Применение феромонов в сельском хозяйстве

Феромоны (от греч. "переносчик возбуждения") — это биологические сигнальные вещества, с помощью которых коммуницируют животные одного вида, в частности насекомые-вредители.

Особенность такого "общения" в том, что насекомые не просто обмениваются информацией, но отдают приказы другим особям, вызывая у них специфические поведенческие реакции. Таким образом с помощью синтетических заменителей феромонов аграрии могут добиваться от насекомых желаемого поведения, в частности, ведущего к гибели паразитов. Но несмотря на цели своего применения феромоны нельзя относить к инсектицидам, поскольку они напрямую не убивают насекомых, лишь меняя их поведение. 

Наиболее часто в хозяйствах применяют ловушки с клеевыми поверхностями, которые фиксируют попавших в них насекомых. Также ловушки могут содержать внутри стерилизатор, инсектицид, или благодаря конструкции отлавливать живые особи. Все ловушки содержат диспенсеры — пластинки, капсулы, резиновые кольца, губки или др., в малых количествах выделяющих феромон на протяжении нескольких недель, или месяцев. 

Разнообразие феромонных ловушек и диспенсеров обусловлено тем, что феромоны не сохраняются на обработанных поверхностях. Материал диспенсера должен способствовать пролонгации действия, чтобы вещество выделялось на протяжении всего периода активности паразитов.

Способ действия феромонов

Источник: pubs.rsc.org

Феромоны насекомых — это летучие соединения, они могут относиться к эфирам, альдегидам, спиртам, стероидам и другим классам органических соединений. Они представляют из себя уникальную смесь компонентов (количеством до 10 и более). 

Попадая на антенны целевых особей насекомых летучие вещества адсорбируются. Воспринятый химический сигнал преобразуется в электрический усиливаясь с помощью системы вторичного мессенджера организма. После обработки сигнала насекомое инактивирует феромон выводя его из рецепторных антенн.

По типу реакции феромоны подразделяются на половые, агрегационные, тревожные и феромоны яйцекладки. В сельском хозяйстве как правило используются их синтетические копии. 

Цели применения феромонов аграриями

Среди основных способов использования феромонов в растениеводстве — мониторинг и борьба с насекомыми-вредителями.

Мониторинг карантинных видов

Феромонный мониторинг применяется как в масштабах хозяйства, так и в масштабах страны и даже может быть частью совместных программ государств. Так в США ежегодно порядка 350 тыс феромонных ловушек устанавливается для мониторинга распространения инвазивного вида европейского непарного шелкопряда. Ловушки сигнализируют о вторжениях паразита до того, как популяция получит значительное присутствие в регионе.

Без выполнения феромонного мониторинга между появлением карантинного вредителя и его обнаружением может пройти 3-5 лет. За этот срок популяция инвазивного насекомого многократно увеличивается, что приводит к увеличению причинённого ущерба — потерям урожая, увеличению расходов на борьбу с вредителем. Потенциальный ущерб от миграции видов может иметь социально-экономические последствия для целых стран и регионов.

Обнаружение вредителей 

Внутри хозяйства феромонные ловушки могут использоваться совместно с агрохимикатами. Аграрии определяют степень поражения растений вредителями с помощью ловушек, после чего выбирают нормы внесения и оптимальные сроки для обработки посевов инсектицидами. Это позволяет увеличить эффективность методов защиты растений уменьшив общий объём использованных СЗР.

Для многих видов из всех используемых методов обнаружения насекомых (визуальное обследование, пищевые приманки, световые ловушки) феромонный мониторинг — это наиболее точный метод учёта. Благодаря видовой специфичности сигнала феромонные ловушки позволяют обнаруживать вредителей независимо от численности вида.

Стерилизация, дезориентация и уничтожение насекомых

Помимо обнаружения насекомых-вредителей феромоны применяются для их локализации и массового отлова. Аграриями используется влияние феромонов на внутривидовые взаимодействия особей, в особенности в фазу их размножения. Порядка 70% применяемых в сельском хозяйстве феромонов — это половые феромоны, используемые с целью предотвращения реализации репродуктивного потенциала вредителей. 

Среди наиболее распространённых способов борьбы — массовый отлов самцов и дезориентация насекомых. Распространение в воздухе половых феромонов направляет ложные сигналы и приводит к дезориентации самцов, затрудняя поиск самки. Кроме того, с помощью половых феромонов самцы могут завлекаться в ловушки, содержащие стерилянты. Эффективность стерилизации зависит от численности популяции, в связи с чем, метод может использоваться после применения инсектицидов на выживших насекомых.

Для массового отлова могут использоваться агрегационные феромоны, которые привлекают в ловушки как самцов, так и самок.

Для всех способов применения феромонов характерна обратная зависимость между их эффективностью и численностью популяции. В случае значительного поражения растений вредителями предварительно применяются инсектициды для сокращения их количества.

Применение феромонов на территории Украины в советские времена

История применения феромонов в сельском хозяйстве хоть и небольшая, но богатая на примеры. Она берёт своё начало в 1960 г, когда американский учёный М. Джекобсон и его коллеги определили структуру полового феромона непарного шелкопряда и синтезировали его аналог. После полевых испытаний препарата в 1962 г Департамент сельского хозяйства США начал использовать его в ловушках. Метод получил распространение и в 1979 г на территории США для мониторинга распространения шелкопряда использовалось уже 95 тыс феромонных ловушек.

В Советской Украине феромонные ловушки использовались в том числе для обнаружения карантинных видов насекомых-вредителей. Ещё в 1975 г с помощью синтетических феромонов были выявлены очаги распространения восточной плодожорки.

В 1982–1983 гг в 9 крупных питомниках Молдавии и Украины были обнаружены особи калифорнийской щитовки.

150 тыс феромонных ловушек ежегодно использовалось для обнаружения картофельной моли на территориях Краснодарского края, Украины и Абхазии.

В 1987 г плодоводческие зоны Украины (и других республик) были обследованы на наличие персиковой плодожорки.

Современные исследования феромонов

С тех пор как 60 лет назад был синтезирован первый феромон, количество изученных и синтезированных соединений постоянно увеличивается. Учёные изучают новые способы их применения для увеличения эффективности метода.

Немецкие исследователи изучили воздействие феромона тревоги на морфологические особенности потомства гороховой тли. Как оказалось, тля реагирует на выделение феромона производя крылатое потомство, которое после созревания покидает растение-хозяин. Было также установлено, что тля реагирует на частоту высвобождения феромона, а не фактическое количество. Согласно выводам учёных, поскольку феромоны летучие вещества, с коротким сроком действия, борьба с тлёй будет эффективнее при использовании ловушек обеспечивающих их кратное распространение.

Стартап Pheronym использует феромоны нематод (микроскопических круглых червей, обитающих в почве на глубине до 35 см) для борьбы с вредителями.

Компания проводит испытания препарата NemaStim, который стимулирует полезные нематоды к распространению и уничтожению насекомых, повышая их активность. Эффективность метода по стимулированию уничтожения почвенных насекомых проверяется в полевых испытаниях в ореховых садах Джорджии (против орехового долгоносика), в цитрусовых садах Флориды (цитрусовый долгоносик), в теплицах Израиля (трипсы). 

Второй продукт компании PheroCoat. Он позволяет с помощью феромонов бороться с видами нематод, паразитирующими на растениях. Ежегодно эти организмы приводят к потерям урожая на сумму $157 млрд и служат причиной 12% от мировых потерь урожая. 

Источник: lsuagcenter.com

Паразитирующие нематоды тщательно выбирают растение-хозяин, распространяя сигналы информирующие о его здоровье. Продукт PheroCoat сигнализирует нематодам, что растение уже захвачено множеством нематод. Феромоны сообщают информацию, что растение нездорово и следует выбрать другого хозяина.

Поскольку феромоны нематод растворимы в воде исследуется эффективность метода обработки ими семян при посадке для противодействия паразитическим нематодам на ранних этапах развития растения.

Учёные из независимого исследовательского Института Бойса Томпсона обнаружили, что феромоны круглых червей могут защищать культуры от различных патогенов стимулируя имунную систему растений и уменьшая потери урожая.

Исследователи обрабатывали растения аскарозидным феромоном ascr № 18 использующимся многими видами круглых червей для коммуникации. В испытаниях участвовали растения сои, риса, пшеницы и кукурузы. После обработки культур веществом, оно инфицировалось вирусами, бактериями или грибами. Оказалось, что растения, обработанные ascr № 18, более устойчивы к патогенам по сравнению с необработанными растениями.

В процессе эволюции растения приобрели свойство позволяющее активировать их иммунную систему в ожидании нападения. Таким сигналом для укрепления иммунной системы и служит ascr № 18. Поскольку они укрепляют иммунную систему растений, а не убивают вредителей и патогены, аскарозиды не являются пестицидами. Их использование намного безопаснее многих современных средств для борьбы с вредителями и патогенами.

В настоящий момент открытие коммерциализируется стартапом Ascribe Bioscience.