Теоретическое обоснование и практическое использование молекулярно-генетических методов в защите сельскохозяйственных растений от вредителей и оценке трансгенных растений на биобезопасность
Скачать 0.96 Mb.
|
Фенетическая структура популяций клопа вредная черепашка В нашей стране популяционные исследования клопа вредная черепашка Eurygaster integriceps традиционно проводятся на основе феноформ рисунка щитка взрослых особей и в частности в Институте Защиты Растений (Санкт-Петербург) [Фасулати, 2005]. Некоторые исследователи отмечают адаптивный характер феноформ клопов под действием инсектицидов [Фасулати, 2005; Махоткин, Махоткина, 2006]. В то же время существующая система описания фенетической структуры популяций базируется только на пяти фенокомплексах, что с нашей точки зрения явно недостаточно и требовало усовершенствования. При этом важно было определить, носят ли выявленные выше закономерности формирования фенетической структуры популяций универсальный характер, то есть какую роль в адаптивности популяции играют редкие и часто встречаемые феноформы у других видов насекомых, а именно клопа вредная черепашка. В рамках указанной проблемы на данном этапе исследований ставилась задача разработать новую систему описания фенооблика популяций клопа вредная черепашка, изучить влияние условий года, географического положения и химических инсектицидов на фенетическую структуру популяций. Новая система описания фенетической структуры популяций клопа вредная черепашка Нами была разработана новая система описания фенооблика популяций клопа вредная черепашка, которая так же, как и система Фасулати (2005), базировалась на сочетании признаков рисунка и окраски частей тела насекомого. Предложенная нами система описания включала в себя 15 фенокомплексов щитка и 10 морфотипов брюшка (таблицы 2 и 3). Для апробации новой системы описания феноформ мы проанализировали фенетическую структуру двух выборок краснодарской популяции клопа вредная черепашка. Данные по частотам встречаемости различных феноформ в популяции клопа вредная черепашка приведены в таблице 4. Можно заметить, что практически все фенотипические классы предлагаемой системы описания были представлены в обеих выборках, кроме фенокомплексов щитка №1 и №3. Однако это не исключало их присутствие при описании других популяций, что в действительности нами и было обнаружено в дальнейшем при фенетическом анализе ставропольской популяции [Киль и др., 2007]. В целом фенооблик обеих выборок, ВНИИБЗР и Елизаветинской (по щитку и брюшку) был одинаков, о чем свидетельствовал и статистический анализ данных распределений (2 факт. = 0, 9 и 1,9, что меньше 2 05). Это позволяло заключить, что данные выборки принадлежали, вероятно, к одной популяции, а предлагаемая нами система описания феноформ вполне пригодна для оценки изменчивости фенетической структуры популяции клопа вредная черепашка и изучения популяционных процессов этого вида насекомых. Таблица 2- Классификация феноформ щитка клопа вредная черепашка
Таблица 3 - Классификация феноформ брюшка клопа вредная черепашка
Таблица 4 – Частота встречаемости феноформ в краснодарской популяции клопа вредная черепашка, % * (2006 г.)
Изменчивость фенетической структуры популяций клопа вредная черепашка под влиянием различных факторов внешней среды: А. Географическое положение С использованием разработанной нами системы описания феноформ окраски и рисунка имаго клопа вредная черепашка был проведен сравнительный анализ фенооблика краснодарской и ставропольской популяций насекомых. При описании феноформ щитка выявились статистически значимые отличия в фенетической структуре популяций. Между самцами и самками наблюдали статистически значимые отличия. При этом наиболее значимые отличия между полами наблюдали по феноформам брюшка у обеих популяций (2 факт. 2 05). Одновременно с этим желтое брюшко с узором (фенокомплекс № 5) встречалось почти исключительно у самок. Кроме того, самки с феноформами брюшка № 5 и 9 встречались наиболее часто (свыше 60 % от всех самок). Полученные данные указывали на сцепленность генов окраски и рисунка имаго клопов с полом. Вполне вероятно, что желтый цвет брюшка у самок клопа вредная черепашка играет важную роль при спаривании, привлекая особей противоположного пола. Так ранее установлено, что желтый цвет является привлекающим фактором для многих видов насекомых, в том числе и клопов. Данный факт известен энтомологам давно и в настоящее время используется при изготовлении цветоловушек для защиты садовых насаждений [Васильева, 2006]. Таким образом, фенетическая структура популяций клопа вредная черепашка подвержена изменчивости в зависимости от географического положения популяции. Отмечены статистически значимые отличия в фенооблике краснодарской и ставропольской популяций, а также сцепление генов рисунка и окраски клопов с полом. Это указывало на то, что исследуемые группы особей относятся к разным популяциям насекомых (этот вывод подтверждался также данными молекулярно-генетических исследований, глава 4 диссертации), а изучение популяционных процессов по фенетическим маркерам необходимо проводить с учетом половых различий. Б. Инсектициды Далее проводили оценку изменчивости фенетической структуры популяции клопа вредная черепашка под действием инсектицидов разного спектра действия, Би-58 Новый и суми-альфа. Влияние инсектицидов приводило к значительным изменениям в фенетической структуре популяции. При этом характер изменчивости фенетической структуры зависел от природы инсектицида. Оценка выживаемости под действием инсектицидов наиболее часто встречаемых фенетических групп насекомых выявила также тот факт, что они не являются наиболее устойчивыми к воздействию стрессового фактора. Выживаемость клопов вредной черепашки в условиях пестицидного пресса не коррелировала с частотой их встречаемости в популяции. Таким образом, чувствительность насекомых различных феноформ к инсектицидам не является решающим фактором, определяющим фенооблик популяции клопа вредная черепашка, как указывали некоторые авторы [Фасулати, 2005; Беньковская и др., 2004; Рославцева, 2005], так как насекомые редких феноформ, как правило, имеют более высокую толерантность к инсектицидам. Это согласуется с нашими исследованиями на колорадском жуке [Киль, Головатенко, 2006]. Кроме того, обращала на себя внимание относительная стабильность отклика (примерно одинаковая выживаемость) клопов часто встречаемых феноформ на разные стрессовые воздействия. Несмотря на невысокие показатели устойчивости к инсектицидам, часто встречаемые фенетические группы насекомых практически одинаково реагировали на различные по механизму действия стрессовые факторы, что наглядно демонстрировали результаты статистического анализа: наиболее часто встречаемые в популяции феноформы характеризовались наименьшей дисперсией (σ²), которая на порядок, а в отдельных случаях и на два порядка, была ниже, чем у других феноформ. Таким образом, полученные данные подтверждают сделанный нами ранее (на колорадском жуке) вывод о механизмах становления структуры популяций насекомых и универсальность данных механизмов адаптивности популяций насекомых к стрессовым факторам внешней среды: фенетическая структура популяции определяется наличием и соотношением внутрипопуляционных групп особей, имеющих неспецифическую устойчивость к различным стрессам. В то же время для достоверности оценки резистентности популяции по феноформам необходимо, помимо наличия сцепления генов резистентности с генами рисунка и окраски, соблюдение следующего важного условия: паратипическая составляющая признака должна быть, по сравнению с генотипической компонентой, относительно невысокой. Этой части исследований посвящен следующий раздел. В. Условия года Несомненный интерес представляло изучение влияния условий года на фенетическую структуру популяции клопа вредная черепашка. Основной целью данного этапа исследований было определить величину паратипической компоненты признака «рисунка и окраски» клопов. Результаты оценки фенооблика популяции клопа вредная черепашка в зависимости от условий года приведены в таблице 5. Необходимо отметить, что погодные условия были типичными для г. Краснодара только в 2006 году, что подтверждалось данными 2005-2006 гг. – фенетическая структура популяции в эти годы в целом не менялась. Наоборот, погодные условия 2007 года (жаркие и засушливые весна и лето), когда температура уже в мае достигала 400С и выше и держалась на протяжении четырех-пяти месяцев при практическом отсутствии осадков, привели к существенным изменениям в фенетической структуре популяции клопа вредная черепашка 2007-2008 гг. Экстремальные погодные условия 2007 года привели краснодарскую популяцию клопа вредная черепашка к значительной элиминации, так что это вызвало депрессию численности клопов в 2008 году, и нам с трудом удалось собрать материал для фенетического анализа. Это драматично отразилось и на фенетической структуре популяции 2008 года, что подтверждали данные статистической обработки (таблица 5). Таблица 5 – Частота встречаемости феноформ краснодарской популяции клопа вредная черепашка в разные годы исследований (молодые особи)*, %
Сравнительный анализ влияния различных факторов внешней среды на фенетическую структуру популяции клопа вредная черепашка приведен в таблице 6. Таблица 6 – Влияние различных факторов на фенетическую структуру популяции клопа вредная черепашка (значения 2 )
Можно заметить, что влияние условий года в некоторых случаях было даже более значительным, чем влияние инсектицидов. Понятно, что сила влияния фактора будет меняться в зависимости от меняющихся условий внешней среды, природы инсектицида и кратности обработок. Таким образом, можно заключить, что паратипическая компонента признака «рисунок и окраска» щитка и брюшка клопа вредная черепашка весьма значительна, что ставит под вопрос возможность использования фенетических маркеров при мониторинге резистентности популяций этого вредителя к инсектицидам. По-видимому, морфологический анализ популяций клопа вредная черепашка и построенная на нем система мониторинга резистентности к инсектицидам не может являться абсолютно достоверной ввиду наличия значительной модификационной изменчивости фенетических маркеров в меняющихся условиях внешней среды. Поэтому прогноз резистентности по феноформам рисунка имаго или другим морфологическим критериям можно рассматривать только лишь в качестве предварительной, грубой оценки, как мы уже отмечали ранее на колорадском жуке [Киль, Головатенко, 2006], и при необходимости можно дополнить проведением молекулярно-генетического анализа с использованием в частности RAPD-маркеров.
Северо-Американский хищный клоп периллюс Perillus bioculatus - специализированный энтомофаг колорадского жука, являлся объектом пристального внимания ученых на протяжении многих десятилетий ХХ века. Попытки его акклиматизации во многих странах не дали положительных результатов. В мае 2008 года при обследовании зарослей амброзии полыннолистной (на территории ВНИИБЗР), оставленной на поле люцерны в качестве резервата амброзиевого листоеда Zygograma suturalis, были обнаружены многочисленные личинки периллюса (от 10 до 20 экз/м2 ), активно питающиеся гербифагом. Это предопределило большой интерес к хищнику, так как вид, очевидно, самостоятельно акклиматизировался и распространился в агроэкосистемах юга России. В краснодарской популяции клопа P. bioculatus нами были выделены три четко различающихся по окраске щитка и переднеспинки между собой феноформы: красно-черная, желто-черная и бело-черная. В 2009 г. популяция периллюса была представлена самой многочисленной красно-черной феноформой - до 70% популяции, бело-черной и оранжево-черной - до 15% каждая. Данный фенетический полиморфизм может явиться хорошим инструментом в дальнейших популяционных исследованиях этого вида насекомых. Однако использование феноформ для этих целей должно базироваться на знании генетики этого признака, его наследуемости и изменчивости. Целью данного этапа исследований являлось изучение молекулярно-генетического полиморфизма популяции клопа периллюса по признаку «окраска щитка» насекомого. В этой связи ставилась задача провести ПЦР анализ трех исследуемых внутрипопуляционных групп особей. В общей сложности было испытано 25 RAPD- и 15 ISSR-праймеров. Наиболее четкие отличия между исследуемыми группами насекомых наблюдали только по RAPD-праймеру ОРЕ07, что подтверждалось данными кластерного анализа. Наблюдали практически полное разделение RAPD-фенотипов на три кластера, соответственно признаку окраски щитка. Это указывало на наличие сцепления отдельных ДНК-маркеров с генами, контролирующими окраску щитка насекомого. В частности RAPD-локус размером 750 пар нуклеотидов (п.н.) наблюдался исключительно у белых особей, тогда как локусы 370 и 390 п.н. – только у клопов с красным щитком. Таким образом, результаты проведенных исследований указывали на наличие генетического контроля данного признака, что, в свою очередь, делает возможным использование феноформ окраски в дальнейших популяционных исследованиях P. bioculatus. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Российская академия сельскохозяйственных наук Защита растений от вредителей: Учебник для вузов / под ред. В. В. Исаичева. М.: Колос, 2002. 472с с ил | | Строение клеток растений и грибов Защита растений от вредителей: Учебник для вузов / под ред. В. В. Исаичева. М.: Колос, 2002. 472с с ил |
| Отдел надзора внутреннего карантина растений, качества и безопасности... Защита растений от вредителей: Учебник для вузов / под ред. В. В. Исаичева. М.: Колос, 2002. 472с с ил |  | Грант нш-197. 2008. 4 Роль организации и экспрессии генетического... Работа была основана на использовании обширных генетических коллекций кафедры генетики и селекции спбгу с использованием генетических,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... | | Урок по теме «Сожительство растений с грибами и бактериями. Бактериальные... Цель урока: организовать знакомство обучающихся с ролью грибов и бактерий в жизни растений |
| Тема программы Формирование устойчивых популяций микроорганизмов и вредителей культурных растений к воздействию ядохимикатов | | Урок-соревнование по природоведению. Тема. «О наземных защитниках урожая» Цели урока. В игровой форме повторить знания об отраслях растениеводства. Сформировать представления о биологической защите сельскохозяйственных... |
| Роль комнатных растений в жизни людей. Разновидности комнатных растений Цели: познакомить учащихся с ролью комнатных растений в жизни человека; разновидностями комнатных растений | | Урока в теме Дата Тема урока Тип урока Знать: многообразие жизненных форм растений, особенности органов растений, давать характеристику общих признаков растительных организмов,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе, выполняемой по государственному... «Разработка алгоритмов для биоинформационного анализа комплексных метаболических и молекулярно-генетических сетей» | | Биологическими Защита растений от вредителей: Учебник для вузов / под ред. В. В. Исаичева. М.: Колос, 2002. 472с с ил |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: Повторить классификацию растений, значение растений в жизни человека. Познакомить с новой группой растений комнатными... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: повторить классификацию растений, значение растений в жизни человека, познакомить с новой группой растений комнатными... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: повторить классификацию растений, значение растений в жизни человека, познакомить с новой группой растений комнатными... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель урока: повторить классификацию растений, значение растений в жизни человека, познакомить с новой группой растений комнатными... |
