Современные технологии растениеводства и защиты растений способствуют существенным изменениям экологической обстановки в агробиоценозах. К числу наиболее значимых факторов антропогенного воздействия на агробиоценозы относятся приемы и средства защиты растений, биологические особенности возделываемых сельскохозяйственных культур, сорта и их иммуногенетические свойства. При интенсивном воздействии антропогенных факторов на агробиоценозы происходит снижение их биоразнообразия, изменяется состав и структура популяции членистоногих, нарушаются биоценотические связи в биологических системах [7, 8].
В настоящее время на территории России остро стоит проблема снижения количества и качества урожая пшеницы в связи с увеличением ареала вредоносности такого опасного, экономически значимого вредителя как вредная черепашка (Eurygaster integriceps Put.), что приводит к значительным потерям материальных и трудовых ресурсов. Масштабы роста численности и вредоносности клопа столь велики, что борьба с вредителем превратилась в крупную народно-хозяйственную проблему. Одной из причин роста вредоносности этого фитофага является антропогенное воздействие на агробиоценозы, связанное с современными технологиями возделывания пшеницы и защиты растений, ориентированной на интенсивное использование химических средств. Применение инсектицидов на посевах сельскохозяйственных культур приводит к изменению состава и структуры популяций биотрофов, нарушению биоценотических связей в биологических системах и, как следствие, к смене доминант, росту численности отдельных видов вредителей, в том числе и вредной черепашки, развитию резистентности к применяемым препаратам [2, 7]. Вводимые в производство новые сорта сельскохозяйственных растений, в процессе селекции которых в той или иной степени затронута иммуногенетическая система, также являются фактором адаптациогенеза всех компонентов агробиоценоза [7, 8, 9].
Основная задача проводимых нами исследований (2007-2015гг.) состояла в изучении воздействия инсектицидов из разных химических классов на поврежденность зерна вредной черепашкой и внутривидовую структуру ее популяций при питании на разных сортах озимой и яровой пшеницы, полученного из различных регионов РФ.
Материал и методы. Объектом исследования служили сорта озимой и яровой пшеницы, возделываемые в Ростовской области, Краснодарском и Алтайском краях. Диагностику и определение степени поврежденности зерна клопами проводили на основе использования инфракрасной микроскопии и компьютерного сканирования [1] по 5 балльной шкале, разработанной в лаборатории энтомологии и иммунитета растений к вредителям ВИЗР. На посевах озимой пшеницы в Ростовской области и Краснодарском крае для проведения химической защиты растений против вредной черепашки были использованы инсектициды таких химических классов, как пиретроиды — альтерра, фаскард, децис экстра, децис-профи, карате-зеон, обладающие широким спектром действия на вредителей; неоникотиноиды — системный инсектицид актара, а также фосфорорганические препараты Би-58 и Би-58 Новый с системным действием и высокой начальной токсичностью. На посевах яровой пшеницы селекции Алтайского НИИСХ применялась обработка посевов инсектицидом фатрин, относящемуся к классу пиретроидов широкого спектра действия на вредителей.
Для изучения фенотипической структуры популяций вредной черепашки были использованы выборки клопов летнего поколения, завершивших полный цикл развития на том или ином конкретном поле и сорте пшеницы. Общая выборка анализируемых клопов составила 2607 особей, в том числе из Ростовской области — 625 особей, из Краснодарского края — 841 особь, из Алтайского края — 1141 особь. Анализ внутривидовой структуры популяций вредной черепашки был проведен методами феногенетики на основе двух классов признаков: дискретных неметрических изменений морфологических параметров рисунка щитка и дискретных вариаций окраски верхней стороны тела клопов по четырем, четко различаемым фенокомпозициям (морфотипам) [8]. С целью оценки внутривидовой дифференциации популяций вредной черепашки был рассчитан индекс генетического сходства между отдельными популяциями вида по методу Л.А. Животовского (1992).
Эффективность применения инсектицидов на посевах разных сортов пшеницы была рассчитана по формуле Аббота.
Сравнительный статистический анализ результатов исследований был проведен на основе общепринятых методов с помощью компьютерных программ Statistica 6.0 и Exсel 2010. Вероятность ошибки F-критерия Фишера (Р) находилась в пределах 0.0001-0.19.
Результаты исследований. Вредная черепашка при питании вводит в пищевой субстрат гидролазы, способные расщеплять основные биополимеры растений — белки, углеводы, липиды. В результате этого происходит ухудшение товарных, технологических, хлебопекарных и посевных свойств зерна [4, 7, 10].
В настоящее время среди различных химических классов инсектицидов, применяемых против клопов-черепашек на зерновых культурах, широко и повсеместно используются пиретроиды [3, 6]. Считается, что одним из наиболее эффективных и экономичных способов защиты пшеницы от вредной черепашки, позволяющим предотвратить развитие резистентности в популяциях вредителя, является обработка посевов смесью пиретроидов и чередования в ней различных препаратов или использование баковых смесей пиретроидов с инсектицидами из других классов [3].
В результате проведенной работы выявлено, что на посевах, где не применялась химическая защита растений, степень поврежденности зерна клопами разных сортов озимой пшеницы варьировала от 4.7% (сорт Утриш) до 46.2% (сорт Юка), яровой пшеницы от 8.2% (сорт Степная нива) до 18.2% (Алтайская 325) (табл. 1).
Сравнительный анализ степени поврежденности зерна озимой пшеницы вредной черепашкой показал довольно низкую эффективность использования препаратов класса пиретроидов: децис экстра, фаскорд — от 8.5% (сорт Донская юбилейная) и альтерра — до 27.3% (сорт Ермак). Эффективность применения пиретроида фатрин на посевах яровой пшеницы колебалась от 21.2% (сорт Алтайская 75) до 81.3% (сорт Алтайская 325).
Таблица 1.
Влияние применения инсектицидов на поврежденность клопами зерна разных сортов пшеницы
|
Сорт |
Поврежденность зерна,% |
Эффективность применения инсек- тицидов,% | |
| без обработки посевов инсектицидами | применение инсектицидов | ||
|
Озимая пшеница |
|||
| Утриш | 4.7±0.5 | 4.0±0.8
децис профи+Би-58 |
14.9 |
| Вершина | 23.3±1.1 | 9.0±0.7
децис профи+Би-58 |
61.4 |
| Ермак | 26.0±2.3 | 18.9±1.2
альтерра |
27.3 |
|
Донская юбилейная |
32.3±4.2 |
29.5±0.9
фаскорд |
8.5 |
| 29.6±0.6
децис экстра |
|||
| Васса | 32.7±4.5 | 24.0 ±3.9
Би-58 |
26.6 |
|
Гром |
37.3±1.9 |
28.4±3.3
децис профи+Би-58 |
23.9 |
| 19.9±3.2
Би-58 Новый |
46.7 | ||
| 26.4±2.4
карате-зеон, децис-профи, актара |
29.2 | ||
| Юка | 46.2±1.5 | 15.5±1.9
децис профи+Би-58 |
66.5 |
|
Яровая пшеница |
|||
| Степная нива | 8.2±1.1 | 5.0±0.8
фатрин |
39.0 |
| Алтайская 75 | 10.4±1.3 | 8.2±0.9
фатрин |
21.2 |
| Алтайская 325 | 18.2±1.5 | 3.4±0.8
фатрин |
81.3 |
Однократная обработка посевов разных сортов озимой пшеницы баковой смесью пиретроида децис-профи и фосфорорганического препарата Би-58 по сравнению с необработанными посевами сопровождалась снижением поврежденности зерна клопами-черепашками при разной эффективности действия смеси инсектицидов. Так, при обработке баковой смесью пиретроида децис профи и фосфорорганического соединения Би-58 посевов сильно повреждаемого сорта Юка поврежденность зерна клопами снизилась на 30.7% при средней (66.5%) эффективности действия инсектицидов. У слабо повреждаемого сорта Утриш отмечалось незначительное (0.5%) снижение поврежденности зерна вредной черепашкой при довольно низкой эффективности действия (14.9%) смеси препаратов. Средняя эффективность использования смеси препаратов (61.4%) также наблюдалась на посевах сорта Вершина, снижение поврежденности зерна клопами при этом составило 14.3%; на посевах сорта Гром эффективность применения инсектицидов составила 23.9%, а поврежденность зерна снижалась на 9.8%.
Применение разных форм фосфорорганических инсектицидов на посевах пшеницы показало более высокую эффективность действия (в 1.7 раза) препарата Би-58 Новый по сравнению с использованием инсектицида Би-58. При обработке посевов сортов озимой пшеницы Станичная, Васса и Гром препаратом Би-58 Новый поврежденность зерна снижалась на 6.8%, 8.7% и 18.0% по сравнению с необработанными посевами, средневзвешенный балл поврежденности зерновок — на 0.02-0.69. Отмечено, что наибольшее снижение поврежденности зерна клопами происходит при обработке посевов баковой смесью пиретроидов с инсектицидами других химических классов и при применении фосфорорганического препарата Би-58 Новый.
Исследованиями установлено, что широкое использование пестицидов на посевах озимой пшеницы против вредной черепашки, приводит к развитию генотипической изменчивости и формированию резистентности в популяциях вредителя к препаратам [7]. Известно, что при недостаточной эффективности действия инсектицидов происходит быстрое восстановление численности популяций клопов и развитие резистентности к применяемым препаратам [3].
Одним из важных факторов, ускоряющих диверсификацию популяций вредной черепашки и микроэволюционные процессы в них, являются сортовые особенности кормовых растений, то есть морфологические и физиолого-биохимические особенности высеваемых сортов пшеницы. Сравнительный анализ фенооблика клопов показал существенные различия в соотношениях частот встречаемости 4 основных морфотипов в структуре популяций, обитающих на разных сортах озимой и яровой пшеницы в Ростовской области, Краснодарском и Алтайском краях. Индекс генетического сходства популяций вредной черепашки на разных посевах пшеницы высокий (0.955-0.999). При этом различия фенооблика популяций клопов-черепашек на посевах разных сортов пшеницы выявляются как в условиях применения инсектицидов, так и на фоне их отсутствия. Так, в структуре ростовской и краснодарской популяций вредителя, питавшегося на сорте озимой пшеницы Гром, на посевах которого обработки инсектицидами не проводились, отмечено численное преобладание клопов с 1 морфотипом (55.5%) и более низкие частоты встречаемости (до 24.0%) особей со 2-м морфотипом, повышение частоты встречаемости с 3 (до 13.0%) и 4-м (до 7.5%) морфотипов. Аналогичное состояние структуры популяций вредной черепашки характерно и для сорта озимой пшеницы Васса (рис. 1).
Особенно существенные изменения фенооблика вредителя наблюдаются при питании клопов на этих же сортах пшеницы в условиях применения на посевах инсектицидов. Так, при проведении обработки посевов инсектицидами происходит снижение доли особей 1 морфотипа (на 14.6-18.0%) и возрастание численности особей минорных групп — 3 морфотипа от 5.6% (сорт Гром) до 9.4% (сорт Васса), 4 морфотипа, соответственно, на 5.1% и 6.9%.
Несколько иная ситуация складывается на посевах сортов яровой пшеницы в условиях Алтайского края. Анализ внутривидовой структуры популяций клопов, собранных с разных сортов пшеницы, показал значительное возрастание 1 и 3 морфотипов, а так же снижение доли 2 и 4 морфотипов на фоне обработки посевов пиретроидом, что не характерно для популяций вредителя, обитающего в Северо-Кавказском регионе.
В структуре алтайской популяций клопов-черепашек, собранной с посевов сортов Алтайская 325, Алтайская 70 и Алтайская 75, на которых не проводилась обработка инсектицидами, численное значение 1 морфотипа достигало 33.9-43.1%, 2 морфотипа – 29.9-37.9%, 3 морфотипа — 11.5-15.3%, 4 морфотипа — 11.7-16.7%. При обработке посевов пшеницы пиретроидным инсектицидом фатрин в популяции клопов происходит существенное возрастание числа особей 1 и 3 морфотипов, а также значительное снижение 2 и 4 морфотипов по сравнению с фенообликом популяции клопов, собранных с необработанных посевов. Так, в популяции вредителя, питавшегося на сортах Алтайская 325 и Алтайская 70, наблюдается возрастание особей 1 морфотипа на 10.7-12.3%, 3 морфотипа на 14.7-16.7%, снижение доли особей 2 морфотипа, соответственно, на 18.6-19.9% и 4 морфотипа — на 6.7-9.0%. На посевах сорта Алтайская 75, выявлено увеличение доли особей 1 морфотипа до 21.0%, доли особей 3 морфотипа на 12.0% при одновременном снижении доли особей 2 морфотипа на 22.6% и 4 морфотипа на 10.4%.
Заключение. Выявленные изменения частот встречаемости морфотипов имаго в популяциях клопов-черепашек в ту или в иную сторону связаны с интенсивным воздействием антропогенных факторов на агроэкосистемы зерновых культур, в первую очередь, это касается интенсивного применения на посевах пшеницы инсектицидов из различных химических классов и иммунологических особенностей возделываемых сортов, способных индуцировать или ускорять процессы приспособительной микроэволюции в популяциях фитофага. Как было показано выше, эффективность действия большинства применяемых на посевах инсектицидов на поврежденность зерна разных сортов пшеницы была довольно низкой и составляла при использовании отдельных пиретроидов — от 8.5% до 27.3%; смеси пиретроидов и неоникотиноида — 29.2%; фосфорорганических соединений — 26.6%. Следует отметить, что показатель эффективности применения баковой смеси децис профи+Би 58 Новый на посевах более сильно повреждаемых сортов озимой пшеницы колебался от 46.7% до 66.5%. При этом поврежденность зерна вредителем на сильно повреждаемых сортах снизилась от 14.3% до 30.7%, а слабо повреждаемом сорте Утриш только на 0.7%.
На посеве сорта яровой пшеницы Алтайская 325 с поврежденностью зерна 18.2% эффективность использования пиретроида фатрин составила 81.3%, на сорте Алтайская 70 с поврежденностью зерна 7.0% эффект действия инсектицида не проявился. Это свидетельствует о том, что менее повреждаемые вредной черепашкой сорта пшеницы обладают стабильностью проявления защитно-компенсаторных механизмов иммуногенетической системы пшеницы на воздействие стрессовых факторов, в том числе и на влияние инсектицидов разных химических классов.
Во всех рассмотренных случаях скрытое генотипическое разнообразие внутри популяций вида относится к факторам, способствующим формированию устойчивых внутривидовых форм черепашки к различным антропогенным и другим стрессовым факторам, что очень важно учитывать при разработке систем защиты растений.
Особую признательность за присланный материал для исследований мы выражаем сотрудникам Алтайского НИИСХ, Ростовской научно-исследовательской лаборатории ФГБНУ ВИЗР и филиала «Славянская опытная станция» ФГБНУ ВИЗР.
Литература
- Вилкова Н.А., Нефедова Л.И. Способы диа- гностики поврежденности зерна сосущими вреди- телями. Патент на изобретение № 2278502 (РФ). СПб.,
- Вилкова Н.А., Сухорученко Г.И., Фасулати С.Р. Устойчивые сорта и средства защиты растений как индукторы микроэволюционных процессов у насекомых-фитофагов. // Информ. бюлл. ВПРС МОББ, 2002, 32, с. 194-204.
- Долженко В.И., Махоткин А.Г., Зверев А.А, Сухорученко Г.И., Вошедский Н.Н., Махоткин М.А. Система регионального мониторинга рези- стентности вредителей к пестицидам на примере вредной черепашки (методическое руководство). // Приложение к Информационному бюллетеню Минсельхоза России. Научно-технический совет Министерства сельского хозяйства Российской фе- дерации (сборник материалов), 2001, 2, с. 17-48.
- Капусткина А.В. Проявление вредоносности вредной черепашки при повреждении семенного зерна пшеницы. Автореф. дис. канд. биол. наук. СПб. — Пушкин, 2011, 20с.
- Коваленков В.Г., Тюрина Н.М. Состояние изученности проблемы резистентности фитофагов к современным инсектоакарицидам, разработки и применения системы её биоценотического кон- троля на юге России. // Резистентность вредных ор- ганизмов к пестицидам. – СПб., 2005 , с. 37-39.
- Махоткин А.Г. Зверев А.А. Критерии вы- бора пестицидов. // Сост. пробл. резистент. к пе- стиц. вред. организмов и пути перехода к биоценот. Контролю её развития в условиях Северо-Кавказ- ского региона. Краснодар, 2000, с. 17-18.
- Павлюшин В.А., Вилкова Н.А., Сухору- ченко Г.И., Нефедова Л.И., Капусткина А.В. Вред- ная черепашка и другие хлебные клопы. СПб., 2015, 280с.
- Павлюшин В.А., Вилкова Н.А., Сухору- ченко Г.И., Фасулати С.Р., Нефедова Л.И. Фитоса- нитарные последствия антропогенной трансформа- ции агроэкосистем. // Вестник защиты растений, 2008, 3, с. 3-26.
- Шапиро И.Д. Экологические основы защиты растений от вредителей при возделывании сельско- хозяйственных культур по интенсивной техноло- гии на примере зерновых и зернобобовых культур. Л.: Изд. Лен. СХИ, 1988, 73с.
- Critchley B.R. Literature review of sunn pest Eurygaster integriceps Put. (Hemiptera, Scutelleridae). // Crop Protection, 1998, vol. 17, 4, pp. 271-287.[schema type=»book» name=»К ВОПРОСУ О ВРЕДОНОСТНОСТИ ВРЕДНОЙ ЧЕРЕПАШКИ. ВНУТРИВИДОВАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ КЛОПОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПОСЕВОВ ПШЕНИЦЫ ИНСЕКТИЦИДАМИ» description=»Цель исследований состояла в изучение воздействия инсектицидов на поврежденность зерна вредной черепашкой и внутривидовую структуру ее локальных популяций. На основе диагностических методов оценки поврежденности зерна клопами и методов феногенетики проведен анализ вредоносности и внутривидовой структуры локальных популяций вредителя. Установлено, что изменения частот встречаемости морфотипов имаго в популяциях клопов-черепашек в ту или в иную сторону связаны с интенсивным воздействием антропогенных факторов на агроэкосистемы зерновых культур.» author=»Капусткина Александра Валерьевна, Нефедова Людмила Ивановна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-11″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.11.2016_32(1)» ebook=»yes» ]