CC BY
28
Аникин В. В. Вредители сельского и лесного хозяйства // Энциклопедия Саратовского края. 2-е изд., перераб. Саратов, 2011. С. 151-152.
BIOLOGY AND ECOLOGY OF THE MAIN LEAF-ROLLER MOTHS (LEPIDOPTERA, TORTRICIDAE) OF SARATOV PROVINCE
V. V. Anikin
Saratov State University
The four dangerous leaf-roller moths are recorded in the Saratov Province in 1990-2011 years. They are Green Oak Totrix - Tortrix viridana, Archips rosanus, Archips podanus and Laspeyresia pomonella.
РОЛЬ ВНЕКЛЕТОЧНЫХ СИМБИОНТОВ В ОСМОРЕГУЛЯЦИИ ТЛИ
(INSECTA, HOMOPTERA)
М. С. Малышина, А. М. Петерсон, Е. В. Глинская
Саратовский государственный университет
На сегодняшний день известно около 4400 видов тли (Poirie, Coustau, 2011). У большинства из них описаны внутриклеточные (первичные) симбионты, к которым относятся бактерии рода Buchnera и дрожжеподобные грибы (аскомицеты). Эндосимбионты принимают участие в азотном питании насекомых, а также обеспечивают их необходимыми витаминами (Douglas, Minto, Wilkinson, 2001). Ряд исследователей доказали присутствие в пищеварительном тракте тли внеклеточных симбионтов из различных систематических групп эубактерий (Tsuchida et. al., 2010; Oliver et al., 2010). Однако в мировой литературе очень мало сведений о функциях вторичных симбионтов и их значении для насекомых. Предполагается их роль в осморегуляции. Тли питаются флоэмным соком, содержащим высокие концентрации углеводов (прежде всего сахарозы и глюкозы), в связи с чем подвергаются постоянному осмотическому стрессу. Известно несколько механизмов, позволяющих насекомым избегать обезвоживания. Высокая концентрация сахарозы непосредственно уменьшает усвоение сахара, синтез олигосахаридов замедляется, тем самым снижается концентрация раствора и, следовательно, осмотическое давление (Ashford, 2000; Wilkinson, 1997). Кроме того, вода в желудок дополнительно поступает из кишки, где осмотическое давление ниже. В последние годы выявлен еще один механизм осморегуляции тлей -это потребление ксилемного сока растений (Malone, 1999; Powell, Hardie, 2002; Pompon, 2010). Сок ксилемы является более разбавленным, чем сок флоэмы: концентрация сахаров и аминокислот в нем не превышает 1% (Fisher, 2000). Дополнительным осморегуляторным механизмом может служить способность внеклеточных симбионтов тли к использованию сахаров в качестве источника углерода и энергии. В связи с этим целью настоящей работы стало выявление способности факультативных симбионтов тли к рас-
92
щеплению широкого спектра углеводов, в том числе входящих в состав фло-эмного сока.
Исследования проводились в Саратовской области в 2011 г. Было собрано 2400 особей тли (Aphis pomi Deg., A. viburni Scop., Myzus cerasi F., Hya-lopterus pruni Geoffr., Rhopalosiphum padi L.) с различных кормовых растений (яблоня, вишня, слива, смородина, калина).
Перед бактериологическим посевом насекомых усыпляли. Для уничтожения микроорганизмов, обитающих на внешних покровах, насекомых обрабатывали в 96% этаноле в течение 5 мин. По 10 экземпляров тлей растирали с 0,5 мл физиологического раствора (разведение 10 ). Выделение внеклеточных симбионтов проводили на ГРМ-агаре и картофельной среде при температуре 28°С. Способность микроорганизмов к утилизации углеводов изучали на средах Гисса с добавлением глюкозы, сахарозы, маннита, лактозы, ксилозы, арабинозы, маннозы, сорбита, фруктозы.
В результате микробиологических исследований из организма тли было выделено 323 штамма бактерий-симбионтов. По морфологии они были распределены на 4 морфологические группы: грамположительные споровые палочки (140 штаммов), грамположительные неспоровые палочки (54 штамма), грамположительные кокки (46 штаммов), грамотрицательные неспоровые палочки (83 штамма).
Изучение сахаролитической активности выделенных штаммов показало, что 79% культур способны использовать те или иные углеводы (рис. 1).
Причём во всех морфологических группах количество штаммов, обладающих сахаролитической активностью, было значительно выше, чем количество штаммов, не утилизирующих углеводы (рис. 2).
о 1
79
Рис.1. Использование углеводов факультативными симбионтами тли, %:
□ — штаммы, использующие углеводы;
□ — штаммы, неиспользующие углеводы
а б в г
Рис. 2. Использование углеводов симбионтами различных морфологических групп: а - грамположительные споровые палочки; б - грамположительные неспоровые палочки; в - грамположительные кокки; г - грамотрицательные неспоровые палочки. Обозначения см. рис. 1
Однако активность использования различных сахаров была неодинакова (таблица).
Спектр углеводов, используемых факультативными симбионтами тли (количество штаммов, использующих данный углевод, %)
Углеводы Грамположительные Грамотрицательные неспоровые палочки
Споровые палочки Неспоровые палочки Кокки
Арабиноза 7.4 19.0 11.1 31.2
Глюкоза 55.6 66.7 50.0 81.2
Ксилоза 5.6 23.8 5.5 62.5
Лактоза 11.1 4.8 22.2 12.5
Маннит 12.9 19.0 11.1 53.1
Манноза 7.4 9.5 0 59.4
Сахароза 40.7 38.1 38.9 53.1
Сорбит 0 4.8 0 43.7
Фруктоза 5.5 0 0 0
В группе грамположительных бактерий наиболее часто используемыми углеводами оказались глюкоза (данный сахар использовали 50.0-66.7% штаммов) и сахароза (38.1-40.7% штаммов). Группа грамотрицательных неспоровых палочек оказалась способна к расщеплению широкого спектра сахаров, но наиболее часто используемым углеводом оказалась глюкоза, которую потребляли 81.2% штаммов грамотрицательных палочек. Таким образом, во всех морфологических группах самыми используемыми углеводами оказались глюкоза и сахароза. В целом среди бактерий различных морфологических групп к утилизации глюкозы как источника углевода оказались способны 60% исследуемых штаммов вторичных симбионтов, к утилизации сахарозы - 43% штаммов. Именно эти углеводы являются основными компонентами флоэмного сока, и способность вторичных симбионтов к их расщеплению может существенно повлиять на концентрацию данных веществ в пищеварительном канале насекомых.
Большая часть бактерий-симбионтов наряду с глюкозой и сахарозой использовала и другие углеводы, однако 15.2 % штаммов из всех предложенных сахаров расщепляли исключительно глюкозу и сахарозу. Более половины таких штаммов (57.8%) были представлены грамположительными споровыми палочками, однако встречались представители и других морфологических групп. Вероятно, именно эти бактерии являются наиболее адаптированными к жизни в условиях пищеварительного тракта тли. Это подтверждается и количественными показателями вторичных симбионтов: более половины штаммов, способных к расщеплению глюкозы и сахарозы, выделялись в концентрации 106 КОЕ в пробе, в то время как штаммы, не использующие данные углеводы, - в концентрации 10-10 КОЕ в пробе.
Таким образом, в организме тлей помимо симбионтов, расщепляющих достаточно широкий спектр углеводов, присутствуют и узкоспециализированные штаммы, способные расщеплять основные компоненты флоэмного сока, тем самым принимая участие в осморегуляции тлей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
AshfordD. A., Smith W. A., Douglas A. E. Living on a high sugar diet: the fate of sucrose ingested by a phloem-feeding insect, the pea aphid Acyrthosiphon pisum // J. of Insect Physiol. 2000. Vol. 46, №3. P. 335-341.
Douglas A. E., Minto L. M., Wilkinson T. L. Quantifying nutrient production by the microbial symbionts in an aphid // J. of Experiment. Biol. 2001. Vol. 204. P. 349-358.
Fisher D. B. Long distance transport // Biochemistry and Molecular Biology of Plants. Rockville, Maryland: Amer. Society of Plant Physiol., 2000. P. 730-784.
Macdonald S. J., Lin G. G., Russell C. W., Thomas G. H., Douglas A. E. The central role of the host cell in symbiotic nitrogen metabolism // Proc. Biol. Sc. 2012. Vol. 279, № 1740. P.2965-2973.
Malone M., Watson R., Pritchard J. The spittlebug Philaenus spumarius feeds from mature xylem at the full hydraulic tension of the transpiration stream // New Phytologist. 1999. Vol. 143, №2. P. 261-271.
Oliver K. M., Degnan P. H., Burke G. R., Moran N. A. Facultative symbionts of aphids and the horizontal transfer of ecologically important traits // Ann. Rev. of Entomol. 2010. Vol. 55. P. 247-266.
Poirie M., Coustau C. The evolutionary ecology of aphids immunity // Invertebrate Survival J. 2011. Vol. 8. P. 247-255.
Pompon J., Quiring D., Giordanengo P., Pelletier Y. Role of xylem consumption on os-moregulation in Macrosiphum euphorbiae (Thomas) // J. of Insect Physiol. 2010. Vol. 56, №6. P. 610-615.
Powell G., Hardie J. Xylem ingestion by winged aphids // Entomologia Experimentalis et Applicata. 2002. Vol. 104, №1. P. 103-108.
Spiller N. J., Koenders L., Tjallingii W. F. Xylem ingestion by aphids - a strategy for maintaining water balance // Entomologia Experimentalis et Applicata. 1990. Vol. 55, № 2. P. 101-104.
Tsuchida T. et. al. Symbiotic Bacterium Modifies Aphid Body Color // Science. 2010. Vol. 330. P. 1102-1104.
Wilkinson T. L., Ashford D. A., Pritchard J., Douglas A. E. Honeydew sugars and osmoregulation in the pea aphid Acyrthosiphon pisum // Journal of Experimen. Biol. 1997. Vol. 200, №11. P. 2137-2143.
THE ROLE OF EXTRACELLULAR SYMBIONTS IN OSMOREGULATION OF APHIDS (INSECTA, HOMOPTERA)
M. S. Malyshina, A. M. Peterson, E. V. Glinskay
Saratov State University
Aphids extracellular symbionts on the territory of Saratov region were studied. 323 bacterial strain were revealed. 15.2% able to use the compose phloem sap and insects involved in osmoregulation.
