Действие экдистероидов растения Serratula Coronata L. на развитие и поведение личинок некоторых видов насекомых-фитофагов

Уфимцев, Кирилл Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Действие экдистероидов растения Serratula Coronata L. на развитие и поведение личинок некоторых видов насекомых-фитофагов
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Действие экдистероидов растения Serratula Coronata L. на развитие и поведение личинок некоторых видов насекомых-фитофагов"

На правах рукописи

УФИМЦЕВ Кирилл Геннадьевич

ДЕЙСТВИЕ ЭКДИСТЕРОИДОВ РАСТЕНИЯ БЕКЯЛТиЬЛ СОКОШТА L. НА РАЗВИТИЕ И ПОВЕДЕНИЕ ЛИЧИНОК НЕКОТОРЫХ ВИДОВ НАСЕКОМЫХ-ФИТОФАГОВ

03.00.16 -экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар, 2004

Работа выполнена в лаборатории биохимии и биотехнологии растений Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук,

старший научный сотрудник Володин В. В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Соловьев В.Л. кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Алексеев А.А.

Ведущая организация: Институт экологии растений и животных УрО РАН (г. Екатеринбург).

Защита диссертации состоится « 14 » апреля 2004 г. в 15 час на заседании диссертационного совета Д 004.007.01 в Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 167982, ГСП-2, Республика Коми, г.Сыктывкар, ул.Коммунистическая, 28. Факс:(8212)24-01-63; е-ша11 :<сНззоуе1@ ib.komisc.ru>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, г. Сыктывкар, Республика Коми, ул.Комму-нистическая, 24

Автореферат разослан «_»_2004 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

А.Г. Кудяшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возникшее на стыке двух биологических наук — экологии и биохимии, новое направление - биохимическая экология, в последние годы развивается высокими темпами, так как позволяет подойти ближе к пониманию глобальных вопросов биохимических взаимоотношений между живой и неживой природой, многообразию взаимоотношений между живыми организмами, пролить свет на сложную взаимосвязь и коэ-волюционную адаптацию, существующие между растениями и животными (Барбье, 1978; Харборн, 1985).

Одними из основных объектов биохимической экологии являются вещества вторичного (или специализированного) обмена, которые опосредуют взаимодействия между организмами и регулируют широкий спектр экологических взаимодействий, включая трофические взаимосвязи. С этой точки зрения большой интерес представляют экдистероиды, известные как гормоны линьки беспозвоночных, обнаруженные сравнительно недавно и в растениях. Несмотря на определенные успехи в изучении распространения экдистероидов в растительном мире и их структурного многообразия, до настоящего времени нет однозначного ответа на вопрос о том, какова роль экдистероидов в растениях. Выполняют ли они роль аллелохимических токсинов и антифидантов по отношению к неадаптированным видам фитофагов, имеют физиологическое значение для роста и развития самих растений, или взаимоотношения между растениями - продуцентами экдистероидов, и насекомыми-фитофагами носят еще более сложный характер (Jones and Firn, 1978; Bergamasco and Horn, 1983; Jones and Firn, 1991; Дайнен, 1996, 1998)?

В рамках экологической стратегии представляется чрезвычайно важным рассмотреть чувствительность как можно большего количества насекомых-фитофагов к фитоэкдистероидам, полученным с пищей, установить специфику влияния различных по структуре экдистероидов на насекомых-фитофагов, сопоставить активность значительного числа различных экдистерои-дов в одном и том же биотесте, установить связь между химическим строением и биологической активностью экдистероидов (Дайнен, 1998; Лафон, 1998).

Цель работы: Оценка вклада фитоэкдистероидов в детеррентную стратегию растения серпухи венценосной (Serratula coronata L.) по отношению к насекомым-фитофагам различной пищевой направленности.

Задачи работы:

- изучение антифидантной активности экдистероидов S. coronata по отношению к личинкам разных возрастов нескольких видов насекомых-полифагов: кукурузного мотылька Ostrinia nubilalis Hb., капустной совки

Mamestra brassicae L., египетской хлопковой совки Spodoptera littoralis Boisd. методом скармливания;

- изучение влияния экдистероидов S. coronata на личинок мельничной огневки Ephestia hiehniella Zell. последнего возраста методом погружения.

Работа выполнена в лаборатории биохимии и биотехнологии растений в соответствии с планом НИР Института биологии Коми НЦ УрО РАН по теме: "Структурно - функциональные исследования продуктов специализированного обмена растений и клеточных культур - продуцентов экдистероидов" (№ гос. рег. 01.9.80.004936), международного проекта INTAS "Вторичные метаболиты растений и взаимоотношения между насекомыми и растениями: распространение и идентификация экдистероидных агонистов и антагонистов в двух географически удаленных флорах" (№ 96-1291) и целевой программы поддержки междисциплинарных проектов, выполняемых в содружестве между учеными СО и УрО РАН (проект № 151 «Гормональные механизмы адаптации насекомых»(фундаментальные и прикладные исследования).

Положения, выносимые на защиту:

1. Фитомасса, экстракты из фитомассы серпухи венценосной S. coronata, а также индивидуальные экдистероиды, выделенные из этого растения, добавленные в диету личинок кукурузного мотылька О. nubilalis и капустной совки М. brassicae, оказывают сильное антифидантное действие на гусениц I возраста, вызывая их массовую миграцию с корма и гибель.

2. Антифидантное действие экдистероидсодержащей диеты на личинок капустной совки старших возрастов (Ш и IV) менее выражено: не вызывая массовой гибели гусениц в первые дни питания, приводит к нарушениям в их развитии и поведении, выражающимся во вспышках каннибализма, значительном увеличении стадии куколки и образовании нежизнеспособных куколок с различными аномалиями.

3. Гусеницы египетской хлопковой совки устойчивы к экзогенным эк-дистероидам, однако добавление в диету гусениц IV и V! возраста 0,01 и 0,1% (мае.) истинного гормона линьки - 20-гидроксиэкдизона (20Е), приводит к нарушению процессов роста и развития, а также к значительному снижению плодовитости имаго.

4. Введение в диету гусениц египетской хлопковой совки, взятых в эксперимент с IV возраста, разных частей генеративных растений S. coronata в количестве 10% (мае.) с различным содержанием экдистероидов, не оказывает выраженного антифидантного действия, однако подавляет рост и развитие гусениц, смещает время начала окукливания и снижает плодовитость имаго по сравнению с контрольной группой.

5. Погружение гусениц мельничной огневки последнего (VI) возраста в водные и спиртовые растворы различных экдистероидов приводит к проявлению трех эффектов - токсического, гормонального и адаптогенного, конкурирующее влияние которых зависит от структуры экдистероида, его концентрации, природы растворителя и временной экспозиции.

Научная новизна работы: Осуществлена оценка вклада фитоэкдистеро-идов еогоиМа как детеррентов по отношению к четырем видам насекомых-фитофагов различной пищевой направленности при помощи двух биотестов - метода скармливания и метода погружения.

При помощи метода скармливания экдистероидсодержащей диеты показано сильное антифидантное влияние фитоэкдистероидов 5. еогоиа(а на гусениц I возраста кукурузного мотылька и капустной совки, токсическое и гормональное действие на гусениц старших возрастов обоих видов, приводящее к различным патологиям в развитии и массовой гибели. В тестах по скармливанию диеты, содержащей различные концентрации 20Е, гусеницам IV и VI возрастов египетской хлопковой совки, устойчивой к высоким концентрациям экдистероидов, впервые обнаружено их гормональное действие, приводящее к увеличению времени развития и периода окукливания для гусениц, взятых в эксперимент с IV возраста, а также к снижению плодовитости имаго в обеих группах по сравнению с контролем. Кроме того обнаружено, что введение в диету гусениц египетской хлопковой совки IV возраста 10% (маа) разных частей растений 5. еогоиа(а, находящихся в генеративном возрастном состоянии, содержащих различное количество эк-дистероидов, не оказывая выраженного антифидантного действия, подавляет рост и развитие гусениц, смещает время начала окукливания, увеличивает стадию куколки и значительно снижает плодовитость имаго по сравнению с контрольной группой.

На примере гусениц мельничной огневки последнего возраста в биотесте по погружению показано многообразное влияние экдистероидов, характер которого зависит от структуры экдистероида, его концентрации, природы растворителя и длительности погружения в раствор. Обнаружено проявление трех эффектов - гормонального, токсического и адаптогенного, приводящих к различным отклонениям в развитии насекомых.

Полученные экспериментальные данные доказывают состоятельность современной научной гипотезы о роли фитоэкдистероидов как соединений, обладающих детеррентной активностью по отношению к насекомым-фитофагам, позволяют ближе подойти к разработке методов количественной оценки вклада фитоэкдистероидов в специфику взаимоотношений между насекомыми и растениями.

Практическая значимость: Полученные результаты имеют практическое значение для разработки новых биологических методов регуляции чис-

ленности насекомых-вредителей, а также для дальнейшего развития методов генной инженерии сельскохозяйственных растений, направленных на получение устойчивых сортов.

Апробация работы: Материалы исследования были представлены на IV съезде Общества физиологов растений России (Москва, 1999 г.), VI Молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1999 г.), XIV Коми республиканской молодежной научной конференции (Сыктывкар, 2000 г.), Международном симпозиуме «Protectia integrata a plantelor: Realizari si probleme» (Кишинев, Республика Молдова, 2000 г.), IX Молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии" (Сыктывкар, 2002 г.), заслушаны и обсуждены на Итоговом ученом совете Института биологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, январь 2003 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит го введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 185 страницах, иллюстрирована 42 рисунками и 11 таблицами. Список цитируемой литературы включает 166 наименований, в том числе 96 иностранных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1.

Роль вторичных метаболитов во взаимоотношениях между растениями и насекомыми (обзор литературы)

Приведены литературные данные о роли вторичных метаболитов во взаимоотношениях между растениями и насекомыми. К таким веществам специализированного обмена растений относятся экдистероиды - малоизученная группа природных биологически активных полигидроксилированных стеринов, обладающих активностью гормона линьки и метаморфоза членистоногих (Lafont, 1997), которые впервые были выделены из куколок тутового шелкопряда Bombix mori в 1954 году (Butenandt and Karlson, 1954). Еще в первой половине XX века было выяснено, что у насекомых процессы линьки и метаморфоза находятся под контролем особых химических веществ -экдистероидов, которые были объединены в группу зооэкдистероидов. Дальнейшие углубленные исследования позволили обнаружить экдистероиды не только у членистоногих, но и у многих других беспозвоночных, использующих эти вещества для контроля определенных процессов жизнедеятельнос-

ти. К ним относятся Annelidae, Nematoda, Mollusca, Schistosoma и т.д. (Ax-рем и Ковганко, 1989; Spindler, 1989). Обнаружение гормонов линьки и метаморфоза насекомых в растениях было неожиданным и поставило сразу массу вопросов об их биологических функциях (Nakanishi et al., 1966; Galbraith and Horn, 1966; Takemoto et al., 1967; Jizba et al., 1967). Способность растений синтезировать соединения, нарушающие гормональный статус насекомых-фитофагов и нетоксичных для млекопитающих, представляет большой интерес для разработки новых биологических методов борьбы с вредителями.

Согласно одной из наиболее распространенных точек зрения экдистеро-иды являются аллелохимическими токсинами и антифидантами для неадаптированных видов беспозвоночных. Такой взгляд на роль фитоэкдистерои-дов (ФЭ) соответствует общей концепции о роли продуктов вторичного метаболизма как защитных факторов растений, которые рассматриваются как часть многокомпонентной химической защитной стратегии, выработанной в процессе коэволюции растений и растительноядных беспозвоночных (Bergamasco and Horn, 1983; Camps, 1991; Camps and Coll, 1993; Дайнен, 1998).

Влияние поступающих с пищей ФЭ на поведение и развитие насекомых многообразно. Характер их воздействия зависит от вида насекомого, стадии его развития, химического строения и количественного содержания ФЭ в диете насекомых (Dinan, 1989; Dinan et al., 1999). Рядом исследователей было показано, что благодаря антифидантному действию экдистероидов некоторые виды растений не поедаются насекомыми-фитофагами (Lafont et al., 1991). Например, те концентрации 20Е, которые обычно содержатся в экди-стероидсодержащих растениях, препятствуют поеданию этих растений капустной белянкой Pieris brassicae и огневкой Chilo partellus (Jones and Firn, 1978), в то время как на египетскую хлопковую совку Spodoptera littoralis, также относящуюся к Lepidoptera, 20E в довольно высоких концентрациях не оказывал детеррентного воздействия (Tanaka andNaya, 1995; Blackford et al., 1996; Blackford et al., 1997). В одной из последних работ, подтверждающих эти результаты, было показано, что в ответ на поражение корней шпината личинками грибного комарика Bradysia impatiens наблюдалось возрастание концентрации 20Е, который выполнял защитную функцию (Schmelz etal.,2002).

Анализ литературных источников позволяет сделать вывод, что для составления наиболее полной картины детеррентного влияния ФЭ на насекомых-фитофагов необходимы глубокие исследования активности более значительного числа различных экдистероидов в одном и том же биотесте, а также изучение детеррентного влияния экдистероидов с использованием всего многообразия биологических методов тестирования. Совершенствование методов биологического тестирования позволит провести исследова-

ния взаимосвязи между структурой и активностью экдистероидов. Большие надежды возлагаются на сенсорную физиологию, одним из методов которой является воздействие экдистероидов на вкусовые рецепторы насекомых (Tanaka et al., 1994; Descoins and Marion-Poll, 1996,1999; Дайнен, 1998; Lafont, 2000) и ракообразных (Tomashko, 1994).

Глава 2.

Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования использовали личинок насекомых-фитофагов: кукурузного мотылька Ostrinia nubilalis Hb., капустной совки Mamestra brassicae L., египетской хлопковой совки Spodoptera littoralis Boisd и мельничной огневки Ephestia kuehniella Zell., являющейся вредителем запасов. Тестирование проводили с применением диеты, содержащей сухую фитомассу, сухие части генеративных растений серпухи венценосной с различным содержанием экдистероидов, сухой метанольный экстракт из фитомассы, а также узкие фракции экдистероидов S. coronata, обогащенные 20Е, 255-инокостероном (In) и экдизоном (Е). В опытах по погружению использовали спиртовые и водные растворы экдистероидов серпухи венценосной различной концентрации.

Личинки кукурузного мотылька, капустной совки и мельничной огневки были получены в лаборатории прикладной энтомологии Института защиты растений Министерства сельского хозяйства Республики Молдова (г. Кишинев). Личинки египетской хлопковой совки получены в Институте энтомологии Академии наук Республики Чехия (г. Ческе-Будейовице).

Сухая фитомасса была получена из надземной части растения S. co-ronata, интродуцированной в Ботанический сад Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Сбор растения осуществлялся в июле 1998 года в период бутонизации. Высушенную при 60°С зеленую массу измельчали на шаровой мельнице и просеивали через сито с диаметром отверстий не более 100 мкм. Содержание суммы экдистероидов и ее качественный состав определяли методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) на аналитической ВЭЖХ - системе производства ЧСФР (Колегова и Володин, 1999). Сухой экстракт, содержащий 7% суммы экдистероидов, получали из сухой мелкоизмельченной фитомассы S. coronata экстракцией метанолом с последующим удалением растворителя в вакууме на роторном испарителе. Сумму экдистероидов S1 и S2 получали водной экстракцией из сухой фитомассы растения с использованием колоночной хроматографии на окиси алюминия, а также препаративной ОФ ВЭЖХ. Узкие фракции экдистероидов, обогащенные 20Е, In и Е, получали из сум-

мы экдисгеровдов с использованием препаративной ОФ ВЭЖХ (Володин и др., 1998; Володин и Володина, 2000а; Володин и Володина, 20006). Эксперименты по скармливанию экдисгероидсодержащих диет гусеницам кукурузного мотылька и капустной совки и погружению личинок мельничной огневки были проведены в 1998 - 1999 г.г.

Эксперименты по скармливанию диеты, содержащей 0,1 и 0,01% 20Е, 10% (мас.) различных частей растения S. coronata гусеницам египетской хлопковой совки были проведены в 2001 году. Исследовались средневозрастные растения четвертого года жизни, собранные в июле 2000 года. Индивидуальные побеги растения расчленяли на части: корни, стебли нижней части растения, листья нижней части растения, стебли средней части, листья средней части, стебли верхней части, листья верхней части растения, бутоны. Растительные пробы высушивали в потоке воздуха при температуре 60°С в течение 10-15 часов, измельчали на шаровой мельнице, просеивали через сито с диаметром отверстий не более 100 мкм. Измельченные пробы трижды экстрагировали 60%-ным метанолом при 25°С в течение 16 часов, предварительно подвергнув обработке ультразвуком в течение 30 с. Экстракт освобождали от взвешенных частиц центрифугированием при 12000 об/мин в течение 25 мин, надосадочную жидкость сливали и разбавляли водой до получения 20%-ного метанольного раствора. Разбавленный экстракт освобождали от осажденных пигментов фильтрованием и затем пропускали через концентрирующий патрон Диапак С16 (ЗАО «БиоХимМак») для освобождения от растворенных примесей гидрофильной природы. Экдистероиды смывали с патрона 60%-ным метанолом. Анализ биоматериала на содержание экдистероидов проводили на аналитической ВЭЖХ-системе производства ЧСФР: насос НРР 4001, детектор UV-VIS LCD 2563 (л=254 нм), петлевой дозатор с объемом петли 20 мкл, колонка обращено-фазовая Диасорб С16 / Т (150x4 мм), размеры частиц- 5 мкм. Состав элюента: вода-ацетонитрил-тетрагидрофуран (100 : 16:4). Скорость подачи элюента - 0,7 мл/мин (Ча-дин и др., 2003). Количественное содержание суммы экдистероидов в разных частях растения приведено в табл. 1.

Подготовка гусениц к началу эксперимента. Гусениц капустной совки для эксперимента получали из свежих кладок яиц, которые помещали в кристаллизатор с искусственной питательной средой и выдерживали в термостате при t=24°C и фотофазе 16 часов до выхода гусениц. Необходимое для эксперимента число личинок пересаживали в чашки Петри диаметром 120 (маленькие) или 200 (большие) мм (в зависимости от возраста гусениц) на экспериментальные питательные среды, а остальных - на искусственную питательную среду ИПС-1, в состав которой входят: мука фасолевая - 65 г; кукурузный экстракт - 10 мл; дрожжи пивные, сухие - 34 г; агар микробиологический- 12,5 г; аскорбиновая кислота- 5 г; формалин (40%-ный) - 3

Таблица 1

Состав экспериментальных питательных сред, содержащих различные части генеративных растений 5. согоШа (10% мае.)

ЭПС Часть растения Содержание суммы экдистероидов в ЭПС, % мае. Содержание суммы экди стероидов в различных частях

растения, % мае.

ЭПС-11 Корни 0,03 0,29

ЭПС-12 Стебли нижней части 0,01 0,10

ЭПС-13 Листья нижней части 0,08 0,83

ЭПС-14 Стебли средней части 0,03 0,27

ЭПС-15 Листья средней части 0,18 1,84

ЭПС-16 Стебли верхней части 0,13 1,27

ЭПС-17 Листья верхней части 0,22 2,17

ЭПС-18 Бутоны 0,06 0,64

ЭПС-19 Фитомасса 0,12 1,18

мл; дистиллированная вода - 700 мл; зародыши пшеницы - 32 г. (Методические указания..., 1976). Гусениц на ИПС-1 поддерживали в течение всего эксперимента для использования в дальнейших испытаниях.

Гусениц кукурузного мотылька получали из свежих кладок яиц, помещенных в кристаллизатор с искусственной питательной средой ИПС-2, в термостате при 1=24-270С, фотофазе 16 ч., относительной влажности 80-85%. Состав ИПС-2: мука фасолевая - 108 г; дрожжи пивные, сухие - 27,2 г; отруби пшеничные - 52 г; кукурузный экстракт- 10 мл; аскорбиновая кислота — 2,7 г; сорбиновая кислота - 2,0 г; ледяная уксусная кислота - 3,0 мл; сухое молоко - 24,0 г; сахар - 10,0 г; формалин (40%-ный) - 5-8 мл; агар микробиологический - 20,0 г; вода дистиллированная - 1000 мл (Вилкова, 1985; ВагЬикзси, 1986). Необходимое для эксперимента количество гусениц отсаживали на экспериментальные питательные среды, а остальных поддерживали на ИПС-2 для дальнейших опытов.

Гусениц египетской хлопковой совки получали из свежих кладок яиц и выращивали в кристаллизаторе на искусственной питательной среде ИПС-3 в термостате при 1=25-27°С с фотофазой 16 ч. Для приготовления контрольной питательной среды ИПС-3 и экдистероидсодержащих ЭПС, готовили агаризованные среды, которые в течение эксперимента хранились в холодильнике. Состав диеты ИПС-3 для S. ¡ШогаШ: вода - 77,95 мл; агар микробиологический - 1,83 г; казеин- 1,4 г; кукурузная мука- 12,84 г; зародыши пшеницы - 3,21 г; дрожжи пивные, сухие - 3,43 г; аскорбиновая кислота - 0,45 г, бензойная кислота—0,13 г; нипагин - 0,11 г, формалин (40%-ный) -0,5-1 мл. По достижении IV и VI возраста необходимое для эксперимента количество гусениц отсаживали на контрольную и экспериментальные пи-

тательные среды в большие чашки Петри группами по пять штук, а остальных поддерживали на ИПС-3 для дальнейших опытов.

Во всех случаях для проведения эксперимента гусениц I возраста, отродившихся из свежих кладок яиц, отсаживали в чашки Петри диаметром 120 мм с диском фильтровальной бумаги по всей площади чашки, на который помещалась соответствующая питательная среда. Питательная среда содержалась на небольшом кусочке фольга с целью предотвращения высыхания корма. Фильтровальная бумага (подстилка) и корм ежедневно заменялись. Гусениц старших возрастов (III, IV, VI) отсаживали в большие чашки Петри диаметром 200 мм с подстилкой из фильтровальной бумаги группами по пять штук. По мере развития гусениц предкуколки отсаживались от продолжавших питаться гусениц в отдельные чашки Петри. Для образовавшихся из них куколок определяли пол и помещали раздельно самцов и самок. По мере выхода имаго пересаживали в специальные цилиндры из фильтровальной бумаги, в основание которых помещали чашки Петри с подстилкой и емкостью с губкой, пропитанной сахарным сиропом (40% мас. сахара или меда в дистиллированной воде). В каждом цилиндре находилось от трех до пяти пар имаго. Сверху цилиндр закрывался крышкой от чашки Петри. После спаривания отложенные самками на бумагу кладки яиц вырезались и помещались на питательные среды для отрождения. По окончании эксперимента для определения плодовитости имаго подсчитывали количество отложенных яиц на одну самку. Подсчет яиц вели под микроскопом. Для удаления чешуек, мешающих определению, а также для равномерного распределения яиц по поверхности бумаги кладки промывались этанолом.

Гусениц мельничной огневки получали из свежих кладок яиц на искусственной питательной среде ИПС-4, состоящей из равных количеств кукурузной, ячменной муки и пшеничных отрубей, в термостате при t=24°C. Эти условия обеспечивают получение гусениц, куколок и бабочек, соответствующих их оптимальным морфологическим показателям, и дают наибольшую плодовитость имаго (Монастырский и Горбатовский, 1991). Необходимое для эксперимента количество гусениц по достижении последнего возраста отсаживали в чашки Петри, а остальных поддерживали на ИПС-4 для использования в дальнейших опытах.

Приготовление экспериментальных питательных сред (ЭПС) для метода скармливания

В качестве экдистероидсодержащих добавок к диете гусениц кукурузного мотылька и капустной совки использовали мелкоизмельченную сухую фитомассу (ФМ) растения серпуха венценосная (общее содержание экдис-тероидов - 0,7% мас.), сухой метанольный экстракт (МЭ) из фитомассы (об-

щее содержание экдистероидов 7% мас.) и сумму экдистероидов в характерном для растения соотношении (81), содержащую 82,7% 20Е и 15,8% 1п, согласно данным ВЭЖХ.

Состав экспериментальных экдистероидсодержащих питательных сред: ЭПС-1: ИПС-1,(ИПС-2) + 10% ФМ (общее содержание эвдистеровдов в среде - 0,07%) ЭПС-2: ИПО1,(ИПС -2) + 5% ФМ (общее содержание экдистероидов в среде - 0,035%) ЭПС-3: ИПС-1,(ИПС-2) + 1% МЭ (общее содержание экдистеровдов в среде - 0,07%) ЭПС-4: ИПС-1,(ИПС-2) + 0,5% МЭ (общее содержание экщстеровдов в среде - 0,035%) ЭПС-5: ИПС-1 + 0,01% 81 ЭПС-6: ИПС-1 + 0,005% 81 ЭПС-7: ИПС-2 + 0,04% 81 ЭПС-8: ИПС-2 + 0,004% 81

Экспериментальные питательные среды для скармливания гусеницам египетской хлопковой совки включали сумму основных и минорных экдистероидов серпухи венценосной 82, содержащую 83,8% 20Е, 12,7% 1п и 3,5%Е (данные ВЭЖХ), и 10%(мас.) мелкоразмолотых сухих частей генеративных растений серпухи венценосной: ЭПС-9: ИПС-3 + 0,1% 82 ЭПС-10: ИПС-3 + 0,01% 82

ЭПС-11 - ЭПС-19, состав которых приведен в таблице 1.

Приготовление растворов экдистероидов для тестирования методом погружения

Для изучения гормональной активности, токсичности и адаптогенных свойств использовались спиртовые и водные растворы с различной концентрацией ФЭ, выделенных из серпухи венценосной: препарат 20Е, содержащий, согласно данным ВЭЖХ, 95,5% 20-гидроксиэкдизона; препарат Е, содержащий 77,7% экдизона, 11,5% 20Е и 3,4 1п; 83 - сумма экдистероидов, обогащенная 258-инокостероном и содержащая 61,5% 1п, 34,0% 20Е и 4,5% макистерона А (ВЭЖХ); 22А - 22-ацетат 20-гидроксиэкдизона, синтезированный в лаборатории биохимии и биотехнологии растений Института биологии Коми Научного центра УрО РАН (Политова и др., 1996; Политова и др., 2000).

В эксперименте на гусеницах мельничной огневки были использованы растворы:

Р-1: 0,5%-ный раствор 20Е в метаноле; Р-2: 0,1%-ный раствор 20Е в метаноле; Р-3: 0,05%-ный раствор 20Е в метаноле; Р-4: 0,01%-ный раствор 20Е в метаноле; Р-5: 0,5%-ный раствор 20Е в воде; Р-6: 0,1%-ный раствор 20Е в воде; Р-7: 0,05%-ный раствор 20Е в воде;

Р-8: 0,01%-ный раствор 20Е в воде; Р-9: 0,1%-ный раствор 22А в метаноле; Р-10: 0,05%-ный раствор 22А в метаноле; Р-11:0,025%-ный раствор 22А в метаноле; Р-12: 1%-ный раствор S3 в метаноле; Р-13: 0,5%-ный раствор S3 в метаноле; Р-14: 0,1%-ный раствор S3 в метаноле; Р-15:0,05%-ный раствор S3 в метаноле; Р-16: 0,1%-ный раствор Е в метаноле Р-17: 0,1%-ный раствор 20Е в этаноле

Гусениц последнего возраста мельничной огневки погружали в раствор тестируемого вещества на различные промежутки времени (5,10,40 и 60 с), после чего переносили их в чашки Петри, помешали в термостат при t=24°C и веля наблюдение за поведением, развитием и изменением окраски покровов.

Обработку результатов проводили с применением среднестатистического метода анализа и на ПЭВМ с использованием табличного процессора MS Excel 2002. Среднее арифиметическое, ошибка среднего арифметического, достоверность полученных результатов рассчитывались по формулам, приведенным в руководствах (Ивантер, 1979; Лакин, 1990). Для оценки достоверности использовали критерий Стьюдента Доверительный интервал рассчитан на ПЭВМ с использованием табличного процессора MS Excel 2002 с доверительной вероятностью Р=0,999. На рисунках и в таблицах представлены среднестатистические значения параметров и их стандартные ошибки. Полученные данные анализировались со степенью надежности 95-99,9% (Р< 0,5-0,001)

Глава 3.

Действие экдистероидов растения серпуха венценосная S, coronata на развитие и поведение личинок насекомых-фитофагов различных трофических групп в экспериментах in vivo

3.1 Антифидантное действие экдистероидов S. coronata на гусениц капустной совки разных возрастов. Для эксперимента по 30 гусениц капустной совки I возраста были отсажены на контрольную (ИПС-1) и экспериментальные питательные среды ЭПС-1 - 6 в чашки Петри диаметром 120 мм группами по 10 штук. По мере развития и роста гусениц старших возрастов отсаживали в большие чашки Петри диаметром 200 мм группами по пять штук. Наблюдение за развитием и поведением гусениц капустной совки I возраста велось в течение 37 суток. За это время гусеницы проходят

полный цикл развития, который составляет 20-30 дней. Согласно литературным данным для гусениц капустной совки старших возрастов, содержащихся групповым способом, характерен высокий процент миграции и каннибализм, который иногда проявляется и у гусениц II и III возраста. По этой причине на контрольной среде (ИПС-1) на восьмые сутки осталось 45% жизнеспособных гусениц, которые нормально развивались, на 25-е сутки окуклились, и на 32 сутки наблюдался выход имаго.

Экспериментальные питательные среды, содержащие различные экдис-тероидсодержащие добавки (ЭПС-1 - ЭПС-6), оказывали сильное антифи-дантное действие на гусениц капустной совки I возраста. Во всех случаях наблюдалась их массовая миграция с корма и гибель. На ЭПС-1 и ЭПС-2, содержащих сухую ФМ растения, к концу эксперимента (37-е сутки) осталось около 10% гусениц, которые перешли лишь во II - III возраст, т.е. наблюдалось значительное замедление их роста и развития. На ЭПС-3 в течение первых суток погибло лишь 10% гусениц, 40% мигрировали с корма и на вторые сутки тоже погибли, а из оставшихся живых гусениц большая часть находилась вне корма. На 17-е сутки активно питающиеся гусеницы (10%) перешли в IV возраст, но у них появилась аномалия в окраске, а из образовавшихся на 27-е сутки аномальных куколок выхода имаго не произошло. На ЭПС-4 в течение первых суток на корме погибло 37% гусениц, 17% мигрировали с корма и тоже погибли. Остальные активно питались, на 17-е сутки перешли в IV и V возраст и на 27-е сутки окуклились. Однако основная часть куколок была с различными аномалиями, поэтому к концу эксперимента наблюдался выход единичных имаго. На ЭПС-5 с 0,01% S1 в течение первых суток погибло 60% гусениц, 20% мигрировали с корма и затем тоже погибли. Через двое суток осталась всего одна гусеница (из группы в 30 особей), которая находилась вне корма, не развивалась и погибла на шестые сутки. На ЭПС-6 с 0,005% S1 к 17 суткам наблюдений осталось 23% гусениц V возраста, большинство из которых погибло к 25-м суткам. Образовавшиеся куколки были с различными аномалиями, и лишь из одной нормальной куколки на 40-е сутки наблюдался выход имаго. Продолжительность цикла развития на экспериментальных питательных средах на 10-15 суток превысила продолжительность цикла в контрольной группе.

Для сравнения действия экдистероидсодержащей диеты на гусениц капустной совки первого и старших возрастов гусениц выращивали на стандартной ИПС-1, а затем часть из них, достигшая III возраста, была пересажена на экдистероидсодержащие диеты ЭПС-1,2,3,4,6. В каждой экспериментальной и контрольной группе было по 30 особей, которые были отсажены в большие чашки Петри группами по пять штук. Развитие и поведение гусениц на экспериментальных средах сравнивали с контрольной группой, питавшейся на ИПС-1. Для гусениц III возраста капустной совки в кон-

трольной группе до 14-х суток не наблюдалось случаев гибели или аномального развития. На 17-е сутки численность гусениц уменьшилась на 35% в связи с миграцией с корма и гибелью вследствие каннибализма, о чем свидетельствовали остатки головных капсул в экскрементах. К концу эксперимента 60% гусениц, перейдя последовательно в IV и V возраст, окуклились, после чего наблюдался выход нормальных имаго. На ЭПС и для гусениц III возраста наблюдался высокий процент миграции с корма и последующая их гибель. Во всех случаях образования куколок не произошло, лишь на ЭПС-3 одна особь перешла в состояние предкуколки, которая затем погибла.

Наблюдения за развитием гусениц капустной совки I - IV возрастов на ЭПС-5, содержащей 0,01% ма^ S1, показали незначительное снижение ан-тифидантного действия и повышение резистентности с увеличением возраста гусениц. По 30 гусениц I, II, III и IV возрастов были помещены на контрольную среду ИПС-1 и диету ЭПС-5: гусеницы I и II возрастов в чашки Петри диаметром 120 мм группами по 10 штук, гусеницы III и IV возрастов - в большие чашки Петри группами по пять штук. По мере развития и достижения старших возрастов гусеницы, взятые в эксперимент в I и II возрастах, также помещались в большие чашки Петри группами по пять особей. Если для гусениц I возраста в течение первых суток наблюдалась массовая миграция с корма, приводящая к летальному исходу, то для гусениц И возраста массовая гибель наблюдалась лишь на 13-е сутки. В группе гусе-

ниц, взятых в эксперимент в Ш и IV возрастах, большая часть вначале активно питалась. Однако у гусениц из группы Ш возраста на 11-е сутки наблюдался рецидив каннибализма, а гусеницы из группы IV возраста на пятые сутки отказались от питания, и большая часть из них погибла. Хотя часть гусениц, взятых в эксперимент на III и IV возрасте, окуклилась, однако большая часть куколок была с различными аномалиями, а стадия куколки растягивалась более чем в два раза (рис. 1).

Аномальные куколки представляли собой комбинацию куколочных и личиночных фрагментов с недоразвитым или отсутствующим кремастером и крыловыми чехликами, отсутствием хитиновой оболочки на голове, грудных и брюшных сегментах, с гипертрофированной головной капсулой. Всего из 500 гусениц ЬГУ возрастов, использованных в эксперименте, было получено 29 куколок (5,8%), из которых 20 погибли в в ходе метаморфоза.

3.2 Антифидантное действие экдистероидов еогопаТа на гусениц кукурузного мотылька разных возрастов. Для исследований были отобраны гусеницы кукурузного мотылька 1-1У возрастов и экспериментальные питательные среды ЭПС-1 - ЭПС-8. В контрольной группе (ИПС-2) 65% из 120 гусениц за 49 дней прошли полный цикл развития, окуклились и превратились в имаго.

Для изучения влияния ЭПС-8, содержащей 0,004% 20Е, на гусениц кукурузного мотылька I возраста отобрали 170 особей, которые были помещены в чашки Петри группами по десять штук. Диета даже с такой низкой концентрацией 20Е оказывала сильное антифидантное действие на гусениц I возраста. Гусеницы, помещенные на корм, мигрировали с него, концентрируясь на стенках чашек, и погибли. Часть их погибла на корме. На всех остальных ЭПС гибель гусениц первого возраста достигла 100% на седьмые - девятые сутки (табл. 2).

По отношению к гусеницам старших возрастов кукурузного мотылька диета, содержащая 20Е, также проявляла сильное антифидантное действие. В контрольной группе из 34 особей, размещенных в больших чашках Петри группами по четыре-пять штук, к концу наблюдений 58,8% гусениц окуклились, и из них наблюдался выход нормальных имаго. При вскармливании гусениц, взятых в эксперимент в Ш и IV возрасте, на ЭПС-8, содержащей 0,004% 20Е, наблюдался высокий процент миграции гусениц с корма - 55%. Часть гусениц продолжала питаться и развиваться, достигнув стадии куколки. Однако продолжительность питания по сравнению с контролем растягивалась почти в два раза (с 23 до 49 дней), 20% гусениц перешли в V возраст, окуклились, однако куколки были значительно меньших размеров по сравнению с контролем, деформированы и выхода имаго из них не произошло (табл. 3).

Таблица 2

Результаты вскармливания гусениц О. пиЬИаШ I возраста на экспериментальных питательных средах, содержащих экдистероиды 5. согопа1а

Питательная среда Число гусениц на начало опыта, шт Число (доля) гусениц к концу эксперимента

живых погибших окуклившихся

шт. % шт. % шт. %

ИПС-2 (контроль) 120 78 65 42 35 78 65

ЭПС-1 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-2 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-3 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-4 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-6 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-7 72 0 0 72 100 0 0

ЭПС-8 170 7 4,1 163 95,9* 4 2,4

* Р < 0,001

Таблица 3

Результаты вскармливания гусениц О. пиЬИаШ 111-1У возрастов на экспериментальных питательных средах, содержащих экдистероиды согопа1а

Питательная среда Число гусениц на начало опыта, шт Число (доля) гусениц к концу эксперимента

живых погибших окуклившихся

шт. % шт. % шт. %

ИПС-2 (контроль) 120 78 65 42 35 78 65

ЭПС-1 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-2 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-3 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-4 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-6 63 0 0 63 100 0 0

ЭПС-7 72 0 0 72 100 0 0

ЭПС-8 170 7 4,1 163 95,9* 4 2,4

* Р < 0,001

На остальных средах наблюдалась массовая гибель гусениц III и IV возраста уже на восьмые сутки. Лишь на ЭПС-4 одна гусеница продолжала питаться, но не развивалась и на 15-е сутки погибла во время линьки. Та-

ким образом, на гусениц кукурузного мотылька всех возрастов экдистеро-идсодержащая диета оказывала ярко выраженное антифидантное действие.

Полученные нами результаты согласуются с выводами, сделанными рядом авторов при изучении восприятия экдистероидов вкусовыми рецепторами кукурузного мотылька, которые показали чрезвычайную чувствительность личинок к экдистероидам: 20Е и Е проявляли антифидантную активность, стимулируя клетки - вкусовые рецепторы, специализирующиеся на распознавании отталкивающих компонентов (Darazy et al., 1998). Аналогичные результаты были получены другими авторами, которые обнаружили сенсорное восприятие 20Е и понастерона личинками капустной совки (Marion-Poll etal., 1998).

3.3 Детеррентная активность экдистероидов S. coronataпо отношению к гусеницам египетской хлопковой совки разных возрастов

Для эксперимента с ИПС-3 отобрали по 25-35 гусениц, достигших IV или VI возраста, которых помещали в большие чашки Петри группами по пять штук и содержали в термостате при t=25-27°C и фотофазе 16 ч.

Экдистероидсодержашая диета влияла на развитие гусениц как IV, так и VI возраста, а также на плодовитость самок хлопковой совки. Диета с более высокой концентрацией 20Е (0,1%) вызывала и более высокий процент гибели гусениц VI возраста. Если в контрольной группе и на ЭПС-10 с более низким содержанием экдистероида на третий день погибло 12% гусениц, то на ЭПС-9 количество погибших гусениц составило 20%. Гормональное действие 20Е проявлялось в обоих случаях - на ЭПС-9 и ЭПС-10 на четвертые сутки наблюдений окуклилось 60% гусениц, в то время, как в контроле -лишь 32%. Однако на ЭПС-9 общее количество жизнеспособных куколок составило всего 72%, в то время как в контроле и на ЭПС-10 оно достигло 88% Диета с более низким содержанием 20Е способствовала лучшему усвоению пищи и развитию гусениц. Максимальная средняя масса одной гусеницы на вторые сутки на ЭПС-10 достигла 457±26 мг (привес составил 119 мг), в то время как в контрольной группе и на ЭПС-9 максимальная средняя масса одной гусеницы была почти одинаковой - 390± 11 и 389±30 мг соответственно (привес в контроле 104 мг, на ЭПС-9 - 86 мг). Вместе с тем среднее суточное потребление пищи в контроле было значительно выше, чем на экспериментальных средах. Экдистероидсодержащая диета подавляла репродуктивные функции самок египетской хлопковой совки, полученных из гусениц VI возраста, снижая количество яиц на одну самку почти в два раза по сравнению с контрольной группой (табл. 4).

Аналогичная картина наблюдалась и для гусениц египетской хлопковой совки IV возраста. Диета с более низким содержанием 20Е (0,01%) незначительно влияла на смертность. В контрольной группе на пятые сутки наблю-

Таблица 4

Развитие гусениц 5. НиогаИз VI возраста на экспериментальных питательных средах, содержащих 0,1 и 0,01% 20Е

Питательная Число гусениц на Число погибших гусениц Число куколок Средняя масса Соотношение Число яиц на одну самку, шт

среда начало опыта, шт шт. % шт. % куколки, мг самец: самка

Контроль 25 3 12 22 88 189±2 15:7 448±19

ЭПС-1 25 5 20* 18 72 193±1 7:11 275110

ЭПС-2 25 3 12 22 88 204±11 11:11 259110

* Р < 0,05

далась гибель 5% гусениц, и до конца эксперимента все оставшиеся живые гусеницы нормально питались и развивались, достигнув на восьмые сутки (перед началом окукливания) максимальной средней массы одной гусеницы - 504±8 мг. На ЭПС-10 гибель гусениц достигла максимального значения (11%) на восьмые сутки, а максимальная средняя масса одной гусеницы составила 499±17 мг. На ЭПС-9 с более высоким содержанием 20Е гибель гусениц началась на вторые сутки после начала питания и продолжалась до 13-х суток, достигнув 20%. Максимальная средняя масса составила лишь 419±11 мг. Гормональный эффект 20Е для гусениц IV возраста проявлялся в увеличении продолжительности стадии куколки, которая зависела от концентрации экдистероидов, а также в снижении плодовитости самок по сравнению с контрольной группой. Начало окукливания на ЭПС-10 приходилось на седьмые сутки, окончание - на 14-е (7 дней), на ЭПС-9 окукливание началось на восьмой день и завершилось на 19-е сутки (11 дней). В контрольной группе начало и конец окукливания приходились на девятые и 14-е сутки соответственно (5 дней, табл. 5).

Таблица 5

Развитие гусениц 5. 1ШогаШ IV возраста на экспериментальныхпитательных средах, содержащих 0,1 и 0,01% 20Е

Питательная среда Число гусениц на начало опыта, шт Число (доля) погибших гусениц Число дней до начала окукливания Число куколок Число яиц на одну самку, шт

шт. % шт. %

Контроль 35 2 5,7 8 33 94,3 610±13

ЭПС-9 35 8 22,9* 7 27 77,2 248111**

ЭПС-10 35 4 11,4 6 31 88,6 263112**

♦ Р = 0,05 ** Р < 0,001

3.4 Влияние питательных сред, содержащих 10% (мас.) сухих частей генеративных растений еогоиМас различным содержанием экдистеро-идов, на развитие гусениц египетской хлопковой совки IV возраста

Наблюдение за ростом и развитием гусениц ¡ШогаНя IV возраста, питавшихся на ЭПС-11 - 19, с первых дней показало существенные отличия как в развитии, так и в поведении и интенсивности питания по сравнению с контрольной группой. Если на контрольной среде гусеницы после интенсивного питания уползали с корма, то на ЭПС, особенно содержащих листья разного физиологического возраста, они почти все время находились на корме. В контрольной группе все гусеницы развивались равномерно, набирая вес и переходя в следующий возраст. На экспериментальных средах более крупные и сильные особи развивались и набирали вес быстрее, а более слабые гораздо медленнее, постепенно отставая в развитии от наиболее крупных и сильных. Особенно сильно отличались гусеницы, питавшиеся на ЭПС-19, содержащей фитомассу еогоиа(а (табл. 1). На ЭПС-19 гусеницы гораздо медленнее набирали вес, чем на других средах, хотя все время находились на корме, были значительно меньше по размерам, а окраска их покровов приобрела черный бархатистый тон. В течение всего эксперимента наблюдалась гибель гусениц, достигшая 34,4%, затем гибель куколок, которые по размерам были значительно меньше куколок в других группах (21,9%), а две особи продолжали питаться более 30 дней, очень медленно набирая вес, и погибли так и не окуклившись. Гусеницы, питавшиеся на ЭПС-18, включающей мелкоизмельченные бутоны, также отличались по внешнему виду от других экспериментальных групп. Это были крупные, сильные и активные гусеницы, которые превратились соответственно в крупных куколок и имаго. По плодовитости эти особи оказались сравнимы с имаго из контрольной группы (610+13 яиц на одну самку в контроле, 610+10 яиц на ЭПС-18).

Смертность гусениц на большинстве питательных сред была невысокой (2-3 особи) и лишь в некоторых случаях незначительно превышала гибель гусениц в контрольной группе (6,4%). Максимальная средняя масса гусениц была достигнута в контрольной группе на девятые сутки и составила 584+10 мг. Незначительно отличалась максимальная средняя масса одной гусеницы на ЭПС-16 (на седьмые сутки она достигла 566+11 мг) и на ЭПС-17 (на восьмые сутки - 526+18 мг). Самое низкое значение средней массы одной гусеницы получено на ЭПС-19 (365+7 мг). Потребление пищи также было максимальным в контрольной группе. Наблюдалась прямая зависимость между увеличением средней массы гусениц и количеством потребляемой пищи. Наиболее высокая средняя масса была у гусениц, питавшихся на контрольной среде, ЭПС-16, ЭПС-17 и ЭПС-18. Максимальное среднее суточное потребление пищи на одну гусеницу также наблюдалось для

этих групп, хотя на экспериментальных питательных средах оно было значительно ниже, чем на контрольной среде.

Особенно интересные результаты были получены по гормональному влиянию ЭПС-11-19. Экспериментальные диеты влияли как на начало процесса окукливания и продолжительность стадии куколки, так и на плодовитость самок. На среде ЭПС-13, содержащей листья нижней части растения, количество яиц на одну самку составило 641+13 шт, а на ЭПС-14, включающей стебли средней части растения, оно достигло лишь 160+10 шт.

На основании полученных экспериментальных данных можно считать, что введение в диету гусениц ШогаШ IV возраста 10% (мае.) мелкоиз-мельченных сухих частей генеративных растений coronata, содержащих различное количество экдистероидов, в отличие от М. brassicae и О. пиЫ-lalis, не оказывало выраженного антифидантного действия, однако подавляло рост и развитие гусениц, смещало время начала окукливания и резко снижало плодовитость имаго по сравнению с контрольной группой. Отсутствие четких корреляций между выраженностью эффектов и количественным содержанием экдистероидов в различных органах растений требует в будущем, с одной стороны, продолжения экспериментов с другими видами полифагов, а с другой - проведения сравнительного изучения химического состава разных органов растений и его изменения, происходящие с возрастом в отдельных тканях и органах, с целью установления возможного синергизма (или антагонизма) антифидантного и гормонального действия экдистероидов с другими биологически активными соединениями, содержащимися в растении.

3.5 Гормональное, токсическое и адаптогенное влияние экднетерондов 5. coronata на личинок мельничной огневки последнего возраста. Метод погружения используется не только для массового скрининга биологических объектов, особенно растений, на присутствие экдистероидов, но позволяет проследить последствия, связанные с попаданием экдистероидов в организм насекомых. Нами в качестве объектов исследования использовались гусеницы Е. киектеПа последнего (VI) возраста. В качестве тестируемых растворов - спиртовые и водные растворы экдистероидов разных концентраций Р-1-Р-17.

5.5./ Влияние спиртовых и водных растворов экдистероидов разных концентраций на гусениц мельничной огневки последнего возраста при погружении на 5 сек.

Гусениц последнего возраста мельничной огневки погружали в растворы экдистероидов на пять секунд, после чего переносили в чашки Петри, помещали в термостат при температуре 24°С и вели наблюдение за поведением, развитием и изменением окраски покровов. Было обнаружено, что

экдистероиды, попадая в организм насекомого, проявляли три конкурирующих эффекта - токсический, адаптогенный и гормональный. Токсический эффект проявлялся в увеличении количества погибших гусениц по сравнению с контролем - растворителем. В нашем случае метанольные растворы 20Е с низкой концентрацией проявляли адаптогенный эффект, повышая резистентность гусениц по отношению к поражающему действию метанола. После погружения в метанол и 0,5%-ный раствор 20Е уже через 32 часа погибло более 50% гусениц, в то время, как после погружения в 0,1%, 0,05% и 0,01% растворы 20Е в метаноле до конца эксперимента оставалось до 50% живых гусениц и жизнеспособных куколок. 20Е в концентрациях, не превышающих 0,01%, проявлял высокую адаптогенную активность, результатом чего было значительное повышение количества выживших гусениц по сравнению с метанолом, погружение в который приводило к массовой гибели гусениц в течение семи суток. Гормональный эффект 20Е проявлялся в ускорении начала окукливания гусениц после погружения - образование куколок началось уже через 42 часа после погружения. Однако выхода имаго не наблюдалось (рис. 2). Таким образом, можно считать, что в присутствии повреждающих агентов (в нашем случае это метанол) экдистероиды выполняли не только гормональные функции, но и роль адаптогенов.

Метанольные растворы 22-ацетата 20Е и 255-инокостерона по своему токсическому действию сравнимы с токсичностью чистого метанола. Высокий процент гибели гусениц говорит о слабом адаптогенном влиянии этих экдистероидов. В этих случаях наиболее ярко проявился гормональный эффект, о котором можно судить по количеству образовавшихся куколок и выходу имаго - после погружения в растворы 22А окукливание началось

уже через 32 часа (рис. 3). Следует отметить, что хотя после погружения в метанольные и водные растворы 20Е окукливание началось немного позже, чем после погружения в растворы 22А и !п, количество аномальных ку-

МеОН

Рис. 3. Доля образовавшихся к концу эксперимента куколок и имаго после погружения в растворы 22А разных концентраций. По оси Y - Количество куколок/имаго, %.

колок было значительно меньше. Гибель гусениц сопровождалась потемнением покровов.

3.5.2 Влияние экдистероидов S. coronata на личинок мельничной огневки последнего возраста при погружении в 0,1%-ные спиртовые и водные растворы сразной временной экспозицией. Гусениц последнего возраста мельничной огневки погружали в тестируемые растворы экдистеро-идов на 10,40 и 60 секунд, после чего переносили их в чашки Петри, помещали в термостат и вели наблюдение за поведением, развитием и изменением окраски покровов.

Различие в механизме действия экдистероидов при попадании в организм гусениц при погружении, проявляющееся в конкурировании трех эффектов - токсического, адаптогенного и гормонального, приводило к тому, что не во всех случаях наблюдалась прямая зависимость эффектов от длительности погружения. При погружении в 0,1%-ный раствор 20Е в этаноле на 10 секунд гибель гусениц достигла на восьмые сутки 85%, а после погружения на 40 секунд на четвертые сутки 75% гусениц окуклилось, затем наблюдался выход имаго.

Прямая зависимость выживаемости гусениц, количества образовавшихся куколок и выхода имаго от длительности погружения наблюдалась для метанольных растворов Е и Ш. Увеличение времени погружения повышало смертность гусениц и уменьшало количество образовавшихся куколок и имаго.

Следует отметить, что при всем разнообразии действия экдистероидов на гусениц мельничной огневки, преобладал токсический эффект, приводящий к их высокой смертности, низкому выходу жизнеспособных куколок и единичным случаям выхода имаго.

ВЫВОДЫ

1. Установлено детеррентное действие фитоэкдистероидов S. coronata по отношению к личинкам разных возрастов кукурузного мотылька и капустной совки при вскармливании их на экдистероидсодержащих диетах. Наблюдалось сильное антифидантное действие фитоэкдистероидов в составе питательных сред на гусениц I возраста обоих видов, которое приводило к массовой миграции гусениц с корма и их гибели.

2. Показано отличие в действии экдистероидсодержащих питательных сред на гусениц III и IV возрастов капустной совки по сравнению с гусеницами I возраста. Диета с различным содержанием экдистероидов сначала стимулировала питание личинок, затем происходило отторжение пищи, что приводило к вспышке каннибализма и массовой гибели гусениц. У гусениц, продолжавших питаться, наблюдалась патология развития, значительное замедление процессов окукливания, образование нежизнеспособных куколок с различными аномалиями и выход лишь единичных имаго.

4. У гусениц IV возраста египетской хлопковой совки введение 10% (мае.) мелкоизмельченных сухих частей генеративного растения S. coronata с различным содержанием экдистероидов приводило к проявлению сильного гормонального эффекта, выразившегося в нарушении развития, смещении начала времени окукливания, увеличении стадии куколки, а также в снижении плодовитости имаго.

5. Впервые обнаружено действие трех конкурирующих эффектов - токсического, гормонального и адаптогенного, при погружении гусениц мельничной огневки последнего возраста в растворы различных экдистероидов. Действие экдистероидов зависело от их химической структуры, концентрации, природы растворителя и длительности погружения личинок в раствор. При погружении в растворы с высокими концентрациями экдистероидов

гусениц мельничной огневки последнего возраста наиболее сильно выражен токсический эффект, что проявлялось в массовой гибели гусениц. Погружение в растворы с более низкой концентрацией экдистероидов способствовало проявлению адаптогенного и гормонального действия, что выражалось в повышении количества выживших гусениц и ускорении процесса окукливания.

6. Замечено, что после погружения как в водный, так и в метанольный раствор 20Е количество нормальных куколок значительно больше, чем после погружения в растворы, содержащие в качестве главного компонента минорный экдистероид 258-инокостерон, который, ускоряя процесс окукливания и выхода имаго, способствовал образованию большого количества нежизнеспособных куколок с различными аномалиями.

7. Отмечено, что в большинстве случаев максимальная гибель гусениц наблюдалась во время линьки на следующий возраст, перед окукливанием, а также на стадии куколки.

8. В экспериментах на четырех видах насекомых-фитофагов различной пищевой специализации при помощи двух биотестов - метода скармливания и погружения в растворы экдистероидов, показано, что фитоэкдисте-роиды растения S. coronata ответственны за детеррентные свойства, свидетельствующие о вкладе экдистероидов в защитную стратегию растения S. coronata от неадаптированных видов насекомых - фитофагов.

Основное содержание диссертации нашло отражение в следующих публикациях:

1. Уфимцев К.Г. Фитоэкдистероиды как детерренты насекомых - фитофагов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Тез. докл. VI моло-деж. науч. конф. Сыктывкар, 1999. С. 259.

2. Фитоэкдистероиды как детерренты насекомых-фитофагов. IV Съезд общества физиологов растений России / В.В.Володин, Т.Н. Ширшова, А.П. Якимчук, К.Г.Уфимцев // Физиология растений - наука III тысячелетия: Тез. докл. междунар. конф. М., 1999. Т. II. С. 548.

3. Уфимцев К.Г. Детеррентная активность фитоэкдистероидов Serratula coronata L. на личинок мельничной огневки Ephestia kuehniella Zell. // Тезисы докладов XIV Коми республиканской молодежной научной конференции. Сыктывкар, 2000. Т. 2. С. 238-239.

4. Iachimciuc A., Batcu M., Ufimtsev К. Influence of Ecdysteroids in growth an behaviour of ontogenetic stage Mamestra brassicae L. // Protectia integrata" a plantelor: Realizari si probleme: Invitapie - Program la Simpozionul Internationale. Chisinau (Moldova), 2000. P. 50.

5. Действие экдистероидов Serratula coronata L. на поведение и развитие личинок некоторых видов насекомых-фитофагов / К.Г.Уфимцев, Т.И.-

Ширшова, А.П.Якимчук, В.В.Володин // Раст. ресурсы, 2001. Т. 37, вып. 3. С. 23-33.

6. Уфимцев К.Г. Исследование вклада экдистероидов в детеррентную стратегию растения Serratula coronata L. в биотесте на личинках насекомых-фитофагов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Тез. докл. IX молодеж. науч. конф. Сыктывкар, 2002. С. 165.

7. Гормональное, токсическое и адаптогенное влияние экдистероидов Serratula coronata L. на личинок Ephestia hxehniella Zell. / К.Г.Уфимцев, Т.Ш.Ииршова,А.Л.Лкимчук, В.В. Володин. // Раст. ресурсы, 2002. Т. 38, вып. 2. С. 29-39.

8. Влияние экдистероидов Serratula coronata L. на личинок последнего возраста Ephestia kuehniella Zell. после погружения в спиртовые и водные растворы на различные промежутки времени / К.Г.Уфимцев, Т.И.Ширшова, А.ПЯкимчук, В.В. Володин // Раст. ресурсы, 2002. Т. 38, вып. 3. С. 86-97.

9. Детеррентная активность экдистероидов Serratula coronata L. по отношению к личинкам египетской хлопковой совки Spodoptera littoralis Boisd (Lepidoptera:Noctuidae) / К.Г.Уфимцев, Т.И.Ширшова, В.В.Володин // Раст. ресурсы, 2003. Т.39, вып.4. С. 134-143.

10. Уфимцев К.Г., Ширшова Т.И., Володин В.В. Действие фитоэкдисте-роидов Serratula coronata L. на поведение и развитие личинок некоторых видов насекомых-фитофагов // Фитоэкдистероиды / Отв. ред. В.В.Володин. СПб. Наука. 2003. С. 160- 170.

Ш-4630

Лицензия № 19-32 от 26.11.96 г. КР 0033 от 03.03.97

Заказ №10(04) _Тираж 110 экз.

Информационно-издательская группа Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Уфимцев, Кирилл Геннадьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Роль вторичных метаболитов во взаимоотношениях между растениями и насекомыми.

1.2 Экдистероиды, их химическое строение и биологические функции.

1.3 Гормональная активность экдистероидов у насекомых.

1.4 Фитоэкдистероиды как детерренты насекомых-фитофагов.

1.5 Адаптогенное влияние экдистероидов на насекомых-фитофагов.

1.6 Методы биологического тестирования экдистероидов в системах in vivo и in vitro.

1.7 Серпуха венценосная - S. coronata, как источник экдистероидов.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования.

2.1.1 Описание и биологическая роль тестируемых видов насекомых-фитофагов в природе.

2.2 Подготовка гусениц к началу эксперимента.

2.3 Приготовление экспериментальных питательных сред для метода скармливания.

2.4 Приготовление растворов экдистероидов для тестирования методом погружения.

2.5 Статистическая обработка экспериментальных данных.

ГЛАВА 3. ДЕЙСТВИЕ ЭКДИСТЕРОИДОВ РАСТЕНИЯ СЕРПУХА ВЕНЦЕНОСНАЯ (S. coronata) НА РАЗВИТИЕ И ПОВЕДЕНИЕ ЛИЧИНОК НАСЕКОМЫХ-ФИТОФАГОВ РАЗЛИЧНЫХ ТРОФИЧЕСКИХ ГРУПП В

ЭКСПЕРИМЕНТАХ IN VIVO.

3.1 Антифидантное действие экдистероидов S. coronata на гусениц капустной совки (Mamcstra hrassicac L.) разных возрастов.;.

3.1.1 Антифидантное действие экдистероидов на гусениц капустной совки I возраста.

3.1.2 Антифидантное действие экдистероидов на гусениц капустной совки III возраста.

3.2 Антифидантное действие экдистероидов S. coronata на гусениц кукурузного мотылька (Ostrinia nubilalis Hb.) разных возрастов.

3.3 Детеррентная активность экдистероидов S. coronata по отношению к гусеницам египетской хлопковой совки

Spodoptera littoral is Boisd.) разных возрастов.

3.3.1 Влияние экдистероидсодержащих диет на развитие и поведение гусениц египетской хлопковой совки VI возраста и плодовитость имаго.

3.3.2 Влияние экдистероидсодержащих диет на развитие и поведение гусениц египетской хлопковой совки IV возраста и плодовитость имаго.

3.4 Влияние сред, содержащих 10% сухих частей генеративных растений S. coronata с различным содержанием экдистероидов, на развитие гусениц египетской хлопковой совки IV возраста.

3.5 Гормональное, токсическое и адаптогенное влияние фитоэкдистероидов S. coronata на личинок мельничной огневки

Hphestia kuchniclla Zell.) последнего возраста.

3.5.1 Влияние метанольных и водных растворов 20Е разных концентраций.

3.5.2 Влияние растворов 22-ацетата 20-гидроксиэкдизона разной концентрации.

3.5.3 Влияние растворов минорных экдистероидов разных концентраций.

3.6 Влияние экдистероидов S. coronata на личинок мельничной огневки последнего возраста при погружении в водные и спиртовые растворы экдистероидов с разной временной экспозицией.

3.6.1 Влияние 0,1%-ных метанольных растворов экдистероидов при погружении на 10 сек.

3.6.2 Влияние 0,1%-ного раствора 20Е в метаноле при погружении на различные промежутки времени.

3.6.3 Влияние 0,1%-ного раствора Е в метаноле при погружении на различные промежутки времени.

3.6.4 Влияние 0,1%-ного раствора S3 (In) в метаноле при погружении на различные промежутки времени.

3.6.5 Влияние 0,1%-ного раствора 20Е в этаноле при погружении на различные промежутки времени.

3.6.6 Влияние 0,1%-ного раствора 20Е в воде при погружении на различные промежутки времени.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Действие экдистероидов растения Serratula Coronata L. на развитие и поведение личинок некоторых видов насекомых-фитофагов"

• Актуальность темы. Возникшее на стыке двух биологических наук -экологии и биохимии, новое направление - биохимическая экология, в последние годы развивается высокими темпами, так как позволяет подойти ближе к пониманию глобальных вопросов биохимических взаимоотношений между живой и неживой природой, многообразию взаимоотношений между живыми организмами, пролить свет на сложную взаимосвязь и коэволюционную адаптацию, существующие между растениями и животными (Барбье, 1978; Харборн, 1985).

Одними из основных объектов биохимической экологии являются вещества вторичного (или специализированного) обмена, которые опосредуют взаимодействия между организмами и регулируют широкий спектр экологических взаимодействий, включая трофические взаимосвязи. С этой точки зрения большой интерес представляют экдистероиды, известные как гормоны линьки беспозвоночных, обнаруженные сравнительно недавно и в растениях. Несмотря на определенные успехи в изучении распространения экдистероидов в растительном мире и их структурного многообразия, до настоящего времени нет однозначного ответа на вопрос о том, какова роль экдистероидов в растениях. Выполняют ли они роль аллелохимических токсинов и антифидантов по отношению к неадаптированным видам фитофагов, имеют физиологическое значение для роста и развития самих растений, или взаимоотношения между растениями - продуцентами экдистероидов, и насекомыми-фитофагами носят еще более сложный характер (Jones and Fim, 1978; Bergamasco and Horn, 1983; Jones and Firn, 1991; Дайнен, 1996, 1998)?

В рамках экологической стратегии представляется чрезвычайно важным рассмотреть чувствительность как можно большего количества насекомых-фитофагов к фитоэкдистероидам, полученным с пищей, установить специфику влияния различных по структуре экдистероидов на насекомых-фитофагов, сопоставить активность значительного числа различных экдистероидов в одном и том же биотесте, установить связь между структурой и биологической активностью экдистероидов (Дайнен, 1998; Лафон, 1998).

Задачи работы:

- изучение влияния экдистероидов S. coronata на личинок мельничной огневки Hphcstia kuchniclla Zell. последнего возраста методом погружения.

Работа выполнена в лаборатории биохимии и биотехнологии растений в соответствии с планом НИР Института биологии Коми НЦ УрО РАН по теме "Структурно-функциональные исследования продуктов специализированного обмена растений и клеточных культур-продуцентов экдистероидов" (№ гос. per. 01.9.80.004936), международного проекта INTAS "Вторичные метаболиты растений и взаимоотношения между насекомыми и растениями: распространение и идентификация экдистероидных агонистов и антагонистов в двух географически удаленных флорах" (№ 96-1291) и целевой программы поддержки междисциплинарных проектов, выполняемых в содружестве между учеными СО и УрО РАН (проект №151 "Гормональные механизмы адаптации насекомых" (фундаментальные и прикладные исследования).

Положения, выносимые на защиту:

1.Фитомасса, экстракты из фитомассы серпухи венценосной S. coronata, а также индивидуальные экдистероиды, выделенные из этого растения, добавленные в диету личинок кукурузного мотылька О. nubilalis и капустной совки М. hrassicae оказывают сильное антифидантное действие на гусениц I возраста, вызывая массовую миграцию гусениц с корма и их гибель.

2. Антифидантное действие экдистероидсодержащей диеты на личинок М. hrassicae старших возрастов (III и IV) менее выражено: не вызывая массовой гибели гусениц, приводит к нарушениям в их развитии и поведении, выражающимся во вспышках каннибализма, значительном увеличении стадии куколки и образовании нежизнеспособных куколок с различными аномалиями.

3. Гусеницы египетской хлопковой совки S. littoralis устойчивы к экзогенным экдистероидам, однако добавление 0,01 и 0,1% 20Е в диету гусениц IV и VI возраста приводит к нарушению их развития, а также к значительному снижению плодовитости имаго.

4. Введение в диету гусениц S. littoralis IV возраста разных частей генеративных растений S. coronata в количестве 10% (мае.) с различным содержанием экдистероидов не оказывает выраженного антифидантного действия, однако подавляет развитие гусениц, смещает время начала окукливания, увеличивает стадию куколки и снижает плодовитость имаго по сравнению с контрольной группой.

5. Погружение гусениц li. kuehniella в спиртовые и водные растворы различных экдистероидов приводит к проявлению трех эффектов -токсического, гормонального и адаптогенного, конкурирующее влияние которых зависит от структуры экдистероида, концентрации его в растворе, природы растворителя и длительности погружения.

Научная новизна работы: Осуществлена оценка вклада фитоэкдистероидов S. coronata как детеррентов по отношению к четырем видам насекомых-фитофагов различной пищевой направленности при помощи двух биотестов -метода скармливания и метода погружения.

При помощи метода скармливания экдистероидсодержащей диеты показано сильное антифидантное влияние фитоэкдистероидов S. coronata на гусениц I возраста кукурузного мотылька и капустной совки, токсическое и гормональное действие на гусениц старших возрастов обоих видов, приводящее к различным патологиям в развитии и массовой гибели. В тестах по скармливанию диеты, содержащей различные концентрации 20Е, гусеницам IV и VI возрастов египетской хлопковой совки, устойчивой к высоким концентрациям экдистероидов, впервые обнаружено их гормональное действие, приводящее к увеличению времени развития и периода окукливания, а также к снижению плодовитости имаго по сравнению с контрольной группой. Кроме того, обнаружено, что введение в диету гусениц S. littoralis IV возраста 10% (мае.) разных частей генеративных растений S. coronata с различным содержанием экдистероидов, не оказывая выраженного антифидантного действия, подавляет развитие гусениц, смещает время начала окукливания, увеличивает стадию куколки и снижает плодовитость имаго по сравнению с контрольной группой.

На примере гусениц мельничной огневки в биотесте по погружению показано многообразное влияние экдистероидов, характер которого зависит от структуры экдистероида, его концентрации в растворе, природы растворителя и длительности погружения. Обнаружено проявление трех эффектов - гормонального, токсического и адаптогенного, приводящих к различным отклонениям в развитии личинок.

Полученные нами экспериментальные данные доказывают состоятельность современной научной гипотезы о роли фитоэкдистероидов как соединений, обладающих детеррентной активностью по отношению к насекомым-фитофагам, позволяют ближе подойти к разработке методов количественной оценки вклада фитоэкдистероидов в специфику взаимоотношений между насекомыми и растениями.

Практическая значимость: Полученные результаты позволяют оценить вклад фитоэкдистероидов в детеррентную стратегию растения S. coronata по отношению к четырем видам насекомых-фитофагов с различной широтой пищевой специализации, являющуюся частью защитной стратегии растений от насекомых-вредителей. Вклад данной работы в подтверждение гипотезы о роли фитоэкдистероидов как детеррентов по отношению к насекомым-фитофагам, относящейся к фундаментальным вопросам экологии, может иметь приактическое значение для разработки новых биологических методов регуляции численности насекомых-вредителей, а также дальнейшего развития методов генной инженерии сельскохозяйственных растений, направленных на получение устойчивых сортов.

Апробация работы: Материалы исследований были представлены на IV съезде Общества физиологов растений России (Москва, 1999 г.), на VI Молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии" (Сыктывкар, 1999 г.), XIV Коми республиканской молодежной научной конференции (Сыктывкар, 2000 г.), Международном симпозиуме "Protecjia integrata a plantelor: Realizari §i probleme" (Кишинев, Республика Молдова, 2000 г.), IX Молодежной научной конференции "Актуальные проблемы биологии и экологии" (Сыктывкар, 2002 г.), заслушаны и обсуждены на Итоговом ученом совете Института биологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, январь 2003 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 185 страницах, иллюстрирована 42 рисунками и 11 таблицами. Список цитируемой литературы включает 166 наименований, в том числе 96 иностранных источников.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Уфимцев, Кирилл Геннадьевич

выводы

1. Установлено детеррентное действие фитоэкдистероидов серпухи венценосной S. coronala по отношению к личинкам разных возрастов кукурузного мотылька и капустной совки при выращивании их на экдистероидсодержащих диетах. Наблюдалось сильное антифидантное действие фитоэкдистероидов в составе питательных сред на гусениц I возраста О. nuhilalis и М. brassicae, которое приводило к массовой миграции гусениц с корма и их гибели.

2. Показано отличие в действии экдистероидсодержащих питательных сред на гусениц III и IV возрастов капустной совки по сравнению с гусеницами I возраста. Диета с различным содержанием экдистероидов сначала стимулировала питание личинок старших возрастов, затем происходило отторжение пищи, что приводило к вспышке каннибализма и массовой гибели гусениц. У гусениц, продолжавших питаться, наблюдалась патология развития, значительное замедление процессов окукливания, образование нежизнеспособных куколок с различными аномалиями и выход лишь единичных имаго.

3. Впервые обнаружено детеррентное действие диеты с 0,01 и 0,1% 20Е на гусениц IV и VI возрастов египетской хлопковой совки, ранее считавшейся устойчивой к высоким концентрациям экдистероидов, выразившееся в отклонении от нормального развития, увеличении периода развития до куколки и снижении количества жизнеспособных куколок, а также в значительном снижении плодовитости имаго. У гусениц IV возраста S. littoralis введение 10% (мае.) мелкоизмельченных сухих частей генеративного растения S. coronata с различным содержанием экдистероидов приводило к проявлению сильного гормонального эффекта, выразившегося в нарушении развития, смещении начала времени окукливания, увеличении стадии куколки, а также в снижении плодовитости имаго.

4. Впервые обнаружено действие трех конкурирующих эффектов -токсического, гормонального и адаптогенного, при погружении гусениц мельничной огневки /:. kuchniclla последнего возраста в растворы различных экдистероидов. Механизм действия экдистероидов зависел от химической структуры экдистероида, его концентрации, природы растворителя и длительности погружения личинок в раствор. При погружении в растворы с высокими концентрациями экдистероидов гусениц /;. kuchniclla последнего возраста наиболее сильно выражен токсический эффект, что проявлялось в массовой гибели гусениц. Погружение в растворы с более низкой концентрацией экдистероидов способствовало проявлению адаптогенного и гормонального действия, что выражалось в повышении количества выживших гусениц и ускорении процесса окукливания.

5. Замечено, что после погружения как в водный, так и в метанольный раствор 20Е количество нормальных куколок значительно больше, чем после погружения в растворы, содержащие в качестве главного компонента минорный экдистероид 25-5-инокостерон, который, ускоряя процесс окукливания и выхода имаго, способствовал образованию большого количества нежизнеспособных куколок с различными аномалиями.

6. Отмечено, что в большинстве случаев максимальная гибель гусениц наблюдалась во время линьки на следующий возраст, перед окукливанием, а также на стадии куколки.

7. В экспериментах на четырех видах насекомых-фитофагов различной пищевой специализации при помощи двух биотестов - метода скармливания и погружения в растворы экдистероидов, показано, что фитоэкдистсроиды растения S. coronata оказывают детеррентное действие, что свидетельствует о вкладе экдистероидов в защитную стратегию растения S. coronata от неадаптированных видов насекомых-фитофагов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Уфимцев К.Г. Фитоэкдистероиды как детерренты насекомых- фитофагов// Актуальные проблемы биологии и экологии: Тез. докл. VI молодеж. науч. конф. Сыктывкар, 1999. С. 259.

2. Фитоэкдистероиды как детерренты насекомых-фитофагов. IV Съезд общества физиологов растений России / В.В. Володин, Т.И. Ширшова, А.П. Якимчук, К.Г. Уфимцев // Физиология растений - наука III тысячелетия: Тез. докл. междунар. конф. М., 1999. Т. II. С. 548.

3. Уфимцев К.Г. Детеррентная активность фитоэкдистероидов Serratula coronata L. на личинок мельничной огневки Hphestia kuehniella Zell. // Тез. докл. XIV Коми республ. молодеж. науч. конф. Сыктывкар, 2000. Т. 2. С. 238239.

4. Iachimciuc A., Batcu М., Ufimtsev К. Influence of Ecdysteroids in growth an behaviour of ontogenetic stage Mamestra hrassicae L. // Protccpa integrata a plantelor: Realizari §i probleme: Invitap'e - Program la Simpozionul Internationale. Chi§inau (Moldova), 2000. P. 50.

5. Действие экдистероидов Serratula coronata L. на поведение и развитие личинок некоторых видов насекомых-фитофагов / К.Г. Уфимцев, Т.И. Ширшова, А.П. Якимчук, В.В. Володин // Раст. ресурсы, 2001. Т. 37, вып. 3. С. 23-33.

7. Гормональное, токсическое и адаптогенное влияние экдистероидов Serratula coronata L. на личинок Hphestia kuehniella Zell. / К.Г. Уфимцев, Т.И. Ширшова, А.П. Якимчук, В.В. Володин. // Раст. ресурсы, 2002. Т. 38, вып. 2. С. 29 - 39.

8. Влияние экдистероидов Serratula coronata L. на личинок последнего возраста liphestia kuchniclla Zell. после погружения в спиртовые и водные растворы на различные промежутки времени / К.Г. Уфимцев, Т.И. Ширшова, А.П. Якимчук, В.В. Володин // Раст. ресурсы, 2002. Т. 38, вып. 3. С.86 - 97.

9. Детеррентная активность экдистероидов Serratula coronata L. по отношению к личинкам египетской хлопковой совки Spodoptera littoralis Boisd. (Lepidoptera: Noctuidae) / К.Г. Уфимцев, Т.И. Ширшова, В.В. Володин // Раст. ресурсы, 2003. Т. 39, вып.4. С. 134 - 143.

10. Уфимцев К.Г., Ширшова Т.И., Володин В.В. Действие фитоэкдистероидов Serratula coronata L. на поведение и развитие личинок некоторых видов насекомых-фитофагов // Фитоэкдистероиды / Отв. ред. В.В. Володин. СПб.: Наука. 2003. С. 160 - 170.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для решения проблемы роли фитоэкдистероидов в растениях и принципах, на которых основано их распространение в растительном мире, разработана экологическая стратегия, предусматривающая изучение чувствительности как можно большего количества насекомых-фитофагов к экдистероидам, специфику влияния различных экдистероидов на насекомых-фитофагов, сопоставление активности значительного числа различных экдистероидов по отношению к одному и тому же биотесту, установление связи между химической структурой и активностью экдистероидов. Способность растений синтезировать соединения, нарушающие нормальную активность гормонов у насекомых-фитофагов, а возможно и у других классов растительноядных беспозвоночных, но не токсичных для млекопитающих, привлекает внимание ученых к разработке новых биологических методов борьбы с вредителями и ставит ряд вопросов о специфике взаимоотношений между насекомыми и растениями. Предположение, что экдистероиды являются аллелохимическими токсинами для неадаптированных видов растительноядных беспозвоночных требует четких доказательств (Дайнен, 1998).

Полученные нами результаты позволяют приблизиться к решению этой проблемы:

1. Установлен вклад фитоэкдистероидов S. coronala в детеррентную стратегию этого растения по отношению к нескольким видам насекомых-фитофагов с использованием различных биотестов.

Одним из основных тестов, позволяющих проследить влияние экдистероидов, поступающих с пищей, на развитие и физиологические параметры, а также отдаленные последствия - жизнеспособность и плодовитость потомства, является метод скармливания. Поступающие с пищей фитоэкдистероиды приводят к нарушению гормонального баланса в организме насекомых, выражающемся в различных патологиях в развитии личинок, образовании большого количества нежизнеспособных куколок. Эти экспериментальные методы позволяют внести ясность в решение проблемы о роли фитоэкдистероидов в растении, эффективности их в целом в качестве соединений, обладающих детеррентной активностью по отношению к насекомым-фитофагам, оценке вклада ФЭ в специфику взаимоотношений между насекомыми и растениями.

В опытах на личинках трех видов насекомых-фитофагов с различным пищевым предпочтением - О. nubilalis, М. brassicac и S. littoralis разных возрастов нами показано детеррентное влияние фитоэкдистероидов S. coronata, включенных в диету насекомых, зависящее от вида насекомых, возраста личинок, количественного содержания экдистероидов в пище, приводящее к различным патологическим последствиям.

2. Экспериментальные питательные среды, содержащие различные количества фитомассы, сухого метанольного экстракта из фитомассы и суммы экдистероидов, включающей 82,7% 20Е и 15,8% In, оказывали сильное антифидантное действие на гусениц I возраста О. nubilalis и М. brassicac. Наблюдалась массовая миграция гусениц с корма и затем их гибель. В тех случаях, когда отдельные особи продолжали питаться на ЭПС с низким содержанием экдистероидов (0,004 - 0,005%), имело место существенное замедление в развитии и образование нежизнеспособных куколок с различными аномалиями.

3. У гусениц III и IV возрастов М. brassicac экдистероидсодержащая диета сначала стимулировала питание, затем происходило отторжение пищи, что приводило к вспышке каннибализма и массовой гибели гусениц. У личинок, продолжавших питаться, наблюдались различные патологии в развитии, значительное увеличение периода развития куколок, образование в основном нежизнеспособных куколок с различными аномалиями.

4. На гусениц О. nuhilalis всех возрастов экдистероидсодержащая диета оказывала ярко выраженное антифидантное действие, вызывая их массовую гибель.

Полученные нами результаты вполне согласуются с данными ряда авторов о чрезвычайной чувствительности личинок О. nuhilalis и М. hrassicae к 20Е, Е, понастерону и другим ФЭ (Marion-Poll et al., 1998; Darazy et al., 1998). В опытах на вкусовых рецепторах этих насекомых было обнаружено сенсорное восприятие экдистероидов, которое, согласно мнению авторов, обеспечивается "детеррентной клеткой", т.е. клеткой, специализированной на распознавании вредных химических веществ и инициирующей отторжение пищи. Особенно чувствительными оказались клетки - вкусовые рецепторы О. nuhilalis, которые распознавали отталкивающие компоненты и отторгали их. Селективность этих рецепторов была изучена при помощи электрофизиологических записей из ротовых вкусовых волосков, стимулируемых различными экдистероидами и агонистами нестероидной природы.

5. Личинки египетской хлопковой совки S. littoralis устойчивы к очень высоким концентрациям фитоэкдистероидов. Ранее было показано, что диета, содержащая до 100 ррш 20Е, не оказывала неблагоприятного действия на их рост и развитие (Blackford et al., 1996; Blackford et al., 1997). В работах по изучению реакции вкусовых рецепторов S. littoralis была подтверждена их нечувствительность к экдистероидам (Marion-Poll et al., 1998).

В наших экспериментах было обнаружено влияние диеты с 0,1 и 0,01% 20Е на развитие, рост гусениц и плодовитость имаго. Высокое содержание 20Е (0,1%) в диете гусениц IV возраста привело к увеличению времени развития и периода окукливания по сравнению с контролем и диетой с более низким содержанием 20Е (0,01%) почти в два раза. На обеих диетах наблюдалось значительное снижение плодовитости самок. Для гусениц VI возраста гормональный эффект 20Е проявился в снижении плодовитости самок на обеих экспериментальных средах по сравнению с контролем почти в два раза. Кроме того, нами обнаружено, что введение в диету гусениц S. littoralis IV возраста различных частей генеративных растений S. coronata в концентрации 10% (мае.), содержащих различное количество экдистероидов, не оказывая выраженного антифидантного действия, подавляло рост и развитие гусениц, смещало время начала окукливания и значительно снижало плодовитость имаго по сравнению с контрольной группой. Однако между выраженностью эффектов и количественным содержанием экдистероидов в различных органах растений отсутствуют четкие корреляции, что требует продолжения экспериментов с другими видами полифагов, а также изучения химического состава отдельных органов растений и его изменения, происходящего с возрастом в тканях и органах растений, с целью установления возможного синергизма (или антагонизма) антифидантного и гормонального действия экдистероидов с другими биологически активными соединениями.

Таким образом, нами получены новые данные о действии фитоэкдистероидов на личинок S. littoralis, устойчивых к высоким концентрациям экзогенных экдистероидов. Несмотря на то, что антифидантное действие 20Е в случае S. littoralis было значительно слабее, чем в случае О. nuhilalis и М. brassicae, нами обнаружен довольно сильный гормональный эффект для гусениц обоих возрастов египетской хлопковой совки. У гусениц IV возраста он проявлялся в увеличении периода развития до окукливания, снижении количества жизнеспособных куколок и значительном снижении плодовитости имаго. Для самок, полученных из личинок VI возраста, выращенных на экдистероидсодержащей диете, также наблюдалось значительное снижение плодовитости по сравнению с контролем. Это свидетельствует в пользу гипотезы, согласно которой фитоэкдистероиды в природе могут играть роль экорегуляторов на различных стадиях развития насекомых или оказывать отдаленное влияние на их потомство. Кроме того, полученные данные могут иметь практическое значение для развития методов интегрированной защиты растений, позволяющих контролировать численность насекомых-вредителей путем снижения их плодовитости.

6. Метод погружения, применяемый в С/н/отесте для определения гормональной активности экдистероидов, заключается в погружении гусениц рисовой огневки С. supprcssalis последнего возраста в метанольные растворы экдистероидов на пять секунд. О гормональной активности экдистероидов судят по степени потемнения кутикулы. Этот тест дает не очень корректные результаты, но прост в исполнении и не требует больших материальных затрат. Погружение личинок в растворы разных экдистероидов и наблюдение за их развитием позволяют составить представление об отдаленных последствиях, связанных с попаданием экдистероидов в организм насекомых.

Нами на примере гусениц мельничной огневки /:. kuchniclla показано многообразие действия экдистероидов, зависящее от их химической структуры, концентрации, природы растворителя и длительности погружения. Было обнаружено, что растворы экдистероидов, попадая в организм личинок, проявляли три конкурирующих эффекта - токсический, адаптогенный и гормональный.

Токсический эффект проявлялся в увеличении количества погибших гусениц по сравнению с контролем - растворителем. В нашем случае метанольные растворы 20Е оказались менее токсичными, чем их водные растворы и сам метанол. 20Е в метанольном растворе проявлял более высокую адаптогенную активность, результатом чего было значительное повышение количества выживших гусениц по сравнению с метанолом, погружение в который приводило к тотальной гибели гусениц в течение семи суток. Таким образом, нами показано, что в присутствии повреждающих агентов экдистероиды выполняли не только гормональные функции, но и роль адаптогенов.

Метанольные растворы 22-ацетата-20Е и 25-5-инокостерона по своему токсическому действию сравнимы с токсичностью чистого метанола. Высокий процент гибели гусениц говорит о слабом адаптогенном влиянии этих экдистероидов. В этих случаях наиболее ярко проявился гормональный эффект, о котором можно судить по количеству образовавшихся куколок и выходу имаго. Следует отметить, что хотя после погружения в метанольные и водные растворы 20Е окукливание шло медленней, чем после погружения в растворы 22А и In, количество аномальных куколок было значительно меньше.

7. Различие в механизме действия экдистероидов при попадании в организм гусениц при погружении, проявляющееся в конкурировании трех эффектов -токсического, адаптогенного и гормонального, приводит к тому, что не во всех случаях наблюдается прямая зависимость эффектов от длительности погружения. При погружении в 0,1%-ный раствор 20Е в этаноле на 10 секунд гибель гусениц достигла на восьмые сутки 85%, а после погружения на 40 секунд на четвертые сутки 75% гусениц окуклилось, и затем наблюдался выход имаго.

Прямая зависимость количества выживших гусениц, образовавшихся куколок и имаго от длительности погружения наблюдалась для метанольных растворов Е и S3 (In). Увеличение времени погружения повышало смертность гусениц и уменьшало количество образовавшихся куколок и имаго.

8. Полученные нами данные имеют важное значение для понимания роли экдистероидов в растениях и взаимоотношений между растениямипродуцентами экдистероидов, и насекомыми-фитофагами. Понимание механизмов, включающихся при попадании фитоэкдистероидов в организм насекомых-фитофагов, позволит ближе подойти к решению проблемы создания методов регуляции численности насекомых-вредителей.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Уфимцев, Кирилл Геннадьевич, Сыктывкар

1. Абубакиров Н.К. Экдистероиды цветковых растений (Angiospermae). // Химия природных соединений. 1981. № 6. С. 685-701.

2. Алексеева Л.И. Экдистероиды Serratula coronata L. и Ajuga rcptans L. // Автореф. канд. хим. наук. Уфа. 1999. 21 с.

3. Ануфриева Э.Н., Володин В.В., Носов А.Н., М. Гарсиа, Р. Лафон. Состав и содержание экдистероидов в растениях и культуре ткани Serratula coronata L. //Физиология растений. 1998. Т. 45,№ 3. С. 378-381.

4. Ануфриева Э.Н., Ковлер Л.А., Колегова Н.А., Володин В.В. Serratula coronata L. и Ajuga rcptans L. продуценты экдистероидов в культуре in vitro. II Научные доклады / Коми научный центр УрО РАН. Сыктывкар, 1995. Вып. 372. 25 с.

5. Ахрем А.А., Левина И.С., Титов Ю.А. Экдизоны стероидные гормоны насекомых. Минск: Наука и техника, 1973. 232 с.

6. Ахрем А.А., Ковганко Н.В. Экдистероиды: Химия и биологическая активность. Минск: Наука и техника, 1989. 327 с.

7. Бакл Дж. Гормоны животных. М.: Мир, 1986. 85 с.

8. Барбье М. Введение в химическую экологию. М.: Мир, 1978. 229 с.

9. Биологический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989. 864 с.

10. Ю.Буров В.Н., Сазонов А.П. Биологически активные вещества в защите растений. М.: Агропромиздат, 1987. 198 с.

11. П.Вилкова Н.А. Особенности развития стеблевого мотылька при разведении его на ИПС // Бюл. ВНИИЗАРА. 1985. № 60. С. 61-65.

12. Володин В.В. Экдистероиды в интактных растениях и клеточных культурах: Автореферат докт. дисс. М., 1999.

13. Володин В.В., Володина С.О. Способ получения экдистероидов. Патент № 2153346, Россия, МКИ3 7А61 К35/78 // Институт биологии Коми Научного центра УрО РАН; № 99106351/14, заявл. 29.03.99; опубл. 27.07.2000 а. Бюл. №21.

14. Володин В.В., Лукша В.Г., Пунегов В.В., Тюкавин Ю.А. Способ получения а- и Р-экдизонов. Патент № 2063763, Россия, МКИ3 Ф 61 К 35/78 // Коми научный центр УрО РАН; № 93037260/14; заявл. 19.07.93; опубл. 20.07.96. Б.И. № 20.

15. Володин В.В., Лукша В.Г., Дайнен Л., Пунегов В.В., Алексеева Л.И., Колегова Н.А., Тюкавин Ю.А., Ребров А.И. Инокостерон и макистерон А из Scrratula coronata L. // Физиология растений. 1998. Т. 45, №3.С.378-382.

16. Володин В.В., Мишуров В.П., Колегова Н.А., Тюкавин Ю.А., Портнягина Н.В., Постников Б.А. Экдистероиды растений семейства Asteraceae. // Научные доклады / Коми научный центр УрО РАН. Сыктывкар, 1993. Вып. 319. 20 с.

17. Володин В.В., Ширшова Т.И., Бурцева С.А., Мельник М.В. Биологическая активность 20-гидроксиэкдизона и его ацетатов.// Раст. ресурсы. 1999. Т. 35„ вып. 2. С. 76-81.

18. Вредители и болезни полевых культур. Справочник. Под ред. Н.Н. Архангельского. Ростовское книжное издательство. 1964. 408 с.

19. Гилберт С. Клеточные взаимодействия на расстоянии. Гормоны как медиаторы развития. В кн.: Биология развития, 1995. Т. 3. С. 174-183.21 .Гормональная регуляция развития насекомых. // Труды Всесоюзного энтомологического общества. Наука, 1983. 181 с.

20. Горовиц М.Б., Зацны И.Л., Абубакиров Н.К. Экдизоны в растительном мире // Раст. ресурсы. 1974. Т. 10, вып. 2. С. 261-274.

21. Дайнен Л. Стратегия для скрининга растений на содержание фитоэкдистероидов и подходы к объяснению функций экдистероидов у растений. // Тезисы Международного совещания по фитоэкдистероидам. Сыктывкар. 1996. С. 23-27.

22. Дайнен Л. Стратегия оценки роли фитоэкдистероидов как детеррентов по отношению к беспозвоночным-фитофагам. // Физиол. растений, 1998. Т. 45, №3. С. 347-359.25.3ахваткин Ю.А. Курс общей энтомологии. М.: Колос, 2001. 371 с.

23. Ивантер Э.В. Основы практической биометрии. Петрозаводск, 1979. 94 с.

24. Ковганко Н.В., Ахрем А.А. Стероиды. Экологические функции. Минск. 1990. 221 с.

25. Колегова Н.А., Володин В.В. Обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография экдистероидов в системах, содержащих электронодонорные добавки.//Ж., анал. химии. 1999. Т. 54, № 12. С. 1 -4.

26. Лазарев Н.В., Розин М.А. О неспецифических приспособительных реакциях. В сб.: Вопросы цитологии и общей физиологии. М.-Л. 1960. С. 137142.

27. ЗГЛакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 352 с.

28. Лафон Р. Фитоэкдистероиды в мировой флоре: разнообразие, распределение, биосинтез и эволюция. Междунар. совещание по фитоэкдистероидам. Сыктывкар, 1996. С. 20-22.

29. Лафон Р. Фитоэкдистероиды и мировая флора: разнообразие, распределение, биосинтез и эволюция. // Физиол. растений, 1998. Т. 45, №3. С. 326-346.

30. Масленникова В.А., Черныш С.И. Суточные колебания титра экдизона у куколок Pieris brassicac и Barathra brassicac. II Вестник Ленингр. ун-та. 1978. № 15. С.

31. Методические указания по массовому лабораторному разведению озимой и капустной совок на искусственных питательных средах. Всесоюзный научно-исследовательский институт биологических методов защиты растений. Кишинев, 1976. 16 с.

32. Монастырский А.Л., Горбатовский В.В. Массовое разведение насекомых для биологической защиты растений. Справочник. М.:, 1991.

33. Новосельская И.Л., Горовиц М.Б., Абубакиров Н.К. Фитоэкдистероиды Serratula coronata // Химия природных соедин. 1981. №5. С. 668-669.

34. Осмоловский Г.Е., Бондаренко Н.В. Энтомология. Л., 1980.

35. Остроумов С.А. Введение в биохимическую экологию. 1986. 176 с.

36. Политова Н.К., Игнатов А.В., Попова Е.И., Лукша В.Г., Володин В.В. Получение конъюгатов 20-гидроксиэкдизона. Международное совещание по фитоэкдистероидам. Сыктывкар, 1996. С. 112-113.

37. Политова Н.К., Пшунетлева Е.А., Лукша В.Г., Игнатов А.В., Володин В.В. Синтез неполярных конъюгатов экдистероидов. Новые научные методики. Сыктывкар, 2000. Вып. 58. 17 с.

38. Растительные ресурсы СССР. Т. 6. Цветковые растения, их химический состав, использование. Семейство Asteraceae. Санкт-Петербург: Наука, 1993. С. 181-183.

39. Раушенбах И.Ю. Нейроэндокринная регуляция развития насекомых в условиях стресса. Новосибирск. Наука. 1990. 157 с.

40. Ревина Т.А., Карначук Р.А., Тайлашева Т.Я. Динамика содержания экдистерона в надземной части Serratula coronata L. и влияние на него света разного спектрального состава // Растит, ресурсы. 1986. Т. 22, № 1. С. 70-72.

41. Рихтер П. Порог проявления каннибализма у гусениц капустной совки (Mamcstra brassicac L.) Массовое разведение насекомых. Кишинев, 1984. С. 30-34.

42. Розенталь Д.А. Химические средства защиты у высших растений // В мире науки. 1986. №3. С. 56-62.

43. Росс Г., Росс Ч., Росс Д. Энтомология. М.: Мир. 1985. 570 с.

44. Саад М.Л. Серпуха венценосная {Serratula coronata L.) как перспективный источник фитоэкдистероидов: Автореф. канд. биол. наук. Киев, 1993. 25 с.

45. Сакаи М., Сато Я., Имаи С. Инсектициды. 1971: Яп. патент, кл. 30 F 352 (AOln), № 24264; РЖ Хим. 1972. 6Н № 587.

46. Селье Г. Очерки об общем адаптационном синдроме. М.:, Медицина, 1960.

47. Сикура Н.М., Почтарь С.И., Холодова Ю.Д., Вендт В.П. Изучение гормональной активности фитоэкдизонов на личинках комнатной мухи и гусеницах яблонной плодожорки. // Укр. биохим. журнал. 1978. Т. 50, № 1. С. 105-107.

48. Старец В.А. Методические указания по массовому лабораторному разведению совки С-черное на искусственных питательных средах. Кишинев, 1979. 13 с.

49. Старец В.А., Прант Н.Я., Штырбу М.Я. Групповое разведение капустной совки на искусственных питательных средах. В кн.: Вредители растений и их энтамофаги. Кишинев, 1978. С. 47-55.

50. Телитченко М.М., Остроумов С.Д. Введение в проблемы биохимической экологии. М.: Наука. 1990. 285 с.

51. Харборн Дж. Введение в экологическую биохимию. М.: Мир. 1985. 311 с.

52. Харина Т.Г. Эколого-биологические особенности серпухи венценосной в связи с интродукцией в Западной Сибири. Автореф. канд. биол. наук. Новосибирск, 1990. 16 с.

53. Холодова Ю.Д. Фитоэкдистероиды // Биохимия животных и человека. 1987. Т. 11. С. 27-41.

54. Черныш С.И. Способ определения активности адаптогенов: А.с. 637673

55. СССР, кп. G 01 п 33/16. Заявл. 21.03.776; опубл. 15.12.78.

56. Черныш С.И. Изменение секреции экдизона у Calliphora erythrocephala

57. Mg. и Barthra brassicae F. // Биол. науки. 1980. № 5. С. 51.

58. Черныш С.И. Реакция нейроэндокринной системы насекомых наповреждающие воздействия // Гормональная регуляция развития насекомых.1. Л.: 1983а. С. 118-128.

59. Яцюк К., Сегель Г.М. О выделении экдистерона. // Химия природн. соедин. 1970. 26. С. 281.

60. AdeIung D., Karlson P. Bine verbesserte. sehr empfindliche Methode zur biologischen Auswertung des Insecten hormones Ecdison. IIS. Insect Physiol. 1969. V. 15. P. 1301.

61. AdIer J.H., Grebenok R.J. Biosynthesis and distribution of insect-moulting hormones in plants a review // Lipids. 1995. V. 30. P. 257-262.

62. A1ison В., Witing P., Sarker S. Dinan L., Underwood E. Sik V., Rees H. 20-hydroxiecdisone-2-p-D-gIukopiranoside from the seeds Xcrophyllum ten ax II Biochem. system, ecol. 1997. V. 25. № 3. P. 225-261.

63. Arnault C., Slama K. Dietary effects of phytoecdysones in the Leek-Moth, Acrolepiopsis assectella Zell. (Lepidoptera: Ascrolepiidae). // J. Chem. Ecol. 1986. V. 12. P. 1979-1986.

64. BarbuIescu A. Tehnica de create in masa pe dieta artificiale a sfredelitornlui pommbului (Ostrinia nubilalis Hb.). Institutul de cercetarii pentru cereale §i plante tehnice fundulea. Probleme de protec{ia plantelor. Bucure§ti. 1986. V. VIII. P. 2528.

65. Behens W., Hoffman K.H. Function of ecdisteroids in adul insects // Acta endocrinol. 1982. Suppl. 246. P. 231-232.

66. Bergamasco R., Horn D.H.S. The biological activities of ecdysteroids and ecdysteroid analogues. // Progress in Ecdysone Research / Developments in Endocrinology: Ed. Hoffman J. Elsevier. Amsterdam. 1980. V. 7. P. 299-324.

67. Bergamasco R., Horn D.H.S. Distribution and role of Insect hormones in plants. // Invertebrate endocrinology. V. 1.: Endocrinology of Insects / Eds Downer R.G.H., Laufer H.New-York: A.R. Liss, 1983. P. 627-654.

68. Blackford M., Clarcke В., Dinan L. Tolerance of Egyptian cotton Ieafworm Spodoptcra littoralis (Lepidoptera: Noctuidae) to ingested phytoecdysteroids. // J Insect Physiol. 1996. V. 42. P. 931-936.

69. Blackford M., Clarcke В., Dinan L. Distribution and metabolism of exogenous phytoecdysteroids in the Egyptian cotton Ieafworm, Spodoptcra littoralis (Lepidoptera: Noctuidae). // Arch. Insect Biochem. Physiol. 1997. V. 34. P. 329346.

70. Blackford M.I.P., Dinan L. The effects of ingested 20-hydroxyecdysone on the larvae of Aglais urticac, Inachis io, Cynthia cardui (Lepidoptera: Aretiidae) and Tyria jacobaca //J. Insect. Physiol. 1997. V. 43. P. 315-327.

71. Butenandt A., Karlson P. Uber die isolierung eines metamorphose hormone der insecten in kristallisierter form. // Z. Naturforschung. 1954. Bd. 9B. № 6. S. 389391.

72. Camps F. Plant ecdysteroids and their interaction with insects. In:Ecological chemistiy and biochemistiy of plant terpenoids (Eds. Harborne J.B. and Tomas-Barberan F.A.). Clarendon Press, Oxford. 1991. P. 331-376.

73. Camps F., Coll J. Insect allelochemicals from Ajuga plants // Phytochemistry. 1993. V. 32. P. 1361-1370.

74. C!ement C., Dinan L. Development of an bioassay for ecdysteroid-like and antiecdysteroid activites in plants. // Insect chemistry ecology. // Ed. Hrdy I. Prague: Academia. 1991. P. 221-226.

75. Darazy D., Dinan L., Maurer P., Marion-Poll F. Ecdysteroid perception by taste receptors of the European corn borer. // XIH-th Ecdysone Workshop. Programme and Abstracts. Jena. 1998. P. 38.

76. Descoins C., Marion-Poll F. Gustatory responses of caterpillars to different kinds of ecdysteroids. // Presentation at the XHth Ecdysone Workshop. Barcelona. 1996.

77. Devarenne T.P., Banalata S.-M., Adler J.H. Biosinthesis of ecdysteroids in Zea mays. // Phytochemistry. 1995. V. 40, №4. P. 1125-1131.

78. Dinan L. Ecdysteroid structure and hormonal activity. In: Koohnan J.(ed). Ecdysone: from chemistry to mode of action. New York:Thieme Medical Publisher Inc. 1989. P. 345-354.

79. Dinan L. The association of phytoecdysteroids with flowering in fat hen, Chenopodium album, and other members of the Chenopodiaceae. // Experientia. 1992. V. 48. P. 305-308.

80. Dinan L., Savchenko Т., Whiting P., Sarker S.D. Plant natural products as insect steroid receptor agonists and antagonists.// Pestic. Sci. 1999. V. 55. P. 331-335.

81. EhrIich P., Raven P.H. Butterflies and plants: A stady in coevolution. // Evolution. 1984. V. 18. P. 586-608.

82. Feyereisen R., Lagueux M., Hoffman J.A. Dynamics of ecdisone metabolism after ingestion in Locusta migratoria II Gen. and Сотр. Endocrinol. 1976. V. 29. P. 319-327.

83. Fox L.R. Cannibalism in natural populations. // Ann. Rev. Ecol. System. 1975. V. 6. P. 87-106.

84. Fraenkel G. Hormone causing pupation in the blowfly Calliphora erythrocephala. II Proc. Roy. Soc. London. B. Biol. Sci. 1935. V. 118. P. 1-12.

85. Gade G., Hoffmann K.H., Spring J.H. Hormonal regulation in insects: facts, gaps, and future directions// Physiological Reviews. 1997. У.11. P. 963-1032.

86. Galbraith M.N., Horn D.H.S. An Insect-moulting hormone from a plant. // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1966. V. 24. P. 905-906.

87. Grieneisen M.L. Recent advances in our knowledge of ecdysteroid biosinthesis in insects and crustaceans.// Insect Biochemistry and Molecular Biology. 1994. V. 24. P. 115-132.

88. Hagedorn H.H. Physiological roles of hemolimph ecdysteroids in the adult insect. In: J. Koolman (ed.). Ecdysone from Chemistry to Mode of Action. Georg Thieme Verlag, Stuttgart. 1989. P. 279-289.

89. Harborne J.B. Introduction to ecological biochemistry. L.: Acad, press, 1982. 278 p.; Third edition: 1988. 356 p.

90. ЮЗ.НагЬогпе J.B. Recent advances in chemical ecology // Natur. Products. Rep. 1986. V. 3, № 4. P. 323-344.

91. Harborne J.B. Chemical signals in the ecosystems // Ann. Bot. 1987. V. 60, suppl. 4. P. 39-57.

92. Hikino H., Takemoto Т. Ecdysones of plant origin. // Invertebrate endocrinology and hormonal heterophylly // Ed. Burdette W. 1. N.Y.: Springerverlag. 1974. P. 185-203.

93. Hirn M.N., Delaage М.Л. Radioimrnunological approaches to the quantification of ecdysteroids. // Progress in Ecdysone Research / Ed. Hoffman J. A. -Amsterdam: Elsevier N. -Holl. Biomed. Press. 1980. P. 69-82.

94. Hoffman J.A., Lagneux M., Hirn M., De Reggi M., Goltzene F., Feyereisen R. Evolution du taux des ecdysteroides chez les imagos males et femelles de Locusta migratoria L. //Coll. Intr. CNRS Lille. 1975. V. 251. P. 359-365.

95. Hoffmeister H., Gmtzmacher H.F., Dunnebeil K. Studies on the structure and biochemical action of ecdysterone. // Z. Naturforschung. 1967. Bd. 22B, № 1. S. 66-70.

96. Jizba J., Herout V., Sonn F. Isolation of ecdysterone (cmstecdysone) from Polipodium vulgare L. Rhizomes.//Tetrahedron Lett. 1967. V. 18. P. 1689-1691.

97. O.Jones C.G., Firn R.D. The role of phytoecdysteroids in bracken fern, Plcridium aquilinum L. against phytophagous insect attack. //J. Chem. Ecol. 1978. № 4. P. 117-138.

98. I Jones C.G., Firn R.D. On the evolution of plant secondary chemical diversity. // Philosoph. Trans R. Soc. London, B. 1991. V. 333. P. 273-280.

99. Kaplanis J.N., Tabor L.A, Thompson M.J., Robbins W.E., Shortine T.J. Assay for ecdysone (moulting hormone) activity using the housefly, Musca domcslica L. // Steroids, 1966a. V. 8, № 2. P. 625-631.

100. Kaplanis J.N.,Thompson M.J., Yamamoto R.T., Robbins W.E. and Louloudes S.J. Ecdysones from the pupa of the tobacco hornworm, Manduca sexta (Johansson)//Steroids, 1966b. Vol. 8. P. 605.

101. Kaplanis J.N., Weirich G.F., Svoboda J.A., Thompson M.I., Robbins W.E. In: Progress in ecdysone research. Ed. J.A. Hoffman; Elsevier North-Holland Biomedical Press. Amsterdam; New York; Oxford. 1980. P. 163-186.

102. Karlson P. Biochemical studies on insect hormones. // Vitamins and hormones, 1956. V. 14. P. 227-265.

103. Karlson P. New concepts on the mode of action of steroid hormones // Perspectives in Biology and Medicine. 1963. V.6. P. 203 214.

104. Karlson P., Shaaya E. Der Ecdysontiter wahrend der Insektetwicklung. 1. Eine Methode lur Bestimmung des Ecdysongehalts. //J. Insect. Physiol. 1964. V. 10. P. 797-804.

105. Kholodova Yu.D. Phytoecdysteroids: biological effects, application in agriculture and complementary medicine. // Укр.бкшм. журн. 2001. Т. 73, № 3.1. C. 21-29.

106. Kobayashi М., Nakanishi К., Koreeda М. The moulting hormone activity of ponasterones on Musca domestica (Diptera) // Steroids. 1967. V. 9. P. 529-536

107. Koelle M.R., Talbot W.S., Segraves W.A., Bender M.T., Cherbas P., Hogness

108. D.S. The Drosophila EcR gene encodes an ecdysone receptor , a new member of the steroid receptor superfamily // Cell. 1991. V. 67. P. 59-77.

109. Koolman J. In: Regulation of insect development and behavior, Sehnal F (ed), Zabza A., Menn 1.1., Cymborowsky B. Techinical Univ. Wroclaw, 1981. V. 7, № 22. P. 93-106.

110. Koolman J. Ecdysteroides. // Zool. Sci. 1990. № 7. P. 563-580.

111. Koreeda M., Nakanishi K., Goto M. Ajugalactone, an insect-moulting inhibitor as tested by the Chilo dipping method. // J. Amer. Chem. Soc. 1970. V. 92. P. 75127513.

112. Kubo I., Klocke J.A., Asano S. Effects of ingested phytoecdysteroids on the growth and development of two Lepidopterous larvae. //J. Insect Physiol. 1983. V. 29. P. 307-316.

113. Kubo I., Komatsu S., Asaka Y., de Boer G. Isolation and identification of apolar metabolites of ingested 20-hydroxyecdysone in frass of Heliothis vircsccns larvae. //J. Chem. Ecol. 1987. V. 13. P. 785-795.

114. Lafont R. Ecdysteroids and related molecules in animals and plants. // Archives oflnsect Biochem. and Physiol. 1997. V. 35. № 1/2. P. 3-20.

115. Lafont R. Understanding insect endocrine systems: molecular approaches. // Entomologia Experimental is et Applicata. 2000. V. 97. P. 123-136.

116. Lafont R., Bouthier A., Wilson I.D. Phytoecdysteroids: structure, occurence, biosynthesis and possible ecological significance. // Insect Chemical Ecology / Ed. Hrdy I. The Hague: Academia Praha and SPB Academic Publ. 1991. P. 197-214.

117. Magai R.N., Decker W.L., Keasler A.J. Simulation models for European corn borer postdiapause morphogenesis and early infestation of maize in Missouri, USA. Int. I. Biometeorol. 1997. V. 40. P. 128-134.

118. Marion-PoII F., Maurer P., Darazy D., Descoins C.L., Dinan L. Gustatory perception of ecdysteroids in larvae of four Lepidoptera // XIII Ecdysone Workshop. Programma and Abstracts. Jena. 1998. P. 37.

119. Matsuoka Т., Imai S., Sakai M., Kamada M. Studies on phytoecdysones a Review of Our Works. // Annu. Rep. Takeda Res. Lab. 1969. V. 28. P. 221-271.

120. Nakanishi K., Koreeda M., Dasaki S., Chang M.L., Hsu H.Y. Insect hormones. 1. The structure of Ponasteron A, an Insect-moulting hormone from the leaves of Podocarpus nakaii Haj. //J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1966. V. 24. P. 915-917.

121. Porcheron P., Moriniere M., Grassi J., Pradelles P. Development of an enzyme immunoassay for ecdysteroids using acetylcholinesterase as label // Insect Biochem. 1989. V. 19, №2. P. 117-122

122. Rees H.H. Ecdysteroid biosynthesis and inactivation in relation to function.// European Jornal of Entomology. 1995. V. 92. P. 9-39.

123. Reum L., Koolman J. Radioimmunoassay of ecdysteroids // Ecdysone. From Chemistry to mode of action / Ed. Koolman J. Stuttgart New York: Georg Thieme Verlag. 1989. P. 131-143.

124. Robbins W.E., Kaplanis J.N., Thompson M.J., Shortino T.J., Joyner S.C. Ecdysones and synthetic analogs: moulting hormone activity and inhibitive effects on insect growth, metamorphosis and reproduction. // Steroids. 1970. V. 16. № 1. P. 105-125.

125. Robinson P.D., Morgan E.D., Wilson I.D., Lafont R. The metabolism of ingested and injected 3H.-ecdysone by final instar larvae of Heliothis armigera. II Physiol. Entomol. 1987. V. 12. P. 321-330.

126. Sato Y., Sakai M., Imai S., Fujioka S. Ecdysone activity of plant-originated moulting hormones applied on the body surface of Lepidopterous larvae. // Appl. Entomol. Zoo I. 1968. V. 3, № 1. P. 49-51.

127. SchmeIz E.A., Grebenok R.J., Ohnmeiss J.E., Bowers W.S. Interaction between Spinacia olcracea and Bradysia impaticns: A role for phytoecdysteroids. // Arch. Insect Biochem. and Physiol. 2002. V. 51. P. 204-221.

128. Shimizu I., Adachi S., Kato M. Acceleration of the time of mounting and larval ecdysis by electroshoks in the silkworm, Bombix mori L. // J. Sericult. Sci. Jap. 1978. V. 47. №3. P. 226.

129. Singh H., Pandey P.N. Experimental assessment of effects of larval crowding on development and reproduction in Diacrisia obliquac Wlk. (Lep., Arctiidae). // Biochem. and Exp. Biol. 1980. V. 16,№ 2. P. 157-164.

130. Slama K. Illusive functions of the prothoracic gland in Galleria. // Acta Entomol. Bohemoslov. 1983. V. 80. P. 161-176.

131. Slama K., Abubakirov N.K., Gorovits M.B., Baltaev U.A., Saatov Z. Honnonal activity of ecdysteroids from certain Asiatic plants. // Insect Biochem. Molec. Biol. 1993. V. 23. № l.P. 181-185.

132. SIama K, Lafont R. Insect hormones ecdysteroids: their presence and actions in vertebrates // Eur. J. Enthomol. 1995. V. 92. P. 355-377.

133. Spindler K.D. Honnonal role of ecdysteroids in Crustacea, Chelicerata and other Arthropods // Ecdysone: From Chemistry to mode of action. Ed. Koolman J. Stuttgart-New York. 1989. P. 290-293.

134. Takemoto Т., Ogawa S., Nishimoto N. Isolation of the moulting hormones of insects from Achyranthes radix II Yakugaku Zasshi. 1967. V. 87. P. 325-327.

135. Tanaka Y. The different effects of ecdysone and 20-hydroxyecdysone on the induction of larval ecdysis in the silkworm, Bombix mori (Lepidoptera: Bombycidae). // Eur. J. Entomol. 1995. V. 92. P. 155-160.

136. Tanaka Y., Asaoka K., Takeda S. Different feeding and gustatory responses to ecdysone and 20-hydroxyecdysone by larvae of the silkworm Bombix mori II J. Chemical ecology. 1994. V. 20. P. 125-133.

137. Tanaka Y., Naya S. -I. Dietary effect of ecdysone and 20-hydroxyecdysone on larval development of two Lepidopteran species. // Appl. Entomol. Zool. 1995. V. 30. P. 285-294.

138. Tanaka Y., Takeda S. Ecdysone and 20-hydroxyecdysone supplements to the diet affect larval development in the Silkworm Bombix mori, differently. // J. Insect Physiol. 1993. V. 39. P. 805-809.

139. Thomson J.A., Imray F.P., Horn D.H.S. An improved Calliphora bioassay for insect-moulting hormones. // Austral. J. Exp. Biol, and Med. Sci. 1970. V. 48. № 3. P. 321-328.

140. Tomashko K.H. Ecdysteroids from Pycnogonum litoralc (Arthropoda, Panthopoda) act as a chemical defence against Carcinus mamas (Crustacea, Decapoda). //J. Chemical Ecology. 1994. V. 20. P. 1445-1455.

141. Van Dyk J. How corn is damaged by the European corn borer. http://www.ent.iastate.edu/cornborer/howdamage/damage 1 .html

142. VoIodin V.V., Alexeeva L.I., Kolegova N.A. Further ecdysteroids from Serratula coronata L. (Asteraceae) // Biochemical systematics and ecology. 1998. V. 26. P. 459-461.

143. VoIodin V., Dinan L., Chadin I. Screening Results of European North-East Russia for Ecdysteroids // 14th Ecdysone Workshop: Abstracts. Rapperswill, 2000. P. 55.

144. Williams C.M. Ecdysone and Ecdysone-Analogues: their assay and action on Diapausing pupae of the Cynthia silkworm. II Biol. Bull. 1968. V. 134. № 2. P. 344355.

145. Zhang M., Kubo I. Possible function of ecdysteroid-22-O-acyItransferase in the larval gut of Tobacco Budworm, Heliothis vircsccns II Chem. Ecol. 1992. V. 18. P. 1139-1149.

146. Zhang M., Kubo I. Metabolic fate of ecdysteroids in larval Bombix mori and Heliothis vircsccns. И Insect Biochem. Mol. Biol. 1993. V. 23. P. 831-843.

147. Zitnan D., Kingan T.G., Hennesman J.L., Adams M.E. Identification of ecdysis triggering honnone from an epitracheal endocrine system. // Science. 1996. V. 271. P. 88-91.

Информация о работе

Уфимцев, Кирилл Геннадьевич
кандидата биологических наук
Сыктывкар, 2004
ВАК 03.00.16

Диссертация

Действие экдистероидов растения Serratula Coronata L. на развитие и поведение личинок некоторых видов насекомых-фитофагов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Действие экдистероидов растения Serratula Coronata L. на развитие и поведение личинок некоторых видов насекомых-фитофагов - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы