej u Henosepilachna vigintioctomaculata (Motschulsky) [Food as a factor of fertility, development duration, and changes in morphometric parameters in Henosepilachna vigintioctomaculata (Motschulsky)]. Ovoshchi Rossii — Vegetables Crops of Russia, no. 5. pp. 81-88. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-5-81-88 (In Russian) Ronin, B. S., Starobinets, G. M. (1989) Rukovodstvo k prakticheskim zanyatiyam po metodikam klinicheskikh laboratornykh issledovanij [Guide to practical exercises on methods clinical laboratory tests]. Moscow: Meditsina Publ., 320 p. (In Russian) Seleznev, K. V., Rauschenbakh, I. Yu. (2003) Gipoteza parazitarnogo stressa pri zarazhenii nasekomykh mikrosporidiyami [Hypothesis of parasitic stress caused by microsporidiosis of insects]. Parazitologiya, vol. 37, no. 4, pp. 316-23. (In Russian) Selye, H. (1979) Stress bez distressa [Stress without distress]. Moscow: Progress Publ., 128 p. (In Russian) Shpirnaya, I. A., Ibragimov, R. I., Shevchenko, N. D. (2006) Pr oteoliticheskaya aktivnost' ekstrakta lichinok koloradskogo zhuka [Proteolytic activity of Colorado potato beetle larvae extract]. In: Biologiya — nauka XXI veka. 10-ya Pushchinskaya shkola-konferentsiya molodykh uchenykh (Pushchino, 17-21 aprelya 2006 g.) [Biology — science of the XXI century. 10th Pushchino School-Conference of Young Scientists (Pushchino, April 17-21, 2006)]. Pushchino: ExPress Publ., p. 103. (In Russian) Vilkova, N. A. (ed.). (1993) Metodicheskie rekomendatsii po izucheniyu i otsenke form kartofelya na
ustojchivost' k koloradskomu zhuku. Moscow: VIZR Publ., 47 p. (In Russian) Wilson, J. K., Ruiz, L., Duarte, J., Davidowitz, G. (2019) The nutritional landscape of host plants for a specialist insect herbivore. Ecology and Evolution, vol. 9, no. 23, pp. 13104-13113. https://doi.org/10.1002/ece3.5730 (In English) Zamoshchina, T. A. (2006) Osnovy mezhkletochnoj signalizatsii. Prostanoidy i regulyatornye peptidy. Tomsk: NTL Publ., 163 p. (In Russian)
Для цитирования: Ермак, М. В., Мацишина, Н. В., Собко, О. А., Фисенко, П. В. (2024) Изменение уровня гормонов стресса в теле личинок картофельной коровки Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858 (Coleoptera: Coccinellidae) в ответ на стрессоры различного генеза. Амурский зоологический журнал, т. XVI, № 1, с. 97-102. https://www.doi.org/10.33910/2686-9519-2024-16-1-97-102 Получена 19 января 2024; прошла рецензирование 13 февраля 2024; принята 19 февраля 2024.
For citation: Ermak, M. V., Matsishina, N. V., Sobko, O. A., Fisenko, P. V. (2024) Changes in stress hormones in potato ladybird larvae Henosepilachna vigintioctomaculata Motschulsky, 1858 (Coleoptera: Coccinellidae) depending on the type of stress. Amurian Zoological Journal, vol. XVI, no. 1, pp. 97-102. https://www.doi.org/10.33910/2686-9519-2024-16-1-97-102
Received 19 January 2024; reviewed 13 February 2024; accepted 19 February 2024.
