Современные тенденции в исследованиях и технологиях применения аттрактантов для мониторинга вредных чешуекрылых
Фитосанитарный мониторинг чешуекрылых является важным элементом интегрированной защиты растений от комплекса вредителей. Появление СПА расширило функции и возможности фитосанитарного мониторинга и благодаря им его рассматривают как целостную систему наблюдений за составом популяций вредных чешуекрылых.
В практике фитосанитарного мониторинга СПА используются в основном для: обнаружения очагов вредных видов и выявления их ареалов; надзора за популяциями вредителей, включая определение уровня плотности и сигнализации сроков проведения истребительных мероприятий; определения уровня численности вредителя и порога вредоносности и на этой основе установления целесообразности проведения защитных мероприятий.
Исследователи применяют СПА для: оценки и мониторинга уровня загрязнения окружающей среды производственными и сельскохозяйственными поллютантами; обнаружения очагов массового размножения вредных чешуекрылых и мониторинга границ ареалов наиболее опасных фитофагов; анализа аномальных явлений динамики численности вредных чешуекрылых (депрессии, миграции); определения роли экологических факторов в динамике численности ночных чешуекрылых с преобладанием феромонного типа коммуникации.
Следует заметить, что ловушки, феромонные материалы и технологии их применения могут сильно отличаться в зависимости от семейства, к которому принадлежат целевые вредные чешуекрылые, и требуют специальных исследований.
Цель данной работы — анализ научных публикаций по тенденциям в исследованиях и применении аттрактантов фитофагов для мониторинга на примере вредных чешуекрылых плодового сада.
Материалы и методы исследования
Обзор тенденций в исследованиях и технологиях применения аттрактантов для мониторинга вредных чешуекрылых выполнен на основе изучения научных трудов ведущих отечественных и зарубежных ученых последних лет.
Были проанализированы 55 научных источников, посвященных мониторингу в основном чешуекрылых насекомых — вредителей плодового сада. Использовали научные публикации в рекомендованных Высшей аттестационной комиссией (ВАК) рецензируемых изданиях, индексируемых в библиографических базах Russian Science Citation Index (RSCI) для русскоязычных материалов и Scopus и Web of Science (WoS) для зарубежных изданий, а также в продолжающихся непериодических изданиях, опубликованных в Российской Федерации и других странах преимущественно за последнее 5–10 лет.
Поиск трудов проводили в библиографических базах на сайтах Научной электронной библиотеки eLIBRARY (https://elibrary.ru), Google Академии (https://scholar.google.com) и в реестре цифровых идентификаторов объектов (DOI) Crossref (https://crossref.org) с использованием ключевых слов, соответствующих теме обзора. В первую очередь рассматривали научные труды с оригинальными экспериментальными данными, затем отбирали наиболее цитируемые и актуальные работы, после чего проводили анализ каждой из них. В ходе анализа в ряде случаев выявлены и описаны альтернативные точки зрения авторов.
Результаты и обсуждение
В последние годы использование феромонных материалов позволяло оперативно оценивать динамику численности вредителей, сокращать объем химических обработок и предотвращать новые вспышки численности (например, в Московской области и Краснодарском крае).
Феромонные ловушки способствовали точному определению начала лёта и уровню численности яблонной плодожорки Cydia pomonella L., что значительно снижало количество обработок или вообще приводило к отказу от них при низкой численности фитофага.
Долгосрочное применение феромонов в условиях влажных субтропиков России позволяло не только снизить поврежденность плодов косточковых культур плодожорками (Lepidoptera: Tortricidae) в 3–6 раз, но и уменьшить себестоимость продукции в 2,2 раза по сравнению с контролем. Подобные исследования в Бразилии показали, что использование ловушек с СПА цитрусовой огневки Gymnandrosoma aurantianum Lima 1927 позволили производителям в течение 12 лет предотвратить совокупные потери цитрусовых культур в размере от 132,7 млн долл. до 1,32 млрд долл. валового дохода.
Феромонные ловушки использовали в качестве надежного и эффективного средства для мониторинга таких карантинных видов, как яблонная плодожорка в Китае и маньчжурская плодожорка (Grapholita inopinata Hein) в России.
Применение СПА позволяло проводить оценку продуктивности плодовых культур, качества плодов и восприимчивости сортов и гибридов к фитофагам. Феромонный мониторинг доказывает наличие сложных взаимосвязей между погодными условиями и поведением вредных чешуекрылых (в частности, среднесуточной температуры воздуха и количеством выпавших осадков). Необычным для практики является использование СПА для мониторинга платяной (Tineola bisselliella Hum.) и шубной (Tinea pellionella L.) молей в музейных фондах.
В 2000-х годах считалось, что с распадом Советского Союза научная работа по изучению и синтезу новых СПА практически прекратилась и велась немногочисленными энтузиастами в научно-исследовательских институтах. Вследствие этого в эти годы организациям приходилось завозить феромоны зарубежного производства без гарантий качества и с высокой стоимостью (до 2000–2500 руб. за ловушку).
В последнее время российские фирмы, главным образом АО «Щёлково-Агрохим» и Всероссийский центр карантина растений (ВНИИКР), производили и передавали на испытания СПА собственного производства другим организациям (рис. 1, 2).
Наиболее активно испытания проводили в Российском государственном аграрном университете — Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева, Федеральном научном центре биологической защиты растений, ВНИИКР, Всероссийском научно-исследовательском институте защиты растений (ВИЗР).
Сравнительная характеристика феромонных ловушек российских фирм-производителей приведена в таблице 1.
В последние годы проводили исследования нестандартных типов ловушек (отличных от классических, состоящих из корпуса, клеевого вкладыша и диспенсера с СПА), например светоферомонных, а также факторов, влияющих на отлов феромонными ловушками самцов целевых видов, чему есть ряд примеров. Так, ловушки цилиндрической формы отлавливали на 60–65% особей яблонной плодожорки больше по сравнению с общепринятой дельтовидной.
В Венгрии установлена отрицательная взаимосвязь между концентрацией газов-поллютантов и отловом самцов вредных чешуекрылых в феромонные ловушки. Эксперименты с отловом томатной моли Tuta absoluta (Meyrick) (Lepidoptera: Gelechiidae) в Пакистане показали влияние цвета ловушек на отлов (в частности, наибольшее количество самцов было отловлено в ловушки золотистого цвета, тогда как в красных ловушках отмечался наименьший отлов самцов).
Вместе с тем существуют примеры отсутствия влияния некоторых факторов на отлов бабочек. Например, рекомендованное ранее размещение ловушек с южной стороны кроны яблонь увеличило отлов яблонной плодожорки, но различия были статистически недостоверными с их размещением с северной, западной и восточной сторон.
Свет, исходящий от Луны, не влиял на активность лёта вредных чешуекрылых, но при высокой степени поляризации световых лучей уловы ловушек могли увеличиться. Ловушки, расположенные на вершине деревьев (3–5 м), не имели преимуществ по сравнению с ловушками, которые были вывешены на уровне глаз человека (1,6–2,0 м), что доказано для различных их конструкций.
В настоящее время проводятся исследования по совершенствованию феромонного мониторинга в нескольких направлениях, одним из которых является комбинация разных аттрактивных компонентов. В частности, одновременное использование диспенсеров с различными СПА или соединение в одном носителе нескольких компонентов СПА разных видов плодожорок позволяло достичь 98%-ной эффективности, что обеспечивало усовершенствование мониторинга и защиту сельскохозяйственной продукции на протяжении всего вегетационного периода.
В России разрабатывается универсальный СПА, который эффективно привлекает вредные виды совок (Lepidoptera: Noctuidae) и жуков-щелкунов (Coleoptera: Elateridae), однако во всех работах отмечается большая доля отлова нецелевых видов при использовании подобных препаратов. Впрочем, Прети и соавт. в 2020 г. успешно апробировали СПА, состоящие из комбинации половых феромонов восточной и яблонной плодожорок для отлова первой, при этом установлено, что нецелевой вид Apis mellifera L. слабо привлекался данным препаратом.
В некоторых странах, например в Китае, продолжаются исследования по разработке новых материалов и типов диспенсеров для контролируемого высвобождения СПА. В частности, использование нановолокон, состоящих из смеси полиэтиленгликоля и поликапролактона, позволило в провинции Шаньси обеспечить долгосрочное и равномерное испарение аттрактантов и снизить их расход за 90 дней на 50% при практически такой же биологической эффективности по сравнению с классическими резиновыми капсулами. Среди других иностранных разработок интерес вызывают применение гидрогелей и микрокапсул в качестве носителя феромонного препарата и покрытие диспенсера полимерной пленкой.
В России далеко продвинулось в создании новых носителей СПА АО «Щёлково-Агрохим», которое разработало принципиально новую форму — фольгапленовые диспенсеры (рис. 3).
В последние два десятилетия они стали считаться перспективными диспенсерами для проведения феромонного мониторинга в плодовых насаждениях благодаря стабильной эмиссии СПА и сохранению биологической эффективности на протяжении всего времени лёта вредных чешуекрылых. Фольгапленовые диспенсеры так же эффективно, как и резиновая капсула, привлекали самцов целевых видов, при этом не требовали замены и могли применяться в инсектицидно-феромонных композициях, что позволяло существенно снизить затраты труда на обслуживание ловушек. Однако в более позднем исследовании авторов в 2011 г. была показана ограниченность применения фольгапленовых диспенсеров для мониторинга самцов сливовой плодожорки (Grapholitha funebrana Tr.).
Разработкой последних лет АО «Щёлково-Агрохим» является применение в качестве носителей СПА для мониторинга вредных чешуекрылых металлических трубок, полевые испытания которых проводятся на данный момент в ВИЗР.
Совместное применение СПА с другими методами мониторинга позволяет повысить эффективность его проведения. Так, использование феромонных ловушек с ловчими поясами обеспечило синхронный мониторинг имаго, гусениц и куколок яблонной плодожорки, что позволило определить сроки развития каждого поколения вредителя и даты проведения защитных мероприятий.
По мнению ряда авторов, перспективы мониторинга с использованием семиохемиков включают в себя: внедрение и использование полностью автоматизированной системы мониторинга в агробиоценозе для выявления и целенаправленной обработки очагов вредных чешуекрылых; оценку надежности новейших аттрактантов для самок и обоих полов в целях более точной сигнализации сроков откладки яиц и отрождения гусениц; оценку автоматических ловушек в сравнении с ручным подсчетом бабочек в садах; компьютерное определение вида и пола отловленного чешуекрылого; обнаружение новых обонятельных рецепторов, белков, связывающих феромон, и механизмов трансдукции химического сигнала, участвующего в феромонной коммуникации.
На данный момент опубликованы положительные результаты практически по всем из вышеназванных направлений. Например, канадские ученые Дин и Тейлор представили клеевую ловушку для автоматического обнаружения бабочек, которая содержала феромонную приманку для привлечения целевых насекомых. Цифровые изображения получали с мертвых и живых насекомых в фиксированный момент времени ежедневно, которые затем передавались на удаленный сервер. В статье показана возможность обучить сверхточную нейронную сеть для идентификации самцов яблонной плодожорки.
В России исследования с применением систем искусственного интеллекта на основе нейросетей проводились Алейниковой и др., которые показали точность на уровне 98,6% при уменьшении затрат по времени в зависимости от численности бабочек в 10–40 раз.
Системы подсчета количества отловленных имаго позволяют установить динамику лёта в популяции, имеют относительно недорогую стоимость (примерно 33 долл. США), распространяются по открытой лицензии и имеют потенциал для масштабирования через технологию «интернет вещей» (сети передачи данных между физическими объектами), что было показано в исследовании Шрадера и соавт. в 2022 г. Подобная система была разработана для гроздевой листовертки Lobesia botrana Denis & Schiff. в Турции, однако она является более громоздкой и менее портативной, поскольку в качестве источника питания камеры и GPRS-трекера в ней использовались солнечные батареи. При этом китайские испытания СПА показали высокую значимость минорных компонентов феромонов чешуекрылых в разработке данных систем, особенно основанных на отлове конкретных вредных видов.
Проблемой применения подобных ловушек, по мнению Прети и соавт., являются завышенные подсчеты имаго целевых видов из-за схожих по размеру бабочек, что решается внедрением более совершенных алгоритмов идентификации изображений.
В США и Китае прорабатываются методы совместного использования синтетических аттрактантов с растительными компонентами, которые способны привлекать не только самцов, но и самок. Однако подобные смеси имеют существенный недостаток: они были менее эффективны в садах с большой площадью посадок косточковых культур и с обилием сорной растительности.
Привлечение самок может достигаться и с использованием пищевых аттрактантов, что в совместном чилийско-американском исследовании обеспечило в среднем четырехдневное улучшение прогноза отрождения гусениц яблонной плодожорки по сравнению с традиционными половыми аттрактантами (для самцов), но отличие было статистически несущественным.
Наконец, нельзя не сказать и о возможности безловушечного феромонного мониторинга вредных чешуекрылых. Физико-химическое обоснование такого приема описано Ф.Н. Томилиным.
В перспективе не исключено создание интеллектуальной биосенсорной системы дистанционного обнаружения массового размножения насекомых по концентрации в воздухе их феромонов.
Выводы
Анализ литературных данных последних лет показал прогресс в исследованиях и технологиях применения аттрактантов для целей фитосанитарного мониторинга вредных чешуекрылых.
В мировой практике основными направлениями исследований являются: разработка новых материалов и диспенсеров СПА; выявление факторов, влияющих на отлов феромонными ловушками самцов целевых видов; создание комбинаций половых аттрактантов с другими типами феромонов; внедрение автоматизированных систем мониторинга и подсчета отловленных насекомых в ловушках.
В России большая часть исследований направлена на разработку и испытания собственных СПА (многокомпонентных и универсальных) и носителей феромонов (фольгапленовые пластины и металлические трубки).
Перспективы применения аттрактантов могут быть связаны с внедрением автоматизированного феромонного мониторинга с использованием систем искусственного интеллекта и безловушечных методов проведения мониторинга вредных чешуекрылых.
Об авторах
Роман Сергеевич Крохалев, аспирант
krs0502@gmail.com https://orcid.org/0009-0000-9637-8750
Игорь Яковлевич Гричанов, доктор биологических наук, главный научный сотрудник
grichanov@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-6367-836X
Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, шоссе Подбельского, 3, Пушкин, Санкт-Петербург, 196608, Россия
УДК 632.936.2
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-400-11-122-130
Просмотров: 211
