СТАТЬИ
АНТИФИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ФИТОЭКДИСТЕРОИДОВ
СЕРПУХИ ВЕНЦЕНОСНОЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К ЛИЧИНКАМ
НЕКОТОРЫХ ВИДОВ НАСЕКОМЫХ-ФИТОФАГОВ
К. Уфимцев
Научные интересы: биохимическая экология, отношения между насекомыми и растениями, вторичные метаболиты, фитоэкдистероиды Согласно одной из наиболее обоснованных гипотез, фитоэкдистероиды являются аллелохимическими токсинами и антифидантами для неадаптированных видов беспозвоночных-фитофагов [10]. Известно, что действие поступающих с пищей экзогенных экдистероидов зависит от вида насекомого, стадии его развития, химического строения и количественного содержания этих соединений в диете насекомых. Биотесты по скармливанию экдистероидов, т.е. выращиванию личинок насекомых на экдистероидсодержащей диете, позволяют наблюдать за эффектом их действия на выживаемость, поведение, изменения в процессах линьки и окукливания, плодовитость [4, 11]. Из надземной части серпухи венценосной (Serratula coronata L.), интродуцированной на территории Республики Коми, ранее был выделен ряд различных по структуре экдистероидов, из которых основными являются 20-гидроксиэкдизон (20Е), 25S-инокостерон (In), а также экдизон (Е), макистероны А и С, аюгастерон С и дакрихайнанстерон, являющиеся минорными соединениями [2, 12]. Целью настоящей работы было изучение влияния листьев, экстрактов, а также выделенной суммы экдистероидов S. coronata в составе экдистероидсодержащей диеты на жизнеспособность и поведение гусениц различных возрастов капустной совки (Mamestra brassicae L.) и кукурузного мотылька (Ostrinia nubilalis Hb.). Сельскохозяйственный вредитель M. brassicae относится к категории олигополифагов [3, 6]. Ранее было показано, что ее гусеницы отторгают пищу, содержащую от 0.005 до 0.06 % 20Е [11]. Одним из наиболее опасных сельскохозяйственных вредителей, повреждающих около 50 видов культурных и более 100 видов дикорастущих растений, является и O. nubilalis. Вид относится к полифагам [3]. По мнению некоторых авторов полифаги устойчивы к низким концентрациям экдистероидов в кормовом рационе, но при высоких концентрациях у них обнаруживаются аномалии в процессах развития; например, экдизон вызывает аполиз куколки. Кутикула личинок при этом представляет собой мозаику личиночных и куколочных участков [4, 7]. Гусеницы M. brassicae L. и O. nubilalis Hb. были получены в лаборатории прикладной энтомологии Института биологической защиты растений Министерства сельского хозяйства Республики Молдова. Гусеницы I возраста были получены из свежей кладки яиц и перенесены на искусственные питательные среды (ИПС) для дальнейшего выращивания и на экспериментальные питательные среды (ЭПС), содержащие различные количества экдистероидов. Искусственную питательную среду (ИПС-I) для M. brassicae готовили в соответствии с известной методикой [5]: мука фасолевая (65 г), кукурузный экстракт (10 мл), дрожжи пивные, сухие (34 г), агар-агар (12.5 г), аскорбиновая кислота (5 г), метабен (бензойная кислота) (1.5 г), формалин (3 мл, 40 %), дистиллированная вода (700 мл), зародыши пшеницы (32 г). Искусственную питательную среду для O. nubilalis (ИПС-II) готовили в соответствии с методикой [1, 9]: мука фасолевая (108 г), дрожжи пивные, сухие (27.2 г), отруби пшеничные (52 г), кукурузный экстракт (10 мл), аскорбиновая кислота (2.7 г), сорбиновая кислота (2 г), нипагин (2 г), ледяная уксусная кислота (3 мл), сухое молоко (24 г), сахар (10 г), формальдегид (5-8 мл, 40 %), агар-агар (20 г), вода дистиллированная (1000 мл). Гусениц содержали на ИПС в термостатах при температуре 23-25 °C, относительной влажности 80-85 %, длине светового дня 16 часов. В качестве экдистероидсодержащих добавок использовали мелкоизмельченные листья S. coronata (общее содержание экдистероидов – 0.7 %), сухой экстракт S. coronata (общее содержание экдистероидов – 7 %) и сумму экдистероидов (СЭ) в характерном для растения соотношении, содержащую 82.7 % 20Е + 15.8 % In. Состав экдистероидсодержащих экспериментальных питательных сред (ЭПС) с общим содержанием экдистероидов (%): ЭПС-I: ИПС-I + 10.0 % листьев S. coronata (0.07); ЭПС-II: ИПС-I + 5.0 % листьев S. coronata (0.035); ЭПС-III: ИПС-I + 1.0 % экстракта S. coronata (0.07); ЭПС-IV: ИПС-I + 0.5 % экстракта S. coronata (0.035); ЭПС-V: ИПС-I + 0.01 % СЭ; ЭПС-VI: ИПС-I + 0.005 % СЭ; ЭПС-VII: ИПС-II + 0.04 % СЭ; ЭПС-VIII: ИПС-II + 0.004 % СЭ. Наблюдение за поведением и жизнеспособностью гусениц M. brassicae I возраста вели в течение 37 дней. За это время гусеницы проходят полный цикл развития, который составляет 20-30 дней. Поскольку для гусениц M. brassicae старших возрастов, содержащихся групповым способом, характерен высокий процент миграции и каннибализм, который иногда проявляется и у гусениц II и III возрастов, в контроле (ИПС-I) на восьмые сутки осталось 45.0 % жизнеспособных гусениц, которые продолжали питаться и расти. Их окукливание произошло на 25-е сутки. До конца наблюдений куколки нормально развивались, и на 32-е сутки наблюдали выход имаго. Для установления антифидантных свойств растения S. coronata в качестве исходной ЭПС была взята среда, содержащая 10 % высушенных листьев (ЭПС-I), что приблизительно соответствует содержанию сухого вещества в интактных растениях. На ЭПС-I на вторые сутки наблюдали массовую миграцию гусениц и вследствие этого их гибель вне корма. На третьи сутки осталась одна особь, которая тоже мигрировала с корма и погибла на седьмые сутки. Уменьшение в диете содержания листьев в два раза (ЭПС-II) не привело к существенным изменениям в характере антифидантного действия растения. На вторые сутки, как и в случае ЭПС-I, наблюдали массовую миграцию гусениц и их гибель вне корма. Оставшиеся на корме гусеницы вели себя очень активно, но на третьи сутки и они мигрировали с корма. Оставшиеся на корме 10 % жизнеспособных особей остановились в росте и к окончанию эксперимента (37-е сутки) перешли лишь во II-III возраст. Для сравнения антифидантной активности экдистероидов, содержащихся в нативном растении и в свободном состоянии, исследовались ЭПС, включающие сухие экстракты листьев S. coronata с такой же концентрацией суммы экдистероидов. На ЭПС-III, содержащей 1 % экстракта или 0.07 % суммы экдистероидов (как в ЭПС-I), в течение первых суток 40 % гусениц мигрировало с корма. Гибель гусениц составляла всего 10 %. Но на вторые сутки мигрировавшие с корма гусеницы погибли, а из 30 % оставшихся в живых половина находилась вне корма. Питающиеся особи были очень активны и подвижны. На 14-е сутки 10 % гусениц продолжали питаться, но у них появилась аномалия в окраске. На 17-е сутки гусеницы перешли в IV возраст, а на 27-е сутки образовались три аномальных куколки, из которых выхода имаго не произошло. Снижение концентрации суммы экдистероидов в диете в два раза не оказывало существенного влияния на конечный результат. Однако динамика гибели гусениц на диете ЭПС-IV значительно отличалась от ЭПС-I, II и III. В течение первых суток на корме погибло 37 % гусениц, 17 % мигрировали с корма, остальные активно питались. На вторые сутки из 27 % жизнеспособных особей половина продолжала активно питаться, остальные мигрировали с корма. На 14-е сутки весь корм был потреблен и добавлена новая порция, на которой продолжали питаться гусеницы, перешедшие на 17-е сутки в IV и V возраст и окуклившиеся на 27-е сутки. Две из четырех куколок были без видимых аномалий, две с различными аномалиями. Эксперименты с различными концентрациями препарата, представляющего собой смесь экдистероидов в характерном для интактного растения соотношении, показали, что на среде, содержащей 0.01 % СЭ (ЭПС-V), через сутки наблюдалась миграция 20 % гусениц и гибель 60 % на корме. Через двое суток осталась всего одна жизнеспособная особь, которая находилась вне корма, не развивалась и погибла на шестые сутки. Более низкая концентрация экдистероидов в диете (ЭПС-VI, содержащей СЭ 0.005 %) оказалась менее токсичной для гусениц I возраста M. brassicae. На вторые сутки на корме осталось 30 % жизнеспособных гусениц. На 17-е сутки 23 % выживших гусениц перешли в V возраст, большинство из которых, однако, погибло к 25-м суткам, а из трех образовавшихся куколок две оказались с различными аномалиями. Из нормальной куколки на 40-е сутки наблюдали выход имаго. Представляло интерес сравнить действие экдистероидсодержащих диет на гусениц M. brassicae старших возрастов (листья, экстракты, сумма экдистероидов S. coronata). Для этого гусениц вначале выращивали на стандартной ИПС, а затем часть из них, достигшая III возраста, была пересажена на экдистероидсодержащие диеты. Их жизнеспособность и поведение сравнивали с гусеницами контрольной группы. В контрольной группе до 14-х суток не наблюдали аномального развития и случаев гибели. На 17-е сутки их численность уменьшилась на 35.0 % в связи с миграцией с корма и, по-видимому, гибелью вследствие каннибализма, о чем свидетельствовали остатки в экскрементах. К концу наблюдений 60 % гусениц, перейдя последовательно в IV, V, VI возрасты, окуклились, после чего наблюдался выход жизнеспособных имаго. На ЭПС-I на вторые сутки 40.0 % гусениц мигрировали с корма, остальные продолжали питаться, однако наблюдалось замедление их роста и развития. В отличие от гусениц I возраста, к концу эксперимента осталось 33.0 % жизнеспособных особей, хотя образования куколок не наблюдалось. Двукратное уменьшение содержания листьев в среде (ЭПС-II) оказывало на гусениц III возраста несколько иное действие: на шестые сутки 75.0 % гусениц мигрировало с корма, 13.0 % погибло на корме с признаками расслизнения тканей. Остальные, хотя и продолжали питаться, но как и на ЭПС-I не росли и не развивались. На 20-е сутки эксперимента образования куколок не наблюдали. На диетах, содержащих экстракт S. coronata (ЭПС-III и ЭПС-IV), также наблюдался высокий процент миграции гусениц с корма. Однако на шестые сутки в обоих случаях более половины гусениц продолжали питаться. На 13-е сутки на ЭПС-III активно питались 40.0 % гусениц, однако на 15-е сутки их количество сократилось до 13.0 %, и до конца наблюдений лишь одна особь перешла в стадию предкуколки. Самой токсичной для гусениц III возраста оказалась ЭПС-VI, содержащая 0.005 % СЭ. Уже на 10-е сутки на корме осталось лишь 10.0 % гусениц, которые погибли на 16-е сутки. В продолжение эксперимента нами были осуществлены детальные наблюдения за эффектом скармливания диеты, содержащей 0.01 % СЭ (ЭПС-V), на гусениц I-IV возрастов M. brassicae. Гусеницы I возраста, полученные из свежей яйцекладки, были помещены на диету ЭПС-V. Все гусеницы в течение первых суток мигрировали с корма, и на четвертые сутки наблюдали их массовую гибель. Лишь одна особь, находясь вне корма, погибла на седьмые сутки. Гусеницы II возраста также мигрировали с корма, и на шестые сутки наблюдали их массовую гибель. Оставшиеся живые гусеницы не питались, не росли и на 13-е сутки все погибли. Гусеницы III и IV возрастов легче адаптировались к диете. На вторые сутки все гусеницы были живы и питались. На четвертые сутки в группе III возраста осталось 70 % крупных активных гусениц, длина которых превышала 4 см. По остаткам и экскрементам можно было судить, что 20 % гусениц были съедены. У некоторых гусениц появилась аномалия в окраске – так называемая «мраморная» окраска (рис. 1). У нескольких гусениц началась линька, но лишь одна из них перешла в IV возраст. На 11-е сутки основная масса гусениц погибла, при этом наблюдали их почернение и выделение черных жидких экскрементов, а из двух нормальных куколок на 31-е сутки наблюдали выход имаго. Период куколка-имаго растягивался на 20 дней. Гусеницы IV возраста, которые на начало опыта имели длину 4.5-5.0 см, активно питались на диете ЭПС-V. Через сутки весь корм был съеден, и добавлена новая порция. На пятые сутки осталось 50.0 % живых гусениц, которые отказались от питания, поэтому их гибель продолжалась, и на седьмые сутки осталось 33.3 % живых гусениц. Судя по экскрементам, часть гусениц была съедена. На 11-е сутки перешедшие в VI возраст гусеницы начали окукливаться. Лишь 33.3 % куколок были нормальные, и из них на 28-е сутки наблюдали выход имаго, т.е. период развития куколок до выхода имаго растягивался на 17 дней. Остальные куколки были с различными аномалиями, и выхода имаго из них не произошло. Анализ полученных результатов показывает, что на ранних стадиях развития (I, II возраст) добавление экдистероидов в диету гусениц M. brassicae оказывало репеллентное воздействие: гусеницы мигрировали с корма, а оставшиеся живые особи не питались, не росли и погибали от голода. Похожие результаты были получены другими авторами для личинок насекомых, в диету которых вводили различные части растений, содержащих экдистероиды или их экстракты. Так, при вскармливании на диетах, содержащих 1.5 % фрагментов листьев, 9 % корневищ или метанольные экстракты листьев различной концентрации растения Serratula tinctoria – продуцента экдистероидов (до 2.0 % на сухой вес), личинкам разных возрастов гроздевой листовертки Lobesia botrana наблюдали патофизиологический эффект: на экспериментальной диете рост личинок старших возрастов значительно ускорялся. Наоборот, продолжительность I возраста для личинок, выращиваемых на диете с 1.5 % листьев, 9.0 % корневищ и некоторых концентрированных экстрактов, удлинялась [11]. Гусеницы старших возрастов в нашем эксперименте вначале активно питались, особенно гусеницы IV возраста, которым потребовалось увеличить порцию корма по сравнению с III возрастом. Однако, если у активно питавшихся гусениц III возраста на 11-е сутки наблюдали рецидив каннибализма, гусеницы IV возраста, употребившие двойную порцию корма, на пятый день отказались от питания, и большая часть из них погибла. Наиболее сильные особи окукливались, однако период превращения куколки в имаго как для гусениц III, так и IV возраста растягивался более чем в два раза. Большая часть куколок имела различные аномалии. Аномальные куколки представляли собой комбинацию фрагментов куколок и личинок: у некоторых отсутствовал кремастер, у других кремастер был недоразвит, у некоторых куколок отсутствовал последний сегмент, кремастер и крыловые чехлики недоразвиты, наблюдали отсутствие хитиновой оболочки на голове, грудных и брюшных сегментах (рис. 2). У одной куколки с гипертрофированной головной капсулой нижняя часть сохранилась в виде личиночного фрагмента. Всего из 500 гусениц I-IV возрастов, использованных в эксперименте, было получено 29 куколок (5.8 %) из которых 20 погибли в процессе гистолиза. Согласно исследованиям некоторых авторов, O. nubilalis устойчив к низким концентрациям экдистероидов в пище. Полный цикл развития гусениц кукурузного мотылька – 20-46 дней, в зависимости от температуры и влажности. Они гидрофильны и имеют отрицательный фототаксис. За время развития гусеницы линяют четыре раза и проходят пять возрастов [8]. Гусениц O. nubilalis в лабораторных условиях выращивали на искусственной питательной среде ИПС-II. Для исследований были использованы животные I-IV возрастов и экспериментальные питательные среды ЭПС-I - ЭПС-VIII. В контроле (ИПС-II) 65.0 % гусениц за 49 дней прошли полный цикл развития и окуклились. Согласно данным литературы, обычно отмечают в среднем 35.0 % мигрирующих гусениц O. Nubila-lis. В нашем контроле эта величина составляла 32.5 %. Для изучения поведения гусениц O. nubilalis I возраста на ЭПС-VIII, содержащей 0.004 % СЭ, было отобрано 170 особей. СЭ даже в концентрации 0.004 %, по-видимому, как и для гусениц I возраста капустной совки, обладает репеллентным действием. Гусеницы, помещенные на корм, мигрировали с него, концентрируясь на стенках кристаллизаторов, и погибли от голода. Часть гусениц погибла на корме. На всех остальных ЭПС гибель гусениц первого возраста достигла 100 % на седьмые-девятые сутки. Была предпринята попытка выведения личинок кукурузного мотылька на ЭПС-VII и ЭПС-VIII. Для этого на ЭПС помещали яйцекладки на стадии "черной головки" (150 штук). Отрождения почти не произошло, а отродившиеся гусеницы погибли. При вскармливании гусениц III и IV возрастов на ЭПС-VIII, содержащей 0.004 % СЭ, наблюдали высокий процент миграции гусениц – 55 %, т.е. и для гусениц старших возрастов O. nubi-lalis СЭ является репеллентом. Часть гусениц продолжала питаться и развиваться, достигнув стадии окукливания. Однако продолжительность питания по сравнению с контролем растягивалась почти в два раза (с 23 до 49 дней). В V возраст перешло 20.0 % гусениц, которые окуклились. Однако куколки были значительно меньших размеров по сравнению с контролем, деформированы, и выхода имаго из них не произошло. На остальных средах наблюдали тотальную гибель гусениц III и IV возраста уже на восьмые сутки. Лишь на ЭПС-IV одна гусеница продолжала питаться и на 15-е сутки погибла во время линьки. Таким образом, на гусениц O. nubilalis всех возрастов все ислледованные экдистероидсодержащие диеты оказали ярко выраженное репеллентное и токсическое действие. В результате эксперимента было установлено, что экдистероидсодержащие диеты оказывают сильное репеллентное и токсическое действие на гусениц I возраста M. brassicae и O. nubilalis. Наблюдали массовую миграцию гусениц с корма и их гибель. В тех случаях, когда отдельные особи продолжали питаться на корме (ЭПС-II, ЭПС-III, ЭПС-IV, ЭПС-VI), существенно замедлялось развитие и образование аномальных нежизнеспособных куколок. У гусениц старших возрастов M. brassicae экдистероидсодержащие диеты сначала стимулировали питание, а затем происходило отторжение пищи, что приводило к вспышке каннибализма и массовой гибели гусениц. У гусениц, продолжавших питаться, наблюдали появление аномальной (мраморный рисунок) окраски, значительное увеличение периода развития куколок, образование куколок с различными аномалиями. По отношению к O. nubilalis всех возрастов экдистероидсодержащие диеты оказались более токсичными и вызывали массовую гибель гусениц. Таким образом, листья S. coronata обладают антифидантным действием по отношению к личинкам насекомых-фитофагов M. brassicae (олигополифаг) и O. nubilalis (полифаг). Показано, что антифидантная активность растения обусловлена содержащимися в нем экдистероидами. Наиболее ярко детеррентный эффект экдистероидов проявляется на гусеницах M. brassicae и O. nubilalis младших возрастов. ЛИТЕРАТУРА 1. Вилкова Н.А. Особенности развития стеблевого мотылька при разведении его на ИПС // Бюл. ВНИИ ЗАРА, 1985. № 60. С. 61-65. 2. Инокостерон и макистерон из Serratula coronata / В.В. Володин, В.Г. Лукша, Л. Дайнан и др. // Физиол. растений, 1998. Т. 45, № 3. С. 378-382. 3. Вредители и болезни полевых культур / Под ред. Н.Н. Архангельского. М., 1964. С. 193-196. 4. Дайнан Л. Стратегия оценки роли фитоэкдистероидов как детеррентов по отношению к беспозвоночным-фитофагам // Физиол. растений, 1998. Т. 45, № 3. С. 347-359. 5. Методические указания по массовому лабораторному разведению озимой и капустной совок на искусственных питательных средах. Кишинев, 1976. 10 с. – (ВНИИ биол. методов защиты растений). 6. Осмоловский Г.Е., Бондаренко Н.В. Энтомология. Л., 1980. 369 с. 7. Розенталь Д.А. Химические средства защиты у высших растений // В мире науки, 1986. № 3. С. 56-62. 8. Хомякова В.О. Кукурузный мотылек // Тр. ВИЗР, 1966. Вып. 28. С. 74-77. 9. Barbulescu A. Tehnica de creste in masa pe dieta artificale a sfredelitorului porumbului (Ostrinia nubilalis Hb.) // Insti-tutul de cercetarii pentru cereale si plante tecnice fundulea probleme de protectia plantelor, 1986. Vol. 8, № 1. P. 8-10. 10. Bergamasco R., Horn D.H.S. The biological activites of ecdysteroids and ecdysteroid analogues // Developments in endocrinology. Vol. 7: Progress in ecdysone research / J.A. Hoffman. Amsterdam: Elsevier, 1980. P. 299-324. 11. Effects of the ingestion of Serratula tinctoria ecstracts, a plant containing phytoecdysteroids, on the development of the vineyard pest Lobesia botrana (Lepidoptera: Fortricidae) / N. Mondy, C. Caissa, N. Pitoizet et al. // Arch. Insect. Biochem. Physiol., 1997. Vol. 35. P. 227-235. 12. Further ecdysteroids of Serratula coronata L. (Asteraceae) / V.V. Volodin, L.I. Alexeeva, N.A. Kolegova et al. // Biochemical systematics and ecology, 1998. Vol. 26. P. 459-461.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3658 посещений с 30.06.2002 |