Использование феромонов в защите леса

Феромоны — это биологически активные вещества, продуцируемые и выделяемые во внешнюю среду животными организмами, и вызывающие ответные поведенческие или физиологические реакции у особей этого же вида. Эти вещества, являясь средствами внутрипопуляционной регуляции, играют важную роль в коммуникации многих видов насекомых, например, обеспечивая сближение особей противоположных полов в период размножения, концентрирование насекомых в местах зимовки, или управляя поведением и физиологическими процессами у рабочих особей общественных насекомых. Феромоны известны у животных разных систематических групп, от беспозвоночных до млекопитающих; в настоящее время наиболее подробно изучены феромоны насекомых.

Действие феромонов насекомых, которые используются ими для коммуникации с другими особями своего вида, было обнаружено много веков назад. Пчеловодам издавна было известно, что если при осмотре улья ужалит пчела, то в воздухе чувствуется специфический запах, а вероятность быть ужаленным другими пчёлами значительно увеличивается. Первой же опубликованной работой, в которой были описаны такие пахучие вещества у медоносной пчелы (Apis mellifera L.), является книга Чарльза Батлера «Женская монархия», изданная в Оксфорде в 1609 году.

Термин «феромон» был предложен немецким биохимиком Петером Карлсоном и швейцарским энтомологом Мартином Лютером в 1959 г.; он происходит от двух греческих слов: «pherein» — нести и «horman» — возбуждать, т. е. «переносчик возбуждения».

В 1960 г. американский ученый Мартин Джекобсон и его коллеги определили структуру полового феромона непарного шелкопряда (Lymantria dispar L.) и затем синтезировали его аналог; полученный препарат получил название «гиплюр». В 1962 г., после интенсивных полевых испытаний гиплюра, департамент сельского хозяйства США начал широко использовать полученный феромонный препарат в ловушках для мониторинга непарного шелкопряда.

Источником феромона у насекомых могут быть отдельные секреторные клетки, разбросанные по всему телу насекомого или группы секреторных клеток, образующие специальный орган — феромонную железу. Выводные протоки феромонных желез открываются на поверхности тела, или в полостях, сообщающихся с внешней средой. Нередко у насекомых имеются различные приспособления, обеспечивающие активное выделение феромонов в окружающую среду (разбрызгивание и испарение). По химическому составу феромоны насекомых относятся к разным классам органических соединений, таких как спирты, альдегиды, эфиры, кетоны, лактоны, гетероциклические соединения, амиды, карбоновые кислоты, терпеноиды, стероиды. Как правило, феромон насекомого состоит из смеси веществ: в его состав может входить более 10 компонентов. Молекулы феромонов высоколетучи, быстро разлагаются под действием кислорода воздуха, влаги и света.

У представителей разных отрядов в составе их феромонов преобладают разные группы химических веществ: у термитов — терпеноиды, у равнокрылых, чешуекрылых, двукрылых — эфиры карбоновых кислот, у перепончатокрылых — альдегиды и кетоны.

Феромоны насекомых видоспецифичны — выделенные одними особями, они привлекают особей лишь этого вида. Даже у популяций одного вида насекомых из разных географических зон феромоны могут различаться по соотношению основных и минорных компонентов или присутствию оптических или структурных изомеров одного и того же компонента.

Чаще всего видоспецифичность феромона обусловлена минорными компонентами, роль которых сводится к усилению активности основного компонента своего вида (синергизму) или к ингибированию привлечения другого вида. Минорные компоненты, которые составляют от 1 до 10% от основного компонента феромона, могут быть геометрическими или оптическими изомерами основных компонентов, предшественниками их биосинтеза или родственными структурами, отличающимися функциональными группами, степенью ненасыщенное™.

Известно, что насекомые разных видов способны хорошо различать феромоны своего и чужих видов, в состав которых входят одинаковые химические вещества. Различают они их по соотношению содержания компонентов или их изомеров в феромоне при помощи хеморецепторных сенсилл — особых рецепторов в виде волосков, щетинок или бугорков, находящихся на усиках.

Биологическое назначение феромонов насекомых неодинаково. Их разделяют на половые (способствующие сближению особей противоположных полов в период размножения), агрегационные (обеспечивающие сосредоточение особей обоих полов), следовые, территориальные, феромоны тревоги и др. У общественных насекомых (муравьи, пчелы, термиты и др.) феромоны координируют деятельность всех особей одной семьи, поддерживают ее единство.

Определив химический состав феромона насекомого, можно синтезировать его в лабораторных условиях. Синтетические аналоги половых и агрегационных феромонов используют для защиты растений от вредителей.

Половые и агрегационные феромоны обеспечивают сближение насекомых, первоначально разделенных определенным пространством. На расстоянии феромон является связующей нитью между особями одного вида. Её можно оборвать, используя синтетические аналоги феромонов. Так как синтетические феромоны используются в количествах в тысячи раз превышающие количества, выделяемые живыми насекомыми, они эффективно подавляют химическую коммуникацию вредителей.

Существует два основных способа использования синтетических феромонов против вредных насекомых. Во-первых, синтетические феромоны позволяют фиксировать начало лёта вредителей, получать данные о численности популяции вредителя в агробиоценозе или определять его ареал, то есть осуществлять мониторинг.

Во-вторых, синтетические феромоны используют непосредственно для борьбы с вредителями. Насытив синтетическим феромоном воздух, можно помешать насекомому находить половых партнеров; можно привлечь насекомое с помощью феромона и уничтожить его до того, как оно сможет обнаружить естественный источник феромона. В обоих случаях будет нарушено размножение насекомых.

Впервые применять феромонные препараты для мониторинга вредителей и сигнализации обработок инсектицидами начали ещё в начале 60-х годов XX века. До этого, в 1940;х гг. в США использовали экстракты брюшка самок в ловушках для мониторинга непарного шелкопряда.

Для осуществления феромонного мониторинга используют феромонные ловушки, которые могут иметь разнообразную конструкцию, однако их можно разделить на два основных типа. Первый тип — феромонные клеевые ловушки, которые состоят из трёх основных элементов: корпуса ловушки (обычно изготовленного из ламинированного картона или пластика), клеевого вкладыша, покрытого невысыхающим клеем, на который отлавливаются приманиваемые насекомые, и диспенсера с феромоном.

Ловушки второго типа — бесклеевые — также состоят из корпуса и диспансера, но не имеют клеевого вкладыша, а для отлова насекомых в них используются различного устройства резервуары (приёмники), из которых насекомые не способны выбраться. При помощи этих ловушек можно отлавливать живых особей вредителей. В то же время, некоторые модификации этих ловушек могут комплектоваться инсектицидным вкладышем для умерщвления насекомых.

Для контроля разных видов листоверток (сем. Tortricidae) и горностаевых молей (Yponomeuta spp.) в лесах и лесопарках, а также побеговьюнов (Rhyacionia spp.) на хвойных породах, размещают 1 клеевую ловушку с соответствующим феромонным препаратом на 5—10 га (или на небольшой питомник). Пороговыми значениями, при которых необходимы обработки инсектицидами, в зависимости от вида, считают отлов 10—40 самцов на 1 ловушку за период лёта одного поколения.

Феромонные бесклеевые ловушки широкого используются как для мониторинга, так и для борьбы — методом массового отлова — с вредителями лесных пород. Так, феромонный препарат вертенол используют для мониторинга и борьбы с короедом типографом (Ips tipographus L.), эпоксан-М — для шелкопряда монашенки (Lymantria monacha L.), эпоксан-Н — для непарного шелкопряда и др.

Для отлова жуков короеда типографа, сильно повреждающего ель и некоторые другие хвойные, в лесных насаждениях применяют барьерную ловушку из прозрачного пластика, со снимающимся для очистки сборником для насекомых. Вертенол это синтетический аналог агрегационного феромона вредителя, поэтому в ловушки с ним отлавливаются как самцы, так и самки; в течение всего периода лёта короеда, с конца апреля по август; необходима 1 замена диспенсера с феромоном.

Вертенол — феромонный препарат для мониторинга и борьбы с короедом типографом (Ips typographus L.), он является опасным вредителем ели обыкновенной. Он заселяет также сосну, лиственницу и пихту. Жуки заселяют ослабленные болезнями или повреждённые ураганом деревья, однако во время вспышки массового размножения нападают и на здоровые деревья и могут наносить значительный вред.

Препаративная форма — фольгапленовый диспенсер — представляет собой герметично запаянный пакетик с картонным вкладышем, пропитанным раствором феромона короеда.

При вывешивании в ловушку диспенсер приводится в рабочее состояние — раскрывается, и через внутренний слой пленки происходит испускание привлекающих веществ. Биологическая эффективность диспенсера сохраняется на протяжении 2 месяцев, после чего необходима его замена. Для отлова короеда типографа в течение всего периода лёта (с конца апреля по конец августа) необходимо 2 диспенсера. Срок хранения диспенсера в закрытом виде — 2 года. Для отлова жуков применяется барьерная ловушка из прозрачного пластика, со снимающимся для очистки сборником для насекомых.

Препарат Вертенол выпускается в четырёх препаративных формах: Вертенол БС-1 и БС-3 которые применяются для отлова жуков в ловушки, а Вертенол БС-2 и БС-4 используются для привлечения вредителя на ловчие деревья. Для сигнализации появления короеда и мониторинга динамики его численности размещают 2—4 ловушки на 50 га. Для борьбы с короедом-типографом методом массового отлова размещают 2—4 ловушки на 1 га (препараты БС-1 и БС-3), или 1 диспенсер на ловчее дерево (препараты БС-2 и БС-4).

Метод дезориентации, как самостоятельно разрабатываемый элемент защиты растений, основан на нарушении ольфакторной связи между полами. При разработке метода дезориентации полов решается целый ряд задач, среди которых наиболее важными являются поиск высокоаттрактивных соединений и установление наиболее эффективных дозировок, создание оптимальных диспенсеров и разработка технологии их применения. В настоящий момент, метод дезориентации используется для защиты растений только от ряда вредных насекомых, относящихся к отряду чешуекрылых.

Впервые, идея о том, что феромоны могут использоваться для дезориентации самцов вредителей, была высказана американским химиком Мортоном Бероза в 1960 г. В 1967 г. американский энтомолог Гарри Шори продемонстрировал возможность применения синтетических феромонов методом дезориентации для защиты капусты от совки-металловидки (Trichoplusia ni Hiibner).

Для борьбы с непарным шелкопрядом на лиственных породах в США, ежегодно на общей площади порядка 250 тыс. га, используют особые клейкие хлопья (микрокапсулы), содержащие диспалюр — феромонный препарат непарного шелкопряда. Хлопья имеют размер 1—3 мм, и вносятся в лесные биоценозы путём рассеивания с самолёта. При попадании в крону дерева они прилипают к листьям, и, внесённые в массе, вызывают дезориентацию самцов непарного шелкопряда в течение трёх месяцев.

Применение феромонов методом дезориентации обладает рядом преимуществ, по сравнению с химическим методом защиты от вредителей. Благодаря видоспецифичности феромонных препаратов, они действуют только против целевых видов, не нанося урона полезной энтомофауне. Применение синтетических феромонов также не вызывает развития резистентности у вредных насекомых.