CC BY
34
Известия ТСХА, выпуск 2, 2014 год
УДК 632.654.2
К МЕТОДИЧЕСКИМ ОСНОВАМ РАЗРАБОТКИ ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ОЦЕНКИ ПРЕДПОЧИТАЕМОСТИ (ОТВЕРГАНИЯ) НОВОГО ПИЩЕВОГО ИСТОЧНИКА ПАУТИННЫМ КЛЕЩОМ
С.Я. ПОПОВ, З.Ю. КАРАЧЕВЦЕВ
(РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)
Целью данной работы являлось установление поведенческих показателей паутинных клещей на примере Tetranychus atlanticus, которые дают методическую основу для осуществления экспресс-метода оценки предпочитаемости (отвергания) нового пищевого источника по поведенческим реакциям самки паутинного клеща, фиксируемым с помощью видеокамеры. Осуществляли «разгонку» самки паутинного клеща при предоставлении ей равного выбора предпочитаемого (фасоль как эталон) и непредпочитаемого (тестируемое субтропическое или тропическое растение) растительного источника. Альтернативно фасоли (Faseolus vulgaris L.) оценивали растения Calathea zebrine Lindl. и Calathea bella L. (сем. Амарантовые — Marantaceae), Ficus aspera Forst., Ficus ramentaceae L. и Ficus religiosa L. (сем. Тутовые — Moraceae), Euphorbia cyathophora L. (сем. Молочайные — Euphorbiaceae), Justicia aurea Schltdl., Sanchezia nobilis Hook. и Thunbergia grandiflora L. (сем. Акантовые — Acantha-ceae), Hibiscus calyphyllus Forssk. (сем. Мальвовые — Malvaceae), Clerodentum splendens L. (сем. Вербеновые — Verbenaceae). Выяснено, что самка паутинного клеща может проводить на непредпочитаемой растительной культуре, не покидая ее, до 3,1 ч. Из этого следует, что опыт по «разгонке» самки паутинного клеща необходимо планировать продолжительностью не менее 3 ч. Если же самка окажется на источнике больше этого времени, то следует проанализировать компьютерную запись ее поведенческих реакций на предмет возможных искусственных препятствий при переходе на предпочитаемый источник. По ходу выполнения исследования определено, что растения Euforbia cyathophora, Ficus religiosa, Ficus aspera и Hibiscus calyphyllus являются благоприятными для развития паутинного клеща, тогда как остальные виды — Justicia aurea, Sanchezia nobilis, Thunbergia grandiflora, Calathea zebrine, Calathea bella, Clerodentum splendens не могут служить для него пищевым источником. По растениям Ficus ramentacea и Hibiscus calyphyllus следует провести дополнительное исследование по смертности особей в преимагинальный период развития.
Ключевые слова: паутинные клещи, Tetranychus, растения-хозяева, предпочитаемость растений, поведенческие реакции, экологические показатели.
Паутинные клещи (Acariformes: Tetranychidae) являются опасными вредителями многих сельскохозяйственных, лесных и декоративных растений. Один из наиболее широко распространенных в мире видов из этого семейства — обыкновенный паутинный клещ (Tetranychus urticae Koch) — обитает на 3938 видах растений (сайт www.http://www1.montpellier.inra.fr/CBGP /spmweb/ docs/HostPlants.pdf. Многие близкие виды рода Tetranychus имеют схожую пищевую избирательность. Естественно, что для всех них характерна разная степень предпочитаемости видов растений; есть и цветковые растения, отвергаемые ими.
96
Вопросы оценки предпочитаемости (отвергания) тех или иных растений клещами-фитофагами всегда привлекали внимание акарологов. Исследовалась пищевая норма реакции вида, устанавливались возможности и способы расширения пищевой специализации. На базе этих исследований осуществлялся поиск «акари-цидных» видов растений, которые могли бы служить источником получения акари-цидных растительных экстрактов. Не исключался и вопрос с расшифровкой акари-цидного состава растений и создания на этой основе синтетических аналогов природных акарицидов.
Наиболее простыми способами установления пищевых предпочтений клещей-фитофагов являются следующие: частота выбора нового кормового источника в паре с предпочитаемым эталонным растением, «разгонка» особей при предоставлении им нескольких пищевых источников, оценка по смертности преимагинальных особей при культивировании их на пищевом источнике.
Мы нашли, что способы оценки степени предпочитаемости пищевых источников по поведенческим реакциям половозрелой самки, фиксируемым с помощью видеокамеры, а также по смертности преимагинальных особей атлантического паутинного клеща при подсадке последнего на новый нестандартный пищевой источник, почти тождественны [4]. При этом из двух названных методов целесообразно отдать предпочтение экспресс-методу оценки по поведенческим реакциям самки, поскольку он менее трудоемок по сравнению с методом определения смертности особей. Однако в процессе проведения наблюдений за поведенческими реакциями самок с помощью видеокамеры было зафиксировано, что в ряде случаев самки осуществляли обследования непредпочитаемого кормового источника достаточно длительное время. И если оценивать предпочитаемость растений клещами-фитофагами по длительности их пребывания на эталонном и новом пищевом источнике, то во внимание необходимо брать показатель максимального времени, в течение которого тестируемая самка может находиться на новом нестандартном пищевом источнике.
Для этого провели дополнительные исследования пищевых предпочтений при предоставлении самке паутинного клеща двух альтернативных пищевых источников.
Материал и методы исследований
В качестве объекта исследования избрали атлантического паутинного клеща (Tetranychus atlanticus McGregor, 1941), наиболее значимого по степени распространенности в России. Следует оговориться, что некоторые акарологи нередко сводят обозначенный вид в синоним туркестанского паутинного клеща (Tetranychus turkestani Ugarov et Nikolski, 1937), однако мы вслед за систематиками В.И. Митрофановым, И.З. Лившицем и З.И. Струнковой [1] различаем указанные виды как самостоятельные [2]. Атлантический паутинный клещ обитает на территории России в природе по меньшей мере на 74 видах кормовых растений, относящихся к 64 родам и 32 семействам, и занимает обширные территории Евразии [3].
Маточную колонию атлантического паутинного клеща, первоначально взятого на землянике садовой в 2010 г., культивировали в условиях лаборатории на фасоли до начала экспериментов в течение трех лет.
Оценку на предпочитаемость или отвергание растительной культуры осуществляли по поведенческим реакциям половозрелых самок клеща в рамках альтернатив-
97
ного выбора предпочитаемого растительного образца (фасоль как эталон) и нового исследуемого (тропическое или субтропическое растение). Опыт проводили под световой панелью, температура составляла 22°С, освещенность — 15 мкМ квантов/м2с. Пищевыми образцами (растительной культурой) служили вырезки из соответствующей листовой ткани размером 2^2 см, располагаемые на расстоянии 5 мм друг от друга в чашке Петри на влажном многослойном изоляте из фильтровальной бумаги. Вырезки соединяли мостом из гидрофобного материала. В середину такого моста укрепляли энтомологическую иглу с шаровидной вершиной. Самку подсаживали на вершину иглы. Предполагалось, что во время движения вниз она была способной ориентироваться в выборе привлекательного для питания и размножения пищевого образца. Для наблюдения за поведенческими реакциями использовали видеокамеру серии «Sony» с хорошей разрешающей способностью и запасом видеопамяти 8 ч. Результаты видеосъемки обрабатывались на компьютере с помощью программы наблюдения за модельными организмами RealTimer http://www.openscience.ru/index.php?page=software&item=001), настроенной нами для наблюдения за поведенческими реакциями паутинных клещей. При этом фиксировалось количество выборов того или иного пищевого образца и время пребывания на нем.
Опыт по оценке поведенческих реакций самок T. atlanticus на тестируемом новом растении проводили не менее 8 ч в трех повторностях. Такое большое время тестирования одной самки было избрано, чтобы наверняка зафиксировать максимальную продолжительность нахождения самки на новом пищевом источнике.
Регистрировали также смертность яиц, личинок и нимф, при этом повторность (количество дисков-высечек) — 10-12-кратная, общее количество яиц на высечках — в основном около 100 экземпляров.
Результаты исследований
Исследовали на предпочитаемость (отвергание) самками T. atlanticus 11 видов тропических и субтропических растений, принадлежащих к 6 ботаническим семействам: Calathea zebrine Lindl. и Calathea bella L. (сем. Амарантовые — Marantaceae), Ficus aspera Forst., Ficus ramentaceae L. и Ficus religiosa L. (сем. Тутовые — Mo-raceae), Euphorbia cyathophora L. (сем. Молочайные — Euphorbiaceae), Justicia aurea Schltdl., Sanchezia nobilis Hook. и Thunbergia grandiflora L. (сем. Акантовые — Acan-thaceae), Hibiscus calyphyllus Forssk. (сем. Мальвовые — Malvaceae), Clerodentum splendens L. (сем. Вербеновые — Verbenaceae).
Согласно Списку растений-хозяев паутинных клещей, опубликованному на сайте [5] и насчитывающему 3938 видов, 140 видов семейства Marantaceae принадлежат к растениям-хозяевам паутинных клещей, но Calathea zebrine и Calathea bella в этом списке нет. Там же из семейства Moraceae указаны 56 видов, включая Ficus religiosa; однако Ficus aspera и Ficus ramentacea отсутствуют. Из семейства Euphorbiaceae указаны 95 видов, включая Euphorbia cyathophora. Из семейства Acanthaceae приведено 25 видов, но среди них отсутствуют Justicia aurea и Sanchezia nobilis. Из семейства Malvaceae в списке имеются сведения по 82 видам растений-хозяев, включая Hibiscus calyphyllus. Из семейства Verbenaceae там же указан 51 вид, однако Clerodentum splendens L. в списке отсутствует. Таким образом, из 11 исследуемых нами видов тропических и субтропических растений Ficus religiosa (семейство Moraceae), Hibiscus calyphyllus (семейство Malvaceae) и Euforbia cyathophora (семейство
98
Euphorbiaceae) благоприятны для развития паутинных клещей, а 8 видов отсутствуют в указанном списке.
Первым шагом в тестировании растительных культур явился их анализ на пригодность для развития преимагинальных особей паутинных клещей, поскольку обычно по этому параметру судят о растениях-хозяевах. Анализ осуществляли как по научным публикациям по этому вопросу, так и по результатам специально заложенного опыта на выживаемость личинок и нимф T. atlanticus на тестируемых растительных культурах. Подробная методика этого опыта изложена в нашей публикации по интегрированной оценке предпочитаемости (отвергания) нестандартного пищевого источника атлантическим паутинным клещом [4].
По результатам анализа было принято решение, что Euforbia cyathophora, Ficus religiosa, Ficus aspera и Hibiscus calyphyllus можно считать растениями, пригодными для обитания паутинных клещей рода Tetranychus.
Наоборот, Calathea bella, Calathea zebrine, Clerodentum splendens и Thunbergia grandiflora показали себя как растения, на которых клещи не могли развиваться.
Что касается Ficus ramentacea, то в отношении его требуются дополнительные исследования. Желательно также повторить опыт по оценке уровня выживаемости преимагинальных особей на Hibiscus calyphyllus.
Результаты по оценке поведенческих реакций самок T. atlanticus на тестируемых растительных культурах и их пригодности для развивающихся особей представлены в таблице.
В опыте по альтернативному выбору выделились Euforbia cyathophora, Ficus religiosa, Ficus aspera и Hibiscus calyphyllus как растения, благоприятные для питания самок T. atlanticus. В этой группе культур соотношение между выбором эталонного пищевого источника (фасоли) и нового тестируемого составило: фасоль : Euforbia cyathophora — 4:3, фасоль : Ficus religiosa — 3:3, фасоль : Hibiscus calyphyllus — 3:2, фасоль : Ficus aspera — 3:1.
В группе непредпочитаемых растений аналогичный выбор составил: фасоль : Calathea bella — 4:0, фасоль : Thunbergia grandiflora — 4:0, фасоль : Calathea zebrine — 3:1, фасоль : Clerodentum splendens — 3:1.
Что касается соотношения эталонной культуры с Ficus ramentacea, то оно оказалось равным 3:1.
Как видно из приведенных данных по эксперименту с достаточно длительной «разгонкой» самки по альтернативным пищевым источникам (5-8 ч) в 3-кратной по-вторности, критерий альтернативного выбора использовать нецелесообразно. Это подтверждает тот факт, что выбор пищевого источника в соотношении 3: 1 (эталон : новое растение) характерен и для группы предпочитаемых растений, и для группы непредпочитаемых растений.
Из этого эксперимента объективно важно выяснить, сколько максимально за одно посещение может находиться самка на отвергаемом пищевом источнике. Из таблицы видно, что на непредпочитаемом пищевом источнике Sanchezia nobilis самка находилась максимально 3,12 ч. Из этого следует, что в подобных опытах можно допускать время непрерывного нахождения самки паутинного клеща на отвергаемом пищевом источнике до 3,1 ч. Таким образом, опыты по разгонке самки следует планировать не менее 3 ч, оптимально с запасом времени — 3,5-4 часа.
В тех случаях, когда эта длительность времени будет превышена, целесообразно проанализировать компьютерную запись поведенческих реакций самок; возможно, что для передвижения самок с источника на источник существовали искусственные препятствия.
99
Оценка поведенческих реакций (выбор и длительность пребывания) самки Tetranychus atlanticus на растительной культуре (высечках) тропических и субтропических растений и их пригодности для развития особей в сравнении с эталонным предпочитаемым растением (фасолью — Faseolus vulgaris L.)
Пищевой источник Число выборов самкой пищевого источника за 5-8 ч Длительность нахождения самки на пищевых источниках Первоначальное число яиц Смертность преимаги-нальных особей, % Пригодность культуры для развития (+) — пригодно, (-) — не пригодно)
эталон (фасоль) новый кормовой источник общая, ч на новом кормовом источнике, час
в сумме за 1 посещение
в среднем (х ± SE) максимально
Семейство Acanthaceae
Justicia aurea Schltdl. 3 1 31,2 2,62 2,62 2,62 157 ЮОЬ* (-)
Sanchezia nobilis Hook. 3 2 30,4 6,23 3,12 ± 0,565 3,12 155 ЮОЬ (-)
Thunbergia grandiflora L. 4 0 29,7 0 - - 142 ЮОЬ (-)
Семейство Euphorbiaceae
Euphorbia cyathophora L. 4 3 32,4 13,22 4,41 ± 1,52 7,43 169 68,1а (+)
Семейство Malvaceae
Hibiscus calyphyllus Forssk. 3 2 31,2 9,39 4,7 ± 1,625 6,32 107 ? (+)
Семейство Marantaceae
Calathea zebrine Lindl. 3 1 29,5 1,92 1,92 1,92 185 ЮОЬ (-)
Calathea bella L. 4 0 31,4 0 - - 90 ЮОЬ (-)
Семейство Moraceae
Ficus aspera Forst. 3 1 32,1 8,8 8,8 8,8 105 61,3а (+)
Ficus ramentacea L. 3 1 32,0 5,82 5,82 5,82 95 ЮОЬ ?
Ficus religiosa L. 3 3 31,0 15,41 5,13 ± 1,26 7,56 198 80,9а (+)
Семейство Verbenaceae
Clerodentum splendens L. 3 1 28,5 1,04 1,04 1,04 89 ЮОЬ
* Статистическая обработка по критерию Тьюки.
Учитывая, что на новом (относительно эталона), пригодном для питания растении самки паутинного клеща проводили максимально за одно посещение от 6,3 до 8,8 ч, вполне целесообразно пользоваться данным критерием.
Заключение
Неприемлемыми для развития и обитания самок паутинного клеща Tetranychus atlanticus являются растения: Justicia aurea, Sanchezia nobilis, Thunbergia grandiflora, Calathea zebrine, Calathea bella и Clerodentum splendens. К растениям-хозяевам паутинного клеща можно отнести Euphorbia cyathophora, Hibiscus calyphyllus, Ficus aspera и Ficus religiosa.
Продолжительность опыта по альтернативному выбору самкой паутинного клеща пищевых культур, фиксируемого видеокамерой, целесообразно планировать не менее 3 ч, оптимально — 3,5-4 ч.
Выражаем благодарность сотрудникам Главного ботанического сада имени Н.В. Ци-цина РАН \ Колобову Евгению Султановичу \ и научному сотруднику Шаховой Галине Ивановне за предоставление культур ряда тропических и субтропических растений.
Библиографический список
1. Митрофанов В.И., Стрункова З.И., Лившиц И.З. Определитель тетраниховых клещей фауны СССР и сопредельных стран. Душанбе: Дониш, 1987. 224 с.
2. Попов С.Я. Таксономический статус ряда видов паутинных клещей рода Tetranychus (Acari, Tetranychidae) и репродуктивные барьеры при скрещивании морфологически близких и отдаленных видов // Экологические аспекты ограничения вредоносности популяций насекомых и клещей (сб. статей). М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2013-а. С. 224-259.
3. Попов С.Я. Факторы терминации диапаузы атлантического паутинного клеща (Tetranychus atlanticus McGregor) // Экологические аспекты ограничения вредоносности популяций насекомых и клещей (сб. статей). М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2013-б. С 135-160.
4. Попов С.Я., Карачевцев З.Ю. Интегрированная оценка предпочитаемости (отвер-гания) нестандартного пищевого источника атлантическим паутинным клещом Tetranychus atlanticus McGregor // Защита и карантин растений. 2013. № 9. С. 27-29.
5. Сайт http://www1.montpellier.inra.fr/CBGP/spmweb/docs/HostPlants.pdf
METHODOLOGICAL BASIS FOR THE DEVELOPMENT OF RAPID EVALUATION TEST ON ACCEPTANCE (NON-ACCEPTANCE) OF A NEW FOOD SOURCE ВУ THE SPIDER MITES
S.YA. POPOV, Z.YU. KARACHEVTSEV (RSAU-MAA named after K.A. Timiryazev)
The objective of the given research is to determinate the behavioral traits of the spider mites (using Tetranychus atlanticus as a model species), that are able to give methodological basis for the realization of the express-method evaluation of acceptance (or non-acceptance) of a new plant food source according to the spider mite female behavioral responses that are registered using a video camera. We compared Phaseolus vulgaris as a standard plant with some subtropical and tropical plants from various families in their degrees of acceptance by the spider mites. Such plants as Calathea zebrine Lindl. and Calathea bella L. (fam. Marantaceae), Ficus aspera
101
Forst., Ficus ramentaceae L. and Ficus religiosa L. (fam. Moraceae), Euphorbia cyathophora L. (fam. Euphorbiaceae), Justicia aurea Schltdl., Sanchezia nobilis Hook. and Thunbergia grandiflora L. (fam. Acanthaceae), Hibiscus calyphyllus Forssk. (fam. Malvaceae), Clerodentum splendens L. (fam. Verbenaceae) were evaluated. It was found that the spider mite females could spend up to 3.1 h on a non-acceptance plant species, which means that the experiment duration in plant acceptance by spider mites should not be less than 3 h. In case if a female stays on a non-acceptance plant during longer period of time it is necessary to analyze computer recordings of the female's behavioral traits in order to find out possible obstacles on the way to the acceptance plant. It was revealed that such plants as Euforbia cyathophora, Ficus religiosa, Ficus aspera and Hibiscus calyphyllus are accepted by the spider mites, while Justicia aurea, Sanchezia nobilis, Thunbergia grandiflora, Calathea zebrine, Calathea bella and Clerodentum splendens are not accepted. As to Ficus ramentacea and Hibiscus calyphyllus, it is necessary to conduct additional experiments in order to discover the degree of mortality of spider mite individuals.
Key words: spider mites, Tetranychus, host-plants, plant acceptance, behavioral responses, ecological traits.
Попов Сергей Яковлевич — д. б. н., проф., зав. кафедрой защиты растений РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (127550, г. Москва, Тимирязевская, 49; тел. (499) 976-02-20; e-mail: sergei_ya_popov@timacad.ru).
Карачевцев Захар Юрьевич — асп. кафедры защиты растений РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (127550, г. Москва, Тимирязевская, 49; тел. (499) 976-02-20; e-mail: ziren77@ gmail.com).
Popov Sergey Yakovlevich — Doctor of Biological Sciences, professor, head of the department of plant protection, RSAU-MAA named after K.A. Timiryazev (127550, Moscow, Timiryazevskaya street, 49; tel. (499) 976-02-20; e-mail: sergei_ya_popov@timacad.ru).
Karachevtsev Zakhar Yurievich — PhD. student, department of plant protection, RSAU-MAA named after K.A. Timiryazev (127550, Moscow, Timiryazevskaya street, 49; tel. (499) 976-02-20; e-mail: ziren77@gmail.com).
102
