3.3. Генетический метод

Генетическая регуляция вредных насекомых по праву включается в систему биологического подавления популяций. 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, в то время как остальные процессы жизнедеятельности остаются ненарушенными. Подобные изменения были названы доминантными летальными му­тациями.

Идея же регулирования численности вредных насекомых путем нарушения их генетического кода принадлежит крупнейшему отечественному генетику А. С. Серебровскому. Автор идеи еще в 1939 г. предложил путем транслокации нарушать хромосомный аппарат клетки насекомых. По расчетам автора, выпуск таких насекомых в определенном соотношении с природными популяциями должен привести к снижению численности вредных насекомых и постепенному их вымиранию.

В основу генетического метода борьбы положено насыщение природной популяции вредного организма генетически неполноценными особями того же вида. Недостаточно жизнеспособные или бесплодные особи, полученные путем отбора или воздействия какими-либо факторами, при скрещивании с особями природной популяции вызывают снижение численности и в конечном счете вымирание вредителя. Иными словами, естественное свойство насекомых к воспроизводству потомства используется человеком для самоуничтожения вредителя. Поэтому генетический метод защиты растений называют также автоцидным методом.

Генетические методы многообразны, к ним относятся: лучевая и химическая стерилизация, использование внутривидовой несовместимости, получение получение бездиапаузных популяций и т. д. Рассмотрим основные из них.

3.3.1. Лучевая стерилизация насекомых

Известно, что высокие дозы ионизирующего излучения подавляют процессы жизнедеятельности насекомых и приводят к летальному эффекту, тогда как более низкие вызывают различные изменения в делящихся клетках, в первую очередь в половых. Под влиянием правильно подобранной дозы у насекомых и клещей соматические клетки не страдают, а в половых происходят разрывы хромосом с последующим неправильным срастанием — транслокациями, а также их слипание, приводящие к летальным мутациям.

Эти необратимые генетические изменения при сохранении возможности облученных насекомых к спариванию послужили основой способа лучевой стерилизации насекомых. По расчетам А. С. Серебровского, вследствие транслокаций у насекомых различных отрядов в зависимости от числа хромосом возможна нежизнеспособность яиц: у саранчовых и клопов — 67—99 % популяции, у жуков — 88—99%, у комаров — 43—58 % [39].

Источниками излучения служат радиоактивные изотопы кобальта и цезия, причем активными компонентами являются гамма-лучи, а стандартная стерилизующая доза для насекомых колеблется от 2 до 40 кР. Этим способом получают активных в половом отношении, но стерильных самцов для выпуска в здоровую природную популяцию того же вида насекомого.

Из книги «Химическая и биологическая защита растений» узнаем о первом успешном производственном опыте по выпуску стерилизованных самцов в естественную популяцию мясной мухи (Соchliomyia hominivorax С. Р.), причиняющей большой вред домашним животным, был проведен в 1952 г. на одном из островов площадью 3800 га у побережья Флориды (США) [44]. Мух разводили на среде, состоящей из смеси нежирного мясного фарша, бычьей крови и воды с добавлением формалина. Полученных куколок семидневного возраста обрабатывали гамма-лучами.

После облучения куколок помещали в мешочки из плотной бумаги, заполненные мягкой стружкой – по 130 куколок в каждый. Через несколько часов после отрождения мух их сбрасывали с самолета, пролетающего на высоте 120 м. Мух выпускали 2 раза в неделю по 16 пакетов (200 самцов и 200 самок в каждом) на 1000 га. Численность бесплодных самок в период с апреля по ноябрь составила в первом поколении 68–69%, во втором – 86–88%, в третьем – 100 %. В дальнейшем этот метод борьбы с мясной мухой применили на полуострове Флорида, а затем на континенте.

Затраты на ликвидацию мухи в штате Флорида составили 8 млн. долларов, в штате Техас – 12 млн.; ежегодные убытки от этого вредителя составляли 40 и 100 млн. долларов соответственно. Впоследствии таким же способом были искоренены тропическая дынная муха (Dacus cucurbitae) на островах Тихого океана, средиземноморская плодовая муха (Ceratitis capitata) на Гавайских островах. Из лесных насекомых удачным оказался метод лучевой стерилизации майского хруща (Melolontha melolontha) в долинах Швейцарских Альп. В период дополнительного питания самцов стряхивали с деревьев, стерилизовали рентгеновскими лучами и выпускали в подопытный район на площади 30 га. Таким образом практически вся популяция хруща была искоренена.

В различных странах мира уже выполнено более двух десятков программ по борьбе с вредителями с помощью выпуска стерилизованных насекомых, но лучший эффект получен лишь с мясной мухой. Этот способ обладает преимуществами перед применением химических средств защиты растений, так как он безвреден для человека и животных, искоренение популяции достигается значительно быстрее, не появляется устойчивых особей. Важно и его селективное действие против наиболее вредоносного вида. Этот способ имеет и свои недостатки.

Для успешного искоренения вида требуется непрерывное разведение огромной массы насекомых, что требует больших затрат средств п труда. Массовый выпуск насекомых, вредящих во взрослой фазе, может привести к резкому возрастанию их вредной деятельности. Для защиты зоны, в которой вредитель уничтожен, от остальной части ареала необходимы естественные преграды (море, пустыня, горные хребты) или периодический выпуск стерилизованных популяций вредителя. Наконец, уничтожение одного вида вредителя той или иной культуры часто не решает ее защиты от других вредителей. В этих случаях способ лучевой стерилизации потребуется сочетать с другими методами защиты [32].

3.3.2 Химическая стерилизация насекомых

Хемостерилизация насекомых с помощью химических веществ наименее трудоемка и более выгодна экономически и технически, так как исключает массовое разведение тест-объектов и использование сложного оборудования. При проведении химической стерилизации используют хемостерилянты – химические вещества, уменьшающие или полностью устраняющие способность животных к размножению. Цитологическое действие химической стерилизации сходно с лучевой — здесь также происходят различные необратимые изменения в хромосомах и цитоплазме половых клеток.

Хемостерилянты поглощаются насекомыми с пищей либо проникают через покровы тела. Они оказывают действие не только на половые, но и на соматические клетки. Эти вещества способны вызвать доминантные летальные мутации. При спаривании самцы могут передавать активные вещества самкам и таким образом подавлять развитие яиц. В этом отношении химическая стерилизация обычно менее губительна для насекомых, чем лучевая. Специфическая особенность хемостерилянтов, как и лучевой стерилизации,— их избирательное действие на быстро делящиеся клетки.

В организме взрослого насекомого интенсивное деление клеток происходит в половой системе, эпителии кишечника и в гемолимфе. Различная чувствительность клеток этих органов к хемостерилянтам вызывает неодинаковые последствия для организма в целом. У насекомых с высокой чувствительностью половых клеток и относительно низкой — клеток эпителия и гемолимфы половая стерильность, как правило, не сопровождается высокой токсичностью.

У других разрыв между стерилизующими и токсическими дозами, или так называемый фактор безопасности, невелик и половая стерилизация связана со значительной гибелью подопытных насекомых. Наибольшими величинами фактора безопасности для одних и тех же соединений характеризуются представители отряда двукрылых, несколько меньшими — чешуекрылых и наименьшими — жуки и полужесткокрылые [43].

В качестве хемостерилянтов используют: алкилирующие вещества — вещества из группы этиленимина (тэф, тиотэф, афолат, бусульфан и др.), которые стерилизуют особей обоих полов и по своему действию схожи с ионизирующей радиацией; антиметаболиты (пурины, пиримидины) включаются в синтез генетического материала и лучше стерилизуют самок; различные вещества типа фосфамидов, триазинов, колхицин, соединения бора, цинка, а также определенные аналоги гормонов и некоторые природные соединения [36].

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. 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.

Существенные недостатки хемостерилянтов — их токсичность и возможная канцерогенность для человека и теплокровных животных. При введении этих веществ у животных наблюдался мутагенез, изменение состава крови, в частности снижение числа лейкоцитов, тромбоцитов и другие нежелательные явления. В связи с этим главные задачи исследований — поиск соединений, избирательно действующих только на беспозвоночных, и разработка безопасных для агробиоценоза способов их применения. Используют хемостерилянты в лабораторных условиях, на изолированных участках или специальных приманках.

Подводя итог о генетическом методе, можно сказать, что он является безопасным средством и его активно применяют в ряде стран. Сущностью данного метода является введение в популяцию вредного организма таких особей, которые содержат летальные или несовместимые факторы, в целях уничтожения естественных популяций вредителя с помощью стерильной популяции. Генетические методы разнообразны и для их применения необходимо знать биологию объекта, его характер размножения и многое другое. Из-за больших затрат денежных средств и труда этот способ применяется только на больших территориях при массовой ликвидации вредителей. Наиболее эффективен в сочетании с другими методами борьбы.

Мы изучили основные биологические методы в борьбе с насекомыми: зоологический, бактериальный и генетический. Помимо этого существует еще несколько способов борьбы, которые не выделены в большую группу, но тем не менее могут быть весьма полезны.