Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Некоторые аспекты действия ингибитора синтеза ювенильного гормона насекомых - прекоцена

ВАК РФ 03.00.09, Энтомология

Автореферат диссертации по теме "Некоторые аспекты действия ингибитора синтеза ювенильного гормона насекомых - прекоцена"

Академия наук СССР

Институт эволюционной морфологии и экологии животных им. А. Н. Северцова

На правах рукописи

ТРИСЕЛЕВА ТАТЬЯНА АЛЕКСЕЕВНА

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ИНГИБИТОРА СИНТЕЗА ЮВЕНИЛЬНОГО ГОРМОНА НАСЕКОМЫХ—ПРЕКОЦЕНА

03.00.09 — энтомология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ГЛо'кса 1991

Работа выполнена в Институте эволюционной морфологии и зкологии животных им. А. Е Северцова АН СССР

Научный руководитель - доктор биологических наук Е. Е Поливанова

Официальные оппоненты:

доктор, биологических наук, профессор Г. А. Мазохин-Шршняков

кандидат биологических наук Е М. Кутузова.

Ведущее учреждение - Институт биохимии им. А. Е Баха АН СССР.

Защита состоится /¥ 1991 г. в / V час.

(У

на заседании специализированного совета Д002. 48. 02 при Институте эволюционной морфологии и'экологии животных им. А. Е Северцова АН СССР по адресу: 117071, Москва, Ленинский прспект, д. 33. -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферет, разослан /Ь1991 года.

, ■ . .. ...... '1

.Ученый .секретарь .. — . ...... .

специализированного совета

кандидат биологических наук Л. Т. Капралова

2.326

Актуальность темы. До Haci .ящего времени самым распространенным методом борьбы с вредными насекомыми остаётся использование пестицидов, отрицательное воздействие которых на окружающую среду и человека очевидно.

Однако, все большее внимание и исследователей, и работников практики привлекают интегрированные системы защиты растений, которые направлены на усиление эффективности естественных механизмов регуляции численности в агроценозах ( Викторов,1S74; Geiler,1975; Фадеев, 1981 ). А в последнее время благодаря успехам в эндокринологии насекомых возникли перспективы использования новых методов в защите растений, основанных на применении регуляторов роста, развития и размножения насекомых.

Первоначально, большие надежды возлагались на те из них, действие которых основано на нарушении нормального гормонального баланса ювенильного гормона - одного из основных морфогенетичес-ких гормонов, ответственного за развитие и размножение насекомых. Однако, одним из существенных недостатков таких регуляторов развития как синтетические аналоги ювенильного гормона при применении их в качестве средств защиты растений является необходимость использования их лишь в тот период онтогенеза, когда титр ювенильного гормона у насекомых снижен. Природные же популяции, как известно, отличаются значительной возрастной неоднородностью.

Позже, в результате поиска у растений физиологически активных веществ, способных влиять на процессы гормональной регухлции насекомых, Бауэрсом ( Bowers,1976 ) были открыты вещества, обладающие антиювенильной активностью, которые были названы им преко-ценами. Это открытие вызвало большой интерес у исследователей во многих странах мира. Он обусловлен тем, что эти природные соединения обладают высокой селективностью и в отличие от ювеноидов, способны оказывать воздействие на развитие насекомых на протяжении всего онтогенеза Кроме того, невысокая фото- и термостабильность прекоценов ( Поливанова,1984 ) снижает возможность их накопления в других организмах по цепям питания.

Современные исследования направлены главным образом на выявление нарушений, вызванных прекоценами, в развитии и размножении разных групп насекомых. Очень немного работ посвящено изучению действия прекоценов на поведение насекомых и практически нет работ, связанных с исследованием действия прекоценов на отдельные внутренние органы или системы органов, за исключением прилежащих

тел, которые являются непосредственой мишенью для этих веществ.

Для понимания механизма действия прекоценов на насекомых особенно важен многосторонний подход к изучению этих физиологически активных вещест^ позведающий наиболее полно оценить роль ювенильного гормона в регуляции процессов жизнедеятельности насекомых и, таким образом, определить возможности использования прекоценов как средств зашиты растений.

Цель и основные задачи исследования. Основной целью настоящей работы было изучение морфофизиологических и поведенческих изменений, вызываемых действием прекоцена, у одного из чувствительных к прекоценам видов насекомых - вредной черепашки ( Eurygaster integriceps Puton), являющегося вредителем зерновых культур,а также выяснение возможности использования живых прекоценосодержа-щих растений для подавления развития и размножения вредных членистоногих.

В связи с этим, были поставлены следующие задачи:

на примере вредной черепашки

- исследовать на протяжении всего онтогенеза влияние прекоцена на развитие прилежащих тел - эндокринных органов, являющихся источником ювенильного гормона;

- выяснить действие прекоцена на созревание ооцитов;

- изучить влияние дефицита ювенильного гормона, вызванного прекоценом, на развитие основных экскреторных органов;

- используя прекоцен как средство химической аллатэктоми», исследовать роль ювенильного гормона в миграционном и репродуктивном поведении.

Для оценки роли прекоценов как возможных природных регуляторов численности насекомых изучить ысрфогенетическое действие кормления насекомых живыми прекоценосодержапдами растениями или их экстрактами, используя для этого азиатскую. саранчу ( Locusta migratoria L.), медоносную пчелу( Apis mellifera L.), зараженную эктопаразитом - клешем Варроа ( Varroa jacobsoni Oud.).

Научная новизна. Впервые для насекомых на примере вредной черепашки прослежена на протяжении всего онтогенеза динамика роста и развития прилежащих тел в норме и под действием прекоцена.

Впервые для насекомых установлено, что рост и развитие основных экскреторных органов - мальпигиевых сосудов происходит под контролем ювенильного гормона.

Впервые для насекомых обнаружено, что одним из органов мише-

- 3 -

ней для прекоцена являются мальгмгиевые сосуды.

Обнаружено, что у вредной черепашки под действием прекоцена происходит увеличение продолжительности призывного поведения сам- ■ цов, что, учитывая экологию этого вида, имеет адаптивный смысл.

Впервые для насекомых установлено сходство в действии дефицита ювенильного гормона, вызванного прекоценом и высокой плотностью популяции на темпы роста прилежащих тел.

Впервые показана возможность использования живых преко1_,зно-содержащих растений или их экстрактов для подавления развития и размножения прекоценочувствительных членистоногих.

Теоретическая и практическая ценность работы. Полученные результаты исследований, которые выявили разнообразные реакции на действие прекоцена у одного из чувствительных к нему ви^ов насекомых - вредной черепашки (ЕигуеаэЬег пиегНсерБ) являются существенным вкладом в разработку теоретических основ практического использования этих физиологически, активных веществ. Многосторонний подход к изучению влияния прекоценов на насекомых позволяет не только оценить перспективы использования этих соединений как средств защиты растений от вредных членистоногих, но и расширить наши знания о роли ювенильного гормона в регуляции процессов жизнедеятельности насекомых.

Использование прекоценосодержащих растений представляет интерес для разработок практических подходов к применению этих растений для регуляции численности насекомых. На основе проведе чых исследований предложена технология способов применения прекоценов и прекоценосодержащих растений для борьбы с варроатозом пчел (подана заявка на авторское свидетельство ).

Апробация работы. Результаты иследований доложены на коллоквиумах группы теоретических и прикладных прблем биометода ИЭМЭЖ им. А. К Северцова в 1986,1987,1988 годах, на объединенном коллоквиуме 4-х лабораторий того же института в 1991 году, на Всесоюзной конференции по нейрозндокринологии, Харьков, 1988 год, на Всесоюзном симпозиуме по хеморецепции насекомых, Вильнюс, 1988 год. Кроме того, материалы исследований демонстрировались на ВДНХ ( Экология - охране природы ), 1988 год.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 статей, 2 тезисов.

Структура и объем работы. Дисертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав,

заключения и выводов, содержит 12 таблиц, 36 рисунков, список использованной литературы содержит 227 наименований, в том числе 198 на иностранных языках.

Глава 1. СПЕЦИФИКА ДЕЙСТВИЯ ПРЕКОЦЕНОВ .

( ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ )

В этой главе изложены основные работы, которые ведутся в области изучения таких физиологически активных веществ как прекоце-ны, обладающие антиювенильной активностью у насекомых.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Материалом для экспериментов по действию прекоценов на прилежащие тела и мальпигиевые сосуды в онтогенезе вредной черепашки, а также по влиянию высокой плотности содержания личинок на ее развитие служили датированные личинки этого вида,которых получали в лабораторных условиях из яйцекладок, отложенных клопами, собранными весной на местах зимовок в Краснодарском крае. В качестве корма использовали проросшие и сухие семена пшеницы.

В конце 1-го личиночного возраста, а при исследовании маль-пигиевых сосудов также в конце 2-го личиночного возраста опытных личинок высаживали на "прекоценовые" покрытия, которыми выстилали дно чашек Петри.. Покрытия представляют собой бумажные фильтры, которые обрабатывали прекоценом 2 фирмы" Serva" (ФРГ) из расчета 5 мкг прекоцена на 1 см*. В начале 3-го возраста всех личинок высаживали на чистые покрытия. Исследование прилежащих тел у личинок проводилось, начиная с 3-го возраста. .

Изучение различий в состоянии прилежащих тел у самцов и самок вредной черепашки, вышедших из личинок, развивавшихся на "прекоценовом" покрытии и благополучно перелинявших на имаго, проводили после окончания их имагинальнс.1 диапаузы.

Во всех этих опытах функциональное состояние прилежащих тел исследовали на серийных гистологических срезах. Окрашивание срезов производили метилгрюн-пиронином ( Пирс, 1962 ). Гистологические срезы мальпигиевых сосудоь окрашивали также мётилгрюн-пирон"-ном и по методу ШИК ( Пирс, 1962 ).

При изучении действия прекоцена на яичники вредной черепашки самок обрабатывали прекоценом 2 фирмы " Zoecon " (США) из расчета 200 мкг прекоцена на особь. Прекоцен наносили на мембрану между головой и переднеспинкой насекомого с помощью микрошприца фирмы " Hamilthon " (Швейцария).

Изучение изменения лётного и репродуктивного поведения вред-

- б -

ной черепашки под действием прекоцена проводились на клопах, собранных весной на местах зимовок в Краснодарском крае и прошедших там реактивацию.

В этих экспериментах для обработки клопов использовали пре-коцен 2 фирмы " Serva" из расчета 400 мкг на особь. Обработка производилась также как и в экспериментах по действию прекоцена на яичники вредной черепашки.

Лётная активность испытывалась на 2-й, 6-8-й, 14-й день после обработки прекоценом. Для экспериментов было установлено 4 лётные площадки (плексигласовые кюветы): отдельно для самцов и самок, обработанных прекоценом и отдельно для контрольных самцов и самок. Всего было испытано 80 насекомых, обработанных прекоценом и 160 контрольных особей.

Наблюдение за репродуктивным поведением проводили в 4-х вариантах опыта, в каждом из которых участвовало по 5 пар насекомых: обработанные прекоценом самцы и нормальные самки; обработанные прекоценом самцы и обработанные прекоценом самки; нормальные самцы и обработанные прекоценом самки; нормальные самцы и нормальные самки. Наблюдения проведили в течение 380 часов.

Для выяснения возможости использования природных прекоцёнов при действии их на насекомых через кишечник ( с кормом ) использовали азиатскую саранчу (Locusta migratoria) и рабочих особей медоносной пчелы (Apis meilifera), зараженных клещем Варроа.

Опыты с азиатской саранчей проводились на лабораторной ку ль-туре. В пищевом рационе экспериментальных насекомых злаки заменялись цветущими растениями агератума (Ageratum houstonianum). Для прижизненной окраски кишечника использовали трипановый синий.

Для содержания пчел в лабораторных условиях использовали специальные пластиковые садки размером 7.5 х 5.5 х 5.0 см. В полевых экспериментах пчелы содержались в стандартных ульях. Натуральный прекоцен, содержащийся в растении агератум и синтетический прекоцен 2 фирмы "Serva" давали пчелам вместе с кормом. У опытных и контрольных пчел были исследованы прилежащие тела. Окраска гистологических препаратов производилась метилгрюн-пирони-ном. Для выяснения влияния прекоценов на клеща Варроа было испытано" "^несколько способов использования этих веществ.

Статистическая обработка материала проведена с помощью стандартных методов для биологических исследований по К А. Плохинско-

му ( 1970 ). 2-2326

- б -

Глава 3. IМОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ У ВРЕДНОЙ ЧЕРЕПАШКИ ( ЕШУбАЗТЕЙ ЮТЕБМСЕРЗ ) НА ДЕЙСТВИЕ ПРЕКОЦЕНА

Вредная черепашка является видом со "средней" чувствительностью к прекоценам " наиболее обычной реакцией личинок на действие прекоцена бывают нарушения дистальных члеников антенн, конечностей • и ротовых органов. Судьба таких личинок бывает различной. Одни из них гибнут перед линькой или при линьке на следующий возраст, другие линяют на имаго, которые, гак правило, бывают меньшего размера, чем в норме, третьи претерпевают преле-девременный метаморфоз и возникают стерильные "прекоценовые" имаго (Поливанова,1985).

Для того, чтобы приблизиться к пониманию причин различий в реакциях на действие прекоцена было изучено состояние прилежащих тел у личинок и имаго, имеющих четко выраженные морфогенетические эффекты на последовательных стадиях онтогенеза.

До настоящего времени ни у одного вида насекомых такого исследования прилежащих тел у личинок на последовательных стадиях онтогенеза после действия прекоцена не проводилось. Однако, лишь такой анализ может дать объяснение причин снижения жизнеспособности личинок и вышедших из них взрослых насекомых, что имеет важное значение для оценки прекоценов как регуляторов численности насекомых.

Поскольку личинок высамвали на "прекоценовое" покрытие перед линькой на 2-й возраст, исследование прилежащих тел у них проводилось, начиная с 3-го возраста. Было обнаружено, что у таких личинок количество клеток в прилежаших телах не только меньше, чем у нормальных личинок 3-го возраста, но даже меньше, чем у эмбрионов этого вида перед вылуплением из яйца (табл.1). Еще более отчетливо выявляется нарушение роста и дифференциации прилежащих тел в следующих личиночных возрастах. .Как видно из таблицы 1, среднее число клеток в прилежащих телах личинок 4-го возраста, развивавшихся на "прекоценовом" покрытии, более,чем в 5,раз меньше, чем у нормальных личинок этого возраста. Однако, в 5-м возрасте эта разница в числе клеток в прилежащих телах у нормальных личинок и личинок, развивавшихся на "прекоценовом" покрытии уже сокращается.

Исследование действия прекоцена на прилежащие тела на последовательных этапах р'-■вития" личинок позволило выявить существенные различия в действии прекоцена на зги органы у 'личинок разных

Таблица 1. Количество клеток в прилежащих телах вредной черепашки на разных этапах онтогенеза в норме - (над чертой) и под действием прекоцена (под чертой).

стадия к-во кс с л. развития особей к-во клеток в мин. прил. телах макс. среднее к-вс клеток М + <Г %

эмбрионы 13 47 53 49. 5+0.4 0.8

лич. 1 возр. 6 54 65 57. 3+4.0 6.9

лич. 2 возр. 6 51 69 59. 1+6. 9 11.7

лич. 3 возр. 9 71 106 79. 7+19. 7 24.7

5 30 65 49. -6+14. 7 29.6

лич. 4 возр. 5 316 528 450. 0+83.1 18.5

5 55 114 80. 6+24. 4 30.3

лич. 5 возр. 5 630 1023 684.0+156. 8 17.7

5 61 528 268. 4+187. 5 69.8

имаго 8 1042 1948 1462. 0+319. 0 21.8

12 220 839 561. 6+284. 5 54.3

возрастов.

У личинок 3-го возраста, развивавшихся на "прекоценовом" покрытии, большей частью обнаруживаетя разрушение оболочки железы. Четвертого возрас достигают личинки, у которых оболочка сохранилась хотя бы частично.

Однако, в этом случае в ядрах и в цитоплазме наблюдается резкое подавление пиронинофилии, что свидетельствует о снижении содержания РНК в этом эндокринном органе. ' Нарастание клеточной массы и разрушение оболочки, видимо, нарушает нормальную трофику клеток. Такие личинки обычно не способны полинять на 5-й Еозраст. У того небольшого числа клопов, которые развивались в ранних личиночных возрастав на "прекоценовом" покрытии и затем линяли на нормальных, но обычно небольших размеров имаго, прилежащие тела, как видно из таблицы 1, тоже невелики.

Полученные данные показывают, что у насекомых, развивавшихся в ранних возрастах на "прекоценовом" покрытии степень нарушения роста и развития прилежащих тел опоеделяет судьбу и жизнеспособность личинок. Для каждого личиночного возраста, видимо, существует определеное пороговое число клеток в прилежащих телах, которое позволяет личинке успешно закончить развитие в этом возрасте и подготовиться к линьке на следующий возраст. Причем, это пороговое число оказывается в несколько раз ниже того, которое обычно встречается у нормальных личинок и взрослых клопов. В тех же случаях, когда число клеток в прилежащих телах оказывается ниже этой критической величины, насекомое не способно достигнуть следующего личиночного возраста

Известно, что у вредной черепашки случаи преждевременного метаморфоза обнаруживаются, как правило, у самок (Поливанова, 1985). Исследование прилежащих тел у взрослых самок и самцов, личинки которых развивались на "прекоценовом" покрытии, не выявили существенных различий в этих эндокринных органах между самками и самцами. Появление в результате преждевременного метаморфоза преимущественно самок может объясняться тем, что, видимо, существует определенный пороговый уровень ювенильного гормона не только для успешного развития каждого личиночного возраста, но и для личинок разных полов.

Аналогичные изменения в прилежащих телах имаго вредной черепашки были обнаружены _,.ри воспитании личинок младших возрастов при высокой плотности популяции. Действие стресса, возникающее

при высокой плотности содержани: личинок оказалось в значительной степени сходным с действием физиологически активного вещества -прекоцена, ингибирующего синтез ювенильного гормона.

У насекомых выведение ювенильного гормона и его метаболитов происходит в основном' через мальпигиевые сосуды (Ег1еу е1 а1.,1975). В последнее время высказывается мнение, что ювекильный гормон наряду с другими функциями, играет ведущую роль в процесах соматического роста (Слама,1982). Исходя из этого, а также в связи с тем, что было выявлено разрушение клеток прилежащих тел у вредной черепашки под действием прекоцена, представлялось интересным исследовать влияние этого аллатоцида на состояние органов, участвующих в регуляции титра ювенильного гормона.

У полужесткокрылых мальпигиевые сосуды делятся на 2 функционально различных отдела: дистальный, в котором происходит всасывание из гемолимфы воды, неорганических солей, гормонов, метаболитов, и проксимальный отдел, в котором происходит реабсорбция воды, солей Иа и К. У вредной черепашки проксимальный отдел очень мал и составляет 10 % общей длины мальпигиевых сосудов. Рост мальпигиевых сосудов продолжается на протяжении всего личиночного развития в межлиночный период. Наиболее интенсивно мальпигиевые сосуды растут в течении 2-го личиночного возраста,когда длина их увеличивается в 3 раза.

Однако, у имаго вредной черепашки, личинки которых в ранних возрастах развивались на "прекоценовом" покрытии наблюдалось существенное уменьшение длины мальпигиевых сосудов. У части насекомых торможение роста мальпигиевых сосудов оказалось настолько сильным, что их длина в конце онтогенеза оказалась близкой к тем размерам этих органов, которые данные личинки имели в начале их контакта с "прекоценовым" покрытием.

Уменьшение длины мальпигиевых сосудов, возникающее при действии прекоцена, отрицательно сказывается на функционировании этих экскреторных органов. Проксимальные отделы оказываются заполненными и сильно растянутыми скапливающимися здесь продуктами, подлежащими удалению. Таким образом, полость этих отделов становится местом хранения конечных продуктов азотного обмена и мальпигиевые сосуды приобретают несвойственную им функцию.

Для того, чтобы приблизится к пониманию причин возникновения этих нарушений, были проведены гистологические исследования маль-3-2326

пигиевых сосудов.

В норме эпителиальные клетки дистальных отделов существенно отличаются от таковых проксимальных отделов. Клетки дистального отдела значительно выше. Это наблюдается как у личинок 5-го возраста, так и у имаго ( табл. 2). Ядра в клетках дистальных отделов крупные, почти правильной формы. В клетках проксимальных отделов ядра полиморфны: встречаются и вытянутые ядра Гистологическое исследование мальпигиевых сосудов у насекомых, развивавшихся в младщих возрастах на "лрекоценовом" покрытии показало, что под действием прекоцена в дистальных и проксимальных отделах мальпигиевых сосудов изменяется форма ядер. В укороченных мальпигиевых сосудах в дистальных отделах ядра приобретают поперечно-вытянутую форму, но особенно сильно поперечно вытягиваются ядра проксимальных отделов. Существенно изменяется и высота эпителиальных клеток, которая в проксимальных отделах уменьшается в 2 раза. Ядра в таких клетках настолько уплощэны, что один из диаметров их в 3 раза меньше минимального диаметра ядер нормальных личинок 5-го возраста (табл.2). Цитоплазма клеток почти теряет свойственную ей в норме пиронинофилию. Ядрышки также не окрашиваются пиронином, что свидетельствует об уменьшении в них содержания РНК.

Можно думать, что с торможением роста мальпигиевых сосудов, связано и то, что в этих органах у личинок 5-го возраста, развивавшихся на "прекоценовом" покрытии, не удалось обнаружить ни митозов, ни недавно разделившихся клеток, что характерно для этих органов нормальных личинок.

Высокая чувствительность мальпигиевых сосудов к дефицигу ювенильного гормона, возможно, связана с тем, что у насекомых выведение ювенильного гормона и его метаболитов происходит в основном через мальпигиевые сосуды. Следовательно, в норме рост и развитие этих органов у личинок протекают в условиях, более или менее постоянного присутствия ювенильного гормона, который поступает в эпителие чьные клетки дистальных отделов из гемолимфы. С другой стороны, патологические изменения, происходящие в клетках мальпигиевых сосудов позволяют говорить и собственном цитотокси-ческом действии прекоцена на эти органы.

Процессы роста и дифференциации у насекомых зависят от определенного титра гормонов в их гемолю. >з, в частности, от ювенильного гормона Изменение титра ювенильного гормона ведет к нарушению

Таблица 2. Высота эпителиальных клеток мальпигиевых сосудов и размеры их ядер(мкм) у личинок

5-го возраста (над чертой) и у имаго (под чертой) в норме и под действием прекоцена.

показатели отдел число размеры

мальпиг. промеров макс. мин. средние

сосудов контр. опыт контр. опыт контр. опыт контр. опыт

высота эпителия дистальн. 49 69 27. 5 27.5 16.5 11.0 22. 44+2. 71 18. 97+4. 76

33 53 27.5 27.5 16. 5 11.0 20. 00+3. 31 16. 60+4. 89

проке 30 56 16. 5 16.5 11.0 2.7 14. 66+2. 63 7. 07+3.11

38 49 5 16.5 11.0 2.7 12. 73+2. 59 6. 70+3. 37

диаметр • ядра (I) дистальн. 47 69 16. 5 16.5 11.0 5.5 11.11+0. 80 8. 13+3. 07

35 34 16. 5 11.0 5.5 5.5 10. 84+2.10 6. 40+2. 12

проксим. 30 33 11. 0 11. 0 5.5 1.6 - 6. 41+2. 08 4. 51+2. 39

30 32 16. 5 11.0 5.5 1.6 7.15+2. 94 3. 90+1. 26

диаметр дистальн. 47 69 27. 5 22.0 11.0 11.0 14. 51+3. 94 15. 30+2. 38

ядра (II) --- --- --- - ---- ---- ---- ---------- -----------

35 34 22. 0 22.0 11.0 11.0 13. 51+3. 35 14. 00+3. 38

проксим. 30 34 16. 5 22.0 11.0 5.5 13. 56+2. 79 14. 23+6. 36

30 32 22. 0 22.0 11.0 5.5 ■ 15. 40+3. 35 14. 20+5. 89

процессов, контролируемых этим гормоном, к числу которых относятся, как известно, процессы репродукции.

Однако, в литературе имеются противоречивые сведения относительно характера дейст'ия прекоценов, как веществ, с антиювениль-ной активностью, на созревание половой продукции у насекомых.

В связи с этим, было проведено исследование действия прекоцена на состояние яичников и прилежащих тел у чувствительного к прекоцену вида - вредной черепашки.

Вскрытие самок перед обработкой прекоценом показало, что состояние яичников соответствует нормальному развитию половой системы, характерному для самок этого вида в данный период: у 95 % вскрытых насекомых оказалось по одному ооциту на начальных этапах вителлогенеза Измерение размеров прилежаших тел на гистологических срезах показало, что прилежащие тела в этот период в среднем имеют небольшие размеры, однако число ядер, содержащих кольцевидные ядрышки несколько превышает число ядер с обычными ядрышками, что говорит об активности прилежащих тел (табл.3). Через 8 дней после начала опыта в контрольных садках появились первые яйцекладки. При вскрытии самок, оказалось, что в каждой ова-риоле имеется по 2-3 зрелых ооцита с зеленым желтком. Вскрытие обработанных прекоценом самок через 8 дней показало, что состояние яичников у них было близко к тому, что наблюдалось в начале опыта до обработки прекоценом. Овариолы не содержали ооцитов с зеленым желтком. Размеры прилежащих тел у обработанных прекоценом самок в этот период были почти в 2 раза меньше, чем у контрольных особей. Что касается кольцевидных ядрышек, то по сравнению с исходным состоянием, их число в прилежащих телах уменьшается более, чем в вдвое ( табл. 3). Все это свидетельствует о снижении синтетической активности прилежащих тел под действием прекоцена.

Таким образом, обннаруженное четко выраженое подавление функциональной активности яичников в первые 2 недели после обработки клопов прекоценом коррелирует с торможением роста прилегших тел и уменьшением доли кольцевидных ядрышек.

Результаты вскрытия самок на 22-30 день после начала опытов показали, что состояние яичников контрольных самок характеризуется наличием у всех особей ооцитов с зеленым желтком, тогда как яичники некоторых обработанных прекоценом самок носили черты стерилизации. Размеры при •гжащих тел у клопов, яичники которых и через месяц после обработки прекоценом не содержали развивающихся

Таблица 3. Влияние прекоцена 2 на яичники и прилежащие тела вредной черепашки.

сроки исследования и состояние яичников число особей Г Р размер прил. тел (мкм) • М+ пг СУ % ядра с кольц. ядрышками X М+ ш

контроль до обработки прекоценом самки с ооцитами с зел. желтком 1 1241

самки без ооци-тов с зел. желтком 19 854+100 23- 5 54. 6+3. 4

через 8-15 дней после обр. прекоц. самки с ооцитами с зел. желтком 1 1104

самки без ооци-тов с зел. желтком 9 799+39. 5 10. 0 22. 3+2. 6

контроль через 8-15 дней самки с ооцитами с зел. желтком 10 16.36 0.01 1461+86. 2 9. 9 • 56. 6+7. 6

самки без ооци-тов с зел. желтком 0

продолжение таблицы на следующей странице

Продолжение таблицы 3.

Т размер прил. тел (мкм)

сроки исследования число .ь и состояние особей }

яичников

М+ ш

СУ 7. ядра с кольц.

ядрышками %

М+ т

через 22-30 дней после обр. прекоц. самки сооцитами с зел. желтком

самки без ооци-тов с зел. желтком

контроль через 22-30 дней самки с ооцитами с зел. желтком

1154+61.5

792+127

3.0 0.1>Р>0. 05

10

976+84. 5

10.7

27.2

14.7

56. 5+6. 7

53. 9+11.8

36. 3+7. 4

самки без ооци-тов с зел. желтком

О

ооцитов, были на том же уровне, что и у обработаных самок через 8 -15 дней после обработки прекоценом. У самок, при вскрытии которых через 22-30 дней после обработки прекоценом были обнаружены развивающиеся ооциты, размер прилежащих тел был в 1.5-2 раза больше, чем у обработанных самок с неразвивающимися ооцитами (табл.3).

Таким образом, под действием прекоцена у одних самок обнаруживается полное и, видимо, необратимое подавление функции яичников, связанное с подавлением синтетической активности прилежащих тел, тогда как у других может происходить лишв временное подавление функции яичников, которое, вероятно, восстанавливается вслед за восстановлением необходимого дли вителлогенеза уровня синтетической активности прилежаших тел.

Глава 4. ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ВРЕДНОЙ ЧЕРЕПАШКИ

(EURYGASTER INTEGRICEPS) ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПРЕКОЦЕНА

Опыты по влиянию прекоцена на поведение вредной черепашки выявили некоторые особенности гормональной регуляции поведения у данного вида.

Было обнаружено, что миграционная лётная активность у вредной черепашки уже на 2-й день после обработки прекоценом подавляется почти полностью. Если среди контрольных насекомых уже через 15 минут после высадки их на лётные площадки в среднем вылетало 30 % самцов и 30 % самок, то среди насекомых, обработанных прекоценом, к этому времени появлялись лишь первые элементы предполётного поведения у самцов. Первые вылеты обработанных прекоценом насекомых наблюдались не раньше, чем через 30 минут. К этому времени обычно уже более половины контрольных насекомых вылетало (рис.1). Подавление лётной активности носило устойчивый характер, что наблюдалось и на 8-й, и на 14-й день.

Таким образом, миграционное лётное поведение у перезимовавших клопов происходит при высоком уровне синтетической активности прилежащих тел, что свидетельствует о важном значении ювенильного гормона в регуляции весенних миграций этого вида в биотопы, где происходит яйцекладка.

Данные о неодинаковом участии ювенильного гормона в репродуктивном поведении у разных видов насекомых(Репег,1974; Woodard, Rankin,1980; Hollander,Yin,1985), а также результаты наших иссле-

в:

я

о с о

«

<е >>

О и

Е-|

а а> V

м

XI

. п ,

J_1_

а?

□ с?1

15 30; 45]

60^ 14.15 14.30 14.45, 2ч. 24.15

время экспозиции (мин., часы)

(31 I

рис. 1|Лёт перезимовавшей вредной черепашки в норме (А) и под действием прекоцена (Б).

дований по влиянию прекоцена на миграционное лётное поведение определило постановку экспериментов по влиянию дефицита ювенильного гормона, вызванного действием прекоцена, на репродуктивное поведение.

Эксперименты показали, что действие прекецена не подавляет .половое поведение вредной череашки (рис. 2). Спаривание наблюдалось во всех вариантах опыта. Более того, обработка самцов преко-ценом приводит к росту продолжительности их призывного поведения после 1-го спаривания по сравнению с контрольными самцами. Время, в течение которого самцы, обработанные прекоц'еном находились в призывной позе было в 2 раза больше, чем у контрольных (рис.2). Характерно, что высокая степень призывной активности после обработки прекоценом проявлялась как у тех самцов, которых содержали во время- наблюдений с нормальными самками, так и у тех самцов, которые содержались с самками, обработанными такой же.дозой прекоцена. В обоих вариантах опыта самцы более 40 % времени наблюдений пребывали в позе призывной активности. Крайне интенсивное проявление призывной активности наблюдалось у самцов, содержащихся с самками, обработанными прекоценом по сравнению с теми самцами, которые содержались с нормальными самками. Интересно, что наиболее редко крайне интенсивное проявление призывной активности самцами наблюдалось в контрольных вариантах опыта. Уровень такой активности был почти в 4 раза ниже, чем у обработанных самцов (рис. 2).

Такое поведение самцов может быть обусловлено более высокой привлекательностью самок, обработанных прекоценом. Однако, наиболее вероятно, что у таких самок подавляется ответная реакция на призыв самца, которая может быть или химической, или иной природы. Отсутствие ответной реакции самок может повышать интенсивность проявления призывной активности самцами. И у нормальных самцов, и у самцов, обработанных прекоценом., самки с пониженой синтетической активностью прилежащих тел вызывают увеличение интенсивности проявления призывной активности самцами.

Таким образом, опыты по репродуктивному поведению вредной черепашки выявили способность самцов проявлять более высокий уровень призывной активности при снижении синтетической активности прилежащих тел под действием прекоцена Видимо, большое содержание ювенильного гормона в гемолимфе, необходимое для миграционных полётов, оказывает тормозящее действие на призывную активность

50

«

О щ

(О

о. е

п) к

О 8 ф §

о « X к ф а. «Л Ф с

ю о о

а. к 13 §

£8

5

а о

X

I

б. в-'2

б 3

в;

£22

а-

б 4:

варианты опыта

рис. 2,Влияние прекоцена 2 на призывное поведение самцов вредной черепашки.

1 - обработанные самцы

нормальные самки

2 - обработанные самцы

обработанные самки

3 - нормальные самцы

обработанные самки

4 - нормальные самцы

' нормальные самки

а - до 1-го спаривания б - после 1-го спаривания

в

в течении всего времени наблюдения

□

призывная поза самца

крайне интенсивное . проявление самцами призывной активности

спаривание

I 1-е спаривание

а

самцов, что имеет большой биологический смысл для этого вида, поскольку предотвращает спаривание клопов на местах зимовок, до перелёта их на поля, где и происходит размножение. Кроме того, обнаруженная нами способность самцов проявлять более высокий уровень призывной активности при снижении синтетической активности прилежащих тел под действием прекоцена позволяет понять причины, которые обуславливают возможность самцам выполнять свои репродуктивные функции до последних дней жизни.

Глава 5. ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ПРЕКОЦЕНОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В РАСТЕНИИ AGERATUM HOUSTONIANUM ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ЧЛЕНИСТОНОГИХ

Как уже говорилось выше, прекоцены были обнаружены Бауэрсом (Bowers,1976) в результате поиска у растений физиологически активных веществ, способных изменять гормональный баланс у насекомых. Однако, использование растительного сырья как источника пре-коценов не получило до настоящего времени широкого применения, даже в исследовательских целях. Учитывая возрастающий уровень загрязнения окружающей среды пестицидами и токсичность их для многих полезных насекомых, возможность использования живых растений представляет интерес для практического использования прекоце-нов в естественных или искусственных биоценозах.

В связи с этим, были проведены эксперименты с использованием живого растения Ageratum houstonianum в пищевом рационе личинок азиатской саранчи и в системе хозяин-паразит: медоносная пчела-клещ Варроа.

При питании личинок младших возрастов азиатской саранчи пре-коценосодержащими растениями были выявлены существенные изменения в кишечнике этих личинок. Так, уменьшается длина кишечника, особенно среднего отдела, а также слепых отростков кишечника. Прижизненная окраска трипановым синим показала, что средний отдел кишечника не окрвпмвается у личинок, питавшихся агератумом, в отличие от контрольных, что может указывать на подавление секреторной активности эпителия этого отдела кишечника.

Гибель личинок, питавшихся агератумом с 1-го и 2-го возраста составляла 90 % a 50 X соответственно. Из оставшихся личинок две личинки (с&мед и самка) претерпели преэдевременный метаморфоз при линьке на 4 возраст. Причем, самка прожила почти месяц, тогда как

- 20 -

самец оказался нежизнеспособным.

Однако, несколько личинок благополучно полиняли на имаго, среди которых было две самки. Одна сажа питалась агератумом до 5 -го возраста, другая - до имаго. Питание агератумом в 5-ом возрасте полностью подавило вителлогенез и привело к стерилизации насекомого, что совпадает с данными по влиянию синтетического преко-цена на этот вид.

Таким образом, результаты наших экспериментов позволяют го- . ворить о том, что питание живым прекоценосодержащим растением на ранних этапах онтогенеза способно не только нарушать развитие и размножение, но и подавлять эти процессы.

Известно, что наибольший ущерб сельскому и лесному хозяйству наносят виды, занесенные в новые для них районы, когда в новых биоценозах нет тех природных регуляторов, которые способны участвовать в сдерживании их численности. Вероятно, именно так в пчеловодстве возникла проблема и с клещем Варроа, заражение пчел которым наносит пчеловодству огромный ущерб.

Существуют различные методы борьбы с клещем Варроа, как физические, так и химические, среди которых и термообработка, и использование муравьиной, щавелевой кислот, нафталина, перицина и т.д. Недостатком их является или необходимость создания специального оборудования, или неблагоприятное воздействие химических препаратов на физиологическое состояние пчел и качество меда Поэт му, поиск эффективных, безопасных, избирательно действующих в системе хозяин-паразит средств борьбы с варроатозом пчел является актуальной проблемой в пчеловодстве.

В наших экспериментах было изучено действие натуральных пре-коценов, содержащихся в растении Ageratum houstonianum и синтетического прекоцена 2 $HpMH"Serva" на медоносных пчел, зараженных клещем Варроа.

Дефицит ювенильного гормона у таких паразитических клещгй как перьевые клещи Ornithodorus(ceM. Argasidae) снижает интенсивность размножения и вызывает даже их стерилизацию (Pound,Oliver,1979). В то же время, у медоносных пчел невысокие дозы прекоцена 2 по данным 4шюри (Fluri,1983) ~ не влияют ни на структуру прилежащих тел, ни на титр ювенильного гормона у рабочих пчел, ни на яйцекладку маток.

Действительно, исследования прилежащих тел рабочих пчел, по-

думавших в наших экспериментах натуральный и синтетический преко-цены вместе с кормом, в дозах, вызывавших осыпь клещей, также не выявили каких-либо патологических изменений в клетках этих эндокринных органов.

Для выяснения влияния прекоцена на клеща Варроа были проведены полевые эксперименты, в которых учитывалась осыпь клещей после применения прекоценов. Результаты исследований показали, что по количеству осыпавшихся клетей действие прекоценов, как синтетического, так и растительных, сравнимо с действием муравьиной кислоты.

Это дает основания для рекомендации использования этих веществ для борьбы с варроатозом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, на основании исследований у вредной черепашки многообразных ответных реакции на воздействие прекоцена, включая изменения, происходящие на морфологическом, функциональном, а также на поведенческом уровне было обнаружено, что у личинок, развивавшихся с раних возрастов на "прекоценовом" покрытии, именно степень нарушения роста и развития прилежащих тел определяет судьбу и жизнеспособность личинок.

Оказалось, что снижение синтетической активности прилежащих тел под действием прекоцена сказывается в свою очередь на развитии других органов, так как нарушает гормональную регуляцию различных процессов жизнедеятельности.

В результате этого, дефицит ювенильного гормона, вызванный действием прекоцена, приводит к подавлению роста мальпигиевых сосудов - основных экскреторных органов насекомых. Однако, гистологические исследования показали, что в таких мальпигиевых сосудах происходят изменения в эпителиальных клетках и ядрах как в проксимальных, так и в дистальных отделах, что свидетельствует и о собственном цитотоксическом действии прекоцена на эти органы.

Обработка вредной черепатоск на имэгинальной стадии приводит к подавлению функциональной активности яичников, которое коррелирует со снижением синтетической активности прилежашда тел. Причем, подавление функции яичников мояет быть полным или носить временный характер, что говорит о внутривидовой изменчивости в реакции этого вида на действие прекоцена 2.

Обнаруженные изменения гормональной регуляции элементов поведения у вредной череашки под действием прекоцена свидетельству-

юг о том, что ювенильный гормон играет важную роль в регуляции весенних миграций этого вида и в призывном поведении самцов.

Эксперименты, связанные с использованием природных прекоце-нов, поступающих в организм через кишечник, у других групп ( азиатская саранча, медоносная пчела, клещ Варроа ) показывают перспективность применения их для регуляции численности вредных членистоногих и безопасность низких доз для медоносной пчелы.

Таким образом, полученные в результате нашей работы данные говорят о том, что применение как синтетических, так и природных прекоценов на разных ■этатапах онтогенеза влияет на различные стороны процесса жизнедеятельности у чувствительных к нему групп членистоногих, что необходимо учитывать при постановке и решении задач как теоретического,, так и прикладного характера.

ВЫВОДЫ

1). Обнаружено,что у вредной черепашки, имевшей контакт с прекоценом с ранних возрастов возникает не только циготокеический эффект в клетках прилежащих тел, но и частично' или полностью тормозится увеличение количества клеток (нарастание синтетической мощности) этого эндокринного органа на протяжении всего онтогенеза.

2). Установлено,что при очень сильном подавлении роста прилежа-' щих тел под действием прекоцена личинки не достигают не только имагинальной стадии, но и старших личиночных возрастов.

3). Обнаружено,что действие прекоцена на темпы роста прилежащих тел и темпы развития дичинок сходно с влиянием высокой плотности популяции.

4).Установлено, что у личинок, развивавшихся на. прекоценов'ом покрытии происходит не только подавление роста мальпкгиевых сосудов,которое тем сильнее, чем раньше личинки выеажэны на прекоце-новсе покрытие, но также и патологические изменения в эпителиальных клетках и ядрах в обоих отклах этих экскреторных органов.

5). Несмотря на большую чувствительность к прекоцену самок вредной черепашки,не обнаружено дифференциальной реакции прилежащих тел на.действие прекоцена у насекомых разного пола.

6). Обнаружена внутривидовая изменчивость в реакции самок вредней черепашки на прзкоцен 2 ,что приводит к неодинаковому стери-жухсе.му гКекту этого ингибитора синтеза ювенильного гормона.

?). Прекс.-ек не обрату ж подавляет миграционное лёткое поведение,

что свидетельствует о важном значении ювенильного гормона в регуляции весенних миграций этого вида на поля.

8). Весной снижение синтетической активности прилежащих тел под действием прекоцена приводит к росту продоллителности призывного поведения самцов вредной черепашки. Биологический смысл наблюдаемого являения, исходя из экологии даного вида, очевиден.

9). Экспериментально показано, что включение в пищевой рацион личинок двух первых возрастов Locusta migratoria живых прекоценосо-держащих растений приводит или к массовой гибели этих личинок, или к нарушению развития и размножения саранчи.

10). Установлено, что ингибитор синтеза ювенильного гормона, содержащийся в растениях Ageratum houstoníanum сохраняет свою активность в цепях питания медоносная пчела-клещ Варроа, что даёт возможность использовать их для подавления численности этого эктопаразита.

Основные положения диссертации изложены в следующих печатных работах:

1. Поливанова Е. Е , Бочарова Е. В., Триселёва Т. А. Влияние прекоцена 2 на прилежащие тела и развитие ооцитов у перезимовавших клопов Eurygaster integriceps Puton ( Insecta, Hemiptera ) // Докл. АН СССР, 1983. - Т. 269, N 1. - С. 233-235.

2. Поливанова Е. Е , Триселёва Т. А. Подавление прекоценом 2 миграционного лётного поведения у перезимовавших клопов Eurygaster integriceps Puton ( Insecta, Heteroptera ) // Докл. АН СССР, 1984 - Т. 279, N 1. - С. 247-250.

3. ПоливановаЕ. Е , Триселёва Т. А., Ивашкевич О. П. Влияние дефицита ювея»ш>кого гормона, вызываемого прекоценом, на развитие ыальяигиевых сосудов вредной черепашки. // Зоол. журнал, 1985. -Т. 64. N 9. - С. 1342-1348.

4. Поливансза 2. Е , Триселёва Т. А. Влияние дефицита ювенильного гормона, вызываемого прекоценом, на репродуктивное поведение Eurygaster integriceps Puton ( Insecta, Scutellerldae ) // Докл. АН СССР, 1985. - Т. 285, «V 3. - С. 755-758.

5. Поливанова Е. Е , Триселёва Т. А. Нарушение развития прилежащих тел в онтогенезе Eurygaster integriceps Puton ( Insecta, Hetercptera } под действием прекоцена 2. // Докл. АН СССР, 1987. - Т. 293, К 1. - С. 246-249.

6. Поливанова Е. Е , Триселёва Т. А. Елияние плотности содержания личинок на прилежание тела вредной черепашки Eurygaster integriceps Puton ( Insecta, Heteroptera ). // Зоол. журнал, 1988. - Т. 67, N 8. - С. 1162-1170.

7. Поливанова Е. Е , Триселёва Т. А., Ивашкевич О. IL Новые данные о регулирующей роли прилежащих тел и ювенильного гормона в онтогенезе насекомых, полученные при помощи экспериментов с ингибитором синтеза этого гормона. // Тез. докл. III Всес. конф. по нейроэндокринологки. - Ленинград, 1988.- С. 188.

8. Поливанова É. Е , Ивашкевич О. Е , Триселёва Т. А. О связи между состоянием сенсорного аппарата и эндокринными органами у насекомых. // Рефераты IY Всес. симпозиума по хеморецепции насекомых. - Вильнюс, 1988. - С. 17.

9. Поливанова Е. Е, Триселёва Т. А. Подавление развития Locusta migratoria migratoria L. при питании личинок растениями, содержащими прекоцены и перспективы использования этих растений в биологическом контроле. // Докл. АН СССР, 1989. - Т. 306, N 3. -С. 755-758.

10. Триселёва Т. А. Характер изменения прилежащих тел у самок и самцов вредной черепашки Eurygaster integriceps Puton ( (Insecta, Heteroptera ) под действием прекоцена 2. // 3ooIl журнал, 1990. - Т. 69, N 4. - С. 145-148.

И. Поливанова Е. Е , Илларионов Э. Ф., Триселёва Т. А. Способ борьбы с варроатозом пчел с помощью хроменов. // Заявка на изобретение N 089883/203-К от 24.07.89.

Подп. к печати i, Ц 199Í г. Ф.П.Л. 1>S Тираж 100

Типография ОХО Миннефтегазпрома СССР. Зак. № 2316