Феромоны насекомых для защиты растений

Феромоны – это особые биологически активные вещества, которые выделяют животные. Некоторые исследователи, впрочем, считают, что подобные механизмы, основанные на сигнальных соединениях, есть и у растений. Живые организмы продуцируют и выделяют в окружающую среду биологически активные вещества. Попадая во внешнюю среду, они вызывают различные реакции у особей этого же вида.

 

Реакции на феромоны могут быть двух видов: поведенческие и физиологические. 

 

Важное свойство феромонов – видоспецифичность. Это значит, что один феромон, один феромонный препарат будет иметь действие только на одного конкретного вредителя, и действие его никаким образом не затронет остальную энтомофауну.

 

История вопроса

 

Действие феромонов насекомых было известно с древности. Прежде всего, с действием сигнальных соединений сталкивались древние пчеловоды. Еще в Древнем Египте знали, что вещества, попадающие в воздух при ужалении, провоцируют агрессивное поведение других пчел – они начинают жалить потенциального врага. Первый дошедший до нас письменный источник – это книга английского пчеловода Чарльза Батлера «Женская монархия», опубликованная в Оксфорде в 1609 году. Там сказано, что если вас ужалили, особенно в жаркую погоду, то вам лучше собраться и удалиться как можно скорее, иначе «другие пчелы, учуяв отвратительный запах яда, обступят вас стеной», цитирует Илья Митюшев. Пчеловод, говорит он, описал впервые проявление феромонов тревоги.

 

Исследования феромонов насекомых продолжились только через четыреста лет. Известны опыты французского энтомолога Жана Анри Фабра, который в числе прочих насекомых изучал самую крупную бабочку Европы – грушевую сатурнию, Saturnia pyri. Он обнаружил, что одна самка этой бабочки может привлечь десятки самцов с радиуса в несколько километров. Ученый с трудом в это верил, но впоследствии оказалось, что насекомые способны воспринимать запах в ничтожных концентрациях – десяток молекул активного вещества на кубический метр воздуха, отмечает Илья Митюшев.

 

Сам же термин «феромоны» появился сравнительно недавно, в 1959 году, и был предложен швейцарским исследователем Мартином Люшером и немецким ученым Петером Карлосом из мюнхенского Института биохимии имени Макса Планка. В этом же году немецкий химик Адольф Бутенандт смог идентифицировать первый феромон, феромон тутового шелкопряда. Эти исследования, сообщает Илья Митюшев, послужили «отправной точкой» для развития феромонологии. В дальнейшем, с развитием методов современной химии «добыча» образцов феромонов упростилась. Если раньше, чтобы выделить сигнальное вещество, требовались сотни самок насекомых, то сегодня достаточно всего нескольких животных, чтобы собрать феромон на угольный фильтр. После этого вещество экстрагируют и хроматографическими методами быстро определяют их структуру.

 

Откуда берутся феромоны

 

Сигнальные соединения выделяются феромонными железами. У насекомых это железы гиподермального происхождения, которые могут быть расположены на конце брюшка, как у самки тутового шелкопряда, или на крыльях, или на других самых разных участках тела насекомого. В определенный период феромоны секретируются, и на запах реагируют самцы (или самки).

 

Механизм действия феромонов насекомых

 

Дыхательная система насекомых представлена отверстиями и системой трубочек, поясняет ученый. Отверстия находятся по бокам брюшка и частично груди. Все запаховые вещества насекомые воспринимают при помощи усиков, или антенн. На поверхности антенн насекомых есть волоски, щетинки или другие структуры – сенсиллы. Это рецепторы. Молекулы феромона, попадая через поры сенсилл диаметром в нанометры, достигают нервных клеток и вызывают определенную электрохимическую реакцию – сигнал поступает из сенсилл в «мозг» насекомого. Насекомое рыскает в пространстве, например, самец летит по траектории в виде зигзага, и ищет, где концентрация феромона выше. В конце концов, находит источник феромона – например, самку его же вида. Однако первые реакции у него проявляются уже в присутствии всего нескольких молекул сигнального вещества.

 

Виды феромонов

 

1. Агрегационные и антиагрегационные (сближение или разобщение в пространстве особей разных полов, а иногда и личинок) – такая коммуникация очень развита, например, у короедов и клопов. Агрегационные вещества привлекают насекомых в одну точку пространства, а антиагрегационные, наоборот, говорят, что сюда лететь не нужно. Агрегация позволяет насекомым, например, преодолеть сопротивление растения-хозяина, отпугнуть хищника или просто собирать насекомых на зимовку.

 

2. Половые феромоны обеспечивают размножение насекомых. Либо самец привлекает самку, либо, чаще, самка привлекает самца.

 

3. Следовые феромоны известны у многих общественных животных, например, у муравьев.

 

4. Феромоны тревоги

 

5. Защитные феромоны

 

6. Феромоны к месту кладки яиц

 

7. Территориальные феромоны

 

В защите растений, по словам специалиста, используют синтетические аналоги первых двух типов феромонов.

 

Состав феромонов

 

Феромоны могут представлять собой либо одно вещество, либо, чаще, смесь веществ, до 10 и более компонентов. При этом, отмечает Илья Митюшев, феромон состоит из основных компонентов (их может быть 1-2, и занимают они до 98% от общего вещества) и минорных. Комбинация минорных веществ и создает высокую видоспецифичность феромона.

 

По химическому составу феромоны разнообразны. Это не стойкие, а высоко летучие вещества, они разлагаются под действием кислорода, влаги и света, иначе феромоны не смогли бы иметь такое значение в коммуникации насекомых.

 

Использование синтетических аналогов феромонов

 

Мониторинг

 

Идея использовать сигнальные вещества для защиты растений восходит к концу XIX века, когда американцы Эдвард Форбуш и Чарльз Фернальд создали первую феромонную ловушку. Изготовлена она была из дерева и покрыта сладкой патокой, рассказывает Илья Митюшев. В качестве источника феромона тогда использовали самок насекомых, помещая их в садок в центре ловушки. Однако насекомые выделяют феромоны только в течение нескольких дней в сезон, поэтому длительного эффекта от такой ловушки быть не могло. Поэтому тогда они не получили распространения, хотя впоследствии, до самых 1960-х гг., в США использовали экстракты из концов брюшек непарного шелкопряда.

 

Сегодня в ловушках используют феромонные диспенсеры разной конструкции. В диспенсерах содержится только один миллиграмм вещества, и этого количества хватает, чтобы диспенсер работал 1,5-3 месяца, отмечает специалист. Феромонные ловушки используют для мониторинга большого количества видов – как аборигенных, так и отсутствующих на территории России и имеющих статус карантинных. Ловушки для мониторинга имеют сравнительно простое строение. Изготавливают их из прозрачного или цветного пластика, ламинированного картона.

 

Феромонные ловушки бывают клеевые (внутри них, кроме диспенсера с источником феромона, – вкладыш с невысыхающим клеем, который удерживает насекомых) и бесклеевые (накопительные). В их конструкцию включены различные накопители – емкости, в которые отлавливаются насекомые.

 

С помощью феромонных ловушек можно отслеживать динамику лёта, численность вредителя, появление разных поколений. При превышении экономического порога вредоносности (для яблонной и сливовой плодожорки он составляет 5 экземпляров на ловушку за неделю) нужно применять пестициды, комментирует Илья Митюшев. Это позволяет значительно экономить расход средств защиты растений и сокращать вредное воздействие сельского хозяйства на окружающую среду. Одну ловушку вывешивают на 3-5 гектаров сада. Если в ловушку попадают 5-20 бабочек, через 8-12 дней после пика лёта проводят 1-2 опрыскивания разрешенными препаратами. Если плотность популяции выше, требуется до трех обработок с интервалом 10-12 дней.

 

Массовый отлов

 

Для массового отлова используются такие же ловушки, но вешают их уже не одну на 5 гектаров, а 25-50 штук на гектар. В больших садах такой способ защиты экономически не целесообразен, к тому же, он требует значительных трудозатрат – ловушки нужно обслуживать, в частности, заменять клеевой вкладыш. Поэтому, как рекомендует Илья Митюшев, феромонные ловушки для массового отлова эффективно использовать в садах площадью до одного гектара, ограниченных от других насаждений плодовых культур.

 

Принцип массового отлова прост: из среды «изымаются» все самцы данного вида вредителя, самки остаются неоплодотворенные и не откладывают яйца, в результате нет гусениц, повреждающих плоды.

 

Метод дезориентации

 

Еще один важный способ применения феромонов для виноградников и плодовых садов. Вместо ловушек здесь используются диспенсеры. Размещают их от нескольких сотен до тысячи штук на гектар – на каждое дерево или виноградную лозу. Диспенсеры создают «облако» феромонов, и самец в результате не может отличить феромон самки от его синтетического аналога. Получается тот же эффект, что и в случае массового отлова.

 

Феромонная ловушка – неустойчивая система

 

С одной стороны, отмечает Илья Митюшев, ловушки обеспечивают очень эффективный мониторинг, который в несколько раз дешевле и требует меньше трудозатрат, чем любой другой способ мониторинга для определенных видов вредителей. С другой стороны, на эффективность такого мониторинга воздействуют по крайней мере четыре группы факторов: погодные условия, состояние популяции вредителя, тип и технология применения используемой ловушки. То есть, при соблюдении технологий применения и при наличии правильной ловушки с качественным феромонным препаратом результат будет максимально высоким. Однако погодные условия – например, сильный ветер с большим количеством осадков или в целом холодное лето, мы контролировать не в состоянии. Эти факторы влияют на эффективность мониторинга.

 

Преимущества синтетических феромонов

 

1. Высокая видоспецифичность сигнальных веществ. Воздействие идет только на целевой вид вредителей – остальная энтомофауна не страдает.

 

2. Синтетические аналоги феромонов относят к четвертому классу опасности. Они низкотоксичные и безопасны для человека и теплокровных животных.

 

3. Расход синтетических феромонов крайне низкий. Для мониторинга – 1 мг на 5 гектаров, для дезориентации – 50 граммов на гектар.

 

4. Высокая эффективность мониторинга – феромонные ловушки позволяют выявить насекомых-вредителей даже при низкой плотности популяции.

 

5. Феромонные препараты полностью разрешены для систем органического земледелия всех стран.

 

В России, по словам специалиста, существует около пяти производителей феромонных препаратов, но ассортимент этих средств довольно широк. Есть группы препаратов для вредителей плодовых и ягодных культур, вредителей овощных, для вредителей леса, для мониторинга некоторых вредителей зерновых культур. Существует несколько десятков препаратов для карантинных вредителей. Есть препараты, разрешенные для дезориентации – например, яблонной плодожорки и гроздевой листовертки.

 

Автор: Людмила Старостина