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.