Растущая антропогенная нагрузка на биоценозы приводит к тому, что различные организмы всё чаще сталкиваются с повышенными концентрациями химических и биологических инсектицидов, продуктов нефтехимии и т.д. В высоких дозах данные вещества могут приводить к гибели организмов, а в низких оказывать стрессирующее воздействие. Вследствие снижения общего уровня резистентности, патогенными могут выступать не только специализированные паразиты, но и неспециализированные, которые в обычных условиях не оказывают никакого воздействия на водных беспозвоночных. Негативное влияние различных химических инсектицидов на гидробионтов показано во многих исследованиях (Schulz, 2001, Van Wijngaarden et al., 2005; Носков и др., 2010, Daam, Knillmann et al., 2013). Существуют данные, что даже безопасные концентрации токсикантов, при их многократном поступлении, могут приводить к существенным перестройкам в структуре сообществ (Курбатова, 2007, Daam et al., 2008).
Низкие концентрации инсектицидов могут снижать активность иммунной системы насекомых. (Дубовский и др., 2013). При этом насекомые становятся более уязвимыми к инвазиям. Так в ряде работ показан синергетический эффект в смертности сухопутных насекомых при совместной обработке энтомопатогенными грибами и химическими инсектицидами (Delgado et al., 1999; Furlong, Groden, 2001). При этом лишь небольшая часть работ была посвящена изучению механизмов синергетического действия.
Влияние низких доз химических инсектицидов на устойчивость водных беспозвоночных к патогенным бактериям и грибам до настоящего времени практически не изучено. Изучение этой проблемы может способствовать более полному понимаю причин изменений видового разнообразия и колебания численности водных беспозвоночных.
Исходя из вышеизложенного, целью данной работы является изучение механизмов резистентности водных беспозвоночных при комбинированном воздействии инсектицидов и патогенных микроорганизмов.
Задачи:
1. Изучить чувствительность личинок комаров Aedes aegyptiи
ветвистоусых рачков Daphnia magnaиз разных популяций к инсектицидам эсфенвалерат, абамектин и энтомопатогенному грибу Metarhizium robertsii.
2. Определить характер взаимодействия исследуемых токсикантов (аддитивный, синергетический, антагонистический эффекты).
3. Измерить концентрацию гормонов стресса (дофаминов) и активность показателей детоксицирующей системы (глутатион-8-трансферазы, неспецифические эстеразы) у личинок комаров и дафний при обработке инсектицидами и энтомопатогенным грибом.
4. Оценить возможности использования показателей детоксицирующей системы водных беспозвоночных в качестве биомаркеров токсического стресса.
1. Наиболее чувствительными к M. robertsiiи абамектину оказались D. magnaиз природной популяции, наиболее чувствительными эсфенвалерату личинки A. aegipty.
2. Совместное внесение абамектина и M. robertsiiприводит к синергизму в смертности A. aegiptyи D. magnaиз природной популяции.
3. Совместное внесение эсфенвалерата и M. robertsiiприводит к антагонизму в смертности D. magnaиз природной и лабораторной популяции.
4. Показано, что сублетальные концентрации изученных химических и биологических инсектицидов способны приводить к изменениям активности ферментов детоксицирующей системы и концентрации гормона стресса.
5. В качестве биомаркера токсического стресса среди исследованных биохимических показателей может выступать фермент глутатион-8-трансфераза.
1. Алексеев А. А. Изменение скорости гидролиза ювенильного гормона и уровня дофамина в гемолимфе гусениц пчелиной огневки Galleria mellonella L.(Lepidoptera; Pyralidae) при микозе / А. А. Алексеев, В. В. Серебров, О. Н. Гербер [и др.] // Доклады Академии наук. - 2007, - Т. 412, № 5. - С. 707-709.
2. Борисов Б.А. Энтомопатогенные аскомицеты и дейтеромицеты / Б. А. Борисов, В. В. Серебров, И. И. Новикова [и др.] // Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты / ред. В. В. Глупова. - М: Круглый год, 2001. С. 352-427.
3. Грунтенко Н. Е. Стресс и размножение насекомых: гормональный контроль // Евразиатский энтомологический журнал. - 2008. - Т. 7, - Приложение 1.
4. Диксон М. Ферменты / М. Диксон, Э. Уэбб. - М.: Мир, 1982. - 1120 с.
5. Дубовский И. М Увеличение активности иммунной системы вощинной огневки Galleria mellonellaи колорадского жука Leptinotarsa decemlineata под влиянием фосфорорганического инсектицида/ И. М. Дубовский, О. Н. Ярославцева, В. Ю. Крюков [и др.] // журнал эволюционной биохимии и физиологии. - 2013. - Т. 49, № 6, С. 428 - 431.
6. Кордюм В.А. Проблема выживания: от кратковременного прибывания к постоянному обитанию в экстремальных условиях // Биополимеры и клетка. - 1992. - Т. 8, №2, С. 337.
7. Крюков В. Ю. Адаптация энтомопатогенных аскомицетов (Ascomycota, hypocreales) к насекомым-хозяевам и факторам среды в условиях континентального климата Западной Сибири и Казахстана. Автореф. дисс. д-ра биол. наук. Томск, 2015 22 с.
8. Курбатова С. А. Реакция зоопланктона микрокосмов на раздельное и совместное поступление хлорпирифоса и смеси тяжелых металлов / С. А. Курбатова, Е. А. Коренева, Г. А. Виноградов // Биология внутренних вод. - 2007, № 3, С. 87 - 94.
9. Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний. 1999. ПНД ФТ 14.1:2:3:4.3-99. М.: Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. 31 с.
10. Носков Ю. А. Сравнительная чувствительность некоторых представителей зоопланктона (Cladocera, Copepoda) к инсектициду сумицидин - альфа // Сибирский экологический журнал. - 2011. - № 4.
- С. 497 - 503.
11. Попова Л. М. Химические средства защиты / Л. М. Попова. - М.: Наука, 2009. - 97с.
12. Попов С. Я. Основы химической защиты растений / С. Я. Попов., Л. А. Дорожкина, В. А. Калинин // - М.: Арт - Лион, - 2003, - 208 с.
13.
13. Проскряков А. В. Эффективность банкола в борьбе с колорадским жуком / А. В., Проскряков, Д. В.Амирханова // Агрохимия. - 1991 - № 5. - С. 112 - 117.
14. Рославцева С.А. Современные воззрения на биохимические механизмы резистентности // Агрохимия. - 1994. - № 10. - С. 143 - 148.
15. Рославцева С.А. Исследование эстеразных систем насекомых /
С. А. Рославцева, О. Ю. Еремина, И. Н Костырко // Агрохимия. - 1990. -
№ 10. - С. 117 - 123.
16. Шеперд Г. Нейробиология: В 2 т. Т. 2. - М.:«Мир», 1987. - 368 с.
17. Aldridge W.N. An enzyme hydrolysing diethyl p-nitrophenyl phosphate (E600) and its identity with the A-esterase of mammalian sera // Biochemistry of Journal. - 1953, - V. 5, № 62. P. 117-124.
18. Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding // Analytical Biochemistry. - 1976. - V. 72. P. 248-254.
19. Bruck D.J. Fungal entomopathogens in the rhizosphere // The Ecology of fungal entomopathogens. - 2010, - P. 103 - 112.
20. Cavelier F. Natural cyclopeptides as leads for novel pesticides: tentoxin and destruxin / F. Cavelier, J Verducci, F. Andre [a. o.] // Pesticide Science. - 1998, - V. - 52, № 1. P. 81 - 89.
21. Daam. М. А. Implications of differences between temperate and tropical freshwater ecosystems for the ecological risk assessment of pesticides / M. A. Daam, P. J. Van den Brink // Ecotoxicology. - 2010. - № 19. - Р 24 - 37.
22. Daam M.A Impact of single and repeated applications of the insecticide chlorpyrifos on tropical freshwater plankton communities / M. A. Daam, P. J. Van den Brink, A. J. Nogueira // Ecotoxicology. - 2008. - V. 17. - P. 756 - 771.
23. Delgado F.X. Field assessment of Beauveria bassiana (Balsamo) Vuillemin and potential synergism with diflurbenzuron for control of savanna grasshopper complex (Orthoptera) in Mali / F. X. Delgado, J. H. Britton, J. A. Onsager [a. o.] // Journal of Invertebrate Pathology. - 1999. - V. 73. - P. 34 - 39.
24. Furlong M.J. Evaluation of synergistic interactions between the Coloradopotato beetle (Coleoptera: Chrysomelidae) pathogen Beauveria bassiana and the insecticides, imidacloprid and cyromazine // M.J. Furlong, E. Groden // Journal of Economic Entomology. - 2001. - V. 94. - № 2. - P. 344-356.
25. Gruntenko, N. E. Juvenile hormone, 20-hydroxyecdysone and dopamine interaction in Drosophila virilis reproduction under normal and nutritional stress conditions. / N. E. Gruntenko, E. K. Karpova, N. V. Adonyeva, N. A. Chentsova, N. V. Faddeeva, A. A. Alekseev, I. Y. Rauschenbach // Journal of insect physiology. - 2005. - Vol. 51. - P. 41 - 425.
26. Gruntenko N. E. Interplay of JH, 20E and biogenic amines under normal and stress conditions and its effect on reproduction / N. E. Gruntenko, I. Y. Rauschenbach // Journal of insect physiology. - 2008. - Vol. 54. - P. 902 - 908.
27. Habig W.H. Glutathione-S-transferases / M. J. Pabst,W. B Jakoby // The Journal of Biological Chemistry. - 1974. - V. 249. - P. 7130-7139.
28. Heinis L. J. The mixing, distribution and persistence of esfenvalerate within littoral enclosures / L. J. Heinis, M. L. Knuth // Environmental toxicology and chemistry. - 1992, - V. 11, - P. 11 - 25.
29. Katagi T. Photodegradation of esfenvalerate in clay suspensions //
Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 1993, - V. 41. -
P. 2178 - 2183.
30. Lutnicka H. Degradation of pyrethroids in an aquatic ecosystem model / H. Lutnicka, T. Bogacka, L. Wolska // Water Research. - 1999, - V. 33, - № 16. - P. 3441 - 3446.
31. Knillmann S. Elevated temperature prolongs long-term effects of a pesticide on Daphnia spp. due to altered competition inzooplankton communities / S. Knillmann [a. o.] // Global Change Biology. - 2013. - № 19 - P. 1598 - 1609.
32. Li X. Molecular mechanisms of metabolic resistance to synthetic and natural xenobiotics / X. Li, M. A. Schuler, M. R. Berenbaum / Annual Review of Entomology. - 2007, - V. 52. - P. 231-253.
33. Mamidala P Metabolic resistance in bed bugs / P. Mamidala, C. J. Susan, O. Mittapalli / Insects. - 2011, - V. 2, - P. 36-48.
34. Prabhakaran S.K. Purification and characterization of an esterase
isozyme from insecticide resistant and susceptible strains of German cockroach, Blattella germanica (L.) / S. K. Prabhakaran, S. T. Kamble // Insect Biochemistry and Molecular Biology. - 1995. - V. 25, - № 4,
P. 519 - 524.
35. Rauschenbach I. Y. Analysis of differences in dopamine content between two lines of Drosophila virilis in response to heat stress / I. Y. Rauschenbach, L. I. Serova, I. S. Timochina, [a. o.] // Journal of Insect Physiology. - 1993. - Vol. 39. - № 9. - P. 761-767.
36. Samuels R. I. The role of destruxins in the pathogenicity of 3 stains of Metarhizium anisopliae for the tobacco hornworm Manduca sexta / R. L. Samuels, A. K Charneley, S. E. Reynolds / Mycopathologia. - 1988. - V. 104. P. 51-58.
37. Samsoe-Petersen L. Fate and effects of esfenvalerate in agricultural
ponds / L. Samsoe-Petersen, K. Gustavson, T. Madsen, [a. o.] //
Toxicological and Environmental Chemistry. - 2001, - V. 20, №. 7. P. 1570 - 1578.
38. Schafer R.B Effects of pesticides on community structure and ecosystem functions in agriculutural streams of three biogeographical regions in Europe / R. B. Schafer, T Caquet, K Siimes, [a. o.] // Science of the Total Environment. - 2007. - V. 382, P. 272 - 285.
39. Schulz R. Acute and cchronic eeffects of particle-aassociated fenvalerate on stream macroinvertebrates / R. Schulz, M. Liess // Archives of Enviromental Contamination and Toxicology - 2001. - № 40. - Р. 481 - 488.
40. Serebrov V.V. Spontaneous variability of Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sor. strains as an approach for enhancement of insecticidal activity / V. V. Serebrov, .A. A. Maljarchuk, M. V. Shternshis, // Plant sci. (Sofia), 2007, V. 44. № 3. P. 236-239.
41. Van Wijngaarden R. P. Effects of chlorpyrifos in freshwater model ecosystems: the influence of experimental conditions on ecotoxicological thresholds / R. P. van Wijngaarden, T. C. Brock, M. T. Douglas // Pest Management Science. - 2005. - № 61. - P. 923 - 935.