Феромоны помогут защитить урожай!

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