Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 10
1.1 Картофель и его вредители 10
1.2 Морфологические особенности картофельной моли 14
1.3 Инвазия картофельной моли 17
1.4 Краткие сведения по биологии и экологии картофельной моли 22
1.5 Защита картофеля от картофельной моли 26
1.6 Роль устойчивых сортов в интегрированной защите растений 28
1.7 Иммунитет растений к вредителям 31
1.8 Устойчивость картофеля к картофельной моли 42
Глава 2 Материалы и методы 52
2.1 Разведение картофельной моли 59
2.2 Изучение патогенеза клубней при повреждении картофельной молыо 70
2.3 Изучение патогенеза надземных вегетативных органов картофеля при повреждении гусеницами картофельной моли 71
2.4 Морфометрический анализ крахмальных зерен клубней картофеля 72
2.5 Изучение избирательности гусениц картофельной моли 74
2.6 Оценка диких видов картофеля на устойчивость к картофельной моли 75
Глава 3 Поврежденность вегетативных органов картофеля картофельной молыо и факторы ее определяющие 79
3.1 Повреждение надземных вегетативных органов картофеля картофельной молыо 81
3.1.1 Морфо-анатомическое строение наземных вегетативных органов картофеля 82
3.1.2 Онтогенетическая и топическая приуроченность гусениц картофельной моли при питании на листьях картофеля 91
3.1.3 Типы повреждения надземных вегетативных органов картофеля картофельной молью 94
3.1.4 Особенности питания гусениц картофельной моли на листьях картофеля. 108
3.1.5 Структурные особенности листовой пластинки генотипов картофеля, различающихся по поврежденности картофельной молью 115
3.1.6 Патологические нарушения в тканях листа картофеля под воздействием картофельной моли 118
3.2 Повреждение клубней картофеля гусеницами картофельной моли 129
3.2.1 Морфо-анатомическое строение клубня картофеля 130
3.2.2 Особенности заселения клубней картофеля гусеницами картофельной моли 132
3.2.3 Развитие гусениц картофельной моли на клубнях картофеля находящихся на разных этапах онтогенеза 144
3.2.4 Патологические нарушения клеток и клеточных компонентов в зоне повреждения 152
3.2.5 Особенности патогенеза на разных генотипах картофеля 156
Глава 4 Гранулометрический состав запасного крахмала клубней у разных генотипов картофеля 161
4.1 Гранулометрический состав крахмала клубней картофеля 167
4.2 Особенности питания и пищеварения картофельной моли на разных по устойчивости сортах картофеля 174
Глава 5 Иммунологическое изучение диких видов картофеля различного географического происхождения на устойчивость к картофельной моли 185
5.1 Систематика и география диких видов картофеля 186
5.2 Иммунологическая значимость диких видов картофеля южноамериканского и североамериканского происхождения по отношению к картофельной моли 191
5.3 Источники устойчивости 198
Выводы 203
Список литературы 206
Приложение
- Краткие сведения по биологии и экологии картофельной моли
- Изучение патогенеза надземных вегетативных органов картофеля при повреждении гусеницами картофельной моли
- Структурные особенности листовой пластинки генотипов картофеля, различающихся по поврежденности картофельной молью
- Особенности питания и пищеварения картофельной моли на разных по устойчивости сортах картофеля
Введение к работе
Картофель относится к числу важнейших сельскохозяйственных культур разностороннего использования. Как известно картофель является не только ценной продовольственной, но и кормовой и технической культурой. Эту культуру заслуженно называют вторым хлебом и выращивают большинство стран всех континентов. Главным производителем картофеля являются страны Европы, где сложились наиболее благоприятные почвенно-климатические условия для выращивания этой культуры.
В условиях современного сельскохозяйственного производства в связи с нарушениями технологий выращивания картофеля обострилась фитосани-тарная обстановка на его посадках. Среди важнейших лимитирующих факторов получения высоких урожаев картофеля важная роль принадлежит вредителям. В последнее время в южных районах возделывания картофеля существенный вред этой культуре наносит новый для России вид - картофельная моль (Phthorimaea operculella Zeller).
Картофельная моль является исключительно опасным вредителем картофеля, как в полевых условиях, так и в хранилищах, где она непрерывно размножается при благоприятных условиях. В России картофельная моль в настоящее время распространена в Краснодарском крае на посадках пасленовых культур. Значительный вред этот вид наносит картофелю, табаку и овощным пасленовым культурам (Маркосян, 1988; Сикура, Симчук, 1989).
Картофельная моль может быть весьма опасной и в тех районах, где нет условий для ее перезимовки и обитания в природе, поскольку способна развиваться и наносить вред картофелю в картофелехранилищах и пасленовым культурам в теплицах (Власова, Петропавловская, 1984).
При высокой плотности вредителя ранний урожай клубней картофеля, временно хранящийся в поле или под навесом, может быть полностью уничтожен за 2-3 недели (Жимерикин, 1999). Гусеницы этого вредителя переносят резкие колебания температуры и даже при промерзании клубней остаются
жизнеспособными (Шутова, 1970). Отсутствие в онтогенезе картофельной моли диапаузы позволяет ей беспрерывно развиваться в нескольких поколениях при благоприятных для вида температурных условиях и наличии корма (в хранилищах картофеля).
В связи с инвазией картофельной моли по территории России в 80-90 годах прошлого столения была разработана система мероприятий, направленная на выявление, локализацию и ликвидацию очагов этого вредителя, снижение его численности в местах резервации (Сикура, Жимерикин и др., 1983; Шиняева, 1987; Сикура, Симчук, 1989; Перера, 1992; Харченко, 1996 и
ДР-)-
Эта система включала, помимо ряда карантинных мероприятий, применение инсектицидов в очагах заражения, однако проводимые истребительные и карантинные мероприятия не обеспечили снижения численности и вредоносности вредителя (Перера, 1992; Харченко, 1996). Кроме того, картофельная моль, развиваясь в пяти-семи поколениях в год, способна за сравнительно короткий промежуток времени выработать устойчивость к широко применяемым инсектицидам. Так, в 50-х годах была отмечено развитие резистентности моли к ДДТ, а затем - к некоторым фосфорорганическим препаратам (Сикура, Жимерикин и др., 1983).
Поскольку по данным Госкарантина России, в последнее время отмечено значительное расширение ареала картофельной моли на Северном Кавказе (Харченко, 1996; Васютин, 2003) возникает настоятельная необходимость разработки специальных мероприятий для подавления численности и ограничения вредоносности картофельной моли в современных условиях развития сельскохозяйственного производства на юге России.
К числу важнейших факторов сдерживания нарастания численности картофельной моли, локализации ее очагов и снижения вредоносности следует отнести возделывание устойчивых к вредителю сортов картофеля и других пасленовых культур. Использование устойчивых сортов должно рассмат-
риваться, как важнейший элемент современных систем интегрированной защиты растений.
Анализ публикаций, посвященных вредителю в мировой литературе, показывает, что сведения об устойчивости картофеля к картофельной моли фрагментарны и не дают целостного представления о механизмах иммунитета к данному вредителю, что затрудняет селекцию устойчивых форм растений и их отбор для использования системах защиты растений от вредителей. Специальных исследований посвященных этим вопросам не проводилось.
Целью нашей работы являлось выявление факторов устойчивости картофеля к картофельной моли, для разработки методических рекомендаций позволяющих выявить устойчивые формы растений, а также для совершенствования систем защиты растений. В связи с этим в задачу наших исследований входило:
1. Усовершенствовать методы разведения картофельной моли в лабора
торных условиях для проведения иммунологических исследований;
Изучить особенности гостальной, онтогенетической и топической специфичности бабочек и гусениц вредителя;
Изучить характер поврежденности различных генотипов картофеля картофельной молью и определить особенности патогенеза надземных вегетативных органов и клубней при их повреждении гусеницами картофельной моли;
Выявить факторы, определяющие устойчивость картофеля к картофельной моли;
Разработать методы оценки и отбора форм картофеля устойчивых к картофельной моли;
Провести иммунологическое изучение образцов картофеля из Мировой коллекции ВИР и выявить источники устойчивости к картофельной моли;
Научная новизна. В результате изучения взаимоотношений картофельной моли с различными генотипами картофеля впервые выявлены механиз-
мы морфологического и атрептического барьеров конституционального иммунитета, ограничивающие биотический потенциал и вредоносность картофельной моли.
Впервые проведен сравнительный анализ особенностей повреждения надземных вегетативных органов (листьев и стеблей) различных генотипов картофеля гусеницами картофельной моли. Выявлены три основных типа минирования, различающиеся защитно-восстановительной и патологической реактивностью повреждаемых тканей. Обосновано значение в устойчивости к этому вредителю механизмов некротического и репарационного барьеров индуцированного иммунитета, в частности реакции сверхчувствительности. Установлено, что поврежденность клубней картофеля гусеницами картофельной моли определяется особенностями архитектоники, структуры покровных тканей и паренхимы. Впервые проведен сравнительный анализ гранулометрического состава запасного крахмала клубней и обоснован принцип отбора устойчивых образцов картофеля по типу мозаики крахмальных зерен паренхимы клубня.
Впервые проведено иммунологическое изучение диких видов картофеля различного географического происхождения из Мировой коллекции ВИР на устойчивость к картофельной моли. Выделено 16 источников устойчивости. Выявленные источники устойчивости картофеля к картофельной моли вошли в каталог Мировой коллекции ВИР («Устойчивость образцов диких видов картофеля к болезням и вредителям», СПб, 2004, в. 761). Результаты исследований включены в опубликованные «Методы оценки сельскохозяйственных культур на групповую и комплексную устойчивость к вредителям» (СПб, ВИЗР, 2003), «Научно обоснованные параметры конструирования устойчивых к вредителям сортов сельскохозяйственных культур» (СПб, ВИЗР, 2004), «Научно обоснованные параметры конструирования устойчивых к вредителям сортов сельскохозяйственных культур» (М., РАСХН, 2005).
Практическая значимость работы. Разработан комплекс методов изучения устойчивости картофеля к картофельной моли, включающий: метод
лабораторного разведения картофельной моли с учетом карантинного статуса вредителя и методы выявления и оценки устойчивости образцов картофеля к картофельной моли. Выявленные факторы устойчивости картофеля к картофельной моли использованы при разработке концептуальной модели сорта картофеля с групповой устойчивостью. По результатам иммунологического изучения 50 диких видов картофеля Мировой коллекции ВИР выявлены и рекомендованы в качестве источников устойчивости 16 коллекционных образцов.
Апробация работы и публикация результатов исследования. Материалы по диссертационной работе докладывались на Отчетной сессии ВИЗР (2000); на конференции аспирантов и молодых ученых ВИР (СПб, 2001); на XII Съезде РЭО (СПб, 2002); на заседании Координационного совета по проблемам иммунитета растений к болезням и вредителям (СПб, 2003); на 2-ом Всероссийском Съезде по Защите растений (СПб, 2005).
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 1 работа отмечена дипломом РАСХН.
Работа выполнена в лаборатории энтомологии и иммунитета растений к вредителям Всероссийского Института защиты растений РАСХН, под руководством заслуженного деятеля науки РФ, доктора сельскохозяйственных наук, профессора Вилковой Н.А., которой выражаю глубокую и искреннюю благодарность за раскрытие перед автором сложных теоретических и практических вопросов иммунологии, требующих дальнейшего изучения, постоянное внимание и всестороннюю помощь.
Считаю своим приятным долгом выразить большую благодарность, за помощь в освоении методов ботанической гистологии и постоянные консультации ведущему научному сотруднику вышеуказанной лаборатории кандидату сельскохозяйственных наук Л.И. Нефедовой. Выражаю свою признательность за обсуждение научных проблем и большую помощь ст. н. с, кандидату биологических наук В.А. Раздобурдину. Искренне благодарю вед. на-
уч. сотр., кандидата биологических наук Б.П. Асякина, за ценные советы и рекомендации.
Пользуюсь случаем, чтобы отблагодарить всех сотрудников лаборатории иммунитета растений к вредителям за постоянную готовность оказать помощь, а именно: СР. Фасулати, А.Б. Верещагину, О.В. Иванову, Т.П. Приму, О.Г. Большакову.
Все работы с картофельной молью проводились с разрешения Росгоска-рантина и при соблюдении карантинных требований, предъявляемых при проведении научно-исследовательских работ с карантинными объектами. В связи с этим благодарю зам. директора ВНИИКР Я.Б. Мордковича, руководителя карантинной лаборатории Погрангосинспекции по карантину растений по СПб и Лен. области В.А. Нестерова, которому автор выражает особую признательность за внимание и помощь.
Краткие сведения по биологии и экологии картофельной моли
Биологические и экологические особенности картофельной моли ее вредоносность изучали достаточно подробно, особенно за рубежом, что нашло отношение в ряде публикаций (Atherton, 1936; Fenemore, 1978, 1979, 1980, 1988; Traynier, 1975; Foot, 1979; Meisner et al., 1974; Briese 1980; Shelton, Wyman, 1980 и др.), на территории бывшего СССР в степной зоне Крыма (Симчук, Симчук, 1985; Сикура, Симчук, 1985; Кубайчук и др. 1987), в субтропических районах Кавказа (Кожечкин, 1987; Комарова, Маркосян,1984, Маркосян, 1988, 1992), в Херсонской области (Черний и др. 1987, Бакланова, 1990) и др. Появились работы и по биологии картофельной моли в условиях Краснодарского края (Перера, 1992; Харченко, Девяткин, 1995; Харченко, 1996).
К данному времени наиболее подробные сведения о картофельной моли опубликованы в монографии А.И. Сикуры и П.А. Симчук (1989) «Картофельная моль», где обобщены многочисленные литературные данные, а также приведены собственные исследования авторов.
Согласно публикациям, в условиях Краснодарского края на посадках картофеля моль развивается в 4 поколениях в год, зимует взрослая гусеница под растительными остатками в поверхностном слое почвы, без зимней диа-паузы. Жизненный цикл картофельной моли в природе от яйца до выхода имаго длится 22-30 дней (рис.6) (Сикура, Симчук, 1989).
Весной с повышением среднесуточных температур и устойчивой температурой на поверхности почвы 10 С выжившие гусеницы выходят из холодового оцепенения и окукливаются. Отмечено (Черний, и др. 1987; Перера, 1992), что лет бабочек перезимовавшего поколения начинается в первой декаде мая и продолжается до конца октября. Бабочки наиболее активны после захода солнца и на рассвете. В дневное время они обычно располагаются с нижней стороны листьев кормовых растений.
Спаривание происходит через несколько часов после отрождения имаго. Самки способны откладывать яйца и без дополнительного питания, однако дополнительное питание на цветущих нектароносных сорняках увеличивает как продолжительность жизни имаго, так и плодовитость (Fenemore, 1979; Сикура, Симчук, 1989).
Обычно пик откладки яиц приходится на 2-4 день после отрождения имаго (Fenemore, 1977). За это время бабочка успевает найти подходящее место для откладки яиц - место питания будущих гусениц, которые неспособны к дальним миграциям и не могут долго оставаться без пищи. Бабочка может жить до трёх и более недель. Самка откладывает яйца группами или поодиночке на почву рядом с растением, неприкрытые почвой клубни - главным образом в углубления возле глазков (Trayner, 1975). В хранилищах самки откладывают яйца на клубни картофеля, мешки, тару.
Самка способна откладывать в среднем до 160-200 яиц. Экспериментально установлено, что одна самка может отложить яйца на 40 и более клубней картофеля (Черний, и др. 1987). Плодовитость самок во многом зависит от температуры и характера пищи, на которой протекало развитие гусениц.
Эмбриональное развитие длится от 3 до 10 дней. Отродившиеся гусеницы в поисках корма активно передвигаются. Перед внедрением в ткани растения они оплетают себя паутиной.
Гусеницы ведут скрытый образ жизни, минируя листья, стебли и клубни картофеля, листья табака, листья и плоды баклажана и томата и других пасленовых растений. В клубни картофеля гусеницы проникают в основном через глазки и механические повреждения, реже через чечевички.
При оптимальной температуре (26 ОС) гусеница развивается 11 дней, в течении которых она линяет четыре раза. Как и у большинства молей и огневок зимующие гусеницы картофельной моли устойчивы к холоду и могут переносить резкие колебания температуры и даже при промерзании клубней остаются живыми. Необходимо учитывать, что гусеницы находясь в шелковистых камерах-чехликах в растительных остатках, скрыты от прямого воздействия низких температур. В тоже время гусеницы картофельной моли не переносят длительных (свыше 4 месяцев), низких значений положительных температур (2-4 С), что может быть объяснено отсутствием у этого насекомого диапаузы (Сикура, Симчук, 1989). Завершив питание в конце четвертого возраста, большинство гусениц покидают клубни, листья, стебли, и в различных укрытиях (в растительны х остатках, под мусором, на мешках, в щелях полов) сплетают малозаметный кокон, к поверхности которого прикрепляются комочки земли и мусора. Часть гусениц не покидает кормовое растение, а лишь перемещается к поверхности повреждаемого органа или выходят на поверхность растения. В этом случае формирование кокона происходит в конце гусеничного хода, где гусеница образует овальную камеру с внутренней стороны выстланную шелковыми нитями. Через 3-4 дня гусеница превращаются в куколку. При 26 С стадия куколки продолжается 7-8 дней. При заселении вегетирующих наземных органов пасленовых растений гусеницы картофельной моли минируют листья, выедая паренхиму. Экскременты находятся в какой-либо одной части мины (обычно у н ачала). Гусеницы младших возрастов часто делают ходы в центральной жилке дольки листа. После выхода из яиц она проникает под эпидермис листа, а вход закрывает шелковинкой и экскремента ми; в этом месте лист сморщивается, образуются складки. По числу подобных образований легко установить количество питавшихся гусен иц на листе. Гусеницы питаются преимущественно на листьях среднего и нижнего яруса, реже повреждают точку роста растения, проникая в глубь стебля. В стебле создают извилистые ходы, которые иногда спиралеобразно огибают стебель (Шутова, 1970). В конце вегетации, когда происходит интенсивное отмирание ботвы картофеля, гусеницы покидают усыхающие листья и стебли и заселяют находящиеся в почве клубни. Вместе с собранным урожаем вредитель заносится в хранилища. Переработка клубней перед загрузкой на хранение не освобождает их полностью от моли, так как часто отложенные на клубни яйца и внедрившиеся гусеницы младших возрастов остаются незамеченными. В картофелехранилищах вредоносность моли зависит от способов и сроков хранения урожая (Сикура, Симчук,1989). При питании в клубнях гусеницы делают ходы различной конфигурации.
Изучение патогенеза надземных вегетативных органов картофеля при повреждении гусеницами картофельной моли
При изучении листового аппарата картофеля при повреждении гусеницами картофельной моли проводили в модельных опытах, используя при этом методы сканирования и компьютерного анализа результатов исследований.
Объектами исследований служили дикие виды картофеля: S.agrimonifolium, S.berthaultii, S.chacoense, S.dolichostigma, S.gibberulosum, S.kurtzianum, S.latisectum, S.maglia. S.michoacanum x S.jamesii, S.pinnatisectum, S.piuranum, S.polytrichon, и три культурных сорта Симфония, Снегирь, Пе- тербургский. Растения выращивались в теплице ВИЗР в глиняных горшках. Поскольку, картофельная моль карантинный объект для России, растения для заселения вредителем переносились в лабораторию с температурой 24С.
Вышеописанные растения в четырехкратной повторности заселялись, непитавшимися гусеницами (возраст не более 24 часа), с помощью мягкой кисточки, по одной гусенице на лист. На каждое растение сажалось по 5 гусениц на разные ярусы растения.
Через семь дней после заселения листья с минами сканировались на сканере EPSON-2400. С целью измерения площади листа и площади мин, полученные изображения обрабатывались на компьютере с помощью программы AutoCAD-5.0
В основу классификации типов повреждений листьев гусеницами была положена классификация A.M. Герасимова (1952).
Изготовление и анализ гистологических препаратов листьев картофеля проводили по общепринятой методике (Прозина, 1960; Фурст, 1979).
Морфометрический анализ крахмальных зерен в клетках паренхимы клубня проводили на основе методики, разработанной в лаборатории энтомологии и иммунитета растений к вредителям (Вилкова и др., 1990).
С помощью полой металлической трубки диаметром 5 мм брался участок ткани клубня на глубине 5-8 мм в верхней части клубня. Такой способ взятия пробы в достаточной степени дает представление о характере крахмала, и что весьма ценно не губит клубня. Обычно в местах взятия проб быстро образуется раневая перидерма, и клубень вполне годен для посадки.
Затем с помощью препаровальных игл участок ткани измельчался на предметном стекле до высвобождения из клеток крахмальных зерен. Крупные измельченные ткани удалялись пинцетом. Затем крахмальные зерна окрашивались раствором Люголя (J2 в KJ). Зерна при окрашивании приобретали ярко фиолетовую окраску.
На приготовленных препаратах под световым микроскопом производилось измерение крахмальных зерен по наибольшему диаметру согласно разработанной нами классификации. Обнаруженные крахмальные зерна ранжировали на 3 фракции по величине зерен: I фракция - 10 мкм, II фракция -10-30 мкм, III фракция - 30-40 мкм, IV фракция - 40-60 мкм, V фракция - 60 мкм.
При измерении большого количества зерен работа с микроскопом оказывалась непродуктивной, и поэтому мы проводили исследование крахмальных зерен на микрофотографиях, для чего мы изготовляли негативы, что оказалось очень удобно.
При этом микрофотографии для исследований проецировались с помощью фотоувеличителя на предметный столик. Перед съемкой серии препаратов проводилось первоначальное фотографирование шкалы объектмикро-метра. Перед анализом, вставив в магазин фотоувеличителя фотопленку с отснятыми крахмальными зернами, на его предметный столик проецировали используемую линейку объектмикрометра, которую перерисовывали на белый лист бумаги. В последующем на полученную таким образом линейку проецировали последующие кадры фотопленки с заснятыми крахмальными зернами и проводили необходимые замеры.
Процесс замеров, таким образом, значительно упрощался, так как такая линейка (лист бумаги) легко перемещалась по предметному столику фотоувеличителя.
Строение пищевартельной системы гусениц картофельной моли изучали путем вскрытия гусениц in vivo по методу Е.Н. Павловского (1953). Содержимое средней кишки окрашивали стандартным реактивом Люголя.
Структурные особенности листовой пластинки генотипов картофеля, различающихся по поврежденности картофельной молью
Морфо-анатомическое строение листовых пластинок генотипов картофеля, отличающихся по поврежденности картофельной молью представлено на рис. 29. Анализ параметров тканевых структур листьев показал, что толщина листовой пластинки у разных видов колеблется от 146 до 221 мкм, толщина клеток верхнего эпидермиса от 21 до 28 мкм, нижнего от 11 до 19,5 мкм; толщина клеток палисадной паренхимы от 47 до 87 мкм, губчатой от 63 до 95 мкм (табл. 6). Тканевые структуры наиболее развиты у культурных сортов вида S. tuberosum. Средняя толщина листовой пластинки у сорта Симфония составляет 221 мкм, сорта Петербургский 208,5 мкм. По толщине клеток верхнего и нижнего эпидермиса у этих образцов существенных отличий не отмечается. Толщина клеток палисадной паренхимы (на 12,4 мкм) и содержание этой ткани (на 3,6 %) в листе сорта Петербургский ниже, чем у сорта Симфония. Следует отметить, что эти сорта существенно различаются между собой по различным параметрам клеток палисадной ткани — ширине, площади и объему, занимаемыми одной клеткой. Клетки палисадной паренхимы сорта Симфония узкие со слабо обозначенными клеточными стенками. Клетки палисадной паренхимы сорта Петербургский более короткие с довольно хорошо выраженными клеточными оболочками, по ширине и площади, занимаемой одной клеткой, превосходят сорт Симфонию в 1,6-1,7 раза. Отношение объема клеток этой ткани к их поверхности у сорта Петербургский составляет 0,5 у сорта Симфония 0,3.
Согласно Е. Эзау (1980), такие показатели как более высокое отношение объема клеток к их поверхности, компактность структур, более толстые клеточные оболочки, малый объем межклетников и др. являются признаками ксероморфности листьев. Это положение дает основание предполагать, что листовым пластинкам сорта Петербургский по сравнению с сортом Симфония более свойственны ксероморфные признаки.
Выявленные отличия в строении листовых пластинок у культурных сортов S. tuberosum Симфония и Петербургский отмечены и у видов S. maglia, и S. chacoense, в различной степени повреждающихся картофельной молью. Листовая пластинка S. chacoense — вида слабо повреждаемого вредителем, отличается хорошо развитыми, довольно толстыми клетками верхнего (28,2 мкм) и нижнего (19,5 мкм) эпидермиса и палисадной паренхимы (71,8 мкм), что превышает таковые параметры сильно повреждаемого вида S. maglia соответственно на 5,4 мкм, 7,6 мкм и 24,4 мкм. Отношение объема клеток палисадной паренхимы к их площади у вида S. chacoense составляет 0,4, что почти в 2 раза превышает этот показатель у вида S. maglia.
Такие структурные особенности, организации мезофилла листа разных генотипов картофеля, создают неодинаковые условия для питания гусениц картофельной моли. Паренхима листа сорта Симфония и вида S. maglia в большей мере дифференцированна по мезоморфному типу, более легко доступна для питания гусениц, чем сорта Петербургский и вида S. chacoense.
Таким образом, степень развития ксероморфизма в листовых пластинках картофеля может служить одним из факторов, ограничивающим его по-врежденность картофельной молью.
Рассмотрев особенности питания гусениц картофельной моли на листовом аппарате разных генотипов картофеля, показано, что параметрами, ограничивающими его поврежденность вредителем, могут быть: скорость деполимеризации ассимиляционного крахмала, образующегося в результате фотосинтеза и высокий индекс (0,4-0,5) соотношения объема клеток палисадной паренхимы к их площади (табл. 6).
Результаты наших исследований показывают, что внедрение гусениц моли осуществляется с нижней стороны листовой пластинки в зоне краевых участков долек, или в их центральной части в основном вблизи расположения основных жилок. Питание гусениц после внедрения в ткань листа происходит в мезофилле в основном в губчатой паренхиме. Известно (Эзау, 1980), что в этой зоне осуществляется транспорт растворимых углеводов, необходимых для жизнедеятельности насекомого. В дальнейшем минер полностью выедает мезофилл, перегрызает боковые жилки, образуя при этом на листе окольцованные участки — мины различной конфигурации, тем самым, нарушая метаболизм в зоне питания. На неустойчивых генотипах картофеля гусеницы проникают в ткань черешка и стебля, питание на которых приводит к разрушению клеток паренхимы, колленхимы, ситовидных элементов флоэмы, трахей и трахеид, т.е. к гибели листа.
В ходе исследований нами выявлена различная реактивность тканей листового аппарата у генотипов картофеля, отличающихся по степени их поврежденности вредителем. Понятие реактивности означает способность организма определенным образом отвечать на воздействие обычных и патогенных раздражителей (Альперн, 1965) и как полную совокупность местных и общих реакций, возникающих в организме в результате действия патогенного фактора (Маслов, 1947). Воздействие патогенных агентов на растение, по существу, играет роль пусковых механизмов в тканевых преобразованиях, имеющих в большинстве случаев компенсаторно-приспособительный смысл. При многих поражениях растений, в том числе и насекомыми, изменения тканей в начале деструктивны. Затем они приобретают выраженный продуктивный характер и обычно направлены на блокирование и изоляцию вредоносного агента вне зависимости от свойственной ему специфичности в механизме действия.
Как показали наши исследования в патогенезе листового аппарата картофеля под воздействием картофельной моли последовательно происходят реактивные (паранекротические) клеточные изменения, некро-билогические и некротические процессы. Паранекротические реакции сопровождаются потерей поврежденными клетками функциональной активности. Некробиоз представляет собой наличие дегенеративных признаков и отмирание клеток, возникающее в результате невосстановленных нарушений. Все это приводит к полному прекращению их функциональных отправлений и к наступлению некроза.
Особенности питания и пищеварения картофельной моли на разных по устойчивости сортах картофеля
Многочисленные исследования пищеварения у представителей различных групп насекомых-фитофагов (Вилкова, 1979; 1980) легли в основу классификации пищеварительных процессов, свойственных насекомым с различными типами питания. Картофельная моль — насекомое с грызущим ротовым аппаратом. Для вредителей с таким типом питания основные этапы обработки пищевого субстрата (механическая и химическая) проходят внутрикишеч-но. В этом случае механически измельченная и предварительно обработанная в стоматодеуме пищевая масса поступает в среднюю кишку, где подвергается действию пищеварительных ферментов, секретируемых среднекишечным эпителием.
Ферментативный гидролиз - это наиболее существенный этап в деполимеризации пищи. Ферменты, гидролизующие углеводы, представлены различными карбогидразами, действующими в кишечнике ступенчато. В кишечнике гусениц обнаружены среди карбогидрлаз а и б амилазы и инвертаза (Вилкова, 1979, 1980). Показано, что наибольшую активность у гусениц различных видов бабочек проявляет а-амилаза, гидролизирующая 1,4-а-глюкозидные связи.
Гидролиз неразветвленной 1,4-а-глюкозидной цепочки проходит в два этапа: первый - быстрый, приводящий к образованию мальтозы и мальтот-риозы, и второй - значительно более медленный, в течение которого маль-тотриоза превращается в глюкозу и мальтозу. Это конечные продукты, образующиеся в результате амилолиза при гидролизе крахмала. При расщеплении амилопектина, помимо мальтозы и мальтотриозы, образуется смесь разветвленных олигосахаров (декстринов), содержащих, кроме 1,4-гликозидных связей, 1,6 гликозидные связи. Последние расщепляются б-амилазой (Фомина, 1974).
Эффективность кишечного этапа переработки пищи определяется в значительной степени сбалансированностью количества и качества пищевой массы, скоростью поступления пищевой массы и движения вдоль кишки, характеристиками ферментного комплекса и степенью атакуемости основных биополимеров пищи.
Для картофельной моли, как показали наши исследования, как и для всех фитофагов основным источником энергии получаемой из пищи являются углеводы, преимущественно представленные крахмалом клубня, при питании в клубнях. Известно, что потребность насекомых фитофагов в углеводах полностью удовлетворяется при их содержании в тканях растений, достигающей до 40-70 % от общей массы сухой пищи.
Нами проведено изучение иммунологической значимости морфометри-ческого состава крахмальных зерен клубней в процессе питания и пищеварения картофельной моли на примере сортов картофеля, отличающихся по устойчивости к картофельной моли - неустойчивого сорта Николя и устойчивого сорта Свитанок киевский.
Как мы уже показывали в главе III, на рис. 46 отражена различная степень поврежденности и характер распределения ходов гусениц в клубнях указанных сортов. У сорта Свитанок киевский отмечаются единичные ходы в зоне проникновения гусениц около глазков и в паренхиме клубня. Мякоть клубней неустойчивого сорта Николя практически вся повреждена и пронизана многочисленными ходами гусениц.
Из табл. 13 видно, что неустойчивый сорт Николя характеризуется высоким содержанием в клубнях мелких крахмальных зерен (до 40 мкм) при среднем диаметре гранулы - 19 мкм. У сорта Свитанок киевский содержание крупных крахмальных зерен в клубнях достигает 55 %, почти в три раза выше, чем у сорта Николя, при среднем диаметре гранулы - 40 мкм и более, который в два раза превышает размер гранул крахмала клубней сорта Николя.
Методика изучения особенностей питания картофельной моли на контрастных по устойчивости сортах картофеля включала: размножение вредителя, заселение им клубней, определение биологических показателей гусениц после питания, их препарирование, окрашивание содержимого выделенных кишечников реактивом Люголя.
Размножение фитофага, заселение им клубней проводилось по разработанной нами методике описанной выше. Клубни изучаемых сортов раскладывали в стеклянные 1 л. сосуды с широким горлышком на слой опилок, по одному клубню в каждый сосуд. В каждый сосуд с клубнем помещали двух девственных самок и двух самцов картофельной моли. Сосуды затягивали мельничным газом и ставили в термостат с температурой 26 С. Таким образом, заселяли, по шесть клубней каждого сорта.
Через десять дней после заселения вскрывали по два клубня каждого сорта и определяли среднее количество гусениц на один глазок клубня, измеряли ширину головной капсулы и массу тела гусениц.
Еще через двадцать суток подсчитали общее количество насекомых достигших стадии бабочки (в среднем на один клубень). Затем разрезали вдоль клубни и фотографировали.
Препарирование гусениц проводили по методике Е.Н. Павловского (1957). Вскрытие гусениц производилось в физиологическом растворе Ринге-ра, в часовом стекле, дно которого было залито парафином. Гусеница прикалывалась у головы и у заднего конца тела к покрытому толстым слоем парафина дну часового стекла. Разрез делался сплюснутой и остро отточенной иглой по средней линии от заднего конца тела к головной капсуле. Края разрезанных покровных тканей отводились в стороны и закреплялись энтомологическими булавками. Кишечник осторожно отделяли от жирового тела и извлекали на предметное стекло в каплю раствора Люголя, для окрашивания крахмала, содержащегося в кишечнике, и вскрывали. Через 10-15 минут излишки раствора Люголя оттягивали фильтровальной бумагой. Окрашенный кишечник заключали в раствор глицерина с дистиллированной водой в соотношении 3:1. Готовый препарат накрывали покровным стеклом. Содержимое кишечника изучали с использованием микроскопа МБИ-15. Фотоснимки делали с помощь пленочной фотокамеры прилагаемой к микроскопу.
