CC BY
11Plant Protection News, 2018, 3(97), p. 36-38
GRASS FLIES (DIPTERA, CHLOROPIDAE) IN AGROCENOSES OF THE LENINGRAD REGION
O.G. Guseva, AG. Koval
All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia
22 species of grass flies (Diptera, Chloropidae) were noted in the agrocenoses of the Leningrad Region, which constitute 15.7 % of the Chloropidae fauna of the region.
Keywords: species composition, trophic relation, pest, cereal crop, Northwestern Russia.
Сведения об авторах
Всероссийский НИИ защиты растений, шоссе Подбельского, 3, 196608 Санкт-Петербург, Пушкин, Российская Федерация *Гусева Ольга Геннадьевна. Старший научный сотрудник, доктор биологических наук, e-mail: olgaguseva-2011@yandex.ru Коваль Александр Георгиевич. Ведущий научный сотрудник, кандидат биологических наук, e-mail: agkoval@yandex.ru
* Ответственный за переписку
Information about the authors
All-Russian Institute of Plant Protection, Podbelskogo Shosse, 3, 196608, St. Petersburg, Pushkin, Russian Federation * Guseva Olga Gennadyevna. Senior Researcher, DSc in Biology, e-mail: olgaguseva-2011@yandex.ru Koval Alexandr Georgiyevitsh. Leading Researcher, PhD in Biology,
e-mail: agkoval@yandex.ru
* Corresponding author
УДК 632.937.01:576.895
ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ИНВАЗИОННОЙ АКТИВНОСТИ ЭНТОМОПАТОГЕННЫХ НЕМАТОД (NEMATODA: STEINERNEMATIDAE) В ЗАВИСИМОСТИ ОТ БИОТИЧЕСКИХ И АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Л.Г. Данилов
Всероссийский НИИ защиты растений, Санкт-Петербург
На примере двух видов нематод семейства Steinernematidae приведена сравнительная оценка особенностей проявления их инвазионной активности, основанная на математическом моделировании зависимости интенсивности инвазирования и смертности насекомых-хозяев от условий заражения (температура, доза заражения, продолжительность периода свободного контакта). Нематоды Steinernema feltiaeprotense обеспечивают более высокий уровень смертности в широком диапазоне температур (от 6 до 28 °С), тогда как у Steinernema carpocapsae штамм «agrюtos» этот диапазон лежит в пределах от 20 до 28 °С, что свидетельствует и о большей перспективности использования X feltiae protense в качестве биологического агента по сравнению с X carpocapsae.
Ключевые слова: энтомопатогенные нематоды, Stemernematidae, инвазионная активность, инвазионные личинки.
Энтомопатогенные нематоды (ЭПН) семейства Steinernematidae являются важными агентами для биологического контроля насекомых в природных и управляемых экосистемах реппо et а1., 2008; Lacey, Georgis, 2012]. Успех использования ЭПН в качестве биологических агентов против вредных насекомых во многом зависит от характера взаимоотношений их с хозяином в период поиска и контакта с ним. Жизненный цикл этих нематод протекает в организме насекомого-хозяина, вне его эти паразиты могут находиться только на стадии инвазионной личинки, которая является носителем генетического потенциала, обеспечивающего дальнейшее существование популяций отдельных видов нематод в среде их обитания. Кроме того, на основе инвазионных личинок изготавливаются биологические препараты, эффективность которых определяется качеством действующего компонента, проявляющего свои возможности в изменяющихся условиях окружающей среды. В литературе неоднократно появляются сообщения, где в качестве приоритетных ставятся задачи изучения особенностей экологии энтомопатогенных нематод и характера воздействия различных абиотических
и биотических факторов среды обитания на проявление жизнедеятельности инвазионных личинок [Gaugler et al., 1996; Liu et al., 2000; Shapiro-Ilan et fl., 2014].
На эффективность заражения насекомых нематодами влияет качество нематодной культуры, т.е. инвазионная активность нематод, которая изменяется в зависимости от ряда обстоятельств: вида нематод, срока хранения культуры, культивирования как на искусственных питательных средах, так и на насекомых, температурных условий и т.д. [Данилов, Турицин, 2016].
По всей видимости, существует широкий спектр реакций по видам и штаммам ЭПН на воздействие окружающей среды [Morton, García-del-Pino, 2009; Salame et al., 2010]. Культуры различных видов нематод различаются не только по интенсивности гибели насекомых в процессе заражения, но и по активности проникновения инвазионных личинок в гемоцель хозяина [Веремчук, Данилов, 1976]. В полевых условиях в почве и на листовой поверхности температуры подвержены большим колебаниям, поэтому успешность использования нематод против целевых объектов будет во многом определяться знаниями закономер-
ностеи поведения инвазионнои стадии нематод в изменяющихся температурных условиях окружающей среды. С этой целью нами были проведены исследования по
изучению поведения энтомопатогенных нематод, встречающихся в естественных условиях различных географических зон в присутствии насекомых-хозяев.
Материалы и методы исследований.
Для сравнительной оценки в модельном опыте были использованы в качестве тест-насекомых гусеницы большой вощинной моли (Gallería mellonella) и две культуры нематод, показавшие наибольшие поведенческие различия по результатам испытаний их на гусеницах смородинной стеклянницы [Данилов и др. 2011] - Steinernema carpocapsae штамм "agriotos " [Пойнар, Веремчук, 1970] и Steinernema feltiae protense [Иванова, Данилов, Ивахнен-ко, 2001] - выделен из почв аласов Республики Саха (Якутия). На основе первого вида в нашей стране зарегистрирован препарат немабакт, на основе второго вида Государственную регистрацию проходит новый биологический препарат протонем. Нематод культивировали в гусеницах большой вощинной моли, культуры инвазионных личинок хранили 10 дней до начала опыта при температуре 2-5 °C. Оценку инвазионной активности нематод про-
водили по методу Веремчук и Данилова [1978], при этом виды нематод испытывали в 3 дозах: 10, 50 и 90 личинок на чашку Петри. В контроле вносили на фильтры воду без нематод. Все варианты опыта и контроль имели 5- кратную повторность.
Изменения инвазионной активности нематод оценивали по эффективности заражения насекомых при температурах от 10 до 30 °С. Гибель насекомых учитывали через каждые 4 часа после начала заражения. Во время учётов погибших насекомых выбирали из чашек, вскрывали в воде на часовом стекле под биноку-ляром МБС-10 и определяли причину их гибели. Обнаруженных нематод подсчитывали и, таким образом, устанавливали интенсивность их проникновения в хозяина.
Линеаризацию зависимости доза - эффект проводили по алгоритму симметризации [Васильев и др., 1973].
Результаты и обсуждение.
Для более точного определения оптимальных доз нематод при заражении насекомых, в целях достижения эффективности их применения в борьбе с вредителями, необходимо выявить и оценить зависимость смертности вредителя от применяемой дозы нематод в процессе его
заражения при разных температурах. В таблице 1 приведены результаты опытов по оценке смертности G.mellonella при трёх дозах нематод в расчёте на 10 насекомых (10, 50, 90) и разных температурах почвы.
Таблица 1. Смертность G.mellonella (процент погибших) при разных температурах и дозах для двух видов нематод
Доза нематод Steinernema feltiae protense Steinernema carpocapsae
Температура (Т) на чашку Петри Повторности Повторности
(D) 1 2 3 4 1 2 3 4
10 20 20 20 20
6° 50 50 50 40 40
90 70 50 80 60
10 30 30 30 30
9° 50 40 40 40 40
90 70 60 70 60
10 20 20 20 20 20 20 10 10
12° 50 60 70 90 80 20 30 30 60
90 100 100 100 100 30 50 50 60
10 50 60 40 70 20 10 30 20
20° 50 50 70 90 90 40 60 50 40
90 90 100 90 100 40 60 80 70
10 10 10 10 10 20 20 10 10
28° 50 20 30 20 20 90 60 80 70
90 40 30 50 70 90 90 70 100
Наиболее важные моменты дисперсионного анализа приведены в таблице 2, которые показывают, что и температура и доза инвазионных личинок при заражении насе-
комых, также как и взаимодействие этих факторов оказывали существенное и статистически значимое влияние на уровень смертности насекомых.
Таблица 2. Сила влияния (коэффициенты детерминации) температуры и дозы инвазионных личинок в процессе заражения
на уровень смертности G. теНопеНа
Вид нематод Температура Доза нематод при заражении насекомых Взаимодействие температуры и дозы Суммарное влияние факторов
S. feltiae protense 36.8 47.5 7.6 91.9
S. carpocapsae 16.5 59.5 9.1 85.1
Чётко выделяется зона температур максимальной инвазионной активности S.feltiae protense (12-23 °С). Характерно резкое падение смертности для этого вида нематод при заражении насекомых при температуре выше 20° (рис. 1).
Также характерно, что уровень смертности тест-насекомых при заражении их нематодами S.feltiae р^ете в пределах температур 6 и 9 °С относительно высок (4345 %) (рис. 2).
Статистически значимых различий в уровне смертности при этих температурах не установлено.
U
—:-:- 11-!-:--—
Г; : ; : :
: ;
г 1 г...... ...............:.........1
[ J t ; :
I ..................1...................i.................j................ :.................] и
: : :
1 Г ! 1
6 3 tí » 33
Температура, "С
Рисунок 1. Зависимость уровня смертности G. mellonella от заражения S. feltiae protense при разных температурах (Средние значения и их 95 % доверительные интервалы)
На рисунках 3 и 4 приведены аналогичные данные по интенсивности гибели гусениц большой вощинной моли при заражении их нематодами S. carpocapsae в зависимости от температуры. Максимальный уровень смертности насекомых здесь отмечается только при температуре 28 °C. Во всех случаях отмечены статистически значимые различия в уровнях смертности G. mellonella.
Сравнительный анализ рисунков 2 и 4 показывает, что уровень смертности G. mellonella при заражении S. feltiae protense заметно выше, нежели таковой у S. carpocapsae и это различие наблюдается при всех дозах заражения. При этом достаточно хорошо прослеживается, что нематоды S. feltiae protense обеспечивают более высокий уровень смертности в широком диапазоне температур (от 6 до 28 °C), тогда как у S. carpocapsae этот диапазон лежит в пределах от 20 до 28 °C.
По экспериментальным данным были построены математические модели зависимости уровня смертности насекомых от температуры и дозы нематод, используемой при заражении хозяина.
Рисунок 2. Трехмерный график зависимости уровня смертности G. твНствНа от температуры и дозы внесения Б./еШае рго1ете
Для Б./еШае рго1ете модель имеет вид: у1 = - 61 + 13.57 Т + 0.429 D + 0.008 TD - 0.412Т2 - 0.0004 D2 ± 12, где у1 - средний уровень смертности насекомых, Т - температура, D - доза нематод при заражении насекомых.
Множественный коэффициент корреляции для этой модели R = 0.86, а коэффициент детерминации R2 = 79.4 %, F- критерий = 51, и Ро < 0.00001.
Для S.carpocapsae модель имеет вид: у2 = - 50 + 6.13 Т + 0.273 D + 0.0415 TD - 0.149 Т2 - 0.0053 D2 ± 9.
Множественный коэффициент корреляции R = 0.91, а коэффициент детерминации R2 = 83 %, F- критерий = 40, и Р < 0.00001.
о
Экспериментальные данные могут быть проиллюстрированы таблицей 3, в которой приведены температуры и дозы внесения нематод, используемые при заражении насекомых, при которых обеспечивается 50 % гибель
G. те11опе11а.
Таким образом, сравнительная оценка нематодных культур по их инвазионной активности и вирулентности для насекомых - хозяев, продемонстрированная на примере сравнения по этим показателям нематод Б. carpocapsae
Рисунок 3. Зависимость уровня смертности О. те11опе11а от заражения & сагросарэае при разных температурах Рисунок 4. Трехмерный график зависимости уровня смертности
(Средние шотенж и их 95 % дотерительные интервалы) G. те11опе1Ь от температуры и дозы внесения Б. carpocapsae
Таблица 3. Температуры и дозы нематод, используемые при заражении G. теНопеНа и обеспечивающие LD для S.feltiae protense и S.carpocapsae
Температура
Доза нематод S. feltiae protense S.carpocapsae
6 8 10 12 15 17 20 25
27
28
100 65 30 10 10 10 10 50 80 95
60 45 35 35 40
штамм "agriotos" и S. feltiae protense позволяет установить различия между ними. Количество инвазионных личинок, проникающих в гемоцель насекомого определяется их численностью в зоне обитания хозяина. У S. feltiae protense абсолютное количество проникших в насекомых особей нематод на 96 % зависит в равной степени от температуры и дозы нематод и от взаимодействия этих факторов, тогда как у S. carpocapsae абсолютное количество проникших особей лишь на 83 % определяется этими двумя факторами, причём преобладающее значение имеет доза нематод.
Начальный период смертности насекомых и её продолжительность при заражении каждым видом нематод не за-
висят от дозы инвазионных личинок и определяются только температурными условиями. При заражении & feltiae р^ете смертность насекомых на 79 % определяется абсолютным количеством инвазировавших насекомое нематод и лишь на 10 % зависит от температуры, а у & carpocapsae смертность насекомых на 51 % определяется абсолютным количеством проникших в тело насекогмых нематод и на 42 % температурой, т.е. смертность хозяина в большей мере зависит от температуры.
Максимальный уровень смертности при заражении насекомых & feltiae р^ете проявляется при температуре от 12 до 23 °С и резко снижается при температуре выше 20°, тогда каки от & carpocapsae при испытанных дозах заражения отмечается только при 28 °С.
Эффективность заражения насекомых нематодами & feltiae protense заметно выше, чем & carpocapsae. В процессе заражения в одной чашке Петри 10 насекомых 50 %-ную их смертность могут вызывать минимум 9 инвазионных личинок & feltiae protense проникших в тело своей жертвы и это наблюдается в широком интервале температур (от 6 до 28 °С). Для S. caIpocapsae 50 %-ную смертность насекомых могут вызвать минимум 13 инвазионных личинок, проникших в гемоцель зараженных насекомых и в диапазоне температуры от 12 до 28 °С. Для первого вида проникновение 9 особей в тест-насекомых отмечается иногда при дозе 10, т.е. при соотношении нематод и насекомых 1:1, а проникновение в насекомых 13 инвазионных личинок у & carpocapsae отмечается при дозе заражения не менее 50.
Заключение.
Полученные экспериментальные данные показывают, что способность к заражению хозяина у видов нематод изменяется в разной степени с изменением температуры. Нематоды & feltiae р^ете, встречающиеся в почвах ала-сов Республики Якутия более приспособлены к существованию при температурах, близких к нижнему порогу проявления активной жизнедеятельности штейнернематид.
У инвазионных личинок гетерорабдитид способность к инвазированию насекомого-хозяина также проявляется в большей степени при температурах выше 20 °С. Аналогичную особенность биологии гетерорабдитид - проявлять большую активность заражения насекомых при высоких температурах отмечали ранее и другие исследователи [Milstead, 1981]. О существовании определенной зависимости между инвазионной активностью нематод при различных температурах и встречаемостью этих паразитов в естественных условиях свидетельствуют и результаты нашего изучения территориального распространения нематод в различных географических зонах и прежде всего, полученные данные подтверждают нашу гипотезу о влиянии температуры на специфику зонального распространения видов энтомопатогенных нематод [Данилов, 2005].
Таким образом, & feltiae р^ете характеризуется не только лучшими показателями по инвазионной активно-
сти, но и большей вирулентностью в отношении насекомым, которая к тому же проявляется в более широком диапазоне температур от 6 до 28 °С. Указанные различия у двух видов нематод свидетельствуют и о большей биологической эффективности и перспективности & feltiae р^ете по сравнению с & carpocapsae.
Установленная экспериментально прямая зависимость между количеством инвазионных личинок, находящихся в зоне обитания насекомого, и количеством нематод, проникающих в организм хозяина свидетельствует о возможности управления этим процессом, а следовательно и использования его для решения многих вопросов, связанных с изучением особенностей биологии энтомопатогенных нематод.
Результаты исследований являются основой для разработки оригинального метода сравнительной оценки нематодных культур штейнернематид, основанной на математическом моделировании зависимости интенсивности инвазирования и смертности насекомых-хозяев от условий заражения (температура, доза заражения, продолжительность периода свободного контакта), продемонстрированной на примере сравнения по этим показателям нематод & carpocapsae штамм "agriotos" и & feltiae protense.
Библиографический список (References)
Васильев С.В., Поляков И.Я., Сергеев Г.Е. Теория и методы использования математического моделирования и ЭВМ в защите растений // Тр. ВИЗР. 1973. В. 39. С. 61-106. Веремчук Г.В., Данилов Л.Г Об определении инвазионной активности Neoaplectana carpocapsae Weiser (Steinemematidae) //Тез. докл. Всес.
научн. конф. Микробиологические методы борьбы. Кишинев, 1976. С. 132-134.
Веремчук Г.В., Данилов Л.Г. Методические указания по оценке инвазионной активности нематодных культур рода №оаркйапа (Steinemematidae)//Ленинград, 1978. 11 с.
Данилов Л.Г, Павлюшин В.А., Нащекина Т.Ю., Айрапетян В.Г. Новый природный изолят энтомопатогенных нематод активных при низких температурах. Materialy VII Mi^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania s^ nauk^ i technikami - 2011» V. 42. Nauk biologicznych.: Przemysl. Nauka i studia. P. 39—43.
Данилов Л.Г. Особенности экологии и распространения энтомопатогенных нематод в различных экосистемах.// Вестник защиты растений., 2005. N 1. С. 18-26.
Иванова Т.С., Данилов Л.Г, Ивахненко О. А. Новый подвид энтомопатогенных нематод семейств Steinernema feltiae protense subsp. N. (Nematoda: Steinernematidae) из Якутии. Паразитология, 2001. Вып. 35. N 4. С. 333-337.
Пойнара Дж.О., Веремчук Г.В. Новый штамм энтомопатогенных нематод и географическое распространение Neoaplectana carpocapsae Weiser (Rhabditidae: Steinernematidae)// Зоологический журнал. 1970. 49 (7). С. 966-969).
Gaugler R., Campbel J. McGuire T. Selection for host-finding in Steinernema feltiae // J. Invertebr. Pathol. 1989. Vol. 54. P. 363-372.
Gaugler R., Lewis E., Stuart R.J. Ecology in the service of biologicalcontrol: the case of entomopathogenic nematodes // Oecologia. 1997. Vol. 109. Iss. 4. P. 483-489.
Denno, R. F., Gruner, D. S., & Kaplan, I. Potential for entomopathogenic nematodes in biological control: A meta-analytical synthesis and insights from trophic cascade theory// J. of Nematology, 2008. 40(2). P. 61-72.
Lacey, L. A., Georgis, R. Entomopathogenic nematodes for control of insect pests above and below ground with comments on commercial production// J. of Nematology. 2012. 44(2). P. 218-225.
Liu J., Poinar G., O., Berri R. E. Control of insect pests with entomopathogenic nematodes: the impact of molecular biology and philogenetic reconstruction //Ann. Appl.Entomol. 2000. Vol. 45. N 1. P. 287-306.
Milstead J.E. Influence of temperature and dosage on mortality of seventh instar larvae of Galleria mellonella (Insecta: Lepidoptera) caused by Heterorhabditis bacteriophora (Nematoda: Rhabditida) and Xenorhabdus luminescens // Nematologica. 1981. Vol. 27. N 2. P. 167-171.
Morton A, Garcia-del-Pino F. Ecological characterization of entomopathogenic nematodes isolated in stone fruit orchard soils of Mediterranean areas// J. of Invertebrate Pathology. 2009. 102(3). P. 203-213.
Salame L, Glazer I, Miqaia N, Chkhubianishvili T. Characterization of populations of entomopathogenic nematodes isolated at diverse sites across Israel //Phytoparasitica. 2010.38(1). P. 39-52.
Shapiro-Ilan DI, Brown I, Lewis EE. Freezing and desiccation tolerance in entomopathogenic nematodes: Diversity and correlation of traits // J. of Nematology. 2014. 46(1). 27-34 pp.
Danilov L.G. Features of ecology and distribution of entomopathogenic nematodes in different ecosystems.// Vestnik zashchity rasteniy. 2005. N 1. P. 18-26. (In Russian). Danilov L.G., Pavlyushin V.A., Nashchekina T.Yu., Ayrapetyan V.G. A new natural isolate of entomopathogenic nematodes active at low temperatures. In: Materialy VII Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania a nauk i technikami - 2011» V. 42. Nauk biologicznych: Przemysl. Nauka i studia. P. 39—43. (In Russian). Ivanova T.S., Danilov L.G., Ivakhnenko O.A. New subspecies of entomopathogenic nematodes Steinernema feltiae protense subsp. n. (Nematoda: Steinernematidae) from Yakutia. Parazitologiya. 2001. V. 35. N 4. P. 333-337. (In Russian). Poynara J.O., Veremchuk G.V. New sstrain of entomopathogenic nematodes and geographic distribution of Neoaplectana carpocapsae Weiser
Translation of Russian References
(Rhabditidae: Steinernematidae)// Zoologicheskiy zhurnal. 1970. V. 49(7). P. 966-969). (In Russian). Vasilyev S.V., Polyakov I.Ya., Sergeyev G.E. Theory and methods of mathematical modelling and computer use in plant protection. In: Tr. VIZR. 1973. V. 39. P. 61-106. (In Russian) Veremchuk G.V., Danilov L.G. Guidelines on the assessment of invasive activity of nematode cultures of genus Neoaplectana (Steinernematidae). Leningrad. 1978. 11 p. (In Russian). Veremchuk G.V., Danilov L.G. On defining invasive Neoaplectana carpocapsae Weiser activity (Steinernematidae). In: Tez. dokl. Vses. nauchn. konf. Mikrobiologicheskiye metody borby. Kishinev. 1976. P. 132 -134. (In Russian).
Plant Protection News, 2018, 3(97), p. 38-42
FEATURES OF INVASIVE ACTIVITY OF ENTOMOPATHOGENIC NEMATODES (NEMATODA: STEINERNEMATIDAE) DEPENDING ON BIOTIC AND ABIOTIC FACTORS OF ENVIRONMENT
L.G. Danilov
All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia
A comparative assessment of the features of invasive activity of two species of nematodes of the family Steinernematidae is provided, based on a mathematical modeling of dependence of intensity of invasive activity and mortality of insects on the host environment exposure (low dose exposure, duration of the period of free contact). Nematode Steinernema feltiae protense provide a higher mortality rate over a wide temperature range (6 to 28 °C), whereas Steinernema carpocapsae strain "agriotos" range is 20 to 28 °C. S. feltiae protense demonstrates more prospects for the use as a biological agent than S. carpocapsae.
Keywords: entomopathogenic nematode, Steinernematidae, invasive activity, infective larva.
Сведения об авторе
Всероссийский НИИ защиты растений, шоссе Подбельского, 3, 196608 Санкт-Петербург, Пушкин, Российская Федерация Данилов Леонид Григорьевич. Ведущий научный сотрудник, доктор сельскохозяйственных наук, e-mail: biodan@mail.ru
Information about the author
All-Russian Institute of Plant Protection, Podbelskogo Shosse, 3, 196608, St. Petersburg, Pushkin, Russian Federation Danilov Leonid Grigorievich. Leading researcher, DSc in Agriculture,
e-mail: biodan@mail.ru
