Влияние экологических факторов на структуру и динамику численности популяции колорадского жука в условиях кемеровской области
| Вид материала | Автореферат |
- Влияние различных факторов на динамику относительной численности популяций уреазопозитивных, 279.03kb.
- В кемеровской области, 751.94kb.
- Кузбассвузиздат, 1461.35kb.
- Кузбассвузиздат, 1082.65kb.
- Влияние Экологических факторов на аллергическую заболеваемость детского населения российской, 441.49kb.
- Использование современных информационно-коммуникационных технологий при проведении, 62.15kb.
- Трудовая миграция и рынок труда, 233.34kb.
- Коллегия администрации кемеровской области постановление от 2 июля 2007 г. N 184, 894.82kb.
- Строго и грамотно выполняйте весь комплекс мер защиты картофеля от болезней. 12 Биологизированная, 1390.21kb.
- Администрации кемеровской области, 2648.47kb.
На правах рукописи
Рябова Наталья Владимировна
ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СТРУКТУРУ И ДИНАМИКУ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ КОЛОРАДСКОГО ЖУКА В УСЛОВИЯХ
КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Специальность 03.02.08 – Экология (биология)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Тюмень – 2011
Диссертационная работа выполнена на кафедре ботаники в ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет»
| Научный руководитель: | доктор биологических наук, профессор Заушинцена Александра Васильевна |
| Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор Петухова Галина Александровна кандидат биологических наук, в.н.с. Фасулати Сергей Радиевич |
| Ведущая организация: | Томский государственный университет |
Защита диссертации состоится «29» июня 2011 года в 13-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.02 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7, тел./факс: (3452) 46-87-77, E-mail: dissTGSHA@mail.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии
Автореферат разослан «26» мая 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат с.-х. наук _________________________ Литвиненко Н.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata Say) относят к числу супердоминантных вредоносных видов насекомых по уровню его численности и вредоносности (Павлюшин В.А. и др., 2008). Он является эврибионтным видом, склонным к массовым размножениям и биологическим инвазиям, которые приводят к структурно-функциональной дезинтеграции агроэкосистем. Для вида свойственны территориальные экспансии и способность к ускоренной адаптации в самых разнообразных экологических условиях, что привело к формированию экологических рас, в том числе географических. Такие расы колорадского жука выявлены в основных агроклиматических зонах Евразии (Фасулати С.Р., 1988, Головатенко Н.А., 2004; Удалов М.Б., 2006; Калинина К.В., 2009). Структура популяций насекомого в разных зонах инвазии, как правило, имеет значительные различия. Проблематичность контроля численности вредителя связана с высокой экологической пластичностью данного вида, в основе которой лежит генетический и связанный с ним внутрипопуляционный адаптивный полиморфизм (Вилкова Н.А. и др., 2002). Определение популяционной структуры вида является принципиальным вопросом экологии, поскольку во всех этих направлениях вид является элементарной единицей, а популяция − реальной формой устойчивого его существования (Яблоков А.В., 1987). Основополагающее значение в микроэволюции и адаптациогенезе популяций вида в экстремальных климатических условиях имеют абиотические факторы.
Химические меры борьбы с фитофагом дорогостоящи и экологически опасны, а вопросы экологической чистоты сельскохозяйственной продукции во всем мире приобретает первостепенное значение (Сугоняев Е.С., 1998; Соколов М.С., 2001; Ходус А.В., 2005). Особую озабоченность вызывает нарастающая резистентность жука к традиционным инсектицидам (Павлюшин В.А. и др., 2008). В связи с этим придается большое значение интегрированной защите растений от вредителя, которая требует высокого уровня научного обеспечения, проведения фитосанитарного мониторинга агроценозов, экологической оценки целесообразности средств защиты растений (Жученко А.А., 1990; Монастырский О.А., 2009; Alyokhin А., 2009). Один из важнейших факторов, сдерживающих рост численности фитофага и снижающих его вредоносность – это возделывание устойчивых к вредителю сортов. Доля таких сортов в посадках картофеля очень низка (Вилкова Н.А., 2001).
На территории Кемеровской области влияние абиотических факторов на свойства популяций колорадского жука, взаимовлияние растения-хозяина и вредителя, устойчивость сортов картофеля к повреждению, резистентность фитофага к инсектицидам не были изучены и являются актуальными.
Цель исследований: Изучение влияния экологических факторов на структуру и динамику численности популяции колорадского жука в условиях Кемеровской области.
Для выполнения цели были поставлены следующие задачи:
1. Выявить особенности сезонного цикла развития колорадского жука в условиях Кемеровской области.
2. Проанализировать зависимость динамики численности вредителя от абиотических факторов среды.
3. Изучить фенотипическую структуру популяций колорадского жука в Кемеровской области.
4. Определить степень антиксенотического воздействия сортов картофеля на вредителя в лабораторных условиях.
5. Оценить степень устойчивости сортов картофеля к повреждению вредителем в полевых условиях.
6. Оценить эффективность воздействия химических препаратов (инсектицидов), направленных на снижение численности жука, в лабораторных условиях.
Научная новизна. Впервые в условиях Кемеровской области определен цикл развития колорадского жука, отражающий гетерогенность популяции по составу (моно- и поливольтинные формы). Установлена зависимость динамики численности популяции насекомого от температуры воздуха. Выявлена гетерогенность популяций колорадского жука по соотношению девяти известных морфотипов в зависимости от географической принадлежности. Определен экотип вида для Кемеровской области, характеризующийся доминированием 3-го и 6-го морфотипов имаго, маркируемых рисунком переднеспинки.
Выявлено депрессирование популяции фитофага сортами с разными механизмами иммунитета к повреждению. Установлены сорта с антиксенотическим и органогенетическим барьером устойчивости. Выделены группы сортов картофеля по степени устойчивости к повреждению фитофагом.
Выявлена резистентность и чувствительность популяции колорадского жука в условиях Кемеровской области к инсектицидным препаратам разных химических групп.
Практическая значимость. Проведенные исследования показали, что эффективное регулирование состояния агроценозов возможно при условии систематического мониторинга динамики численности, структуры популяции, степени резистентности колорадского жука к используемым инсектицидам и возделывании устойчивых сортов картофеля. Это послужит основой для дифференциации схем защиты растений.
Материалы диссертации могут быть использованы при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по дисциплинам: экология, энтомология, частная генетика и селекция растений, иммунитет растений.
Положения, выносимые на защиту:
- Популяция колорадского жука гетерогенна по составу и соотношению девяти известных морфотипов переднеспинки в зависимости от географической принадлежности.
- Динамика численности популяции насекомого зависит от температуры воздуха.
- Фенетическая структура популяции колорадского жука, обитающего на территории Кемеровской области, достоверно отличается от других известных географических рас вида и характеризуется доминированием 3-го и 6-го морфотипов имаго.
- Популяция фитофага обладает резистентностью к фосфорорганическому препарату актеллик и находится на начальных этапах формирования резистентентности к одному из пиретроидных препаратов − фьюри.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседаниях научно-методического семинара кафедры ботаники ГОУ ВПО «КемГУ» (Кемерово, 2006-2008 гг.), Кемеровского отделения Русского Ботанического общества (Кемерово, 2006-2008 гг.), на II и VI международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Образование, наука, инновации – вклад молодых исследователей» (Кемерово, 2007 г., 2011 г.), на IV международной научной конференции молодых учёных, посвящённой 40-летию СО Россельхозакадемии «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных» (Новосибирск, 2010 г.).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 184 страницах компьютерного текста, содержит 6 глав, 19 таблиц, 28 приложений, иллюстрирована 25 рисунками. Список используемой литературы включает 215 источников, в том числе 45 на иностранном языке.
Выражаю искреннюю благодарность за научные консультации, советы и помощь при выполнении диссертационной работы доктору биологических наук, профессору Александре Васильевне Заушинценой. Я глубоко признательна за ценные рекомендации кандидату биологических наук, доценту Любови Никифоровне Ковригиной, кандидату сельскохозяйственных наук Светлане Валерьевне Свирковой.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1 Характеристика колорадского жука как биологического вида (Обзор научной литературы)
Приводятся обобщенные сведения на основе отечественной и зарубежной литературы по изучаемым вопросам. Дана биоэкологическая характеристика вида с рассмотрением вопросов об адаптациях вида к абиотическим и биотическим факторам среды и о природе его экологической пластичности. Освещены мероприятия по защите растений от повреждения данным вредителем.
Глава 2 Условия, материал, методы и методики исследований
Исследования проведены в 2006-2008 гг. на опытном полигоне и в лаборатории кафедры ботаники ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет». Агротехника – принятая для зоны исследования. Почва – выщелоченный чернозем, тяжелосуглинистый по гранулометрическому составу.
Гидротермический режим в годы исследований был различным. Для развития колорадского жука условия были значительно ниже оптимальных значений. Для формирования урожая картофеля погодные условия были благоприятными.
Объектами исследования были популяции картофельного листоеда (Leptinotarsa decemlineata Say) из различных агроклиматических районов Кемеровской области и коллекция из 20 сортов картофеля, районированных и находящихся в селекционном процессе.
Экспериментальная работа проведена полевыми и лабораторными методами. Основные учеты и наблюдения, токсикологические и фенетические анализы, оценка на устойчивость к колорадскому жуку изучаемых сортов картофеля осуществлялась с помощью общепринятых методик Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений (Шапиро И.Д. и др., 1993; Вилкова Н.А. и др., 2004; Павлюшин В.А. и др., 2005) и методик полевых опытов (Доспехов Б.А., 1985).
Статистическую обработку и анализ экспериментальных данных провели с помощью однофакторного дисперсионного и корреляционного анализов, критерия идентичности согласно руководствам по биометрии (Лакин Г.Ф., 1980; Доспехов Б.А., 1985) с использованием программ «Excel», «Statistica 6.0».
Глава 3 Зависимость сезонного цикла развития и динамики численности популяции колорадского жука от абиотических факторов среды
3.1 Сезонный цикл развития колорадского жука. Цикл развития колорадского жука, как основного вредителя картофеля, тесно связан с циклом развития растений данной культуры. Приведены сроки прохождения фенофаз сортов картофеля разных групп спелости. В силу различий по группам спелости на посадках одновременно находились растения с разными фазами развития, что, несомненно, благоприятствовало активному заселению посадок колорадским жуком.
Выход перезимовавших имаго вредителя из почвы и заселение ими изучаемых посадок картофеля регистрировали в III декаде июня в период массового формирования вегетативной сферы растений картофеля. Отсутствие синхронизации выхода перезимовавших жуков с появлением всходов картофеля свидетельствует о значимости показателя суммы эффективных температур. Существенное негативное влияние на выход перезимовавших имаго оказывает периодическое проявление засухи в весенний период. Выход продолжался в течение всех трех летних месяцев (рис. 1), особенно растянутым он был в 2006 и 2008 гг. и совпадал с фазой цветение среднеранних, среднеспелых и среднеспелых сортов картофеля и с фазой созревание клубней ранних сортов.
-
Численность имаго, шт. / куст
Рис. 1 − Динамика численности имаго колорадского жука
В 2007 массовый выход имаго начался существенно раньше – в фазу формирование вегетативной сферы среденепоздних и фазу бутонизация растений среднеранних и среднеспелых сортов картофеля. Второй подъем численности, обусловленный выходом имаго летней генерации, был отмечен в конце августа.
Кладка яиц проходила в течение всего сезона. Самки приступали к откладке яиц без восстановительного периода после диапаузы, либо данный период был минимальным, что позволило фитофагу пройти полный цикл развития (рис. 2).
-
Численность имаго, шт. / куст
Рис. 2 − Динамика численности отложенных яиц
Пик яйцекладки отмечали два раза за сезон. Наиболее интенсивной яйцекладка была в июле в период бутонизации и цветения растений картофеля.
Отрождение личинок из яиц в полевых условиях отмечено в начале июля в фазу цветения. Максимальная заселенность посадок личинками 1-2 возрастов в 2006 и 2008 годах была отмечена в конце июля-начале августа, в 2007 году – во второй декаде июля (рис. 3). Второе увеличение численности личинок 1-2 возрастов наблюдали в конце августа.
| Заселение посадок, % |  |
Рис. 3 − Динамика заселения личинками 1-2 возрастов посадок картофеля
Наличие личинок 3-4 возрастов в первый год исследований отмечали во второй декаде июля в фазу созревания клубней у ранних сортов и цветения остальных сортов картофеля, в 2007-2008 гг. – в первой декаде июля в фазу цветения (рис. 4). Численность личинок нарастала равномерно за сезон и достигла максимальных значений во второй декаде августа в 2006 году и конце июля-начале августа в 2007-2008 гг.
-
Численность личинок, баллы
Рис. 4 − Динамика численности личинок 3-4 возрастов
Начало окукливания личинок колорадского жука зарегистрировано в третьей декаде июля в период фазы созревания клубней. Выход имаго фитофага летних генераций начинался во второй декаде августа.
На основании полученных данных, мы можем говорить об успешной акклиматизации вредителя в условиях Кемеровской области, опираясь на факт ежегодного завершения полного цикла развития одной генерации. В то же время, ежегодно отмечаемое развитие личинок второго поколения указывает на неполную вторую генерацию вредителя. Следовательно, популяция колорадского жука на территории Кемеровской области является гетерогенной по числу поколений и состоит из моно- и поливольтинных форм. Растянутость во времени периодов выхода перезимовавших жуков из почвы, откладки ими яиц и постэмбрионального развития, может быть связана с наличием у данного вида симпатрических форм, различающихся сроками наступления фаз онтогенеза в связи с особенностями реагирования на факторы внешней среды.
3.2 Динамика численности возрастной структуры популяции под влиянием абиотических факторов. Колорадский жук обладает определенным диапазоном толерантности к температурным и гидрологическим условиям развития (Ушатинская Р.С. и др., 1981). Эти абиотические факторы могут лимитировать увеличение численности популяции.
Анализ зависимости динамики численности и возрастной структуры популяции от абиотических условий развития показал, что она выражена двумя подъемами за сезон (рис. 1): последняя декада июня-начало июля (период массового выхода перезимовавших имаго) – до 0,43-0,63 шт./куст; и в третьей декаде августа (выход имаго летнего поколения) – до 0,64-0,74 шт./куст.
Увеличение количества отложенных яиц в 2006 и 2008 гг. отмечали два раза за период наблюдений (рис. 2): в июле (13,65-17,25 шт./куст) и в конце августа-начале сентября (14,85 и 16,1 шт./куст). Оно совпадало с периодами максимального заселения посадок картофеля имаго вредителя. В 2007 году кладка яиц имела три пика за сезон: первой половине июля (17,85 шт./куст), первой декаде августа (13,05); и в начале сентября (22,05 шт./куст). Изменение динамики откладки яиц в 2007 г. связано с высокой степенью переувлажнения (на 148 мм выше нормы за сезон).
В динамике заселения посадок личинками 1-2 возрастов в 2006-2007 гг. наблюдалось несколько периодов увеличения количества заселенных растений (рис. 3): первая декада июля – до 18,5-38,5%, первая декада августа – до 28-29% и начало сентября – 34,5-42%. В 2008 году заселенность посадок личинками равномерно возрастала дважды: в конце июля − 37,5 % и в начале сентября – 37,5%. Несмотря на различия в сезонной динамике заселения посадок личинками 1-2 возрастов, четко прослеживается общая тенденция к увеличению плотности популяции к концу сезона, обусловленная выходом личинок второй генерации.
Численность личинок 3-4 возрастов за весь период наблюдений нарастала равномерно за сезон (рис. 4).
Корреляционный анализ подтвердил колебание численности вредителя в зависимости от погодных условий летних месяцев (табл. 1).
Таблица 1 − Зависимость численности особей колорадского жука разных стадий развития от погодных условий
| Стадия развития колорадского жука | Коэффициент корреляции, r | |||||
| Температура воздуха, 0С | Количество осадков, мм | |||||
| 2006 г. | 2007 г. | 2008 г. | 2006 г. | 2007 г. | 2008 г. | |
| Имаго | 0,19 | 0,67 | 0,31 | 0,51 | -0,02 | 0,25 |
| Яйца | 0,36 | 0,80 | 0,54 | 0,56 | 0,11 | 0,24 |
| Личинки 1-2 возр. | 0,06 | 0,73 | 0,52 | 0,40 | -0,02 | 0,27 |
| Личинки 3-4 возр. | -0,09 | 0,53 | 0,40 | 0,25 | -0,26 | 0,36 |
Наблюдается прямая корреляционная зависимость между увеличением численности колорадского жука и повышением летних температур, что выражается в увеличении коэффициента корреляции по всем стадиям развития.
Судя по коэффициенту детерминации (dyx) увеличение численности имаго в 2007 г. на 45%, интенсивности яйцекладки на 64%, количества личинок 1-2 возрастов на 53%, количества личинок 3-4 возрастов на 28% обусловлено повышением температуры.
С количеством выпавших осадков четкой закономерности не выявлено. Высокое количество осадков в 2007 г. ограничило численность вредителя, что подчиняется «закону толерантности» В.Э. Шелфорда, который гласит о том, что любой фактор, присутствующий в избытке может стать для популяции вредным (цит. по Пианка Э., 1981). Таким образом, можно утверждать, что переувлажнение лишь до определенных величин стимулирует рост численности колорадского жука и при увеличении относительной влажности воздуха наблюдается ингибиторный эффект.
Огромное влияние на численность колорадского жука следующего сезона оказывают погодные условия августа предшествующего года. Успешная зимовка определяется тем, насколько жуки успели накопить жировое тело для пережидания этого неблагоприятного периода. Этим отчасти объясняется высокая смертность во время зимовки молодых жуков летней генерации, приступивших к размножению и не успевших пройти преддиапаузную подготовку (Ушатинская Р.С. и др., 1981).
Данная закономерность подтверждена нашими наблюдениями. В августе 2006 года температура воздуха составила 13,50С, наблюдали минимальное количество окрылившихся жуков летнего поколения, приступивших к яйцекладке. В среднем по опыту количество отложенных яиц составило 10,35 шт./куст. Большая часть жуков ушла подготовленной на зимовку. Этим объясняется всплеск численности перезимовавших имаго в июне 2007 года (0,63 шт./куст). Погодные условия летних месяцев способствовали раннему выходу имаго летней генерации и их размножению. Средняя температура августа составила 15,70С, что позволило развиться личинкам второй генерации. Дальнейшее осеннее понижение температуры привело к их гибели и помешало преддиапаузной подготовке размножавшихся имаго. В результате максимальная численность перезимовавших имаго в 2008 году составила на 37,2% ниже, чем в предыдущем.
Глава 4 Фенетическая структура популяции колорадского жука в Кемеровской области
4.1 Фенетическая структура географических популяций. Фенетический анализ по рисунку переднеспинки имаго географических популяций вредителя в различных районах Кемеровской области выявил встречаемость всех 9-ти, выделенных С.Р. Фасулати, морфотипов имаго. Все исследуемые по районам Кемеровской области популяции оказались достоверно отличны по этому признаку (рис. 5).
| Кемеровский район | Юргинский район | Яшкинский район | Беловский район |
Рис. 5 − Фенетическая структура популяций колорадского жука в Кемеровской области
Вклад каждой из компонент составляет от 2,1 до 30,1% изменчивости. Отличия складывались за счет различий в частоте встречаемости морф №1, №2, №5, №7, №9. Наибольшая встречаемость морфы №3 (19-30,1%) и №6 (14,2-20,0%) отмечена во всех районах. В Яшкинском и Беловском районе доля морфы №2 составила 15,2% и 15,6% соответственно. Популяция Яшкинского района отличалась от других доминированием доли морфы №7 (17,4%). В популяции Кемеровского района преобладала доля морфы №9 (19,1 %). В Юргинском районе – морфа №5 (16,1%).
В ходе анализа энтомологического материала наряду с феноформами, описанными в методике С.Р. Фасулати, нами обнаружены единичные феноформы, характеризующиеся слиянием фенокомплекса «A» внизу между собой и с фенокомплексами «P» и «M» (рис. 6). Данные феноформы были описаны ранее Ф.С. Кохманюк (1982) и В.И. Киль (2010).
-
по Кохманюк Ф.С. (1982)
по Киль В.И. (2010)
VP
V
HP
VH
VHP
HY
Рис. 6 − Редкие типы (феноформы) рисунка центральной части переднеспинки имаго колорадского жука
Встречаемость редких феноформ обусловлена специфической устойчивостью данных особей к стрессовым воздействиям. В.И. Киль (2010) отмечает, что наиболее толерантными к инсектицидам являлись имаго с редким фенокомплексом VP.
Гетерогенность структуры изученных популяций вполне объяснима, если учесть, что на данной территории вид проходит стадию акклиматизации и на этом этапе для него характерна высокая скорость образования экологических адаптаций. Причиной формирования разных по фенетическому облику популяций в равной степени могли быть эффекты «бутылочного горлышка» и «основателя» (Айла Ф., Кайгер Д., 1987).
Таким образом, структура популяций колорадского жука на территории Кемеровской области обладает внутривидовой гетерогенностью.
4.2 Сравнительный анализ фенетического облика географических популяций колорадского жука. Для оценки сходства и родства изучаемой популяции колорадского жука с различными географическими группами, выделенными другими авторами, проведен сравнительный анализ фенотипической структуры популяций согласно критерию соответствия (Лакин Г.Ф., 1990).
Выявлены существенные отличия сравниваемых географических популяций по фенам переднеспинки (табл. 2).
Таблица 2 − Сравнительная характеристика фенетического облика
географических популяций Leptinotarsa decemlineata Say
-
Феноморфы передне-спинки, №
Соотношение частоты встречаемости феноморфы к общему числу особей, %
I
II
III
IV
V
VI
VII
1
10,65
25,0
19,6
14,1
8,7
4,0
16,1
2
9,75
12,9
12,6
12,5
9,4
5,2
7,9
3
26,02
17,5
17,0
20,0
19,8
11,8
15,9
4
4,83
12,7
11,9
9,8
8,9
7,7
12,8
5
7,1
10,7
11,0
12,0
11,6
13,0
11,2
6
17,65
15,0
20,8
25,1
33,2
41,5
20,0
7+8
11,7
3,0
2,8
2,1
2,3
4,7
6,0
9
12,3
3,2
4,3
4,6
6,1
12,2
10,1
При K=7, p=0,01
χ²ф. (70,82) > χ²ст. (18,48)
χ²ф. (58,76) > χ²ст. (18,48)
χ²ф. (66,77) > χ²ст. (18,48)
χ²ф. (58,00) > χ²ст. (18,48)
χ²ф. (61,14) > χ²ст. (18,48)
χ²ф. (21,34) > χ²ст. (18,48)
Количество проанализированного материала
Выборок
24
34
35
63
92
8
22
Имаго
2400
8361
13578
19198
29022
2179
5058
Примечание: I – популяция из Кемеровской области (2007-2008 гг.); II – северная; III – центральная; IV – промежуточная; V – юго-восточная; VI – южная (Фасулати С.Р., 1988 г.); VII – Псковско-Новгородская (Калинина К.В., 2007)
Полученные данные свидетельствуют о том, что популяции колорадского жука из Кемеровской области отличаются по своему фенооблику от сравниваемых известных популяций и принадлежит к другому экотипу вида.
Глава 5 Депрессирование популяции колорадского жука
и устойчивость к нему сортов картофеля
5.1 Антиксенотическое воздействие сортов на колорадского жука. В отношениях «растение-фитофаг» сорт выступает как экзогенный — средообразующий фактор и, являясь источником пищи, имеет значение эндогенного фактора. Этими особенностями определяется фитосанитарное и управляющее значение сортов (Горбачев И.В. и др., 2002; Васильев А.А., Дергилев В.П., 2004; Лысенко Ю.Н., 2005). В условиях лабораторного опыта с достоверно высокой степенью антиксеноза к Leptinotarsa decemlineata Say выделен сорт Накра, подтвердивший показатели в течение трех лет исследования. По проценту повреждения листовой поверхности выделено 3 сорта, устойчивых к повреждению: Накра, Свитанок киевский и Петербургский. Они могут быть рекомендованы в качестве генетических источников в селекцию на повышение устойчивости картофеля к повреждению колорадским жуком.
5.2 Заселяемость растений картофеля имаго колорадского жука. Самой многочисленной оказалась группа сортов со средней заселенностью (Петербургский, Стемлук и др.). Самым низким уровнем заселяемости (0,23-0,34 шт./куст) во все годы исследований характеризовался сорт Тулеевский.
5.3 Интенсивность яйцекладки. В результате эксперимента высокий уровень стабильности признака (CV= 12,9%) был отмечен у сорта Гранат, который вошел в группу с пониженной интенсивностью яйцекладки.
Явление некротического отмирания тканей листа под яйцекладкой вредителя отмечено у трех сортов: Накра, Петербургский, Свитанок киевский. Несмотря на высокую интенсивность яйцекладки жука на растениях данных сортов картофеля количество яиц уменьшалось в результате частичного опадения на землю.
5.4 Заселение посадок личинками 1-2-го возрастов. В группе с пониженным процентом заселенности растений личинками 1-2-го возрастов высоким уровнем стабильности (CV=8,93%) отличался 1 сорт (Петербургский). В числе перспективных сорт Накра, у которого в первые два года отмечен низкий процент заселения, а в 2008 г. – пониженный (CV=18,34 %).
5.5 Заселение посадок личинками 3-4-го возрастов. Динамика заселения посадок картофеля личинками 3-4-го возрастов характеризовалась равномерным увеличением процента заселения до середины августа. Среди сортов из групп с низким и пониженным процентом заселенности личинками 3-4-го возрастов стабильно признак проявился только у сорта Накра (CV=11,04%).
5.6 Численность личинок 3-4-го возрастов. По итогам трех лет изучения численность личинок старших возрастов была стабильно невысокой на сорте Накра (CV=12,17%).
5.7 Степень повреждения растений картофеля личинками колорадского жука. В группе с низкой степенью повреждения листовой поверхности высокая стабильность признака была отмечена у сорта Накра (0,76 балла), а максимально повреждался сорт Любава (2,79 балла).
5.8 Динамика заселения и повреждения посадок личинками. В среднем за период исследований признак варьировал от 23,33% у сорта Любава до 58,79 % у сорта Накра. Высокую стабильность изучаемого признака проявил только сорт Накра, выделенный нами как низкозаселяемый.
5.9 Степень устойчивости сортов картофеля к колорадскому жуку. Средний индекс устойчивости сортов изменялся от 1,00 у сорта Накра до 13,34 у сорта Любава.
Выделено 6 категорий устойчивости к повреждению колорадским жуком: высокоустойчивые (ВУ, Iy: < 3,2), устойчивые (У, Iy: 3,3 – 5,42), среднеустойчивые (СрУ, Iy: 5,43 – 7,63), слабоустойчивые (СлУ, Iy: 7,64 – 9,84), неустойчивые (НУ, Iy: 9,85 – 12,05), восприимчивые (В, Iy: >12,06).
Высокоустойчивыми оказались сорта Накра и Петербургский. К числу устойчивых к колорадскому жуку сортов отнесены: Свитанок киевский, Удалец, Стемлук, Гранат. Средняя устойчивость к повреждению наблюдалась у сортов: Алена, Тулеевский, Кемеровский, Irga. В категории слабоустойчивых – Кузнечанка, Альпинист, Пост-86, Anja; неустойчивых и восприимчивых –Невский, Скарб, San Jose, Любава, Fregata, Аноста.
5.10 Урожай сортов картофеля на фоне повреждения колорадским жуком. Урожай картофеля является основным признаком оценки степени ущерба, наносимого вредителем. Важно оценить потенциальный урожай сортов на фоне естественного заселения вредителем. Минимальным он был у сорта Аноста (0,23 кг/раст.), максимальным – у сорта Накра (0,75 кг/раст.). Показатель урожая находился в отрицательной зависимости от степени поврежденности растений колорадским жуком (r= − 0,54-0,67).
Высокий и повышенный урожай (0,67-0,75кг/раст.) наблюдался у сортов Накра и Петербургский; стабильно средний – у сортов Любава и Свитанок киевский (0,57-0,59 кг/раст.). При этом сорт Любава, отнесенный к группе восприимчивых, сформировал средний урожай за счет скорости нарастания клубней. Такая особенность сорта охарактеризована наличием органогенетического барьера иммунитета: фенологические сроки развития сорта на 7-10 дней опережали сроки развития остальных сортов из группы раннеспелых.
Глава 6 Влияние антропогенного фактора на структуру
популяции колорадского жука
6.1 Токсикологический мониторинг формирования резистентности к применяемым инсектицидам в популяциях колорадского жука. В качестве антропогенного фактора мы рассматривали инсектициды, направленные на снижение численности колорадского жука.
Колорадский жук способен быстро формировать резистентные к инсектицидам популяции (Сухорученко Г.И., 2001; Беньковская Г.В., 2009; Stancovic S. et al., 2004). Причиной этого является интенсивность использования препаратов и миграция резистентных особей фитофага из районов, где уже сформировались высокоустойчивые к ним популяции вредителя.
Для комплексной оценки резистентности популяции колорадского жука изучены препараты разных химических групп (табл. 3). Значения летальной концентрации, вызывающей смерть 50% (LC50) и 95% (LC95) личинок вредителя вычислены методом пробит-анализа.
Таблица 3 − Чувствительность популяции колорадского жука к инсектицидам
-
Инсектицид
LC50 , д.в. для личинок 2-го возраста
по дням учетов после обработки, %
ДК, %*
ПР**
1 сутки
3 сутки
5 сутки
Актеллик, 500 КЭ
0,100000
0,042000
0,007000
1,76
119
Децис, 25 КЭ
0,000850
0,000280
0,000027
0,38
2,73
Фастак, 100 КЭ
0,000200
0,000130
0,000047
0,12
1,57
Фьюри, 100 ВК
0,000081
0,000046
0,000023
0,13
23
Конфидор, 200 ВРК
0,000130
0,000097
0,000034
0,05
8,5
Сонет, ВР
0,000500
0,000075
0,000450
0,09
3,4
Примечание: * − диагностическая концентрация препарата,
** − показатель резистентности
В результате эксперимента выявлен 119 кратный показатель резистентности популяции вредителя к препарату актеллик из группы фосфорорганических инсектицидов, что указывает на заметное снижение его эффективности.
Оценка чувствительности колорадского жука к пиретроидным препаратам выявила начальный этап формирования резистентности к препарату фьюри (ПР=23). В то же время выявлена высокая чувствительность личинок фитофага к препаратам децис и фастак. Не отмечалось снижения защитного действия препарата сонет (ПР=3,4) и конфидор (ПР=8,5).
Полученные данные свидетельствуют о том, что в популяции колорадского жука отмечается начальный процесс формирования резистентности к широко применяемым инсектицидам: актеллик и фьюри. Зафиксировано появление резистентных имаго к децису, несмотря на низкий показатель резистентности.
Вычислена диагностическая концентрация инсектицидов, с помощью которой возможно выявление потенциально резистентных особей задолго до их накопления в количестве, способном сделать популяцию вредителя устойчивой к препарату.
Формирование и развитие у вредителя резистентности к инсектицидам подтверждают результаты анализа фенотипической структуры его популяций из четырех районов области (рис. 5), наибольшая встречаемость морфы № 3 (19-30,1%) и № 6 (14,2-20%) отмечена во всех районах области. Известно, что высокая частота встречаемости именно третьего и шестого морфотипов из 9-ти известных характерна для устойчивых к пиретроидам и ФОС популяций вредителя (Рославцева С.А., 2005).
Таким образом, использование токсикологического метода позволяет определить конкретный инсектицид, к которому развивается резистентность вредителя. Это позволит своевременно выявить не эффективные препараты и вывести их из системы защиты растений.
6.2 Биоэкологическое обоснование мероприятий по защите картофеля от колорадского жука. Результаты проведенных исследований позволили обосновать мероприятия по защите картофеля от колорадского жука на территории Кемеровской области.
Сроки и места проведения химических обработок обоснованы на прогнозе развития вредителя и на основании его численности в уязвимые фенофазы растения. Мониторинг численности колорадского жука необходимо начинать при установлении устойчивой температуры воздуха в пределах 18-20оС с момента появления всходов картофеля с интервалом 7-10 дней.
Наибольший вред культуре наносят личинки I генерации, суммарная деятельность которых приводит к существенным потерям урожая (Кахаров К.В., 2008). Их массовое появление в Кемеровской области приходится на фазу бутонизации и цветения картофеля. Это является обоснованием к срокам защиты культуры.
Для снижения численности вредителя и снижения потерь урожая целесообразно выращивать устойчивые к колорадскому жуку среднеспелые сорта картофеля – Накра и Петербургский.
Для предотвращения и торможения процесса развития резистентности колорадского жука к инсектицидам сезонные схемы защиты растений должны основываться на чередовании препаратов разного механизма действия и учитывать чувствительность вредителя к ним. Процесс формирования резистентности к препаратам можно выявить с помощью фенетического метода в момент выхода жуков из мест зимовки, либо с помощью токсикологического метода в период появления личинок. Данные методы краткосрочны и не сложны в исполнении.
ВЫВОДЫ
- Популяция колорадского жука успешно акклиматизировалась на территории Кемеровской области, является гетерогенной по числу поколений и состоит из моно- и поливольтинных форм.
- Лимитирующим фактором, сдерживающим увеличение численности вредителя в период развития, является температурный режим. В благоприятные годы с повышением температур воздуха в июле и в августе прямо пропорционально увеличивается численность популяции насекомого (r= 0,53-0,80). В годы с неблагоприятными температурными условиями наблюдается средняя положительная и слабая отрицательная корреляция (r= −0,09-0,54).
- Фенотипическая структура локальных географических популяций подчиняется географической изменчивости, что подтверждает высокий адаптивный потенциал вредителя.
- Адаптациогенез фитофага сопровождается формированием адекватной генетической структуры его популяций. Выявлены достоверные отличия фенетической структуры популяции от других известных географических рас вида, что позволило определить экотип вида, характеризующийся доминированием 3-го (26,0%) и 6-го (17,6%) морфотипов имаго, маркируемых рисунком переднеспинки.
- В условиях лабораторного опыта выделен сорт Накра с высокой степенью антиксеноза (2,02%) к Leptinotarsa decemlineata Say. По проценту повреждения листовой поверхности выделено 3 устойчивых сорта: Накра (19,67%), Свитанок киевский (34,17%) и Петербургский (34,58%).
- В результате комплексной оценки коллекции картофеля выделены группы сортов картофеля по степени устойчивости к повреждению фитофагом:
- устойчивые: Накра (Iy=1,00), Петербургский (Iy=2,67);
- относительно устойчивые: Стемлук (Iy=4,00), Удалец (Iy=4,00), Свитанок киевский (Iy=4,34), Гранат (Iy=4,34).
- Антиксенотический барьер устойчивости был характерен для сортов: Накра, Петербургский, Свитанок киевский. Органогенетическим барьером обладает сорт Любава.
- В ходе токсикологического анализа выявлена резистентность популяции колорадского жука в условиях Кемеровской области к фосфорорганическим препаратам (актеллик) – 119-кратный показатель; обнаружены начальные этапы формирования резистентентности к одному из пиретроидных препаратов (фьюри) – 23 кратный показатель; высокая чувствительность (1,6-8,5 кратный показатель) – к фастаку, децису (пиретроидные), конфидору (неоникатиноид), и препарату сонет (производное бензоилмочевины).
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Повысить эффективность селекции картофеля за счет использования в гибридизации генетических источников с разными типами барьеров иммунитета устойчивости к повреждению фитофагом: Накра, Петербургский, Свитанок киевский, Любава.
2. Для стабилизации урожая картофеля в условиях Кемеровской области возделывать в хозяйствах всех форм собственности высокоустойчивые и устойчивые к вредителю сорта: Накра, Петербургский, Стемлук, Удалец, Свитанок киевский, Гранат.
3. Для предотвращения и торможения развития резистентности вредителя к пиретроидным инсектицидам необходимо по возможности сократить их использование и чередовать их применение с препаратами группы неоникотиноидов.
4. С целью биоэкологической защиты растений картофеля от колорадского жука проводить ежегодный мониторинг фенотипической структуры популяций вредителя, токсикологический анализ резистентности вредителя к инсектицидам.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
- Рябова, Н.В. Сортовые различия картофеля по антиксенозу к колорадскому жуку (Leptinotarsa decemlineata Say) / Н.В. Рябова, А.В. Заущинцена // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2010. – № 7(46). – С. 63-67.
- Рябова, Н.В. Устойчивость сортов картофеля к повреждению колорадским жуком и особенности его развития в условиях Кемеровской области/ Н.В. Рябова // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2011. – № 2. – С. 194-197.
Список работ, опубликованных в других изданиях:
- Рябова, Н.В. Сортовые различия картофеля по устойчивости к повреждению колорадским жуком (Leptinotarsa decemlineata Say) в условиях Кемеровской области / Н.В. Рябова, А.В. Заущинцена // Достижения энтомологии на службе агропромышленного комплекса, лесного хозяйства и медицины: Тез. докл. XIII съезда Русского энтомологического общества. – Краснодар, 2007. – С. 75-76.
- Рябова, Н.В. Сортовые различия антиксеноза картофеля к колорадскому жуку (Leptinotarsa decemlineata Say) в Кемеровской области / Н.В. Рябова// Образование, наука, инновации − вклад молодых исследователей: Мат. II (ХХХIV) Междунар. науч.-практ. конф. − Кемерово, 2007. – Вып. 8. – Т. 1. – С. 358-360.
- Рябова, Н.В. Фенотипическая структура популяций колорадского жука в Кемеровской области / Н.В. Рябова, А.В. Заущинцена // Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых учёных: Тр. IV Междунар. науч. конф. молодых учёных, посвящ. 40-летию СО Россельхозакадемии. – Новосибирск, 2010. – Ч. 1. – С. 148-151.
Подписано в печать 26.05.2011 г. Тираж 120 экз.
Печать трафаретная. Заказ 055.
Отпечатано в печатном цехе «Ризограф»
Тюменского аграрного академического союза
625003, г. Тюмень, ул. Республики, д. 7