На правах рукописи

БАХВАЛОВ

Станислав Андреевич

Влияние взаимоотношений в системе растение-насекомое-паразит

на развитие и популяционную динамику насекомых

03.00.09 – энтомология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Новосибирск – 2008
Работа выполнена в Институте систематики и экологии животных Сибирского отделения Российской академии наук

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

Глупов Виктор Вячеславович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Колтунов Евгений Владимирович, Бот. сад УНЦ РАН

доктор биологических наук, профессор

Ермакова Надежда Ивановна, НГАСУ

доктор биологических наук

Баркалов Анатолий Васильевич, ИСиЭЖ СО РАН.
Ведущая организация – Всероссийский институт защиты растений, г. С.-Петербург.

Защита состоится « 11 » ноября 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.033.01 при Институте систематики и экологии животных СО РАН по адресу: 630 091, Новосибирск, ул. Фрунзе, 11. Факс: (383) 2170973; e-mail: [email protected].

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систематики и экологии животных СО РАН.

Автореферат разослан « » сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук Л.В. Петрожицкая
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди многообразия взаимоотношений между растениями и насекомыми важное место занимает фитофагия. В результате коэволюции как у насекомых, так и у растений формируются различные адаптационные механизмы (анатомические, физиологические, экологические и др.), определяющие устойчивое существование системы растение-фитофаг. Вполне закономерно, что изменение состояния одного из звеньев этой системы отразится на другом. А это может приводить к изменению реакций на различные факторы внешней среды.

Исследования взаимоотношений между кормовыми растениями, насекомыми и их паразитами позволили сформулировать концепцию трехкомпонентной системы или системы триотрофа ”растение – насекомое – паразит”, которая подразумевает комплексные взаимоотношения между кормовым растением, насекомым-фитофагом и его естественными врагами, в первую очередь патогенами и паразитоидами [Вилкова, 1979].

Многочисленные исследования, начиная с работ Р. Пайтнера [1953], свидетельствуют, что качественные показатели кормовых растений (содержание первичных и вторичных метаболитов) оказывают существенное влияние на насекомых-потребителей, определяя их функциональное состояние и динамику численности. Тем не менее, многие годы роли качества корма в жизнеспособности и популяционной динамике фитофагов уделялось мало внимания хотя некоторые авторы отводили качеству корма решающее значение в популяционной динамике насекомых [Руднев, 1962]. Только в конце прошлого столетия огромное количество работ, посвященных взаимосвязи насекомых-фитофагов и растений, позволили признать существенную роль качества корма в жизнеспособности и динамике численности насекомых. Кроме того, имеется большое количество исследований, свидетельствующих о тесной взаимосвязи жизнеспособности насекомых и поражающих их паразитов, т. е. существует опосредованное влияние кормового растения на паразитов насекомых [Hayashiya et al., 1968; Вилкова, 1979; Felton, Duffey, 1990; Forschler et al., 1992; Hoover et al., 1998b; Stout et al., 2006]. Однако остается малоизученным вопрос о взаимоотношениях в системе насекомое - паразит на клеточном и организменном уровнях и влияние на них кормового фактора. Практически, отсутствуют исследования систем триотрофа, в которых в качестве паразитов выступают вирусы [Boots, 2000]. Известно, что энтомопатогенные вирусы играют важную роль в динамике численности многих видов насекомых, и поэтому на их основе создано большое число биопрепаратов для контроля численности фитофагов. Почти не исследована связь латентных вирусных инфекций насекомых с трофическим фактором. Между тем эти инфекции широко распространены среди насекомых и отмеченная выше важная роль энтомопатогенных вирусов в динамике численности насекомых тесно связана с этими инфекциями [Aruga, 1963; Andrews, 1966; Smith, 1967; Krieg, 1973; Воробьева, 1976; Карпов, 1979; Podgwaite, Mazzone, 1986; Wood et al., 1988].

До настоящего времени практически не исследовался вопрос о влиянии дефолиации растений, и условий их роста, на пораженность насекомых-фитофагов различными инфекциями и паразитоидами. Особенно важны такие исследования в популяциях растений в естественных экосистемах, например в лесных древостоях. Хотя проведено множество исследований по изучению реакции насекомых на экспериментальную и естественную дефолиацию кормовых растений, однозначных ответов на многие вопросы, связанные с этой реакцией не существует [Battisti, 1988; Haukioja, 1991; Watt et al., 1991; Shapiro et al., 1994; Dillon, Charnley, 1995; Meade et al., 1995; Gaylord et al., 1996; Harrison, 1997; McMillin, Wagner, 1997; Zvereva et al., 1997; Kaitaniemi et al., 1998; Moran, 1998; Crone, Jones, 1999; Ossipov et al., 2001; Osier, Lindroth, 2001; Haukioja, 2003]. В частности, остается неизвестным есть ли различия в реакции насекомых на искусственную и естественную дефолиацию, на каком уровне повреждений листвы выявляются изменения в содержании защитных химических соединений в растениях и как это отражается на фитофагах. Кроме того, во многих публикациях авторы приводят диаметрально противоположные данные по тому или иному вопросу, относящемуся к этой проблеме.

Изучение закономерностей взаимоотношений в системе: ”растение-насекомое-паразит” имеет большое значение для разработки стратегии и тактики управления численностью насекомых в природных и искусственных экосистемах (агроценозах). В частности, при использовании энтомопатогенных вирусных препаратов для защиты естественных и искусственных лесонасаждений. Как показывают исследования, существенные трудности, возникающие при использовании этих препаратов, зачастую связаны с игнорированием закономерностей взаимосвязи и взаимообусловленности функционирования трехкомпонентной системы “растение-насекомое-паразит” [Бахвалов, 2001; 2002; 2005; Мартемьянов, Бахвалов, 2007]. Дальнейший прогресс в использовании биопрепаратов и, в частности, вирусных препаратов против насекомых, возможен только с учетом этих закономерностей, предполагающих разработку новой стратегии применения подобных биопрепаратов. Весьма перспективным в этом направлении представляется введение в состав биопрепаратов вторичных метаболитов растений (аллелохемиков), которые могут подавлять ферментные системы кишечника насекомых, способствуя тем самым повышению эффективности действия патогенов, на основе которых произведены биопрепараты [Бахвалов и др. 2005].

Целью настоящего исследования было изучение взаимоотношений в системе: «растение-насекомое-паразит» и их влияние на развитие и популяционную динамику насекомых.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать влияние кормовых растений на чувствительность насекомых к вирусной инфекции.

2. Изучить влияние лесорастительных условий и поврежденности листвы кормовых растений на сопряженную популяционную динамику непарного шелкопряда (Lymantria dispar L.), шелкопряда-монашенки (Lymantria monacha L.), рыжего соснового пилильщика (Neodiprion sertifer Geoffr.) и их паразитов (вирусов и паразитоидов).

3. Исследовать сопряженную изменчивость генетической структуры вируса ядерного полиэдроза в популяциях непарного шелкопряда на различных фазах вспышки массового размножения насекомого и различных уровнях дефолиации кормовых растений.

4. Изучить влияние дефолиации кормовых растений на основные показатели жизнеспособности насекомых.

5. Изучить влияние дефолиации кормового растения на состояние ферментных систем кишечника непарного шелкопряда, оказывающих влияние на резистентность насекомых к паразитам.

6. Исследовать содержание и динамику вторичных метаболитов в листве дефолиированных растений и их влияние на развитие насекомых.

7. Провести анализ эффективности вирусных препаратов против лесных насекомых и исследовать возможность создания новых энтомопатогенных биопрепаратов и стратегии их применения на основе вирусов и вторичных метаболитов растений.

Положения, которые выносятся на защиту:

1. Дефолиация кормовых растений и лесорастительные условия оказывают существенное влияние на развитие и сопряженную популяционную динамику непарного шелкопряда, шелкопряда-монашенки, рыжего соснового пилильщика и их паразитов – вирусов и паразитоидов.

2. Вид кормового растения и степень дефолиации его листвы оказывают влияние на чувствительность насекомых к вирусной инфекции.

3. Замедленная индуцированная резистентность, формирующаяся в ответ на дефолиацию березы повислой, сопровождается количественными изменениями состава вторичных метаболитов в листьях, вызывает изменения в гемограмме, активности ряда ферментных систем, ответственных за резистентность к патогенам и основных показателях жизнеспособности непарного шелкопряда.

4. Генетическая структура вируса ядерного полиэдроза и чувствительность непарного шелкопряда к вирусу связаны с фазами вспышки массового размножения этого насекомого и уровнем дефолиации растений.

5. Использование вирусных препаратов против лесных насекомых может быть более эффективным путем создания энтомопатогенных биопрепаратов на основе вирусов и аллелохемиков растений и новой стратегией их применения.

Научная новизна:

1. Впервые проведен комплексный анализ проблемы взаимоотношений в системе: «растение - насекомое – паразит» на примере лесных филлофагов и их паразитах.

2. Показано, что дефолиация кормовых растений и лесорастительные условия оказывают существенное влияние на сопряженную динамику насекомых и поражающих их паразитов.

3. Получены доказательства сопряженной изменчивости геномов ВЯП и чувствительности непарного шелкопряда к вирусу, обусловленной фазами вспышки массового размножения насекомого с различными показателями дефолиации кормовых растений. После достижения популяцией насекомых максимальной численности отмечается увеличение их чувствительности к вирусу и одновременно снижается гибридизационная активность штаммов ВЯП, что является следствием роста генетического полиморфизма вируса.

4. Впервые исследована реакция непарного шелкопряда на экспериментальную и естественную дефолиацию березы повислой, основного кормового растения насекомого в Западной Сибири. Установлено, что 75-100%-я дефолиация березы значительно отражается на основных показателях жизнеспособности шелкопряда: смертности в ювенильных фазах развития, плодовитости, соотношении полов и коэффициенте размножения.

5. Изучено состояние детоксицирующей и антиоксидантной систем средней кишки гусениц непарного шелкопряда, развивающихся на листьях интактных и поврежденных деревьев. Выявлены изменения в активности ряда ферментных систем в кишечнике насекомых при их развитии на листве поврежденных растений.

6. Показано, что дефолиация березы сопровождается количественными изменениями состава вторичных метаболитов, в первую очередь фенольных соединений в листьях.

7. Проведен анализ возможности использования закономерностей взаимоотношений в системе: «растение-насекомое-вирус» для управления численностью насекомых. Современная ситуация с использованием вирусных препаратов против лесных насекомых может быть радикально улучшена путем создания комплексных энтомопатогенных биопрепаратов на основе вирусов и аллелохемиков растений и разработки новой стратегии их применения.

Практическая значимость работы. Тесная взаимосвязь и взаимообусловленность динамики компонентов трофической цепи: «растение – насекомое – паразит», выявленные в исследованиях, позволяют внести коррективы в современные подходы к созданию биопрепаратов, в частности вирусных, и стратегии их применения. Оригинальные результаты исследований о влиянии качества корма на развитие и популяционную динамику насекомых показывают, что существенное повышение эффективности вирусных биопрепаратов против насекомых может быть получено при введении в их состав вторичных метаболитов растений (аллелохемиков). Повреждение растений филлофагами вызывает увеличение количества аллелохемиков в листьях, что способствуют развитию индуцированной энтоморезистентности растений. Введение аллелохемиков в состав биопрепаратов может увеличивать их эффективность на 20-25%. Кроме того, можно утверждать, что применяемая сейчас стратегия использования вирусных препаратов для подавления численности лесных насекомых должна быть изменена. Сущность ее изменений заключается в дифференцированном подходе к применению вирусных препаратов в очагах, находящихся на различных фазах вспышки массового размножения. Необходим переход к проведению защитных мероприятий против лесных насекомых на начальной фазе вспышки массового размножения. Это потребует увеличения количества биопрепарата на единицу площади насаждений не менее, чем в 10 раз, однако за счет значительно меньших объемов обработок по площадям его расход будет также меньшим. По сути речь идет о замене стратегии управления численностью массовых видов насекомых, предусматривающей подавление развившихся очагов вредителей, стратегией предупреждения их развития.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации были доложены на Всесоюзной межвузовской конференции по ветеринарной вирусологии (Москва. 1973), на Всесоюзной конференции по микробиологическим методам защиты растений (Кишинев, 1976), на 3-й Всесоюзной конференции по аэрозолям (Москва, 1977), на Международном коллоквиуме по патологии беспозвоночных (Прага, 1978), на 7-й научной конференции молодых ученых (Новосибирск, 1983), на VI совещании энтомологов Сибири (Новосибирск, 1985), на Всесоюзной научно-практической конференции ‘Достижения науки и передового опыта защиты леса от вредителей и болезней” (Пушкино, 1987), на Всесоюзной научной конференции “ Энтомопатогенные вирусы и их роль в защите растений”, на отраслевом совещании ‘Биологические и технологические проблемы создания вирусных препаратов для интегрированной защиты растений” (Новосибирск, 1989), на международном симпозиуме по биологической и интегрированной борьбе с вредителями в лесных биоценозах (Боржоми, 1989), на Российской аэрозольной конференции (Москва, 1993), на международной научно-практической конференции “Производство и применение биологических средств защиты растений от вредителей и болезней”(Одесса, 1994), на Всероссийском научно-производственном совещании по экологически безопасным и беспестицидным технологиям получения растительноводческой продукции (Краснодар, 1994), на 8-м международном конгрессе по химии пестицидов (Вашингтон, 1994), на Всероссийском съезде по защите растений (Санкт-Петербург, 1995), на XIII международном конгрессе по защите растений (Гаага, 1995), на второй научной конференции Новосибирского отделения Паразитологического общества РАН “Паразиты и вызываемые ими болезни в Сибири” (Новосибирск, 1997), на XI Съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург, 1997), на конференции "Беспозвоночные животные Южного Зауралья и сопредельных территорий" (Курган, 1998), на международном симпозиуме “Биологическая и интегрированная защита леса” (Пушкино, 1998), на научно-производственной конференции “Порименение биологических препаратов для защиты лесных насаждений” (Бердск, 1998), на международном симпозиуме “Сохранение и защита горных лесов” (Ош, 1999), на научно-практической конференции “Защита лесов России и перспективы ее развития” (Пушкино, 1999), на международном симпозиуме “Biodiversity and dynamics of ecosystems in North Eurasia” (Novosibirsk, 2000), на Первом и Втором межрегиональных семинарах по мониторингу и защите леса (Красноярск, 2000; 2001), на международном семинаре “Basic science jn ISTC activities”(Новосибирск, 2001), на “ 5-th Korea-Russia international symposiumon science and technology” (Томск, 2001), на конференции, посвященной 90-летию со дня рождения А.А.Ляпунова (Новосибирск, 2001), на “XI International Conference IBFRA Workshop GOFC (Krasnoyarsk, 2002), на "VII^th European Congress of Entomology” (Thessaloniki, 2002), на XII Съезде Русского энтомологического общества (С.-Петербург, 2002), на “38^th Annual Meeting Society for Invertebrate Pathology” (Anchorage, 2002), на Сибирской зоологической конференции (Новосибирск, 2004), на II-й межрегиональной научной конференции паразитологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 2005), на “25^th Jubilee assembly of East palearctic regional section” (Budapest, 2005), на VII межрегиональном совещании энтомологов Сибири и Дальнего Востока в рамках Сибирской зоологической конференции (Новосибирск, 2006).

Публикации. По защищаемой специальности автором опубликовано 126 научных работ, из которых 98 непосредственно касаются диссертационной темы. В журналах рекомендованных для публикации ВАК Российской Федерации, опубликовано 22 статьи.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 338 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и выводов. Список литературы включает 482 источника, в том числе 348 на иностранных языках. Работа иллюстрирована 24 таблицами и 43 рисунками.

Материалы, объекты и методы исследований. Лабораторные исследования проведены автором в лаборатории вирусологии, а впоследствии лаборатории патологии насекомых ИСиЭЖ СО РАН. Полевые исследования проводились в естественных и искусственных лесонасаждениях, заселенных насекомыми на территории ряда областей, республик и краев Российской Федерации (Новосибирская, Тюменская, Ростовская и Волгоградская области, Республика Алтай и Алтайский край).

Кормовыми растениями насекомых, которые использовались для исследований по дефолиации и динамике вторичных метаболитов, были береза повислая (Betula pendula Roth) и сосна обыкновенная (Pinus silvestris L). В исследованиях в качестве корма использовалась также искусственная питательная среда (ИПС), приготовляемая по методике Ильиных и др. [1996].

Исследования проводились на непарном шелкопряде, шелкопряде-монашенке и рыжем сосновом пилильщике. Полевые исследования проводились на насекомых природных популяций, а лабораторные исследования – на насекомых, собранных в естественных условиях в фазе личинки или яйца и выращиваемых в полевой или стационарной лаборатории.

В экспериментах использовались штаммы вирусов ядерного полиэдроза непарного шелкопряда, шелкопряда-монашенки и рыжего соснового пилильщика, которые являются основой вирусных препаратов Вирин-НШ (экспериментальный), Вирин-ПШМ и Вирин-Диприон, соответственно. В опытах, связанных с управлением численностью насекомых, применялись названные вирусные препараты. При лабораторных и полевых исследованиях, связанных с определением этиологии смертности насекомых, помимо вирусных, определялись бактериальные, грибные и протозойные инфекции, а также пораженность ювенильных фаз паразитоидами. Определение паразитоидов проводилось Н. Г. Коломийцем. Яйцекладки для выращивания насекомых собирали в естественных популяциях в различные периоды популяционного цикла, в зависимости от цели конкретного эксперимента.

Гусениц в лабораторных экспериментах инфицировали вирусом путем обработки корма суспензией полиэдров в 0,9%-м р-ре NaCl. Концентрация полиэдров в суспензии, количество используемой суспензии и возраст инфицируемых личинок зависели от цели эксперимента. Инфицирование насекомых при изучении ЛК₅₀ и ЛТ₅₀ вируса проводили по Ашмарин, Воробьев, [1962].

Патологические изменения в организме насекомых после инфицирования исследовали описанными ранее методами [Бахвалов, Девятьярова, 1980; Бахвалов и др., 1981; Бахвалов и др., 1982; Бахвалов, 1987; Глупов и др., 1997; Бахвалов, 2001;]

Диагностику вирусной и других инфекций у насекомых проводили по внешним признакам и микроскопическому исследованию внутренних органов и тканей по Вейзер, 1972; Вейзер, Бригс, 1976. Пораженность паразитоидами ювенильных фаз развития шелкопрядов и рыжего соснового пилильщика определяли по Ильинский, Тропин (1965); Коломиец, Артамонов (1994). Биохимические показатели состояния ферментных систем в кишечнике и гемолимфе непарного шелкопряда изучали описанными ранее методами [Бахвалов и др., 2001; 2002; 2003; 2005; Мартемьянов, Бахвалов, 2007 ]

Для изучения содержания аллелохемиков в листьях деревьев нами совместно с сотрудниками Института органической химии СО РАН под руководством д.б.н. Э. Э. Шульц разработан оригинальный метод выделения и анализа этих веществ из листьев березы, который был использован в исследованиях [Шульц и др., 2004].

Сравнительную характеристику биологической активности вирусных препаратов Вирин-НШ и Джипчек (Gypchek) при выращивании на различном корме проводили по описанной ранее методике [Бахвалов и др., 2005].

Все полевые исследования, направленные на изучение естественной динамики численности насекомых, опыты по искусственному изменению их численности, а также исследования по влиянию искусственной дефолиации на развитие насекомых проводили в чистых березовых и сосновых насаждениях методами, описанными ранее [Бахвалов и др., 1982; 1995; 1999; 2002; 2003]. Продуктивность древостоев, возраст и полноту насаждений, оценку оптимальных и пессимальных условий их развития оценивали по Анучин (1982).

При изучении фаз популяционной динамики лесных насекомых использовали критерии, разработанные и обычно применяемые отечественными исследователями при лесопатологическом мониторинге [Ильинский, Тропин, 1965; Викторов, 1967; Исаев и др., 1984].

Уровень поврежденности древостоев, объедаемых шелкопрядом, проводили по разнице средневзвешенных показателей изреженности крон (дефолиации), определяемых визуально по пятибальной шкале в процентах перед повреждениями и после них [Инструкция,1983; Методика…1985].

Изучение естественного вирусоносительства ВЯП и его связи с состоянием кормового ресурса в популяциях непарного шелкопряда и шелкопряда-монашенки, а также взаимосвязь популяционной динамики непарного шелкопряда, состояния кормового ресурса и генетического полиморфизма ВЯП проводили по ранее описанным методикам [Ильиных и др., 1995; Бахвалов и др., 1998; Бахвалов и др., 2002; 2003].

Внесение вирусных препаратов в насаждения проводили с помощью аэрозольного диспергирования (генераторы серии ГРД) в механическом режиме и авиационного опрыскивания самолетом АН-2, оборудованного серийной опрыскивательной аппаратурой. Количество вносимого препарата варьировало в зависимости от целей эксперимента, состояния популяции насекомого и лесонасаждений.

Достоверность различий между показателями результатов исследований оценивали по критериям Уэлча [Кендалл, Стьюарт, 1973], с помощью t-критерия Стьюдента и дисперсионного анализа [Плохинский, 1970; Гублер, 1978; Доспехов, 1985]. Данные в экспериментах по инфицированию насекомых вирусом для определения величин ЛК₅₀ обрабатывали с помощью пробит-анализа [Busvine, 1971]. Величины ЛД₅₀ и ЛТ₅₀ определяли по методу Кербера [Ашмарин, Воробьев, 1962]. Гибель насекомых определяли по формуле Аббота [Гар, 1963].

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Влияние кормовых растений на чувствительность насекомых к вирусной инфекции и ее развитие в организме хозяев.

Многочисленными исследованиями показано, что чувствительность к патогенам и характер течения различных инфекционных процессов у насекомых зависит от функционального состояния их организма на которое существенное влияние оказывают качественные показатели корма [Штейншауз, 1952; Вейзер, 1972; Krieg, 1973; Тарасевич, 1975; Воробьева, 1976; Глупов, Бахвалов, 1998; Бахвалов, 2001, 2005]. Развитие насекомых на предпочитаемых, непредпочитаемых или на поврежденных кормовых растениях может существенно влиять на смертность, плодовитость и резистентность насекомых, что отражается на течении различных инфекций, в том числе и вирусной природы [Берриман, 1990; Felton, Duffey, 1990; Forschler et al., 1992; Бахвалов, 1995; 2001; 2005; Hoover et al., 1998b; Stout et al., 2006].

В наших опытах по изучению влияния различного корма на чувствительность шелкопряда к ВЯП выявлено, что состав корма существенно изменяет показатели ЛК₅₀ вируса для насекомых одной популяции (Бахвалов и др., 2002). Дальнейшими исследованиями было выявлено, что средний показатель lgЛК₅₀ вируса для гусениц шелкопряда из четырех западносибирских популяций при выращивании их на листьях березы составил 5,37±0,09, на листьях ивы – 5,11± 0,08, а на хвое сосны- 4,89± 0,07 (P<0,05). Известно, что береза является предпочитаемым кормом для непарного шелкопряда в условиях Западной Сибири, ива – менее предпочитаемым, а сосна непредпочитаемым. Приведенные показатели lgЛК₅₀ вируса свидетельствуют, что чувствительность насекомых к вирусу была наивысшей при выращивании гусениц на непредпочитаемом корме – хвое сосны, а наименьшей на предпочитаемом корме – листьях березы.

Изучение влияния вирусной инфекции на гемограмму и патоморфологические изменения в различных клетках гусениц непарного шелкопряда из популяции на различных фазах вспышки массового размножения выявило различия в динамике гемограммы, популяционной структуре гемоцитов и морфогенезе вируса в гемоцитах, вызванные вирусной инфекцией. Первые морфологические признаки вирусной инфекции после инфицирования ВЯП в организме большинства исследованных гусениц из растущих очагов с незначительными повреждениями деревьев регистрировали на 5-е сутки после перорального инфицирования. У незначительного количества исследованных особей (12,5%) в этот период выявили в отдельных гемоцитах виропласты и формирующиеся в них вирионы. Достоверных изменений в структуре гемограммы в этот период не отмечено, как по цитохимическим, так и по морфометрическим признакам. На 9-е сутки после инфицирования у 39 % гусениц регистрировали патологические изменения в гемоцитах, в клетках жирового тела и других органах с образованием виропласта, вирионов и полиэдров. Как правило, данные особи в последующие сутки погибали от полиэдроза. Остальные инфицированные насекомые выживали и завершали развитие с нормальной репродуктивной функцией, хотя у большинства в гемоцитах имелись признаки вирусной инфекции - конденсация хроматина в резко гипертрофированных ядрах, образование виропласта и репликация вирусов. При этом формирование типичных полиэдров в гемоцитах наблюдали редко, в основном отмечали аберрантные полиэдроподобные структуры или отдельные фрагменты полиэдров, содержащие единичные вирионы. Виропласт в гемоцитах большей частью состоял из кольцеобразных структур в отличие от глобулярных образований, характерных для типичного морфогенеза вирусов. Изменения в динамике гемограммы инфицированных гусениц также выявили на 9-е сутки после заражения. При этом изменения регистрировали, как при использовании морфометрических, так и цитохимических параметров. Как правило, с этого времени у контрольных гусениц из лабораторной популяции начиналось снижение количества гемоцитов с фенолоксидазной активностью (ФО-положительные гемоциты). Количество НСТ - положительных гемоцитов (клетки, в которых образуются активированные метаболиты кислорода) у контрольных гусениц практически оставалось неизменным в течение всего опыта, за исключением 11-х суток, когда было зарегистрировано резкое снижение этих клеток. У инфицированных гусениц выявили повышение содержания ФО-положительных и НСТ-положительных гемоцитов начиная с 9-х суток и до конца наблюдений (17-е сутки). Одновременно у больных особей регистрировали увеличение количества гранулоцитов на фоне снижения плазматоцитов, и подобное соотношение типов клеток сохранялось в последующие дни наблюдений. Достоверных отличий в изменении количества других типов клеток крови не отмечено, как и в общем количестве гемоцитов у контрольных и опытных гусениц в течение всего опыта. Следует отметить, что начиная с 9-х суток после инфицирования, в гемоцитах больных гусениц изменяется характер отложения формазана. В отличие от гемоцитов контрольных гусениц в гемолимфе больных гусениц полностью исчезают клетки с диффузной окраской цитоплазмы, характерной, как правило, для плазматоцитов, но увеличивается количество клеток с крупными гранулами формазана. На 17-е сутки практически все гемоциты несут гранулы формазана, хотя часть гемоцитов, в которых количество гранул не превышало десяти, мы относили к НСТ-отрицательным. Поскольку ранее нами было показано, что гусеницы из природной популяции, которая находится в фазе роста численности, характеризуется высокими показателями жизнеспособности [Бахвалов, 1995], то можно полагать, что наблюдавшаяся картина патогенеза в гемоцитах характерна для насекомых с высокой жизнеспособностью. В то же время при инфицировании вирусом гусениц непарного шелкопряда, собранных в очаге массового размножения, достигшего максимальной плотности насекомых с высокими показателями дефолиации деревьев развитие патогенеза и популяционной структуры гемоцитов происходило иначе. Достоверное изменения в гемограмме большинства гусениц наблюдались уже на 4-е сутки после заражения вирусом, причем было зафиксировано резкое увеличение плазматоцитов и прогемоцитов на фоне снижения количества гранулоцитов. Активность фенолоксидазы в гемоцитах и ряда ферментных систем, способных продуцировать активированные метаболиты кислорода, может служить показателем метаболической активности клетки, в частности, продукции (О₂^-, Н₂О₂, ОН^*, NO^*, RO₂^* и т.д.). Образование подобных высокореакционных соединений в гемоцитах может определять функциональную значимость последних в цитотоксических реакциях при гранулообразовании и инкапсуляции, т.е., служить параметрическими признаками напряжённости клеточного иммунитета насекомых.

Исследования по влиянию качества корма на динамику морфогенеза ВЯП и патологических изменений в клетках жирового тела, а также на формирование цист («поликариоцитов») в гемолимфе гусениц непарного шелкопряда не выявили различий по этим параметрам в клетках гусениц, выращиваемых на листьях интактных и двукратно дефолиированных на 75% деревьев. Описанные выше изменения в морфологии клеток и образование в них вирусных структур были сходными в клетках обеих групп гусениц. Исключение составляла только выраженность вирусной инфекции. В хорошо развитом жировом теле гусениц, развивавшихся на листьях интактных деревьев количество инфицированных клеток, с выраженным морфогенезом вируса и патологическими изменениями клеточных структур, было выше в первые 9 суток после инфицирования, по сравнению с жировым телом гусениц, выращиваемых на листве поврежденных деревьев. Только через 15 суток эти показатели сравнялись в гусениц обеих групп. Количество «поликариоцитов» в гемолимфе гусениц контрольной и опытной групп не достигало различий в течение срока наблюдений, однако тенденция к большему количеству этих образований у гусениц, выращиваемых на листве интактных деревьев, наблюдалась на 6-е и 9-е сутки опыта. Через 15 суток в группе насекомых, выращиваемых на листве интактных деревьев, погибли 77,3% особей, а в группе, развивающихся на листве поврежденных деревьев - 67,9% (P<0,05). Только через 17 дней после инфицирования количество погибших насекомых опытной группы достигло показателей контрольной группы.

Таким образом, можно констатировать, что у большинства инфицированных ВЯП гусениц непарного шелкопряда из растущих очагов массового размножения и очагов, достигших максимальной численности насекомых, соответственно, с низкими и высокими показателями дефолиации деревьев наблюдаются различия в динамике гемограммы, морфогенезе вируса в гемоцитах и популяционной структуре гемоцитов.

следующая страница>