Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Генетический метод защиты растений от вредителей






История развития и способы применения генетического метода.

В начале XX в. было обнаружено, что высокие дозы рентгено­вского облучения убивают насекомых, а низкие уменьшают их репродуктивную способность. В 1926 г. американский ученый Меллер доказал, что под действием рентгеновских лучей при опреде­ленных дозах облучения можно добиться прекращения упорядо­ченного деления хромосом в яйцеклетках и сперматозоидах Drosophila melanogaster, в то время как остальные процессы жизнедеятельности остаются ненарушенными. По­добные изменения были названы доминантными летальными му­тациями.

Возможность снижения репродуктивного потенциала популя­ций вредных насекомых впервые была обоснована в 1940 г. совет­ским генетиком А.С. Серебровским. Он указал на возможность введения особей, содержащих перестройки хро­мосом в естественные популяции с целью снижения численности вредителей. Эти же идеи, в то же время, были выдвинуты Книплингом в США.

По определению ВОЗ (1962 г) генетический метод – это использование таких способов обработки насекомых, которые могут подавлять потенциал размножения вредителей путем изменения или замещения генетического материала. Он основан на введении в популяцию вредного организма нежизнеспособных или стерильных особей того же вида, несущих различные летальные мутации. Генетический метод еще называют автоцидным (человек заставляет насекомых уничтожать свой собственный вид). Преимущества метода: достаточно эффективен, безвреден для теплокровных, обладает селективным действием в отношении популяции конкретных видов, которые не способны приобретать к нему устойчивости.

Недостатки метода: значительные затраты на искусственное разведение огромной массы насекомых, подвергаемых стерилизации; для многих видов еще не отработаны методы массового производства в лабораторных условиях; подавление в природных условиях популяции одного вида не защищает культуру от других видов.

К различным способам применения генетического метода относятся: лучевая (рентгеновское, гамма-излучение) и химическая (хемостерилянтов) стерилизация, использование цитоплазматической несовместимости (скрещивание особей популяции одного вида, но из разных географических зон, дающих стерильное потомство), получение бездиапаузных популяций и др. К настоящему времени успешно реализованы свыше 20 программ по подавлению популяций вредных видов насекомых.

Лучевая стерилизация – искусственная стерилизация насеко­мых с помощью ионизирующего облучения рентгеновскими или гамма-лучами (источниками излучений являются радиоактивные изотопы кобальта – Со60, цезия – Cs137). Выпуск в природу стерилизованных самцов производят из расчета, чтобы их численность во много раз превышала численность самцов естественной популяции, в результате численность популяции нового поколения снижается.

Важным для практического использования является число стерильных особей, которое должно быть вы­пущено в полевых условиях для подавления естественной популя­ции. При оценке эффективности метода генетической защиты учитывается стерильность, возникающая после обработки, а также стерильность, появляющаяся у потомков. Так, при облучении самцов совки дозой, вызывающей 50% стерильность, уже в первом поколении зарегистрирован 90% уровень половой стерильности.

Есть опыт облучения собранных в природе насекомых. В долине Альп (Швейцария) стряхивали особей майского хруща с деревьев, облучали и выпускали в район их обитания. Местная популяция жуков исчезала после нескольких выпусков.

Химическая стерилизация – нарушение способности к размножению (необратимые изменения в хромосомах и цитоплазме половых клеток) с помощью хемостерилянтов. Существует два направления их применения: выпуск в природ­ную популяцию предварительно выловленных или специально размноженных насекомых, подвергнутых обработке хемостерилянтами и обработка насекомых природной популяции в местах их скопления.

Выбор способа обработки зависит от препарата и стадии развития насекомых. Например, куколок обрабатывают, погружая их на определенное время в раствор хемостерилянта, личинок выкармливают на синтетических средах с добавлением стерилизующих соединений, поступление в организм имаго – при непосредственном контакте с препаратом, нанесенным на стенки садка, через конечности и покровы тела.

В качестве хемостерилянтов используют:

- производные этиленимина (тэф, тиотэф, афолат, бусульфан и др.);

- антиметаболиты (пурины, пиримидины);

- триазины, фосфамиды.

Широкое применение на практике получили тиотеф и бусульфан. Например, для подавления популяции американской белой бабочки, самцов обрабатывали 1% водным раствором тиотефа, против хлопкового коробочного долгоносика с успехом использовали бусульфан. С 1963 г. в ВИЗР разработали способы химической стерили­зации яблонной плодожорки, совок, вредной черепашки. Однако использование хемостери­лянтов ограничено из-за опасности их для окружающей среды (некоторые обладают токсичностью и канцерогенностью для теплокровных). Но в последнее вре­мя российскими и зарубежными учеными обнаружены экологически безопасные вещества в качестве хемостерилянтов – это использование ингибиторов синтеза хитина.

Для успешного применения стерильных насекомых необходимо выполнение следующих требований:

• разведение и стерилизация большого количества насекомых;

• достаточная конкурентоспособность выпускаемых насеко­мых;

• оптимальные системы выпуска;

• проведение точной оценки численности популяций вреди­теля до и после выпуска;

• достаточно большая или хорошо изолированная площадь обработки, чтобы исключить иммиграцию здоровых самок.

Для стерилизации природных популя­ций имеется успешный опыт применения ловушек разного типа (цве­товых, феромонных) с хемостерилянтами. Если конкурентоспособность выпускаемых самцов ниже, чем у природных особей, необходимо увеличение их численнос­ти для достижения желаемого эффекта. Выпуск в природу стерильных насекомых осуществляют равномерно на больших площадях (с исполь­зованием авиации). Время выпуска должно быть приурочено к появлению имаго природной популяции для максимального числа спариваний.

Наследуемая стерильность. Вместо полной стерилизации используют явление наследуемой стерильности – т. е. особи F1 оказы­ваются более стерильными, чем обработанные самцы родитель­ского поколения. Происходит передача аберрантных (измененных) хромосом природной популяции в форме транслокаций. Выпуск частично стерилизованных самцов более эффективен (у них выше конку­рентопособность), чем полностью стерилизованных.

Использование рецессивных летальных мутаций. Альтернативный вариант полной стерилизации особей – выпуск в природные популяции самцов, содержащих ре­цессивные летальные мутации (наследование рецессивных летальных мутаций по мужской линии). После скрещивания выпущенных самцов с природ­ными самками, большинство дочерей в потомстве и самок в последующих поколениях гибнет. Недостаток метода: для искоренения популяции вредителя из-за низкой конкурентоспособности нужно поддер­живать высокое соотношение стерильных насекомых к нормаль­ным (от 10: 1 до 1000: 1) и обеспечивать равномерное смешивание особей.

Поэтому разработаны линии насекомых с условно-летальными мутациями – это выпуск мутантных насекомых в численности, равной природной попу­ляции или несколько превышающей ее. Проявляется летальный эффект мутантных генов после их широкого распростра­нения в популяции. Пригодны гены температурной зависимости; гены, вызывающие отсутствие диапаузы или изменения поведе­ния (переход от моновольтинного развития к поливольтинному), которые становятся летальными в природных условиях.

В генети­ческом методе используется явление цитоплазматической несовмес­тимости с наследованием по женской линии – возникает при гибридизации особей одного вида, не встречающихся вместе в природных условиях.

Разделение полов для совершенствования генетического метода. Важно отделить самцов от самок перед выпуском в природу, так как некоторые способы требуют выпуска только самцов: использование сцепленных с мужским полом транслокаций. У некото­рых видов насекомых наблюдается более высокая устойчивость женских генеративных органов по сравнению с мужскими, поэто­му отделение самок обеспечивает снижение доз стерилянтов и повышает конкурентоспособность самцов.

Примеры успешного применения генетического метода:

1) впервые опыт применения генетического метода осуществлен в 1952 г. на острове Санибел, побережья Флориды (США), а в 1955 г. в увеличенных масштабах на острове Кюрасао, где осуществлена программа по подавлению численности мясной мухи (Cohliomyia hominivorax), вредящей домашним животным. Облученных стерильных самцов выпускали в природную популяцию насекомых. Самки природных популяций после спаривания откладывали нежизнеспособные яйца, что приводило к вымиранию популяции;

2) борьба со средиземноморской плодовой мухой путем лучевой стерилизации. На Гавайских островах была построена биофабрика, выпускавшая 10 млн. мух в неделю. Особенно масштабным было подавление этого вредителя в США, Италии, Испании в 70-е годы XX в. На­пример, в 1975 г. около Лос-Анджелеса была искоренена популя­ция этого вредителя, которая занимала площадь 260 км2, путем выпуска 600 млн. стерильных особей, выращенных на биофабрике. Наибольшего успеха добивались, применением метода на хорошо изолированных территориях.

3) замещение в природной популяции весенней капустной мухи фертильных самцов стерильными, снизило численность вида в 5 раз (сотрудники ВИЗР – Анисимов, Самойлов, 1985). Норма выпуска составила 100 особей/га, что обеспечило соотношение самцов (облученных-стерильных: природных) 20: 1, 25: 1. В этом случае число стерильных яиц, откладываемых самками, достигало 95%. Также зарегистрированы факты переноса стерилизующего эффекта от особи к особи внутри самой популяции при спаривании;

4) против яблонной плодожорки гене­тический метод успешно применяли на территории бывшего СССР и в западных странах: стерили­зация природных популяций, основанная на совместном приме­нении половых феромонов и химических стерилянтов – помещали в ло­вушки капсулы с феромоном, а их внутреннюю поверхность об­рабатывали тиотэфом, в концентрации 3...4 %; при размещении 20...25 лову­шек/га поврежденность урожая яблок снижалась на 78...85 %, а вредоносность непарного шелкопряда в дубовых насаждениях – на 76 %.

5) в России и за рубежом показана эффективность генетического метода в подавлении численности фасолевой зерновки в полевых условиях и зернохранилищах при облучении гамма-радиацией:

6) в США многолетние исследования показали эффективность генетичес­кого метода борьбы с использованием наследуемой стерильности в подавлении таких фитофагов, как хлопковый долгоносик, хлопковый коробочный червь, кукурузный моты­лек, капустная моль.

Наилучшие результаты генетический метод дает при сочетании его с другими методами защиты растений (химические обработки пестицидами, привлечение энтомопаразитов и др.). Дальнейшее развитие метода связано с методами ген­ной инженерии и определяется тесным взаимодействием исследо­вателей в области молекулярной генетики, экологии насекомых и специалистов по защите растений.

Контрольные вопросы

1. Ученый, впервые обосновавший возможность снижения репродуктивного потенциала популя­ций вредных насекомых с использованием генетического метода?

2. Что понимают под генетическим методом защиты?

3. Какими преимуществами и недостатками обладает генетический метод?

4. Укажите основные способы применения генетического метода?

5. Понятие о хемостерилянтах? В качестве хемостерилянтов используют соединения?

6. Какие существуют направления применения хемостерилянтов?

7. Понятие внутривидовой цитоплазматической несовместимости?

8. Что используют для стерилизации природных популя­ций вредных насекомых?

9. Какие требования необходимо соблюдать для успешного применения стерильных насекомых?

10. Приведите примеры успешного применения генетического метода.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.009 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал