CC BY
15Вестник защиты растений, ,3, 2001 УДК 576.895.132:574
ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИИ ЭНТОМОПАТОГЕННЫХ НЕМАТОД СЕМЕЙСТВА STEINERNEMATIDAE (NEMATODA: RHABDITIDA) В.С.Турицин, Л.Г.Данилов
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
Изучено поведение нематод Steinernema carpocapsae и S.feltiae в зависимости от присутствия в почве различных видов насекомых-хозяев, температуры и гранулометрического состава почвы. Поведение двух видов нематод в суглинистой почве определяется температурой (82% от всех учтенных влияний), на супесчаной почве преобладает роль взаимодействия двух факторов - температуры и вида насекомого-хозяина. Полученные данные свидетельствуют о дис-куссионности вопроса о делении видов нематод по поведению в почве на "круизные" и "засадные". При одновременном нахождении в почве двух видов нематод гусениц большой вощинной моли инвазируют исключительно S.feltiae, а личинок большого мучного хрущака -S.carpocapsae. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологий применения и методов учета численности нематод в почве.
Одним из приоритетных направлений в области защиты растений в современных условиях является использование естественных врагов вредных насекомых и, в частности, энтомопатогенных нематод из семейства Steinernematidae как перспективных биологических агентов.
В последние годы накоплено большое количество фактического материала по успешному применению энтомопатоген-ных нематод против насекомых, связанных с почвой. В то же время в литературе имеются лишь единичные сведения об
особенностях экологии этих паразитов и о взаимоотношениях между популяциями отдельных видов в естественной среде их обитания, что становится весьма актуальным в связи с широким применением биологических препаратов на основе эн-томопатогенных нематод.
В статье приведены результаты изучения особенностей поведения в почве видов энтомопатогенных нематод, используемых в защите растений для ограничения численности насекомых-вредителей.
Материалы
В опытах использованы нематоды вида Steinernema carpocapsae штамм "agriotos", выделеные из личинок жуков щелкунов в Ленинградской области (Пойнар,Веремчук,1970) и Steinernema feltiae штамм SRP18-91, выделенные из почв садов Псковской области. На основе нематод S.carpocapsae в Российской Федерации создан и зарегистрирован биологический препарат немабакт, а по виду S.feltiae ВИЗР подготовлена заявка на регистрацию этих нематод в качестве действующего начала нового биологического препарата энтонем-F.
Исходные культуры нематод получены путем культивирования их на насекомых - гусеницах большой вощинной моли (Galleria mellonella L.) (Dutky et al.,1964) и на искусственных питательных средах (Bedding,1981,1984; Wouts,1981) в
и методы
модификации китайских исследователей (Xu Jie Lian et al.,1989).
Поведение энтомопатогенных нематод изучалось в зависимости от абиотических (тип почвы по механическому составу, температура) и биотических факторов (совместное, либо раздельное нахождение в почве инвазионных личинок нескольких видов нематод, вид насекомого - хозяина и глубина его нахождения в почве). В опытах использовали два типа почвы по гранулометрическому составу -средний суглинок и супесь, как наиболее распространенные типы почв в СевероЗападном регионе России. Во всех экспериментах влажность почвы поддерживали на уровне 20% от полной влагоемко-сти, как наиболее благоприятной для жизнедеятельности нематод (Glaser,1931; Данилов и др.,1997). Увлажненной почвой наполняли полиэтиленовые сосуды высо-
той 20 см и диаметром 7 см. Нематод вносили в виде водной суспензии инвазионных личинок из расчета 10 особей на 1 см2 поверхности почвы в сосуде. Влияние температуры на поведение энтомопатогенных нематод оценивали в пределах 10-30°С, то есть в условиях проявления активной жизнедеятельности этих паразитов.
Поведение нематод в почве в зависимости от места локализации насекомого-хозяина оценивали по количеству нематод, проникающих в тест-насекомых -гусениц большой вощинной моли и личинок большого мучного хрущака (Tenebrio molitor), которых помещали в контейнеры из мелкоячеистой металлической сетки (Данилов,1976; Данилов,Карпова,1989; То-та1ак,1991). С учетом наибольшей встречаемости насекомых по почвенному горизонту контейнеры с насекомыми размещали в сосуды с почвой на глубине
Вестник защиты растений, ,3, 2001 5, 10 и 15 см от поверхности.
Экспозицию опытов определяли по срокам появления половозрелых особей нематод в поколении гигантских форм, по которым проводили учет количества инвазионных личинок, проникших в тест-насекомое, то есть спустя 2, 3 и 6 дней при +25°С, +20°С и +12°С соответственно (Данилов и др.,1997).
При проведении учетов насекомых извлекали из контейнеров и вскрывали. Вскрытия проводили на часовом стекле в физиологическом растворе. Обнаруженных в теле насекомых нематод подсчитывали и в дальнейшем при необходимости идентифицировали по морфологическим признакам (Ротаг,1990).
Статистическую оценку экспериментальных данных и моделирование изучаемых процессов проводили на основе методов дисперсионного анализа.
Результаты
Поведение энтомопатогенных нематод в почве в присутствии гусениц большой вощинной моли. Статистический анализ данных по сравнительной оценке влияния температурного фактора, типа почвы и глубины нахождения тест-насекомых в почве на степень заражения их разными видами нематод проводили поэтапно. На первом этапе по исходным данным проводили разведочный анализ изучаемых процессов. Методом кван-тильного анализа выясняли влияние температурного режима и глубины нахождения гусениц насекомых в почве на степень заражения их нематодами, то есть интенсивность инвазии - среднее количество нематод, проникших в одну гусеницу.
Итенсивность зараженности насекомых нематодами в зависимости от роста температуры, представленная на рисунке 1, показывает существенное увеличение интенсивности инвазии с повышением температуры.
В супесчаной почве, как следует из приведенных данных, степень инвазии с повышением температуры с 12°С до 25°С и интенсивность заражения насекомых
исследовании
нематодами возрастает в 2.3-15 раз.
40 п Нематоды, 35 экз.
30 -25 20 -15 -10 -5 0
□ 2
►
4
13
15
17
19
21
23
25 °С
Рис.1. Интенсивность инвазии насекомых-хозяев двумя видами нематод на различных по механическому составу почвах в зависимости от температуры 1 - 5. carpocapsae на суглинке, 2 - 5. сагро-capsae на супеси, 3 - 5. feltiae на суглинке, 4 - 5. feltiae на супеси, 5 - 5. feltiae на суглинке в присутствии 5. carpocapsae, 6 - 5. feltiae на супеси в присутствии 5. carpocapsae)
Максимальная интенсивность заражения насекомых нематодами 5.feltiae на супесчаной почве наблюдается во всем диапазоне изученных температур и существенно возрастает с повышением
3
6
Вестник защиты растений, ,3, 2001 температуры. Однако по мере приближения к верхнему температурному порогу жизнедеятельности нематод интенсивность заражения заметно снижается и уже при 25°С не превышает 35 особей на 1 тест-насекомое.
Для S.carpocapsae на супесчаной почве также характерен высокий уровень интенсивности инвазии, особенно при температуре выше 20°С. Установлено, что интенсивность инвазии на суглинистой почве у нематод S.feltiae во всем диапазоне температур выше, чем у S.carpocapsae, и с ростом температур этот показатель увеличивается. Интенсивность инвазии насекомых нематодами S.carpocapsae на суглинистых почвах в зависимости от температуры и глубины нахождения насекомого-хозяина в почве показана на рисунке 2.
25 п
20 - .з к
го
15 - ы
д
10 - от а
м
е
5 - к
0 -
10
Глубина, см
15
Таким образом, при изменении температуры от 12°С до 25°С интенсивность инвазии (по медианной оценке) гусениц вощинной моли нематодами S.carpocapsae на суглинистой почве возрастает в 18 раз.
Максимальная интенсивность заражения хозяина для обоих видов нематод по всему почвенному профилю отмечается на супесчаной почве.
На суглинистой почве у нематод S.carpocapsae заметно снижается интенсивность заражения с увеличением глубины локализации хозяина. Максимальная интенсивность инвазии гусениц наблюдается на глубине 5 см, минимальная на глубине 15 см (рис.2). В супесчаной почве с повышением температуры от 20°С до 25°С нематоды S.carpocapsae в основном инвазируют насекомых, находящихся у поверхности почвы, тогда как при снижении температуры с 20°С до 12°С нематоды этого вида заражают в одинаковой степени насекомых по всему почвенному профилю (рис.3).
Рис.2. Интенсивность инвазии G. mellonella нематодами S. carpocapsae на суглинистой почве в зависимости от температуры и глубины нахождения хозяина 1 - 12°С, 2 - 20°С, 3 - 25°С
При температуре 12°С у 75% особей тест-насекомых интенсивность заражения не превышала двух экземпляров нематод на одно насекомое с медианным значением этого показателя, равным 1 нематоде на 1 гусеницу. При 20°С у 75% особей хозяев в насекомое проникало в среднем от 9 до 13 нематод при медианном значении этого показателя 12, а при 25°С квантильный размах включал в себя диапазон от 12 до 21 инвазионной личинки на 1 гусеницу при медианном значении 18 экземпляров.
70 1
60 -
50 - .з к
го
40 ■ ы
Н
30 - о т
а
20 - м е
10 - ГЛ
0 -
10
Глубина, см
15
Рис.3. Интенсивность инвазии G. mellonella нематодами S. carpocapsae на супесчаной почве в зависимости от температуры и глубины нахождения хозяина 1 - 12°С, 2 - 20°С, 3 - 25°С
Поведение нематод вида S.feltiae характеризуется некоторыми особенностями в зависимости от условий окружающей среды. На суглинистой почве при температуре от 12°С до 20°С отмечается равномерное распределение и инвазиро-вание нематодами насекомых по всему почвенному профилю с незначительным преобладанием на большей глубине. Рост
5
5
температуры выше 20°С сопровождается увеличением интенсивности нематодной инвазии насекомых, расположенных у поверхности почвы (рис.4).
На легкой почве только при температуре 12°С нематоды этого вида в одинаковой степени заражают насекомых, расположенных в почве на глубине от 5 до 15 см (рис.5).
30 1 25 -20 -15 -10 -5 0
1
5
15
Вестник защиты растений, ,3, 2001 На основании полученных экспериментальных данных установлено, что на суглинистых почвах основная роль в определении интенсивности заражения насекомых-хозяев изучаемыми видами эн-томопатогенных нематод принадлежит температурному фактору, на долю которого приходится 82-85% всех учтенных влияний.
80 1
60 -
40 -
20 -
0
10
Глубина, см
Рис.4. Интенсивность инвазии С. mellonella нематодами 5. feltiae на суглинистой почве в зависимости от температуры и глубины нахождения хозяина 1 - 12°С, 2 - 20°С, 3 - 25°С
С повышением температуры почвы до 20°С практически все нематоды остаются у поверхности почвы и интенсив но инва-зируют находящихся здесь насекомых. Повышение температуры почвы вы ше 20°С сопровождается интенсивной миграцией нематод вглубь почвы.
При одновременном нахождении в супесчаной и суглинистой почвах двух видов нематод гусениц большой вощинной моли инвазируют исключительно нематоды 5.feltiae (рис.6,7). Однако на легкой почве интенсивность проникновения инвазионных личинок этих нематод в хозяина в 5-6 раз снижается по сравнению с тем, когда в почве находится 1 вид нематод 5.feltiae (рис.5). Общие закономерности инвазионной активности 5.feltiae на легкой почве как в присутствии 5.carpocapsae, так и в отсутствие последнего вида существенно не изменяются при заданных параметрах температуры и глубины расположения тест-насекомых по почвенному профилю.
5
15
10
Глубина, см
Рис.5. Интенсивность инвазии С. mellonella нематодами 5. feltiae на супесчаной почве в зависимости от температуры и глубины нахождения хозяина 1 - 12°С, 2 - 20°С, 3 - 25 °С
В этом отношении изучаемые виды нематод ведут себя одинаково, а на супесчаных почвах возрастает роль взаимодействия факторов, особ енно для 5.feltiae.
± 3
14 1
12 -
га
10 - И m
8 - H
6 - Ен Й
Я
4 ■ К
2 -
0 -
о 1
5
15
10
Глубина, см
Рис.6. Интенсивность инвазии С. mellonella нематодами 5. feltiae на суглинистой почве в зависимости от температуры и глубины нахождения хозяина в присутствии 5. carpocap-sae: 1 - 12°С, 2 - 20°С, 3 - 25°С
Как следует из приведенных данных, на супесчаной почве в варианте со сме-
2
Вестник защиты растений, ,3, 2001 сью видов нематод существенное влияние на интенсивность инвазии оказывает, по-видимому, взаимодействие этих двух видов, на долю которого приходится не менее 50% влияния.
25 и
20 -
к
m
15 -
И.
10 - Ен а
м
5 - К
0 -
- - □ 2
3
10
Глубина, см
15
Рис.7. Интенсивность инвазии G. mellonella нематодами S. feltiae на супесчаной почве в зависимости от темпе ратуры и глубины нахождения хозяина в присутствии S.carpocapsae: 1 - 12°С, 2 - 20°С, 3 - 25°С
Поведение энтомопатогенных нематод в почве в присутствии личинок большого мучного хрущака. Установлено, что нематоды вида S. carpocapsae при температурах 20°С и 25°С максимально инвазировали личи нок хрущака на глубине 5 см. На большей глубине количе ст-во нематод, проникающих в насеком ых, уменьшается. При 20°С нематоды S.feltiae не заражали личинок мучного хрущака, а при 25°С отмечались лишь единичные особи нематод, инвазировавших насе ко-мых. Зараженность тест-объектов при этом составила 20-60% (табл.1).
Таблица 1. Интенсивность проникновения инвазионных личинок нематод видов S.carpocapsae и S.feltiae в личинок большого мучного хрущака на супесчаной почве, _экз / тест-насекомое_
Вид
Темпе- Глубина нахождения ратура, насекомых в почве, см
нематод °С 5 10 15
S.carpo- 20 32.4 13.0 2.4
capsae 25 53.2 35.0 10.0
S.feltiae 20 0 0 0
25 0.6 0.2 0.6
S.carpo 20 46.4 22.2 4.0
capsae в
смеси с
S.feltiae 25 62.6 37.6 16.6
При одновременном нахождении в почве двух видов нематод в насекомых проникали только инвазионные личинки S.carpocapsae, а у S.feltiae отмечались только единичные особи. Данные по интенсивности заражения личинок мучного хрущака нематодами на разной глубине, представленные в таблице 1, свидетельствуют о том, что с глубиной число проникших нематод уменьшается. Следует отметить и увеличение интенсивности инвазии хозяина нематодами S.carpoca-psae при их одновременном нахождении в почве с видом S.feltiae.
Таким образом, поведение нематод двух видов при одновременном их нахождении в супесчаной почве существенно различается в зависимости от вида насекомого-хозяина.
Установлено, что поведение двух видов нематод на суглинистой почве определяется прежде всего температурой, на легкой почве возрастает роль взаимодействия двух факторов - температуры и присутствия в почве насекомого хозяина. В связи с полученными экспериментальными данными, вероятно, деление видов нематод по характеру их поведения в почве на "круизные" и "засадные" (Kaya, Gaugler,1993) остается дискуссионным.
По нашим данным, у вида S.car-pocapsae засадный тип поведения проявлялся только при 25 °С как на суглинистой, так и на супесчаной почве. При этом число инвазионных личинок, проникших в тест-насекомых на глубине до 5 см, составило в среднем 22 экз. в одной гусенице на суглинке и 65 экз. на супесчаной почве, тогда как на глубине 15 см -12 экз. и 15 экз. соответственно. При температуре ниже 20°С эта разница нивелировалась и, таким образом, поведение нематод при более низких температурах нельзя характеризовать, как засадное.
Поведение нематод S.feltiae в почве при заданных абиотических и биотических факторах значительно отличается от поведения нематод S.carpocapsae. На суглинистой почве при 25°С инвазионные личинки этого вида также заражали тест-насекомых (гусениц большой вощинной
5
моли) преимущественно на глубине 5 см (в среднем 27 экз. на 1 гусеницу). На глубине 15 см этот показатель соответствовал 18 экз. Но при понижении температуры до 20°С большее число нематод было обнаружено в насекомых на глубине 15 см (18 экз. в среднем на одну гусеницу). На глубине 5 см этот показатель соответствовал 14 экз. При 12°С на фоне очень низкого уровня заражения насекомых разность в количестве инвазионных личинок нематод, заразивших хозяина на различных глубинах, не превышает пределов доверительного интервала.
На супесчаной почве при 20°С нематоды 5.feltiae показали себя как типично засадный вид (поверхностный пятисантиметровый слой оказывается явно предпочтительным для них), но уже при 25°С поведение нематод меняется на противоположное - предпочитается глубина 15 см. Исходя из полученных данных не представляется возможным дать определенную характеристику нематод этого вида по характеру поведения их в почве.
Присутствие в почве одновременно двух видов нематод и гусениц большой вощинной моли не оказывает существенного влияния на поведение инвазионных личинок 5.feltiae. При 20°С, например, указанный вид предпочитает глубину до 5 см, а при 25 °С - слой почвы от 10 до 15 см.
Следует отметить, что гусеницы гал-лерии в варианте с совместным использованием двух видов нематод заражались видом 5.feltiae, тогда как личинки хрущака только видом 5.carpocapsae.
В работах ряда исследователей нематоды 5.carpocapsae по поведению в почве отнесены к видам, ведущим засадный образ жизни (Gaugler е! а1.,1989; Grewal е! а1.,1997). Ошибочность подобных суждений вызвана методическими подходами к процессу изучения особенностей поведения энтомопатогенных нематод в почве. Зачастую в опытах поведение нематод изучается с учетом одного-двух факторов. Так, Е.В.Рид и П.Б.Карн (Reed,Carne,1967) в лабораторном опыте инвазионных личинок Neoaplectana carpocapsae (DD-136) вносили внутрь
Вестник защиты растений, ,3, 2001 почвенных блоков (высота 2.45 см, диаметр 1.6 см) и отмечали стремление нематод мигрировать на поверхность почвы. Влияние температуры, влажности почвы и других факторов авторами не учитывалось.
По данным американских исследователей, нематоды S.carpocapsae не проявляют миграционной активности в почве из мест их выпуска (Georgis,Poinar,1983). Опыты указанными авторами проведены так же при одном уровне температуры (23-25°С) на почвах, различающихся по гранулометрическому составу, но без учета ее влажности и градации температурного фактора. Об отсутствии миграционной активности нематод из мест выпуска сообщают и другие авторы (Ishibashi, К^о,1986).
В наших ранних экспериментах даже в отсутствие в почве насекомого-хозяина также наблюдалась концентрация инвазионных личинок указанного вида нематод у поверхности почвы при температуре 25°С (Данилов,1978). Однако с понижением температуры до 20°С характер поведения нематод изменялся и наблюдалась миграция их в нижележащие слои почвенного профиля.
Особенности поведения энтомопатоген-ных нематод в чашках Петри на агаровой поверхности не в полной мере характеризуют поисковые способности и миграционную активность инвазионных личинок в отношении насекомых-хозяев и всегда будут отличаться от поведения нематод в почве - естественной среде их обитания (Gaugler е! а1.,1989).
Вскрытые закономерности указывают на ошибочность классификации видов эн-томопатогенных нематод по характеру их поведения в почве на "круизные" и "засадные", так как поведение нематод в почве определяется комплексом биотических и абиотических факторов окружающей среды. Использование полученных знаний приобретает особую значимость при изучении особенностей экологии отдельных видов нематод, а также при разработке технологий использования этих паразитов против вредных насекомых.
Вестник защиты растений, ,3, 2001
29
Данилов Л.Г. Влияние фактора на заражение гусениц вощинной моли (Galleria mellonella L.) и развития в них энтомопатогенных нематод (Neoaplectana carpocapsae Weiser, 1955, штамм "agriotos"). /Бюлл. ВИЗР, Л., 37, 1976, с.17-20.
Данилов Л.Г. Влияние биотических и абиотических факторов на миграционную активность энтомопатогенных нематод (Neoaplectana carpocapsae Weiser, 1955 штамм "agriotos") в почве. /Бюлл. ВИЗР, Л., 43, 1978, с.21-27.
Данилов Л.Г., Карпова Е.В. Испытания эн-томопатогенных нематод против саранчовых. /Защита растений, 7, 1989, с.34.
Данилов Л.Г., Карпова Е.В., Сергеев Г.С. Влияние абиотических и биотических факторов на эффективность отлова штейнернематид и гетерорабдитид в почве. /Сб. научных трудов БелНИИЗР. Минск, 20, 1997, с.85-95.
Пойнар Дж. О., Веремчук Г.В. Новый штамм энтомопатогенных нематод и географическое распространение Neoaplec-tana carpocapsae Weiser (Rhabditida: Steinernematidae). /Зоол. журнал, 49, 7, 1970, с.966-969.
Bedding R.A. Low cost in vitro mass production of Neoaplectana and Heterorhabditis species (Nematoda) for field control of insect pests. /Nematologica, 27, 1981, р. 109-114.
Bedding R.A. Large scale production, storage and transport of the insectparasitic nema-todes Neoaplectana spp. and Heterorhabditis spp. /Ann. appl. Biol., 104, 1984, р.117-120.
Dutky S.R., Thompson J.V., Cantwell G.E. A technique for the mass propagation of the DD-136 nematode. /J. Insect. Pathol., 6, 4, 1964, р.417-422.
Gaugler R.L., McGuire T., Campbell J.F. Genetic variability among steins of the ento-mopathogenic nematode Steinernema feltiae. /Nematologica, 21, 1989, р.247-253.
Georgis R., Poinar G.O. Effect of soil texture on the distribution and Infectiviti of Neoaplec-
Литература
температурного tana glaseri (Nematoda: Steinernematidae). /J. Nematol., 15, 3, 1983, р.329-332.
Glaser R.W. The cultivation of a nematode parasite of an insect. /Science, 73, 1931, р.614-615.
Greval P.S., Martin W.R., Miller R.W., Lewis E.E. Suppression of plant-parasitic nematode populations in turfgrass by application of en-tomopathogenic nematodes. /Biocontr. Sci. and Technol., 7, 3, 1997, р.393-399.
Ishibashi N., Kondo E. Steinernema feltiae (DD-136) and S. glaseri: Persistence in soil and bark compost and their influence on native nematodes. /J. Nematol., 18, 3, 1986, р.310-316.
Kaya H., Gaugler R.L. Entomopathogenic nematodes. /Ann. Rev. Entomol., 26, 11, 1993, р.181-206.
Poinar G.O. Taxonomy and biology of Stei-nernematidae and Heterorhabditidae. /Entomopathogenic nematodes in biological control. Eds: Gaugler R., Kaya H. Boca Ration, FL: CSR Press., 1990, р.23-61.
Reed E.W., Carne P.B. The sustability of a nematode (DD-136) for the control of some pasture insects. /J. Invertebr. Pathol., 9, 2, 1967, р.196-204.
Tomalak M. Selective Breeding of Steiner-nema feltiae Filipjev (Nematoda: Steinernema-tidae) for Improved Efficacy in Control of a Mushroom Fly, Licoriella solani Winnertz (Diptera: Sciaridae). /Biocont. Sci. and Technol., 4, 1991, р. 187-198.
Wouts W.M. Mass production of the entomo-genous nematode Heterorhabditis heliothidis on artifical media. /Nematologica, 13, 1981, р.467-469.
Xu Jie Lian, Yang Ping, Lu Xiu Ling. Effect on the productivity and virulence of the insecticidal nematode Steinernema glaseri in different media. /Acta Entomol. Sinica, 32, 3, 1989, р.317-321.
ECOLOGICAL FEATURES OF ENTOMOPATHOGEN NEMATODES OF THE FAMILY STEINERNEMATIDAE (NEMATODA: RHABDITIDA)
V.S.Turitsin, L.G.Danilov The behaviour of entomopathogen nematodes in the soil is determined by the presence of certain host insects, temperature, and granulometric composiion of soil. In process of studying the nematodes' behaviour in the soil, their specific relations with certain species of host insects have been revealed. In the species S.carpocapsae, the ambush type of behaviour was observed only at 25oC in both loam and clay sand soils. At temperatures less than 20o C, this type of behaviour was not recorded. The invasive larvae of S.feltiae are also characterized by the ambush type of behaviour at temperature 25oC. If temperature went down to 20oC, their type of behaviour reversed. On clay sand soils at a temperature of 25oC, the nematodes behave as cruise species while at lower temperatures - as typical ambush species. When working out new technologies for application and sampling methods, one should take into account the revealed peculiarities of the host seeking behaviour of the nematodes of the family Steinernematidae.
