Феромоны помогут защитить урожай!
реклама
ФЕРОМОНЫ ПОМОГУТ ЗАЩИТИТЬ УРОЖАЙ! Илья Михайлович МИТЮШЕВ кандидат биологических наук, доцент кафедры защиты растений Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева (фото автора) Аннотация: коммуникации В статье насекомых, а рассмотрены также особенности основные приемы феромонной и методы практического использования синтетических аналогов феромонов для защиты растений от вредителей. Многие из читателей наверняка слышали о феромонах. Этот термин используют для обозначения класса биологически активных сигнальных веществ, которые синтезируются в организме животных; попадая во внешнюю среду, они вызывают ответные реакции у других особей этого же вида. У многих насекомых феромоны играют важную роль в коммуникации, например, сближая самцов и самок в период размножения, или управляя поведением и физиологическими процессами у общественных видов насекомых. НЕМНОГО ИСТОРИИ Действие феромонов насекомых было известно еще в древности. Так, пчеловоды знали, что если рядом с ульем их ужалит хотя бы одна пчела, то в воздухе часто ощущается специфический запах, а риск быть ужаленным другими пчёлами значительно повышается. Впервые эти пахучие вещества у медоносной пчелы (Apis mellifera) описал английский естествоиспытатель Чарльз Батлер в своей книге «Женская монархия», которая была издана в Оксфорде в 1609 г.: «Если вас или вашего спутника ужалила пчела, пусть даже её жало застряло в одежде, вам следует удалиться как можно 1 дальше. Иначе, пчёлы, учуяв отвратительный запах яда, обступят вас стеной…». В 1792 г. швейцарский естествоиспытатель Франсуа Юбер доказал, что отрезанное жало рабочей пчелы или его запах вызывает агрессивное поведение у других рабочих пчёл, а немецкий пчеловод Август Берлепш в 1877 г. обнаружил, что предметы, натертые телом умерщвленной пчелиной матки, привлекают рабочих пчёл. Российский пчеловод Г.Л. Кондратенко в 1910 г. описал пахучее вещество, выделяемое брюшком пчелиной матки, и установил, что при его дефиците пчелы выводят новую матку. В своей работе «Теория нового пчеловодства» он писал: «Брюшко матки, выделяя пахучее маслянистое вещество, усвояемое пчёлами через соприкосновение усиков, дает пчёлам возможность узнавать друг друга по однородному объединительному запаху и отличать пчёл, извне приходящих… Прежде чем стать матерью поколения, она должна объединить семью пчёл запахом своего брюшка; без объединительного запаха погибнет семья, её принявшая, коей запасы будут расхищены и будет убита она». Рис. 1. Медоносная пчела Широко известны труды французского энтомолога Жан-Анри Фабра, проводившего во второй половине XIX века эксперименты с бабочками грушевой сатурнии (Saturnia pyri). Он обнаружил, что самка сатурнии, только что вышедшая из куколки, способна привлечь десятки самцов своего вида с расстояния в несколько километров. Фабр предположил, что самцов привлекает запах, испускаемый самками, однако полностью природа этого 2 явления была ему не ясна. Вот как он комментировал полученные результаты: «Но что же материального выделяет из себя самка сатурнии? Ничего, судя по нашим обонятельным впечатлениям. И это ничто должно было насытить воздух своими молекулами в радиусе нескольких километров! Разум отказывается поверить в это... Это все равно, что представить себе, будто можно окрасить целое озеро зернышком кармина». В 1896 г. американские ученые Эдвард Форбуш и Чарльз Ферналд попытались использовать ловушки с живыми самками непарного шелкопряда (Lymantria dispar) для отлова самцов; эти ловушки хотя и привлекали самцов, но не получили широкого распространения из-за короткого срока действия. Исследовались феромоны и других групп насекомых, но, вместе с тем, многие крупнейшие натуралисты, зоологи и энтомологи прошлого относились к роли запаховых веществ в коммуникации насекомых с недоверием. Так, в 1901 г. Николай Насонов об андрокониях, как о пахучих органах бабочек писал следующее: «Для выяснения места отделения пахучего вещества самцами бабочек не было сделано никаких точных физиологических опытов, так что отделение пахучих веществ через андроконии нельзя считать ещё установленным фактом и совершенно не доказано, что запах имеет то значение, которое ему приписывают». Химический состав феромона насекомого впервые смог установить немецкий биохимик и нобелевский лауреат Адольф Бутенандт в 1959 г. Для выделения всего лишь 6,4 мг бомбикола, полового феромона самки тутового шелкопряда (Bombyx mori), ему и его команде потребовалось 20 лет тщательных экспериментов. Сам термин «феромон» был предложен немецким биохимиком Петером Карлсоном и швейцарским энтомологом Мартином Люшером также в 1959 г.; он происходит от двух греческих слов: «фереин» – переносить, и «гормон» – возбуждать, т.е. «переносчик возбуждения». Успех Бутенандта способствовал бурному развитию исследований феромонов насекомых. Учёные, прежде всего, пытались идентифицировать 3 феромоны вредителей. Уже в 1960 г. американский ученый Мартин Джекобсон и его коллеги смогли определить структуру полового феромона непарного шелкопряда, а затем синтезировали его аналог, «диплюр»; полученный препарат стали широко использовать в ловушках для мониторинга этого вредителя в США. К 1984 г. в мире были синтезированы феромоны уже 670 видов насекомых. Рис. 2. Бабочка тутового шелкопряда В СССР уже в 1976 г. для мониторинга восточной плодожорки (Cydia molesta) начали применять феромонные ловушки американского производства, а с 1978 г. началось использование отечественных ловушек. К 1990 г. 26 феромонных препаратов советского производства были включены в «Список препаратов, разрешенных к применению в сельском хозяйстве». К настоящему времени учёными разных стран идентифицированы феромоны нескольких тысяч видов насекомых, многие из которых являются вредителями сельского и лесного хозяйства. ТЕОРИЯ… По химическому составу феромоны насекомых относятся к разным классам органических соединений, таких как спирты, альдегиды, эфиры, гетероциклические соединения, терпеноиды, стероиды и др. Как правило, феромон насекомого состоит из смеси веществ: в его состав может входить более 10 компонентов. Молекулы феромонов высоколетучи, быстро 4 разлагаются под действием кислорода воздуха, влаги и света. Источником феромона у насекомых могут быть отдельные секреторные клетки, разбросанные по всему телу или их группы, образующие особый орган – феромонную железу. Протоки феромонных желез открываются на поверхности тела, или в полостях, сообщающихся с внешней средой. Насекомые выделяют феромон в наноколичествах: так, самка яблонной плодожорки (Cydia pomonella) выделяет всего лишь 9 нанограммов феромона в час. Однако и этого количества достаточно, чтобы самец плодожорки смог учуять запах и найти самку в кроне дерева. Феромоны насекомых видоспецифичны – выделенные одними особями, они привлекают особей лишь этого вида. Насекомые воспринимают запах феромонов при помощи хеморецепторных сенсилл – особых рецепторов в виде волосков, щетинок или бугорков, находящихся в основном на усиках; их число на одном усике может достигать 15 тысяч. Для ответной реакции насекомого достаточно наличия очень небольшого количества феромона в воздухе. Например, самец тутового шелкопряда способен различать феромон самки в концентрации 1 молекула на 10 17 молекул воздуха, а при улавливании не менее 1 молекулы в секунду в расчёте на поверхность обоих усиков, он начинает движение в поисках самки. Биологическое назначение феромонов насекомых неодинаково. Их разделяют на противоположных (обеспечивающие половые полов (способствующие в период сосредоточение сближению размножения), особей обоих особей агрегационные полов), следовые, территориальные, феромоны тревоги и др. У общественных насекомых (муравьи, пчелы, термиты и др.) феромоны координируют деятельность всех особей одной семьи, поддерживают её единство. Определив химический состав феромона насекомого, можно синтезировать его в лабораторных условиях. Синтетические аналоги половых и агрегационных феромонов используют для защиты растений от вредителей. 5 …И ПРАКТИКА Преимуществами синтетических феромонов, которые применяются в микродозах, являются их высокая видоспецифичность и аттрактивность. Они абсолютно безвредны для человека и окружающей среды и действуют только на целевой вид насекомого-вредителя. Существует два основных направления практического использования синтетических феромонов против вредных насекомых. Во-первых, их используют для мониторинга: ловушки с феромонами позволяют фиксировать начало лёта вредителей, получать данные об их численности или определять ареал карантинных вредителей. Во-вторых, синтетические феромоны применяют непосредственно для борьбы с вредителями. Насытив синтетическим феромоном воздух, можно помешать самцам находить самок; можно привлечь насекомых с помощью феромона и выловить или уничтожить их до того, как они смогут обнаружить естественный источник феромона. В обоих случаях будет нарушено размножение вредителей. Феромонный мониторинг – наиболее экономичный и точный метод учёта многих видов вредителей. Так, применение феромонных ловушек для определения численности гроздевой листовёртки (Lobesia botrana) на виноградниках в 15-20 раз эффективнее других методов учёта. Рис. 3. Феромонная ловушка Для мониторинга используют феромонные ловушки, которые можно разделить на два основных типа. Первый тип – феромонные клеевые 6 ловушки, состоящие из 3 основных элементов: корпуса ловушки, клеевого вкладыша, покрытого невысыхающим клеем, на который отлавливаются приманиваемые насекомые, и диспенсера, из которого происходит испарение феромона. Обычно диспенсер содержит 1 мг синтетического феромона этого количества хватает, чтобы поддерживать привлекательность ловушки в течение 2-3 месяцев. Ловушки второго типа – бесклеевые – также состоят из корпуса и диспенсера, но не имеют клеевого вкладыша; для отлова насекомых в них используются различного устройства резервуары, из которых пойманные насекомые не способны выбраться. Для мониторинга разных видов чешуекрылых вредителей часто используют клеевые ловушки. Так, в плодовых садах ловушки для плодожорок размещают в конце цветения, из расчета 1 ловушка на 3-5 га. Ловушки размещают в кроне дерева на высоте 1,7 м; их проверяют раз в 5 дней, подсчитывая отловленных бабочек и затем удаляя их с помощью пинцета. Сигналом для применения инсектицидов против яблонной и сливовой плодожорки является улов 5 и более самцов на одну ловушку за 5 дней. При помощи ловушек также можно защищать урожай от плодожорок в небольших приусадебных или дачных плодовых садах методом массового отлова: для этого размещают 1 феромонную ловушку в расчете на 2-3 дерева (25-50 ловушек на 1 га). При этом большая часть самцов плодожорок отлавливается в ловушки до спаривания с самками, благодаря чему достигается эффект «самцового вакуума». В результате, значительное количество самок не откладывают яйца, а поврежденность плодов снижается. Однако этот метод эффективен, как правило, лишь при относительно низкой начальной численности вредителей и отсутствии поблизости других плодовых насаждений, откуда могут прилетать оплодотворенные самки. В последние несколько лет феромонные ловушки очень широко применяют для массового отлова жука короеда-типографа (Ips typographus), ставшего настоящим бедствием для еловых лесов Подмосковья и многих других 7 регионов Центральной России. Значительный успешный опыт широкомасштабного применения метода массового отлова был получен в Швеции и Норвегии еще в 1980-83 гг., когда он применялся для защиты хвойных лесов от жука короеда-типографа, давшего тогда сильную вспышку численности. В лесах этих двух стран было размещено около 1 миллиона феромонных ловушек, в которые было отловлено порядка 10 миллиардов жуков! ПРИВЛЕЧЬ И УНИЧТОЖИТЬ Метод «привлечь и уничтожить», известный в англоязычной литературе как «attract and kill», – один из приемов использования феромонов, повышающий безопасность применения инсектицидов, что достигается за счет создания своего рода «отравленных приманок» как в специальных препаративных формах, так и в инсектицидно-феромонных ловушках, а также концентрирования вредителя на отдельных участках с последующим проведением локальных химических обработок. Применение метода «привлечь и уничтожить» позволяет удалить самцов из популяции, использовать меньшее количество синтетического феромона и может применяться на небольших участках. Применяемые препараты выпускаются в виде пасты, пластин, пакетов, паст, специальных пустотелых волокон, паст и т.п. Они содержат феромон для привлечения вредителей и инсектицид для их умерщвления. Препараты наносятся на растения вручную или при помощи специально разработанных устройств. В результате применения этого метода достигается изъятие из популяции значительного числа самцов, что приводит к нарушению размножения. Метод применяется против вредных представителей отрядов Чешуекрылые (плодожорки и листовертки), Жесткокрылые, Двукрылые (плодовые мухи) и некоторых других. Борьба с вредителями также может осуществляться методом «автостерилизации». Этот метод основан на том же принципе что и 8 «привлечь и уничтожить», однако контактный инсектицид заменяется веществом, способным стерилизовать самцов. ЗА РУБЕЖОМ – ДЕЗОРИЕНТАЦИЯ Метод дезориентации, также основанный на использовании феромонов, ежегодно применяют в мире для защиты плодовых и овощных культур, винограда, хлопка и лесных пород от чешуекрылых вредителей на общей площади около 700 тыс. га. Только в странах Европейского союза его используют для защиты виноградников от листоверток на площади более 100 тыс. га, для защиты яблони, груши и персика от плодожорок и листоверток – на площади более 50 тыс. га. Рис. 4. Феромонный диспенсер для дезориентации Сущность этого метода заключается в насыщении атмосферы сада или виноградника парами синтетического полового феромона, вследствие чего наблюдается эффект «дезориентации» самцов – они не способны обнаружить самок и спариться; самки не откладывают яйца, и, таким образом, достигается отсутствие гусениц, способных повреждать растения. Наиболее часто используют диспенсеры в виде полиэтиленовых ампул или трубок, которые развешивают на деревья, в среднем от 300 до 1000 шт/га, что соответствует внесению 50-100 г синтетического феромона на 1 га за сезон. Стоимость применения метода дезориентации для защиты плодовых культур и винограда от чешуекрылых вредителей в ЕС составляет 100-250 евро/га, и, 9 в ряде случаев, равноценна стоимости применения инсектицидов на той же площади. Вместе с тем, этот метод эффективен лишь при относительно невысокой начальной численности вредителей. Эффективность дезориентации снижается и в результате залёта оплодотворенных самок с необработанных участков, поэтому необходимо полномасштабное применение дезориентации на ограниченных территориях (например, на всех близлежащих фермах или кварталах плодового сада). Эффективность метода также зависит от обрабатываемой площади: она наиболее высока на площади 10 га и более. АВТОКОНФУЗИЯ Автоконфузия – один из самых новых методов применения феромонов для защиты растений от вредителей. Для борьбы с вредными насекомыми в этом методе используются специальные комплекты, внешне напоминающие корпус феромонной ловушки. Однако вместо клеевого вкладыша и резинового диспенсера в этом корпусе находится лоток со специальной электростатической пудрой, содержащей феромон. Привлекаемые феромоном самцы садятся на лоток и, затем, улетают, унося на теле пудру с феромоном. Так как эта пудра содержит синтетический феромон, самец становится его источником, таким образом отвлекая других самцов от самок. Одновременно, проявляется эффект «автоконфузии»: такой самец не способен обнаружить самку, поскольку сам является источником феромона. К настоящему времени разработаны препаративные формы для борьбы с рядом чешуекрылых и жесткокрылых вредителей (листовертками и жукамищелкунами). 10
