Параметрический контроль приспособленности у двух линий зоокультуры чешуекрылых в биотехнологии длительного разведения

Abstract

To study micro- and macroelement regime affected by different plants in red-brown and brown soils, an experiment was conducted on the south mountain soils of Crimea in Ukraine in 2004. Results showed that, in the natural soils, nitrogen, potassium, copper, zinc, and manganese were more, and phosphorus, plumb, cadmium, and cobalt were less than the park soils. At all, soil solution reaction (pH) in both of them was neutral.

Статья публикуется в авторской редакции.0.

ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ У ДВУХ ЛИНИЙ ЗООКУЛЬТУРЫ ЧЕШУЕКРЫЛЫХ В БИОТЕХНОЛОГИИ ДЛИТЕЛЬНОГО

РАЗВЕДЕНИЯ

Д.В. СОКОЛОВА, кандидат биологических наук;

В.И. МИТРОФАНОВ, доктор биологических наук;

Т.Я. КИПТИЛАЯ

Никитский ботанический сад - Национальный научный центр

Актуальность

Биотехнология лабораторного и промышленного разведения вредных членистоногих на искусственных средах является тем важным условием, которое определяет успех разработки биологических методов защиты растений от массового размножения вредных видов, часто приобретающего характер эпифитотий и энфитотий. Этот метод позволяет получить в необходимых количествах живой материал для различного типа исследований: токсикологического биотестирования биопрепаратов, химических средств и накопления биоагентов из числа паразитов и хищников. Он обеспечивает возобновление маточной культуры целевого вида при промышленном разведении на экономически оправданных технических субстратах для наработки в промышленных объемах вирусных, грибных и бактериальных биопестицидов, получение стерильных самцов и самок при применении автоцидных методов защиты растений на локальных территориях, а также выделение и изучение природных биологически активных веществ с феромонной и гормональной активностью, используемых в качестве регуляторов роста и развития популяций и последующего синтеза их аналогов.

Существенной проблемой современной экологии является познание механизмов регуляции численности организмов и разработка моделей популяций, которые являются основой для новых методов защиты растений. Уровень численности популяции является функцией плодовитости и выживаемости организмов, образующих популяцию, и характеризует уровень адаптивной ее приспособленности (rmax).

Среди конструктивных подходов к анализу популяций в их взаимодействий с окружающей средой интерес представляют так называемые таблицы жизни (Life tables), по сути являющиеся простейшими имитационными моделями. С помощью элементарных математических уравнений установили ключевые факторы смертности и период, в который они действуют, определяли дисперсию малозначимых факторов и выявляли условия их действия.

Бесценны данные, которые могут быть получены для оценки биотического потенциала размножения (скорости роста популяции rmax и R0), оценки жизнеспособности (выживаемости) для определения полевой эффективности экологических управляющих воздействий по устойчивому предотвращению роста популяций вредных видов в деле стабилизации агроценозов и обеспечения их устойчивого развития [4].

Постановка проблемы

Биотехнология лабораторного разведения плодоповреждающих листоверток на физиологически оптимизированных искусственных питательных средах была начата в Никитском ботаническом саду в 1965 году. Объектами исследования являлись виды фитофагов из числа чешуекрылых (Lepidoptera), в отношении которых были необходимы уточнение биологических параметров, апробирование новых химических препаратов и лабораторная разработка нехимических способов борьбы для усовершенствования защитных мероприятий в плодовом саду. Первым объектом исследования стала яблонная плодожорка (в этот период у природной популяции плодожорки появилась устойчивость к ДДТ). Первоначально размножение осуществлялось на плодах яблони, а в 1968 году синтезировали

искусственную питательную среду, которая после усовершенствования достигла уровня универсальной. В следующем десятилетии, когда возникла проблема плодовых листоверток в саду, эта среда явилась кормовым субстратом (с некоторой модернизацией) для других видов: ивовой, кривоусой и гвоздичной листоверток. С 1980 года и по настоящие время ведется культура восточной плодожорки (непрерывно развивается 170-е поколение).

Цель и задачи исследования

Целью настоящего исследования было получить значение величины внутренней скорости роста популяций яблонной и восточной плодожорок (гтах) для последующего использования в оценке эффективности управляющих воздействий в полевых экспериментах по недопущению вспышек их размножения. В задачи исследования входило: накопить достаточный для опытного использования биоматериал; пронаблюдать в онтогенезе развитие нескольких поколений на простых имитационных моделях в форме таблиц жизни (Life tables), включающих когортные таблицы выживаемости и возрастные таблицы плодовитости; рассчитать в оптимальных условиях видовые критерии величины внутренней скорости роста популяций (= биотический потенциал размножения т.е. - коэффициент Мальтуса - гтах) и основной скорости роста (коэффициент Райта - R0) для дальнейшего их использования в качестве эталона в полевом мониторинге, а также для оценки уровня общей приспособленности обоих видов.

Методы

Ранее в процессе работы для разведения яблонной и восточной плодожорок были подобраны температурные и световые режимы, оптимальные условия для содержания имаго (емкость, соотношения полов), условия хранения и накопления биоматериала [1,3]. Данные исследования проводили летом при естественном освещении, зимой - с подсветкой: до 18 часов для восточной плодожорки и до 21 часа -для яблонной. Влажность воздуха колебалась в пределах 40-50 %, температура воздуха поддерживалось в пределах 22-25 о С [1-3].

Биологические параметры, рассчитанные из репродуктивных таблиц, прежде всего, биотический потенциал (гтах),отражающий характеристику популяции, позволяют оценить самые разные факторы и аспекты воздействия. Определение скорости роста восточной и яблонной плодожорок проводили согласно "Методическим указаниям по составлению таблиц выживания насекомых и клещей" [2].

При этом использовали следующие параметры:

х - возраст самок;

1х - выживаемость самок, специфическая для возраста х, т.е. доля живых самок в возрасте х от той части самок, которые погибли от различных факторов за весь репродуктивный период;

тх - рождаемость, специфическая для данного возраста. Она выражается предполагаемым количеством самок в потомстве в расчете на одну живую самку;

Я0 - чистая величина репродукции равная ^ 1хтх • она показывает, во сколько раз

увеличивается популяция за поколение;

Т - среднее время генерации, т.е. средний возраст, в который самка производит потомство, вычисляющиеся по формуле:

I',

Yjxmx '

rmax - биотически репродуктивный потенциал, естественная, присущая популяции норма увеличения численности при стабильном возвратном распределении и специфических условиях обитания. Иначе его называют мгновенной скоростью роста популяции. Этот критерий вычисляют по формуле:

In До

г =-- .

max rj-i

Для оценки параметров репродуктивности восточной плодожорки было отобрано 42 молодых не созревших самок и помещено по 2-3 особи в полиэтиленовые садки размером 11,5х8,5 см. К самкам подсаживали по два самца. В случае с яблонной плодожоркой 40 не созревших самок помещали по две особи в 200 мл стеклянные сосуды. К самкам подсаживали по 1-2 самца.

Ежедневно фиксировали состояние самок, физиологическую и случайную гибель, плодовитость. По мере откладки самками яиц их пересаживали в новые садки или сосуды. Из отложенных яиц выводили потомство, для чего инокулировали яйцами восточной плодожорки 2 кг искусственной питательной среды и индивидуально отсаживали гусениц яблонной плодожорки на 1 кг среды, разлитой в чашки Петри.

Результаты и обсуждение

В результате исследований было установлено, что самка восточной плодожорки не откладывает яиц в течение первых трех дней, а яблонная плодожорка - в течение недели; после 28 и 27 дней самка перестает откладывать яйца, соответственно названым видам. На основании исходных данных (ежедневный возраст особей; доля оставшихся в живых; среднее число самок, достигших стадии имаго в потомстве) были составлены репродуктивные таблицы. На основании таблиц, согласно формулам, приведенным выше, были определены для восточной (табл. 1 и 2) и яблонной (табл. 3 и 4) плодожорок скорость репродукции И (77,4 и 28,25), среднее время генерации Т (11,3 и 10,4), рассчитан биотический потенциал гтах (18,5 и 7,4). С помощью полученных данных возможно составление более сложных программ управления патосистемами.

Таблица 1

Исходные данные биологических параметров восточной плодожорки

Дата наблюдений День откладки яиц Возраст самок, в днях Сумма живых самок Количество самок, погибших от физиологических причин Сумма отложенных яиц Плодовитость одной самки, штук Соотношение полов в потомстве

? вв

1 2 3 4 5 6 7 8 9

04 июля 1 3 23 - 92 4,0 1 2,0

05 июля 2 4 23 - 108 5,0 1 2,0

06 июля 3 5 23 - 113 5,0 1 2,0

07 июля 4 6 23 - 140 6,0 1 1,5

08 июля 5 7 23 - 385 16,7 1 1,5

09 июля 6 8 23 - 358 15,6 1 1,7

10 июля 7 9 22 1 327 15,0 1 1,8

11 июля 8 10 22 - 275 12,5 1 1,8

12 июля 9 11 22 - 243 11,0 1 1,8

13 июля 10 12 22 - 200 9,0 1 1,6

14 июля 11 13 22 - 168 7,6 1 1,6

15 июля 12 14 22 - 143 6,5 1 1,6

16 июля 13 15 22 - 137 6,2 1 2,3

17 июля 14 16 21 1 125 6,0 1 2,3

18 июля 15 17 21 - 95 4,5 1 2,3

19 июля 16 18 21 - 87 4,0 1 2,3

20 июля 17 19 21 - 78 3,7 1 2,3

21 июля 18 20 20 1 52 2,6 1 1,8

22 июля 19 21 20 - 48 2,4 1 1,8

23 июля 20 22 19 1 37 2,0 1 1,8

24 июля 21 23 18 1 49 2,7 1 1,8

25 июля 22 24 17 1 94 5,5 - -

26 июля 23 25 17 56 3,2 - -

27 июля 24 26 16 1 32 2,1 - -

28 июля 25 27 15 1 10 0,7 - -

29 июля 26 28 14 1 9 0,6 - -

30 июля - 29 13 1 - - - -

31 июля - 30 12 1 - - - -

01 августа - 31 11 1 - - - -

02 августа - 32 9 2 - - - -

03 августа - 33 7 2 - - - -

04 августа - 34 3 4 - - -

05 августа - 35 3 - - - - -

06 августа - 36 2 1 - - - -

07 августа - 37 1 1 - - - -

08 августа - 38 0 1 - - - -

Таблица 2

Репродуктивная таблица восточной плодожорки

Возраст самок, х День откладки яиц Кол-во живых самок в интервале х, lx Кол-во самок в потомстве на 1 самку, mx lxmx

3 1 1,00 2,0 2,0

4 2 1,00 2,5 2,5

5 3 1,00 2,5 2,5

6 4 1,00 3,0 3,0

7 5 1,00 8,4 8,4

8 6 1,00 7,8 7,8

9 7 0,96 7,5 7,2

10 8 0,96 6,2 6,0

11 9 0,96 5,6 5,4

12 10 0,96 4,5 4,3

13 11 0,96 3,8 3,6

14 12 0,96 3,2 3,1

15 13 0,96 3,1 3,0

16 14 0,90 3,0 2,7

17 15 0,90 2,2 2,0

18 16 0,90 2,0 1,8

19 17 0,90 1,8 1,6

20 18 0,87 1,3 1,1

21 19 0,87 1,2 1,04

22 20 0,80 1,0 0,8

23 21 0,79 1,4 1,1

24 22 0,70 2,8 2,0

25 23 0,70 1,6 1,1

26 24 0,70 - -

27 25 0,65 - -

28 26 0,60 - -

29 27 0,57 - -

30 28 0,52 - -

31 29 0,50 - -

32 30 0,40 - -

33 31 0,30 - -

34 32 0,10 - -

35 - 0,04 - -

36 - - - -

Ro=74,04

В 1996 году отделом защиты растений НБС-ННЦ по просьбе итальянской стороны были переданы более 300 куколок восточной плодожорки 124-125 поколения из собственной лабораторной популяции для создания маточной популяции фирме BioIntegrated Technology s.r.l. (Una Societa del Parco Tecnologico Agro-Alimentare dell'Umbria, Frazione Pantalla, 06050 TODI (PG), Italy), специализирующейся на создании микробиологических биопестицидов. В настоящее время крымская популяция в новых условиях содержания сохраняет высокую жизнеспособность и плодовитость самок, и превосходную конкурентоспособность самцов в сравнении с другими линиями из разных мест происхождения, в том числе - из Северной Америки (Galina Flek, личное сообщение, 2006). Этот факт подтверждает высокое физиологическое качество разработанной НБС-ННЦ искусственной питательной среды и удачно подобранных условий оптимального содержания двух указанных популяций плодожорок, обеспечивающих получение биологически полноценного материала зоокультуры.

Таблица 3

Исходные данные биологических параметров яблонной плодожорки_

Дата наблюдений День Возраст Сумма Количество самок, погиб- Сумма Плодови- Соотношение полов в

откладки самок, живых ших от физио- отложен- тость одной потомстве

яиц в днях самок логических ных яиц самки, штук

причин ? вв

29июля 1 7 29 - 87 3,0 1 1

30июля 2 8 28 1 203 7,0 2 1

31июля 3 9 26 2 290 10,0 1,5 1

01 августа 4 10 24 2 319 11,0 1 3

02 августа 5 11 22 2 406 14,0 1 2

03 августа 6 12 18 4 493 17,0 1 1

04 августа 7 13 14 4 290 10,0 1 1

05 августа 8 14 14 - 70 2,4 - -

06 августа 9 15 11 3 58 2,0 - -

07 августа 10 16 6 5 43 1,5 - -

08 августа 11 17 5 1 29 1,0 - -

09 августа - 18 3 - - - - -

10 августа - 19 3 - - - - -

11 августа - 20 3 - - - - -

12 августа - 21 3 - - - - -

13 августа - 22 3 - - - - -

14 августа - 23 3 - - - - -

15 августа - 24 2 1 - - - -

16 августа - 25 2 - - - - -

17 августа - 26 2 - - - - -

18 августа - 27 - 2 - - - -

Таблица 4

Репродуктивная таблица яблонной плодожорки_

Возраст самок, х День откладки яиц Кол-во живых самок в интервале х, 1х Кол-во самок в потомстве на 1 самку, тх 1х • тх

1 2 3 4 5

7 1 1,00 1,50 1,50

8 2 0,96 3,50 3,36

9 3 0,90 5,00 4,50

10 4 0,83 5,50 4,56

11 5 0,76 7,00 5,32

12 6 0,62 8,50 5,27

13 7 0,50 5,00 2,50

14 8 0,50 1,20 0,60

15 9 0,40 1,00 0,40

16 10 0,20 0,75 0,15

17 11 0,18 0,50 0,09

18 - 0,10 - -

19 - 0,10 - -

20 - 0,10 - -

21 - 0,10 - -

22 - 0,10 - -

23 - 0,10 - -

24 - 0,07 - -

25 - 0,07 - -

26 - 0,07 - -

^,=28,25

Выводы

Параметры внутренней скорости роста популяции (именуемой также биотическим потенциалом размножения или коэффициентом Мальтуса) гтах, чистой основной скорости роста популяции (именуемой также коэффициентом приспособленности Райта) R0 и среднее время генерации Т для плодожорок крымских популяций составляет для восточной гтах =18,5; R0 =77,4 и Т=11,3; для яблонной W =7,4; Ro =28,25 и Т =10,4.

Список литературы

1. Петрушова Н.И., Булыгинская М. А., Соколова Д.В., Богданова Т.П., Доманский В.Н., Диндойн В.М. Методические рекомендации по разработке генетических мер борьбы с яблонной плодожоркой (Laspeyresiapomonella L.). - Ялта: ГНБС, 1988. - 26 с.

2. Попов С.Я. Методические указания по составлению таблиц выживания насекомых и клещей. - М.: МСХА им. К.А. Тимирязева, 1986. - 14 с.

3. Соколова Д.В., Трикоз Н.Н.. Методические рекомендации по борьбе с восточной плодожоркой. - Ялта: ГНБС,1988. - 26 с.

4. Старчевский И.П., Митрофанов В.И., Бельченко В.М., Соколова Д.В., Киптилая Т.Я., Гаврилова Л.А., Предеина В.В. Методические рекомендации по биотехнологии лабораторного разведения насекомых - вредителей сада. - Одесса: Инж.-техн. ин-т "Биотехника",2005. - 46 с.

The parameters control of fitness by two zooculture lines of Lepidoptera in biotechnology of duration

breeding

Sokolova D.V., Mitrofanov V.I., Kiptilaya T.Ya.

The parameters intrinsic rate of natural increase (гтах), net reproductive rate (R0) and mean generation time (T) for two Crimean populations of Grapholitha molesta Busck. (rm£K =18,5; R0 =77,4 and Т=11,3) and Cydiapomonella L. (rm£K =7,4; R0 =28,25 и Т=10,4) are resulted.

ПЛОДОВОДСТВО

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ГАММА-РАДИАЦИЕЙ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ

СЕЯНЦЕВ ПЕРСИКА

А.В. СМЫКОВ, кандидат сельскохозяйственных наук;

В.Ф. ЛОБАНОВСКАЯ, О.С. Федорова

Никитский ботанический сад - Национальный научный центр

Экспериментальный мутагенез с использованием гамма-радиации является перспективным направлением в селекции плодовых культур. Он увеличивает генетическое разнообразие растений и расширяет возможности селекционера для отбора ценных форм. Небольшие дозы облучения, особенно в сочетании со стимуляторами роста, могут повысить жизнеспособность и изменчивость растений [1 - 3]. С персиком такие исследования не проводились, поэтому данная работа является актуальной.

Цель исследований. Целью исследований являлась оценка жизнеспособности и морфобиологической изменчивости сеянцев персика после воздействия на семена умеренной дозы гамма-радиации и физиологически активных веществ - фумара и индолилмасляной кислоты (ИМК).

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись пять сортов и две формы персика селекции Никитского ботанического сада и сорт Бэбиголд 8. В конце ноября после воздействия гамма-радиацией в дозе 7,5 Гр семена от свободного опыления в течение 18 часов выдерживали в водном растворе фумара (концентрация 0,16 мг/л) и ИМК (50 мг/л) и высевали в парники для стратификации и дальнейшего выращивания. Всхожесть семян учитывали на следующий год после посева в середине июня; выживаемость растений - в первой декаде сентября; диаметр штамба, среднюю длину междоузлий и высоту растений - во второй декаде октября; поражение листьев мучнистой росой - в первой декаде сентября. В качестве контроля использовали семена и растения без обработки мутагенами.

Результаты исследований. У сорта Лебедев всхожесть семян в дозе облучения 7,5 Гр снизилась на 12,7%, а выживаемость - на 13,1 - 18,2 % по сравнению с контролем, величина которого принята за 100% (рис.). Диаметр штамба существенно не изменился, но длина междоузлий и высота растений в варианте с облучением увеличились до 1,7 и 57,1 см, в контроле - 1,4 и 47,4 см (табл.). Коэффициент вариации диаметра штамба возрос во всех вариантах с обработкой (4,6; 11,0; 16,0%; в контроле 1,0%);