Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Семиохимические взаимодействия и индуцированные защитные реакции в растениях огурца при повреждении фитофагами

ВАК РФ 03.02.05, Энтомология

Автореферат диссертации по теме "Семиохимические взаимодействия и индуцированные защитные реакции в растениях огурца при повреждении фитофагами"

На правах рукописи

КИРИЛЛОВА Ольга Сергеевна

СЕМИОХИМИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ИНДУЦИРОВАННЫЕ ЗАЩИТНЫЕ РЕАКЦИИ В РАСТЕНИЯХ ОГУРЦА ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ ФИТОФАГАМИ

Шифр и наименование специальности: 03.02.05 - ЭНТОМОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК

2 О МАЙ 2015

005569254

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2015

005569254

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» (ФГБНУ ВИЗР)

Научные руководители:_

Буров Владимир Николаевич

доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАСХН Тютерев Станислав Леонидович

доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений» Заслуженный деятель науки РФ

Официальные оппоненты:

Радченко Евгений Евгеньевич

доктор биологических наук, заведующий отделом генетики ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова»

Семенова Алла Георгиевна

кандидат биологических наук, доцент кафедры защиты и карантина растений ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт

биологической защиты растений»

Защита диссертации состоится « 2 » июля 2015 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 006.015.01 на базе Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений по адресу: 196608, Санкт-Петербург, Пушкин, шоссе Подбельского, д.З. Тел.: (812)-470-43-84 e-mail: info@vizr.spb.ni Web-сайт: vizr.spb.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений».

Автореферат разослан «/>5» О^2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Наседкина Галина Анатольевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Информационно-химическое взаимодействие между продуцентами и консументами разного порядка играет одну из главных ролей в обеспечении стабильности экосистем. Усиление воздействия человека на окружающую среду часто приводит к разрушению сложных биоценотических связей и регуляторных механизмов в природных сообществах и создаваемых человеком агробиоценозах. Создание химических средств защиты растений на основе семиохемиков - аналогов природных соединений, обладающих не биоцидной, а регуляторной активностью (Буров, Новожилов, 2001), является одним из важных направлений разработки повышения токсикологической и экологической безопасности современных средств защиты растений. Перспективное направление работ по изучению и использованию семиохемиков связано с феноменом стимулирования механизмов химической защиты растений в ответ на их повреждение фитофагами. Наиболее выраженные проявления ответной реакции растений на повреждение членистоногими: отвергание фитофагами растения при возможности выбора (антиксеноз), неблагоприятное воздействие на жизнеспособность фитофагов при питании (антибиоз), привлечение энтомофагов на поврежденное растение. Особенностью ответной реакции растений на повреждение фитофагами является ее видоспецифичность, которая определяется систематической принадлежностью, как вредителя, так и растения, морфофизиологическим состоянием растения и степенью его повреждения фитофагами.

Работа в этом направлении позволит усовершенствовать существующие системы защитных мероприятий в агробиоценозах за счет использования, как природных биологически активных соединений, изменяющих пищевое поведение консументов и влияющих на жизнеспособность фитофагов, так и их синтетических аналогов, которые могут широко применяться в защищенном грунте. Увеличение масштабов применения препаратов, индуцирующих устойчивость растений к биотрофам (иммуномодуляторов), требует разработки комплексной оценки их влияния на фауну вредных и полезных членистоногих, обитающих в защищаемых агробиоценозах. Детальное изучение ответных реакций растения на повреждение фитофагами и обработку иммуномодуляторами является актуальным для разработки научно обоснованной стратегии использования индуцированной устойчивости растений к фитофагам как элемента интегрированной защиты в целях оптимизации фитосанитарного состояния агроэкосистем.

Степень разработанности темы исследования. Развитие представлений об индуцированном фитоиммунитете было начато в нашей стране в первой половине XX столетия (Вавилов, 1935). Исследовательская работа рубежа ХХ-ХХ1 веков (Рубин и др., 1975; Шапиро, 1979; Озерецковская, 1994; Тарчевский, 2002) продолжается и по настоящее время (Вилкова, Конарев, 2010; Буров и др, 2012; Тютерев, 2014). Достаточно хорошо исследованы

реакции индуцированной устойчивости растений в области фитопатологии, результатом чего являются созданные на основе элиситоров препараты под названиями «регуляторы роста растений», «индукторы устойчивости» или «иммуномодуляторы» (Тютерев, Евстигнеева, 1997; Тютерев, 2002). Значительно меньшее внимание в нашей стране уделяется реакциям индуцированной устойчивости растений к вредителям.

Цель работы: выявить особенности семиохимических взаимодействий в системе триотрофа при формировании в огурце посевном Cucumis sativus L. защитных химических реакций.

В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:

1. Изучить особенности пищевого поведения при консортных взаимодействиях фитофагов на растениях, поврежденных членистоногими вредителями.

2. Исследовать антибиотическое воздействие поврежденного кормового растения на вторично заселяющих фитофагов.

3. Оценить антиксенотическое и антибиотическое воздействие на фитофагов растений, обработанных иммуномодуляторами.

4. Выявить особенности поведения энтомофага при повреждении растений фитофагами и обработке иммуномодуляторами.

Научная новизна. Впервые описаны реакции ольфакторной и контактно-вкусовой ориентации калифорнийского трипса Frankliniella occidentalis Pergande, оранжерейной белокрылки Trialeurodes vaporariorum Westwood, паутинного клеща Tetranychus urticae Koch и хищного клопа ориуса Orius laevigatus Fiebr на всходы огурца посевного с разной степенью повреждения фитофагами, как семядольных листьев, так и первого настоящего листа. Показано, что при питании личинок калифорнийского трипса происходит сокращение вторичного заселения растений, как особями своего вида, так и паутинным клещом, но не изменяется пищевое поведение оранжерейной белокрылки. Продемонстрировано, что ответной реакцией растений на питание имаго оранжерейной белокрылки является их антиксенотическое и антибиотическое воздействие на белокрылку и калифорнийского трипса. Установлено, что обработка всходов огурца посевного хитозансодержащими индукторами устойчивости, как Хитозаром М 7% в.р.к., так и Хитозаром Ф 7% в.р.к., не влияет на привлечение хищного клопа ориуса к растениям в отличие от повреждения растений паутинным клещом и калифорнийским трипсом. Выявлены изменения качественного и количественного состава летучих органических соединений (ЛОС) в экстрактах листьев огурца при обработке растений иммуномодуляторами Хитозаром М 7% в.р.к., Хитозаром Ф 7% в.р.к., Цирконом, Иммуноцитофитом. Показано, что жасмонатный сигнальный путь формирования индуцированных защитных реакций является преобладающим в обеспечении устойчивости огурца посевного к калифорнийскому трипсу.

Теоретическая и практическая значимость. Данные об особенностях пищевого поведения калифорнийского трипса, оранжерейной белокрылки, паутинного клеща и хищного клопа ориуса, выявленные при формировании в огурце посевном защитных химических реакций, индуцируемых, как повреждениями фитофагов, так и иммуномодуляторами, пригодны для разработки научно обоснованной стратегии использования индуцированной устойчивости растений к фитофагам в защите растений. Антиксенотическое и антибиотическое воздействие растений на калифорнийского трипса при обработке Хитозаром Ф 7% в.р.к., равно как и Иммуноцитофитом, показывает возможность применения этих иммуномодуляторов в качестве элемента в системе интегрированной защиты огурца.

Методология и методы исследования. Работу проводили с использованием традиционных энтомологических методов: культивирования насекомых в лаборатории, оценки численности дочернего поколения фитофагов, ольфактометрических исследований дистантной и контактно-вкусовой ориентации членистоногих. Определение летучих органических соединений в растительных экстрактах осуществляли методом газохроматографического и масс-спектрометрического химического анализа.

Положения, выносимые на защиту.

1. Калифорнийский трипе, оранжерейная белокрылка и паутинный клещ при питании на всходах огурца посевного изменяют ольфакторные и контактно-вкусовые реакции фитофагов, вторично заселяющих поврежденное растение. Характер изменений зависит от вида фитофага, фазы развития и степени повреждения растения.

2. При питании на огурце посевном калифорнийского трипса, равно как и оранжерейной белокрылки, а так же паутинного клеща, происходит антибиотическое воздействие поврежденного растения на вторично заселяющих членистоногих вредителей.

3. Жасмонатный путь формирования защитных реакций является преобладающим в обеспечении устойчивости огурца посевного к калифорнийскому трипсу.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных данных доказывается высокой степенью воспроизводимости результатов экспериментов и стандартными методами математического анализа полученных результатов.

Основные материалы диссертации были представлены на первой Всероссийской конференции по иммунитету растений к болезням и вредителям (2-8 июля 2002 г., Санкт-Петербург), VII международной конференции «Современные перспективы в использовании хитина и хитозана» (15-18 сентября 2003 г., Санкт-Петербург - Репино), второй Всероссийской конференции «Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам» (29 сентября - 2 октября 2008 г., Санкт-Петербург,).

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 работы

в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации (2 - в Энтомологическом обозрении и 2 - в Вестнике защиты растений).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов и практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 9 таблицами и 26 рисунками. Список литературы включает 295 источников, из них 214 на иностранных языках.

Благодарности. Я выражаю искреннюю благодарность научным руководителям работы: ушедшему из жизни моему первому руководителю д.б.н., член-корреспонденту РАСХН проф. Бурову Владимиру Николаевичу за идею работы, ее научно-методическое руководство, а также за большой вклад в формирование моего научного опыта, и Заслуженному деятелю науки РФ проф. Тютереву Станиславу Леонидовичу за всестороннюю помощь и ценные советы при выполнении работы. Особую признательность хочу выразить д.с.-х.н., Заслуженному деятелю науки РФ проф. Вилковой Нине Александровне и сотрудникам лаборатории сельскохозяйственной энтомологии ФГБНУ ВИЗР за многочисленные ценные рекомендации, сделанные при написании рукописи. Глубоко признательна д.х.н. Савельевой Елене Игоревне из лаборатории общей токсикологии и гигиенического нормирования НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека Федерального медико-биологического агентства за определение летучих органических соединений методом газохроматографического разделения и масс-спектрометрического анализа. Автор искренне признателен проф. д.б.н. Фролову Андрею Николаевичу, к.б.н. Шамшеву Игорю Васильевичу и своим коллегам по лаборатории сельскохозяйственной энтомологии сектора «регуляторов роста, развития и поведения насекомых» ФГБНУ ВИЗР за оказанную помощь, ценные советы и дружескую поддержку в процессе работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

Представлен аналитический обзор современного состояния и дальнейших перспектив научных исследований и практического применения реакций индуцированной устойчивости растений к фитофагам в защите растений.

Глава 2. Материал и методы исследований 2.1 Объекты исследования.

Объекты исследования: огурец посевной Cucumis sativus L. (сем. Cucurbitaceae, голландский гибрид Фларри), паутинный клещ Tetranychus urticae Koch (отр. Trombidiformes, сем. Tetranychidae), калифорнийский трипе Frankliniella occidentalis Pergande (отр. Thysanoptera, сем. Thripidae), оранжерейная белокрылка Trialeurodes vaporariorum Westwood

(отр. Натр'.ега, сем. А1еугосИс1ае), хищный клоп ориус Опт ¡аеущсиш ИеЬг (отр. Нет[р1ега, сем. .\nthocoridae). Исследования проводили на растениях в фазе семядольных листьев и фазе первых двух настоящих листьев. Фитофаги, используемые в работе, имеют колюще-сосущий ротовой аппарат, но различаются по гистотропности. Популяцию фитофагов разводили на этом же гибриде огурца. Ориуса разводили на яйцах комнатной мухи, паутинном клеще, тле и цветочной пыльце (Степанычева, Щеникова, 2002). 2.2 Методы индуцирования защитных химических реакций в растении.

В серии экспериментов по оценке проявления защитной реакции огурца на повреждающее воздействие фитофагами, растения в фазе семядольных листьев и первого настоящего листа раздельно заселяли членистоногими вредителями при разной нагрузке особей на растение. Для клеща нагрузка составила 8 и 16 клещей на растение на 3 дня, для трипса - 4 и 8 личинок на растение на 3 дня, для белокрылки - 10 и 25 имаго на растение на 3 дня.

Растения доращивали в течение 2 дней в изоляторах для предотвращения повторного заселения вредителями. Контролем являлись неповрежденные растения, морфофизиологическое состояние которых и абиотические условия выращивания были аналогичны опытным экземплярам.

Для формирования в огурце посевном защитных механизмов с помощью иммуномодуляторов использовали препараты: хитозансодержащие индукторы болезнеустойчивости Хитозар М и Хитозар Ф (7% водорастворимые концентраты эмульсии (в.р.к.) по действующему веществу (д.в.) хитозану, в работе использовали 0,1%-ный по д.в. раствор препаратов), Циркон (д.в. - раствор гидроксикоричных кислот в спирте 0,1 г/л, в работе использовали раствор препарата в концентрации 50 мкл/л), Иммуноцитофит (д.в. - этиловый эфир арахидоновой кислоты, в работе использовали раствор препарата 1/4 таблетки на 400 мл воды). С помощью лабораторного микроопрыскивателя семядольные листья или первый настоящий лист (в зависимости от цели опыта) обрабатывали рабочим раствором одного из препаратов. Контрольные образцы обрабатывали водой. Через 48 часов растения использовали в экспериментах.

В работе во всех опытах оценивали только системную иммунологическую реакцию.

2.3 Методы оценки проявления защитных химических реакций огурца посевного по дистантной и контактно-вкусовой ориентации консументов.

Одними из критериев оценки проявления защитных химических реакций огурца посевного на повреждение фитофагами и обработку растений иммуномодуляторами являлись дистантная и контактно-вкусовая ориентация консументов на растения. В работе использовали 4х-камерный олъфактометр (РеПегеоп, 1970), 2-х камерный ольфактометр (ЗЬашзЬеу е1 а1., 2003) и метод садкового эксперимента (Буров и др., 2005). Число тестируемых особей в каждой

повторности в ольфакторных опытах составляло 8-10 экземпляров, в садковых -25-30 экземпляров. Эксперименты проводили в 10 повторностях.

Уровень привлечения опытных и контрольных растений для тест-объектов оценивали по "индексу агрегации", который определяли по формуле: ИА=(0-К)/(0+К)х100, где О - количество особей в опытной зоне, а К -количество особей, сконцентрировавшихся в контрольной зоне (Закладной, 1983). Положительный знак индекса при учете достоверных различий с контролем указывает на аттрактивное действие тестируемого образца, отрицательный - на репеллентное, при отсутствии достоверных различий между средними значениями в опыте и контроле - нейтральное действие. 2.4 Методы оценки численности потомства фитофагов при формировании в огурце посевном индуцированных защитных химических реакций.

Оценку численности потомства фитофагов при формировании в огурце посевном индуцированных защитных химических реакций, осуществляли по показателям: для паутинного клеща - суточной плодовитости самок, для калифорнийского трипса - количеству личинок второго возраста, для оранжерейной белокрылки - количеству личинок четвертого возраста. Для определения снижения численности потомства фитофагов (СЧП) использовали формулу: СЧП = [(кол-во особей в контроле - кол-во особей в опыте) / кол-во особей в контроле] х 100, % (Степанычева и др., 2007) 2.5. Определение летучих органических соединений в экстрактах листьев огурца посевного.

Образцы растительных экстрактов анализировали с использованием ГХ-МС спектрометрии. Работа выполнена на приборном комплексе ССМБ-<ЗР5000 Шимадзу (Япония). Работа выполнена совместно с д.х.н. Е.И.Савельевой в лаборатории общей токсикологии и гигиенического нормирования НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека Федерального медико-биологического агентства.

Использованы стандартные методы статистического анализа. Достоверность различий средних проверяли по ^критерию или используя АЫОУА анализ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 3. Семиохимические взаимодействия консументов с кормовым растением при повреждении огурца посевного фитофагами

3.1. Особенности семиохимических взаимодействий при повреждении огурца посевного калифорнийским трипсом.

Результаты наших экспериментов показали, что при питании личинок калифорнийского трипса в огурце посевном развиваются ответные реакции,

изменяющие пищевое поведение фитофагов и влияющие на численность их дочернего поколения. Оценка влияния повреждения растений огурца личинками калифорнийского трипса на ориентировочно-исследовательскую деятельность имаго калифорнийского трипса, паутинного клеща и имаго оранжерейной белокрылки выявила, что, если для оранжерейной белокрылки было характерно отсутствие достоверных различий опыта с контролем (при уровне вероятности р<0,05), то имаго калифорнийского трипса и паутинный клещ продемонстрировали ярко выраженное предпочтение неповрежденных растений. В наибольшей степени репеллентная реакция трипса и клеща на поврежденные растения проявлялась при питании 8 личинок трипса в течение 3 суток на семядольных листьях: распределение трипсов между опытом и контролем составило 29,1±6,2% и 51,5±5,2% соответственно, распределение клещей между опытом и контролем составило 36,2±4,2% и 57,4±5,1% соответственно, при этом индекс агрегации трипса и клеща составил -27,8% и -22,7% соответственно).

Установлено, что при питании личинок калифорнийского трипса на огурце посевном происходит антибиотическое воздействие поврежденных растений на вторично заселяющих, как особей своего вида, так и на паутинного клеща и оранжерейную белокрылку. Максимальное снижение численности потомства данных фитофагов происходило при повреждении трипсом первого настоящего листа нагрузкой 8 личинок на 3 дня и составило для трипса 36,1% (Рисунок 1), для клеща и белокрылки 37,1% и 45,2% соответственно (Рисунок 2).

5 40 в 1« о 35 3

аз о^

«Г

30 25

X

О

I 20

е

с 10

5 0

И низкая степень повреждения листьев □ высокая степень повреждения листьев

Рисунок 1. Влияние повреждений калифорнийским трипсом огурца посевного на численность дочернего поколения данного фитофага. Степень повреждения листьев: низкая - при нагрузке фитофага 4 личинки на растение на 3 дня, высокая - 8 личинок на растение на 3 дня. ♦Достоверность различий с контролем при р<0,05%

////////у ////////* ////////У ////////у . у///////*

////////у _

/у/////// ////////, У///////; У//////// У//////// ////////у ////////У

///////// '//////У У/У////// ///////// ////////У '//////// ////////У

////////У ////////У У//////// ////////У1

/..•у//////

Повреждены семядольные листья

Поврежден первый настоящий лист

I

а

Повреждены Поврежден первый семядольные листья настоящий лист

50 40 30 20

- -..... •••• * - *—

1 1 ' * 1 / ' / / / ' 1

клещ белокрылка клещ белокрылка

■ низкая степень повреждения листа □ высокая степень повреждения листа

Рисунок 2. Влияние повреждений растений калифонийским трипсом на численность дочернего поколения паутинного

клеща и оранжерейной белокрылки.

Степень повреждения

листьев: низкая - при нагрузке 4 личинки на растение на 3 суток, высокая - 8 личинок на растение на 3 суток.

* Достоверность различий с контролем при р <0,05%

3.2. Особенности семиохимических взаимодействий фитофагов при повреждении огурца посевного оранжерейной белокрылкой.

Исследования по оценке влияния питания оранжерейной белокрылки на растениях огурца на вторичное заселение растений, как особями своего же вида, так и другими фитофагами, в частности калифорнийским трипсом и паутинным клещом, показала, что ответная реакция растений проявляется при нагрузке белокрылки 25 имаго на растение на 3 суток. Выявлено, что происходит репеллентное действие поврежденных растений на имаго калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки, но отсутствуют изменения в привлечении к растениям паутинного клеща (Рисунок 3).

Низкая нагрузка фитофага

Высокая нагрузка фитофага

белокрылка трипе клещ ЕЗ не прореагировало

белокрылка трипе )пыт □ контроль

клещ

Рисунок 3. Контактно-вкусовая ориентация фитофагов на всходы огурца посевного, поврежденные оранжерейной белокрылкой. Низкая нагрузка фитофага - 10 имаго на растение на 3 суток, высокая нагрузка фитофага - 25 имаго на растение на 3 суток; опыт - особей на поврежденном растении, контроль - особей на неповрежденном растении

Репеллентная реакция фитофагов сопровождалась снижением численности их потомства (для белокрылки и трипса снижение численности потомства составило 35,9% и 31,3% соответственно).

3.3. Особенности семиохимических взаимодействий фитофагов при повреждении огурца посевного паутинным клещом.

Установлено, что при питании паутинного клеща на огурце посевном, как на семядольных листьях, так и на первом настоящем листе, при нагрузке фитофага 16 экземпляров на растение на 3 дня происходит репеллентное действие растений на данного фитофага при вторичном заселении (индекс агрегации при повреждении семядольных листьев и первого настоящего листа составил -24,4% и -35,6% соответственно). При этом в обоих вариантах наблюдалось снижение численности дочернего поколения на 42% в сравнении с контролем (Таблица 1).

Таблица 1

Контактно-вкусовая ориентация и численность дочернего поколения паутинного

клеща при повреждении всходов огурца посевного этим же видом

Клещей на растение, шт. Доля прореагировавших особей, Х±8Е,% ИА, % Плодовитость, яиц/самку/день, Х±8Е, шт. СЧП, % Численность дочернего поколения, шт* СЧП, %

Опыт | Контроль Опыт | Контроль Опыт ¡Контроль

Повг зеждение семядольных листьев

8 60,4 ±10,3 в 39,6 ±5,1 20,8 11,5 ±4,2 п 12,6 ±3,3 8,7 110 ±15,1 п 123 ±11,8 10,6

16 37,7 ±8,3 5 62,2 ±7,4 -24,4 7,4 ±3,4з 13,3 ±2,2 44,4 96 ±16,2 5 167 ±13,3 42,5

Повреждение первого настоящего листа

8 55,6 ±4,2 п 44,4 ±8,2 11,2 12,1 ±0,8 5 14,6 ±1,1 17,1 105 ±15,1 в 148 ±11,1 29,1

16 32,4 ±6,4з 67,7 ±4,6 -35,6 9,7 ±2,7 5 14,3 ±2,9 32,2 143 ±22,3 в 249 ±10,6 42,6

5 - достоверное различие с контролем при р <0,05% п - отсутствие достоверных различий при р<0,05%, ""Сумма яиц и живых особей дочернего поколения.

Однако, при заселении семядольных листьев паутинным клещом в количестве 8 экземпляров на растение на 3 дня происходит привлечение особей этого же вида на поврежденные растения (индекс агрегации клеща на поврежденных растениях составил 20,8% при уровне вероятности р <0,05%).

Ольфакторными и садковыми экспериментами показано, что существует зависимость степени заселения огурца посевного калифорнийским трипсом и оранжерейной белокрылкой от нагрузки паутинного клеща на семядольные и настоящие листья. В частности, при нагрузке клеща 8 экземпляров на семядольные листья на 3 дня обнаружена репеллентная реакция данных вредителей на поврежденные растения (индекс агрегации трипса и

белокрылки составил соответственно -37,4% и -38,4%) (Рисунок 4). Она сопровождалась снижением численности дочернего поколения калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки, которое в обоих случаях составило 32% в сравнение с контролем. Однако, при повреждении паутинным клещом семядольных листьев в количестве 16 особей на 3 дня и первого настоящего листа в количестве 8 особей на 3 дня происходит привлечение калифорнийского трипса (индекс агрегации фитофага составил 22,8% и 20,5% соответственно).

о4

5 X 3

40

20

Ё 0 о.

« -20 1 "40

I

5

Повреждены семядольные листья

Поврежден первый настоящий лист

-60 □

* *

•1 •I П.

1 1 тр-ипс-беж | д | крылка------------трипе белокрь

лка

нагрузка 8 клещей на растение на 3 дня нагрузка 16 клещей на растение на 3 дня

Рисунок 4. Контактно-вкусовая ориентация имаго калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки на растения огурца посевного, поврежденные паутинным клещом. * Достоверность различий с контролем при р <0,05

Можно предположить, что выявленная нами диаметрально противоположная реакция паутинного клеща на растения огурца (при повреждении семядольных листьев нагрузкой 8 и 16 экземпляров на растение), а также различная реакция калифорнийского трипса на поврежденные растения, демонстрируют способность паутинного клеща индуцировать в огурце посевном разные сигнальные пути ответных химических реакций и, как следствие, синтез различных защитных веществ, при этом, превалирование того или иного направления реакции растения зависит от фазы развития растения и нагрузки клеща при первичном повреждении.

3.4. Особенности семиохимических взаимодействий в системе «растение -фитофаг - энтомофаг».

При повреждении огурца посевного, как паутинным клещом, так и калифорнийским трипсом, происходит привлечение к поврежденным растениям энтомофага данных вредителей - хищного клопа ориуса.

Ольфактометрическими исследованиями продемонстрирована

аттрактивная реакция хищного клопа ориуса на неповрежденные листья с предварительно поврежденных одним из фитофагов растений. Это дает основание предположить, что привлечение энтомофага определяется в первую очередь не кайромонами или следовыми веществами фитофагов, а

летучими соединениями, системно выделяемыми поврежденными растениями и обладающими аттрактивным действием для энтомофага.

Летучие соединения, выделяемые неповрежденными листьями с растений, поврежденных калифорнийским трипсом, имеют большую степень привлечения ориуса, чем при повреждении растений паутинным клещом. При этом в наименьшей степени привлекают ориуса растения при повреждении паутинным клещом первого настоящего листа (Рисунок 5).

80

тр ипс клещ

Н повреждены семядольные листья (3 поврежден первый настоящий лист

Рисунок 5. Зависимость степени привлечения хищного клопа ориуса на интактные листья огурца посевного от видовой принадлежности трофически связанных фитофагов,

повреждающих растение.

Результаты проведенных экспериментов продемонстрировали, что при общей схожести характера ответных защитных реакций растения на повреждающее воздействие фитофагов, конкретные их проявления могут иметь существенные отличия. В нашем случае они могут быть обусловлены как степенью специализации энтомофага, так и характером повреждения, наносимого фитофагами растению на разных фазах его развития.

Глава 4. Возможность повышения устойчивости всходов огурца посевного к фитофагам с помощью иммуномодуляторов

4.1. Семиохимические взаимодействия в системе "растение - фитофаг" под влиянием индукторов устойчивости, индуцирующих жасмонатый сигнальный путь формирования защитных реакций растений.

Результаты наших исследований показали, что Хитозар Ф 7% в.р.к. и Иммуноцитофит, имеющие в своем составе арахидоновую кислоту, которая в свою очередь индуцирует биохимические пути метаболизма защитных реакций с участием жасмоновой кислоты, вызывают в огурце посевном ответные химические реакции, изменяющие поведение и численность дочернего поколения калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки. В то же время отмечено, что обработка растений данными препаратами не оказывает влияние на паутинного клеща.

Выявлено, что применение на огурце данных индукторов приводит к системному синтезу летучих соединений, обладающих репеллентным для трипса и белокрылки действием. Активность препаратов зависела от фазы развития растения на момент обработки. Иммуноцитофит вызывал статистически достоверную (при р< 0,05%) репеллентную реакцию фитофагов при обработке семядольных листьев растений, тогда как Хитозаром Ф 7% в.р.к. - при обработке первого настоящего листа (Рисунок 6).

^ 40

I 20

та

У -20

<и

I -40 -60

Рисунок 6. Системное влияние Хитозара Ф 7% в.р.к. и Иммуноцитофита на привлечение фитофагов к обработанным растениям огурца посевного.

* Достоверность различий с контролем при р <0,05

Сравнительный анализ индекса агрегации фитофагов показывает, что в большей степени репеллентная реакция калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки проявляется при обработке растений Хитозаром Ф, нежели Иммуноцитофитом, и составляет для трипса -39,6%, для белокрылки

-53,2%

Проведенный химический анализ компонентного состава летучих органических соединений (ЛОС) в экстрактах листьев огурца с обработанных индуктором и водой растений, показывает, что репеллентная реакция калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки при обработке растений Иммуноцитофитом может быть объяснена следующим: появлением в смеси ЛОС обработанного растения 2-гексеналя и гексадеканаля, почти в 9 раз увеличением изопропил миристата, в 6 раз снижением содержания 9,12,15-октадекатриеналя в сравнении с контролем (Таблица 2), а при обработке Хитозаром Ф 7% в.р.к. - почти в 4 раза снижением содержания метилового эфира гексадекановой кислоты, почти в 2 раза увеличением октадекановой и пальмитиновой кислот, в 1,5 раза увеличением 9,12,15-октадекатриеновой (линоленовой) кислоты (Таблица 3).

Обработаны Обработан первый

семядольные листья настоящий лист

* * * 1 1

[Г к 1 с белоТ^ллка клещ т| 1 [пс бело эылка клещ

1

■ Хитозар Ф □ Иммуноцитофит

Таблица 2

Содержание летучих органических соединений в экстрактах необработанных настоящих листьях огурца посевного при обработке семядольных листьев препаратом _Иммуноцитофит__

Химическое соединение Содержание в пробе, %

Опыт Контроль

2-гексеналь 0.57 N

Гексадеканаль <0.20 N

Изопропил миристат 1.82 0.19

Гексадецен-1-ол 0.29 0.59

9,12,15-октадекатриеналь 1.65 11.4

Фталат (лабораторная примесь) <0.20 N

Изопропил пальмитат 0.87 N

Метиловый эфир 11,14,17-эйкозатриеновой кислоты 1.08 0.42

Фитол 3.32 2.53

Линоленовая кислота 73.0 75.2

N - соединение не обнаружено.

Таблица 3

Содержание летучих органических соединений в экстрактах необработанных настоящих листьях огурца посевного при обработке первого настоящего листа _препаратом Хитозар Ф _

Химическое соединение Содержание в пробе, %

Опыт Контроль

/З-ионон 0.04 0.14

Тетрадекановая (миристиновая) кислота 0.07 N

Метиловый эфир гексадекановой кислоты 0.06 0.27

9-гексадекановая кислота 0.78 0.95

н-гексадекановая (пальмитиновая) кислота 15.81 7.85

Фитол 2.30 3.35

9,12,15- октадекатриеновая (линоленовая) кислота 69.81 40.81

Октадекановая кислота (стеариновая) 2.0 1.2

N - соединение не обнаружено.

Установлено снижение численности потомства калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки при раздельной обработке всходов огурца Хитозаром Ф 7% в.р.к. и Иммуноцитофитом. Максимальное снижение численности потомства трипса и белокрылки выявлено при обработке растений Хитозаром Ф 7% в.р.к. первого настоящего листа (для трипса и белокрылки снижение численности потомства составило 53% и 41% соответственно).

Сравнительная оценка ответной реакции всходов огурца на обработку иммуномодуляторами и повреждение фитофагами показала, что репеллентная реакция трипса и белокрылки, а также снижение численности их потомства,

выявлены, как при обработке растений Хитозаром Ф 7% в.р.к. и Иммуноцитофитом, так и при повреждении всходов огурца калифорнийским трипсом, оранжерейной белокрылкой и паутинным клещом (при нагрузке фитофага 8 клещей, как на семядольные листья, так и на первый настоящий лист). Это дает основание предположить, что ответные реакции, вызываемые в огурце повреждениями этих вредителей, идут по жасмонатному сигнальному пути формирования устойчивости растений.

4.2. Семиохимические взаимодействия в системе "растение - фитофаг" под влиянием индукторов устойчивости, индуцирующих салицнлатный сигнальный путь формирования защитных реакций растений.

При обработке всходов огурца посевного, как препаратом Хитозар М 7% в.р.к., так и препаратом Циркон, системно увеличивается привлечение на растения калифорнийкого трипса и оранжерейной белокрылки, но не происходит влияния на поведенческую реакцию паутинного клеща.

Установлено, что Хитозар М 7% в.р.к. системно повышает аттрактивность растений для калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки при обработке огурца в фазу первого настоящего листа (индекс агрегации трипса и белокрылки на обработанных Хитозаром М растениях составил 35,4% и 43,8% соответственно) (Рисунок 7).

£

I 50 -

3 40 -

ь 30-

¡3 20 -

у ю -

I о -

X трипе белокрылка клещ трипе белокрылка клещ

Рисунок 7. Системное действие Хитозара М 7% в.р.к на привлечение фитофагов к обработанным растениям огурца посевного.

* Достоверность различий с контролем при р <0,05

Вероятно, аттрактивная реакция калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки на растения огурца, обработанные Хитозаром М 7% в.р.к., связана с изменениями в смеси летучих компонентов: уменьшением в 6,5 раз метилового эфира гексадекановой кислоты, увеличением в 2 раза н-гексадекановой (пальмитиновой) кислоты, появлением тетрадекановой (миристиновой) кислоты (Таблица 4).

Обработаны Обработан первый

семядольные листья настоящий лист

Таблица 4

Содержание летучих органических соединений в экстрактах необработанных листьев _огурца посевного при обработке растений Хитозаром М_

Химическое соединение Содержание в пробе, %

Опыт Контроль

обработка 1-го настоящего листа обработка семядольных листьев

Метил циклогексан 2.07 N N

/3-ионон 0.20 0.03 0.14

Тетрадекановая(мирнстиновая) к-та 0.17 0.04 003 0.05 N 0.27

Метиловый эфир гексадекановой к-ты

9-гексадекановая кислота 0.57 0.80 0.95

н-гексадекановая (пальмитиновая) к-та 13.69 16.10 7.85

Фитол 2.75 4.48 3.35

Линоленовая к-та 61.31 63.60 40.81

Октадекановая (стеариновая) к-та 2,2 2.0 1.2

соединение не обнаружено.

Результаты оценки контактно-вкусовой поведенческой реакции фитофагов показали, что обработка Цирконом семядольных листьев огурца достоверно (при р< 0,05) снижает, по сравнению с контролем, заселение растений белокрылкой (индекс агрегации составил -19,2%), способствует привлечению имаго трипсг (индекс агрегации составил 20,1%) и не влияет на поведение клеща, тогда как при обработке первого настоящего листа достоверных (при р< 0,05) различий опыта с контролем ни для одного из тестируемых фитофагов не выявлено.

Химический анализ компонентного состава смеси летучих соединений, системно выделяемых растениями после обработки семядольных листьев Цирконом в сравнении с контролем (обработка растений водой) показал появление в опытной пробе 2-гексеналя, 2,6-нонадиеналя и гексадеканаля, почти в 4 раза увеличение 9,12,15-октадекатриеналя, в 2,5 раза увеличение пальмитиновой кислоты и уменьшение фитола (Таблица 5).

Таблица 5

Содержание летучих органических соединений в экстрактах необработанных настоящих листьев огурца посевного при обработке семядольных листьев препаратом

Циркон

Химическое соединение Содержание в пробе, %

Опыт Контроль

2-гексеначь 0.99 N

2,6-нонадиеиаль <0.20 N

Гексадеканаль 0.21 N

9,12,15-октадекатриеналь 2,29 0.59

н-гексадекановая (пальмитиновая) кислота 28,42 11.4

Метиловый эфир 11,14,17-эйкозатриеновой к-ты 0,33 0.42

Фи гол 0,87 2.53

Линоленовая кислота 62,0 75.23

N - соединение не обнаружено.

Оценка численности потомства фитофагов показала, что происходит снижение численности потомства паутинного клеща при обработке первого настоящего листа растений, как Цирконом, так и Хитозаром М 7% в.р.к. (снижение численности потомства после обработки Цирконом и Хитозаром М 7% в.р.к. составляет 34,5% и 42,9% соответственно). На калифорнийского трипса обработка растений Хитозаром М 7% в.р.к. действует иначе и способствует статистически достоверному увеличению численности вредителя (численность дочернего поколения увеличилась на 22,4% в сравнении с контролем), тогда как обработка растений Цирконом на численность дочернего поколения данного фитофага не влияла. Отмечено снижение численности дочернего поколения оранжерейной белокрылки на 25,4% при обработке растений Цирконом, тогда как обработка растений Хитозаром М 7%> в.р.к. на численность дочернего поколения данного поколения не влияла.

Сравнительная оценка ответной реакции всходов огурца на обработку иммуномодуляторами и повреждение растительноядными членистоногими, показала, что, как при обработке растений Хитозаром М 7% в.р.к. и Цирконом, так и при повреждении всходов огурца паутинным клещом (16 особей на 3 дня на семядольные листья и 8 особей на 3 дня на первый настоящий лист), происходит антиксенотическое и антибиотическое воздействие растений на паутинного клеща, но увеличивается привлечение калифорнийского трипса и оранжерейной белокрылки. Это дает основание предположить, что при нагрузках фитофага 16 особей на 3 дня на семядольные листья и 8 особей на 3 дня на первый настоящий лист ответные защитные реакции в огурце посевном идут по салицилатному сигнальному пути формирования, который может быть одним из возможных в развитии устойчивости огурца посевного к паутинному клещу.

Эксперименты по оценке системного влияния Хитозара М 7% в.р.к. и Хитозара Ф 7% в.р.к. на привлечение к обработанным растениям хищного клопа Огш$ \aevigatus статистически значимой реакции энтомофага не выявили ни в одном из вариантом. Это свидетельствует, что за выявленную ранее аттрактивную реакцию энтомофага на поврежденные фитофагами растения ответственны специфические летучие соединения, продуцируемые именно поврежденным фитофагами, а не обработанным индукторами растением, что указывает на отсутствие полной идентичности индуцированных природными и синтетическими индукторами биохимических механизмов устойчивости растений к фитофагам.

ВЫВОДЫ

1. При повреждении огурца посевного паутинным клещом, калифорнийским трипсом и оранжерейной белокрылкой в растениях развиваются ответные химические реакции, которые проявляются в изменении поведения членистоногих вредителей и численности их дочернего поколения при повторном заселении растений. Характер изменений может быть объяснен спецификой повреждения, наносимого фитофагами растению на разных фазах его развития

2. Установлено, что при повреждении личинками калифорнийского трипса (8 особей в течение трех суток) происходит антиксенотическое и антибиотическое воздействие растений на имаго калифорнийского трипса и самок паутинного клеща (индекс агрегации для трипса и клеща составил -27,8% и -22,7% соответственно, снижение численности потомства трипса и клеща составило 36,1% и 37,1% соответственно). При отсутствии влияния повреждения растений трипсом на поведение белокрылки происходит снижение численности дочернего' поколения данного фитофага на поврежденных трипсом растениях (снижение численности потомства составило 45,2%).

3. При питании оранжерейной белокрылкой (25 имаго на растение в течение 3 суток) на огурце посевном выявлено антиксенотическое и антибиотическое воздействие растений на данного фитофага и на имаго калифорнийского трипса (снижение численности потомства белокрылки и трипса составило соответственно 35,9% и 31,3%).

4. Питание паутинного клеща, как на семядольных листьях, так и на первом настоящем листе при нагрузке фитофага 16 экземпляров на растение на 3 дня приводит к репеллентному действию растений на особей данного фитофага (индекс агрегации при повреждении семядольных листьев и первого настоящего листа составил соответственно -24,4% и -35,6%). При этом в обоих вариантах происходит снижение численности дочернего поколения на 42%.

5. Выявлена зависимость степени заселения огурца посевного калифорнийским трипсом и оранжерейной белокрылкой от нагрузки паутинного клеща на семядольные листья: при нагрузке клеща 8 экземпляров на 3 дня обнаружена репеллентная реакция данных вредителей на поврежденные растения, при нагрузке паутинного клеща 16 экземпляров на растение на 3 дня происходит привлечение на растения калифорнийского трипса, но отсутствует влияние на заселение поврежденных растений оранжерейной белокрылкой.

6. Привлечение энтомофага - хищного клопа Onus laevigatus к всходам огурца, поврежденным, как калифорнийским трипсом, так и паутинным клещом определяется в первую очередь не кайромонами

или следовыми веществами фитофагов, а летучими соединениями, системно выделяемыми поврежденными растениями. Летучие соединения, выделяемые неповрежденными листьями с растений, поврежденных калифорнийским трипсом, имеют большую степень привлечения ориуса, чем с растений, поврежденных паутинным клещом.

7. При обработке огурца посевного иммуномодуляторами Хитозаром Ф 7% в.р.к. и Иммуноцитофитом, активирующими в растениях жасмонатный путь формирования защитных химических реакций, происходит системное репеллентное действие растений на калифорнийского трипса и снижение численности его дочернего поколения. Наибольшие величины для данных показателей установлены при обработке растений Хитозаром Ф 7% в.р.к. первого настоящего листа (индекс агрегации составил -39,6%, снижение численности потомства составило 53%). Это показывает, что жасмонатный путь формирования защитных химических реакций является преобладающим в обеспечении устойчивости огурца посевного к калифорнийскому трипсу.

8. Обработка всходов огурца посевного хитозансодержащими индукторами устойчивости, как Хитозаром М 7% в.р.к., так и Хитозаром Ф 7%> в.р.к., не изменяет привлечение хищного клопа ориуса к растениям, в отличие от повреждения растений паутинным клещом и калифорнийским трипсом. Это указывает на различия биохимических механизмов защитных реакций растений к фитофагам, индуцированных повреждениями растительноядных членистоногих и иммуномодуляторами.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Полученные в работе данные об особенностях иммунологического ответа огурца посевного на повреждение фитофагами и обработку растений иммуномодуляторами пригодны для разработки научно обоснованной стратегии использования явления индуцированной устойчивости растений в системе интегрированной защиты культуры.

Изложенные доказательства применения индукторов устойчивости Хитозара Ф 7% в.р.к. и Иммуноцитофита в качестве элемента интегрированной защиты огурца для снижения численности популяции калифорнийского трипса помогут усовершенствовать существующие системы защитных мероприятий в условиях защищенного грунта.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Юрченко, О.С. Влияние обработок всходов огурца хитозансодержащими индукторами болезнеустойчивости на ольфакторные реакции калифорнийского трипса Frankliniella occidentalis (Pergande) (Thysanoptera: Thripidaé) и хищного клопа Orius laevigatus (Fieber) (Heteroptera: Anthocoridae) / О.С.Юрченко [и др.] // Энтомологическое обозрение. - 2004. - Т. 83, вып. 4. - С. 808-815.

2. Юрченко, О.С. Дистантная ориентация имаго калифорнийского трипса Frankliniella occidentalis (Perg.) на огуречные растения, поврежденные растительноядными членистоногими / О.С.Юрченко, В.Н.Буров // Вестник защиты растений. - 2005. - N 1. - С. 45^19.

3. Буров, В.Н. Реакция косвенной индуцированной защиты растений огурца на повреждение растительноядными членистоногими / В.Н.Буров, Е.А.Степанычева, О.Г.Селицкая, О.С.Кнриллова [и др.] // Энтомологическое обозрение. - 2005. - Т. 84, вып. 4. - С. 721-727.

4. Кириллова, О.С. Циркон как иммуномодулятор устойчивости огурца к фитофагам / О.С.Кириллова, О.Г.Селицкая // Вестник защиты растений. -2015.-N 1.-С. 58-62.

Работы в других изданиях и сборниках:

5. Юрченко, О.С. Индукция реакций устойчивости растений огурца к сосущим фитофагам в ответ на повреждающее воздействие / О.С.Юрченко, В.Н.Буров // Первая Всероссийская конференция по иммунитету растений к болезням и вредителям: науч. материалы (2-8 июля 2002 г.) - СПб, 2002. - С. 155-156.

6. Буров, В.Н. Хитозансодержащие препараты, как возможные индукторы устойчивости огурцов к западному цветочному трипсу / В.Н.Буров, О.С.Юрченко // Современные перспективы в использовании хитина и хитозана: материалы 7-ой Междунар. конф. (15-18 сентября, 2003 г.). - СПб, 2003 г.-С. 70-73.

7. Кириллова, О.С. Влияние хитозансодержащих индукторов болезнеустойчивости на динамику численности паутинного клеща / О.С.Кириллова, В.Н.Буров // Современные проблемы иммунитета растений к вредным организмам: материалы 2-ой Всерос. конф. (29 сентября - 2 октября 2008 г.). - СПб, 2008. - С. 255-256.

Научное издание. ИКО-печать ИННОВАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Подписано к печати 27 апреля 2015 г. Лицензия ПЛД № 69-253. Тираж 100 экз.