Моделирование генетических процессов формирования резистентности к фипронилу в популяциях колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata Say)

Основным способом контроля численности вредителей остается обработка химическими инсектицидами. Эффективность применения инсектицидов снижается из-за формирования резистентности в популяциях вредителей. Это особенно актуальная проблема при борьбе с колорадским жуком. Для замедления развития устойчивости к химическим препаратам предлагаются разные стратегии применения инсектицидов. На основе данных комплексного многолетнего исследования нами была предложена гипотеза замедления развития устойчивости за счет применения пониженных доз инсектицидов. Мы построили прогностическую дискретную генетическую модель развития устойчивости в популяциях колорадского жука для проверки нашей гипотезы. Модель, основанная на классических уравнениях популяционной генетики, была дополнена действием различных факторов. Расчеты коэффициентов выживаемости особей колорадского жука велись с учетом статистических закономерностей распределения дозы токсического вещества после обработок инсектицидами. Используя логнормальное распределение, мы рассчитали коэффициенты выживаемости разных генотипов при изменении дозы обработки инсектицидами в два и более раз. Дополнительно ввели в модель фактор дифференцированной смертности во время зимовки. Использование данных об изменении соотношения встречаемости фенетических маркеров неспецифической устойчивости к факторам среды позволило провести расчеты модели с опосредованными межгенными взаимодействиями. На данной модели были проверены различные гипотезы в разработке стратегии преодоления резистентности. Расчеты показали, что применение минимально эффективных доз инсектицидов (пониженных доз) приводит к замедлению увеличения доли резистентных особей в популяциях колорадского жука на пару сезонов. При чередовании применения инсектицидов из разных химических классов устойчивость развивается гораздо медленнее. Наиболее оптимальной стратегией являются межсезонное чередование применения инсектицидов разных химических классов и обработка пониженными дозами.

1. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А., Курбатова О.Л., Политов Д.В., Евсюков А.Н., Жукова О.В., Захаров И.А., Моисеева И.Г., Столповский Ю.А., Пухальский В.А., Поморцев А.А., Упелниек В.П., Калабушкин Б.А. Динамика популяционных генофондов при антропогенных воздействиях. М.: Наука, 2004.

2. Безель В.С., Большаков В.Н., Воробейчик Е.Л. Популяционная экотоксикология. М.: Наука, 1994.

3. Беньковская Г.В. Дифференциация жизненных стратегий и фенотипы имаго Leptinotarsa decemlineata Say. Особь и популяция. Матер. IX Всерос. популяционного семинара. Уфа, 2006;1:23-28.

4. Беньковская Г.В. Эколого-физиологические характеристики и полиморфизм имаго колорадского жука на территории Башкортостана. Науч. ведомости БелГУ. Сер. естественные науки. 2009; 3(8):56-67.

5. Беньковская Г.В., Леонтьева Т.Л., Удалов М.Б. Резистентность колорадского жука к инсектицидам на Южном Урале. Агрохимия. 2008а;8:55-59.

6. Беньковская Г.В., Удалов М.Б., Поскряков А.В., Николенко А.Г. Феногенетический полиморфизм колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say как показатель его резистентности к инсектицидам. Агрохимия. 2004;12:1-6.

7. Беньковская Г.В., Удалов М.Б., Хуснутдинова Э.К. Генетическая основа и фенотипические проявления резистентности колорадского жука к фосфорорганическим инсектицидам. Генетика. 2008б;44(5):638–644.

8. Глупов В.В., Бахвалов С.А., Соколова Ю.Я. Внутренние защитные системы насекомых. Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты. Под ред. В.В. Глупова. М.: Круглый год, 2001.

9. Долженко В.И. Совершенствование ассортимента инсектицидов и технологий их применения для защиты картофеля от вредителей. Агрохимия. 2009;4:43-54.

10. Дубовский И.М., Крюков В.Ю., Беньковская Г.В., Ярославцева О.Н., Сурина Е.В., Глупов В.В. Активность ферментов детоксицирующей системы и интенсивность инкапсуляции у личинок колорадского жука Leptinotarsa decemlineata (Say) при воздействии фосфорорганического инсектицида и энтомопатогенного гриба Metharizium anisopliae (Metsch.). Евраз. энтомол. журнал. 2010;9(4):577-582.

11. Климец Е.П. Выявление чувствительности колорадского жука к действию инсектицидов с помощью фенов. Фенетика природных популяций. М., 1988.

12. Крюков В.Ю., Леднев Г.Р., Дубовский И.М., Серебров В.В., Левченко М.В., Ходырев В.П., Сагитов А.О., Глупов В.В. Перспективы применения энтомопатогенных гифомицетов (Deuteromycota, Hyphomycetes) для регуляции численности насекомых. Евраз. энтомол. журнал. 2007а;6(2):195-204.

13. Крюков В.Ю., Серебров В.В., Малярчук А.А., Копжасаров Б.П., Мухамадиев Н.С., Орынбаева А.К., Ходырев В.П. Перспективы использования энтомопатогенных гифомицетов (Deuteromycota, Hyphomycetes) против колорадского жука в условиях Юго-Восточного Казахстана. Сиб. вестник с.-х. науки. 2007б;4:52-60.

14. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высш. шк., 1990.

15. Марданшин И.С., Беньковская Г.В., Китаев К.А., Сурина Е.В., Леонтьева Т.Л., Удалов М.Б. Как замедлить процесс возникновения резистентности у колорадского жука к препарату Регент. Защита и карантин растений. 2012;5:14-15.

16. Рославцева С.А. Мониторинг резистентности колорадского жука к инсектицидам. Агрохимия. 2005;2:61-66.

17. Рославцева С.А. Резистентность к инсектицидам в популяциях колорадского жука. Агрохимия. 2009;1:87-92.

18. Рославцева С.А., Диденко Л.Н. Исследования популяций колорадского жука. Агрохимия. 2010;4:80-85.

19. Сурина Е.В., Беньковская Г.В. Микозы в популяциях Leptinotarsa decemlineata Say на территории РБ. Матер. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием «Экология, эволюция и систематика животных». Рязань, 2009.

20. Сурина Е.В., Беньковская Г.В. Некоторые аспекты коадаптации энтомопатогенных грибов и колорадского жука на Южном Урале. В мире научных открытий. 2010;4(1):61-64.

21. Сурина Е.В., Удалов М.Б., Беньковская Г.В. Популяционно-генетические аспекты восприимчивости колорадского жука к микозам на территории Республики Башкортостан. Экология. 2013;3: 204-209.

22. Сухорученко Г.И. Положение с резистентностью вредных видов в растениеводстве России в начале XXI века. Матер. II Всерос. съезда по защите растений. СПб., 2005.

23. Сухорученко Г.И., Долженко В.И., Гончаров Н.Р., Васильева Т.И., Иванов С.Г., Иванова Г.П., Тайманов Ш.И., Зенькевич С.В., Зверев А.А., Белых Е.Б. Технология и методы оценки побочных эффектов от пестицидов. СПб.: ВИЗР, 2006.

24. Сухорученко Г.И., Зильберминц И.В., Кузьмичев А.А. Определение резистентности вредителей сельскохозяйственных культур и зоофагов к пестицидам. М.: ВАСХНИЛ, 1990.

25. Удалов М.Б., Беньковская Г.В. Изменения уровня полиморфизма в популяциях колорадского жука на Южном Урале. Экол. генетика. 2010;8(3):61-66.

26. Alyokhin A., Baker M., Mota-Sanchez D., Dively G., Grafius E. Colorado potato beetle resistance to insecticides. Am. J. Potato Res. 2008;85:395-413.

27. Alyokhin A. Colorado potato beetle management on potatoes: current challenges and future prospects. Fruit, Vegetable and Cereal Sci. and Biotech. 2009;3(1):10-19.

28. Argentine J.A., Clark M.J., Ferro D.N. Computer simulation of insecticide resistance management strategies for control of Colorado potato beetle (Coleoptera: Chrysomelidae). J. Agric. Enlomol. 1994; 11(2):137-155.

29. Baker M.B., Alyokhin A., Porter A.H., Ferro D.N., Dastur S.R., Galal N. Persistence and inheritance of costs of resistance to imidacloprid in Colorado potato beetle. J. Eco. Entomol. 2007;100:1871- 1879.

30. Benkovskaya G.V., Leontieva T.L., Udalov M.B. Colorado beetle resistance to insecticides in South Urals. Res. Pest Man. News. 2009; 19(1):3-4.

31. Benkovskaya G.V., Udalov M.B. Colorado Potato Beetles Investigations in the South Urals. N.Y.: Nova Science Publ., 2011.

32. Clark J.M., Lee S.H., Kim H.J., Yoon K.S., Zhang A. DNA-based genotyping techniques for the detection of point mutation associated with insecticide resistance in Colorado potato beetle Leptinotarsa decemlineata. Pest Man. Sci. 2001;57:968-974.

33. Jiang W.H., Guo W.C., Lu W.P., Shi X.Q., Xionga M.H., Wanga Z.T., Li G.Q. Target site insensitivity mutations in the ACHE and LDVssc1 confer resistance to pyrethroids and carbamates in Leptinotarsa decemlineata in Northern Xinjiang Uygur autonomous region. Pes. Biochem. Physiol. 2011;100(1):74-81.

34. Li A., Yang Y., Wu S., Li C., Wu Y. Investigation of resistance mechanisms to fipronil in diamondback moth (Lepidoptera: Plutellidae). J. Ecol. Entomol. 2006;99(3):914-919.

35. Narahashi T., Zhao X., Ikeda T., Nagata K., Yeh J.Z. Differential actions of insecticides on target sites: basis for selective toxicity. Hum. Exp. Toxicol. 2007;26(4):361-366.

36. Sayyed A.H., Wright D.J. Fipronil resistance in the diamondback moth (Lepidoptera: Plutellidae): Inheritance and number of genes involved. J. Ecol. Entomol. 2004;97(6):2043-2050.

37. Surina E.V., Udalov M.B., Benkovskaya G.V. Population genetic aspects of susceptibility of the Colorado potato beetle to mycopathogens in the Republic of Bashkortostan. Rus. J. Ecology. 2013;44(3): 227-232.

38. Stankovic S., Zabel A., Kostic M., Manojlovic B., Rajkovic S. Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata Say) resistance to organophosphates and carbamates in Serbia. J. Pest. Sci. 2004;77: 11-15.

39. Tabashnik B.E. Modeling and evaluation of resistance management tactics. Pesticide Resistance in Arthropods. Ed. R.T. Roush, B.E. Tabashnik. L.: Chapman and Hall, 1990.

40. Zhang J., Goyer C., Pelletier Y. Environmental stresses induce the expression of putative glycine-rich insect cuticular protein genes in adult Leptinotarsa decemlineata (Say). Insect Mol. Biol. 2008;17(3): 209-216.

41. Zhu Y.K., Lee S.H., Clark J.M. A point mutation of acetylcholinesterase associated with azinphosmethyl resistance and reduced fitness in Colorado potato beetle. Pest. Biochem. Physiol. 1996;55:100-108.

42. Zichova T., Kocourek F., Salava J., Nad’ová K., Stará J. Detection of organophosphate and pyrethroid resistance alleles in Czech Leptinotarsa decemlineata (Coleoptera: Chrysomelidae) populations by molecular methods. Pest. Man. Sci. 2010;66:853-860.