Резистентность к фосфину выявлена у четырех основных насекомых вредителей хранимого зерна

Устойчивость жесткокрылых вредителей хранимых продуктов к фумигации фосфином становится глобальным явлением. Вредители, поражающие зерно на складах, образуют резистентные к пестицидам популяции. Казалось бы, это очевидно, однако, как рассказывает Геннадий Закладной, в России никогда не велись работы по изучению резистентности амбарных вредителей к пестицидам. «В прошлом году, — говорит учёный, — в наш институт ВНИИЗ прислали пробу зерна из Ростовской области, содержащую рисового долгоносика, устойчивого к двойным концентрациям фосфина. Это говорит о том, что обработки, которые сельхозпредприятие проводит согласно нормативам, уже не эффективны против этого вредителя. Его популяция растёт, распространяется по региону, и достаточно всего двух-трёх лет, чтобы фосфин совершенно перестал действовать на этих насекомых».  

В Пакистане резистентность к фумиганту выявлена у четырех основных насекомых вредителей хранимого зерна. Об этом в своей статье, опубликованной в журнале Insects 2021, сообщила международная группа ученых из Пакистана, Греции и Саудовской Аравии.

«Тактика борьбы с вредными насекомыми-амбарными вредителями зерна включает применение инсектицидов.

Чрезмерное или неправильное использование инсектицидов может спровоцировать развитие устойчивости, что уже случалось неоднократно.

В частности, такие насекомые развили устойчивость к основным классам инсектицидов, например, пиретроидам и органофосфатам.

Устойчивость к определенным химическим инсектицидам, таким как фенитротион, пиримифос-метил и малатион, была отмечена у пшеничного, кукурузного и рисового долгоносиков, у малого булавоусого хрущака (красный мучной жук).

Случаи устойчивости к пиретроидам были зарегистрированы в последние два десятилетия у кукурузного долгоносика в результате активной торговли зерном в Бразилии.

Устойчивость к перметрину и дельтаметрину есть у мексиканских штаммов рисового долгоносика.

В Австралии суринамский мукоед оказался устойчивым к часто используемым инсектицидам (например, хлорпирифосметилу, пиримифосметилу и фенитротиону).

Фумигация фосфином широко используется как важный способ защиты хранимых товаров от различных насекомых-вредителей. Он недорогой, имеет меньше остаточных эффектов, чем контактные инсектициды, легко применим и представляет собой идеальный фумигант для различного спектра хранимых товаров и обработки судов и сооружений (например, складов, силосов, штабелей мешков, бункеров, зерновых мельниц).

Кроме того, фосфин во всем мире считается безопасным для пищевых продуктов и хранимого зерна.

Однако частое использование этого фумиганта в хранилищах привело к развитию устойчивости к фосфину у основных видов насекомых – амбарных вредителей. Предыдущие исследования документально подтвердили наличие проблемы и предоставили дополнительную информацию о существовании двух фенотипов устойчивости (сильного и слабого) у отдельных насекомых.

Зерновой точильщик (Rhyzopertha dominica), амбарный долгоносик (Sitophilus granarius) и хрущак малый булавоусый (T. Castaneum) наносят значительный ущерб многочисленным товарам, хранящимся на продовольственных складах, предприятиях по переработке зерна и розничных магазинах по всему миру.

Капровый жук (Trogoderma granarium Everts) - чрезвычайно опасный инвазивный вредитель хранимых продуктов растительного и животного происхождения.

В то время как первые три упомянутых насекомых являются первичными вредителями, повреждая целое зерно, то капровый жук в большинстве случаев предпочитает поврежденные, механически или из-за активности первичных вредителей, зерна.

Для данного исследования образцы зерна пшеницы были получены из хранилищ в десяти различных географических регионах Пакистана. В каждом хранилище взяли по 500 г пшеницы из 5 разных точек. Образцы пшеницы смешали, чтобы получить новый образец весом 2,5 кг, который поместили в пакет с замком на молнии и передали в лабораторию.

Пробы просеивали для отделения насекомых и идентифицирования взрослых особей.

Количество собранных насекомых варьировалось от 45 до 230 особей на вид и использовалось для создания популяций, по крайней мере, в течение семи поколений, чтобы произвести достаточно особей для экспериментов.

Лабораторные штаммы этих насекомых-вредителей были получены из Лаборатории микробного контроля кафедры энтомологии Сельскохозяйственного университета, Фейсалабад, Пакистан. Лабораторные популяции выращивалось более 10 лет без воздействия каких-либо химических инсектицидов, включая фосфин.

Семь концентраций (50, 100, 200, 300, 400, 500 и 600 частей на миллион) фосфина были использованы для полевых популяций, и каждая концентрация в одном сосуде представляла собой одну обработку.

Каждый вид насекомых из лабораторных популяций подвергался воздействию фосфина в семи концентрациях (1, 2, 3, 6, 9, 12 и 15 частей на миллион). Более низкие концентрации были приняты с тем, что лабораторные популяции очень чувствительны к химическим инсектицидам.

Текущее исследование показало, что все протестированные популяции, собранные из разных географических регионов, оказались устойчивыми к фосфину по сравнению с лабораторными насекомыми. Но при этом, уровни устойчивости различались. Наибольшую устойчивость показали популяции из региона Рахим Яр-Хан (где самое жаркое лето) - она была в 126,67 раз более устойчивой, чем лабораторная.

В итоге, в ходе настоящего исследования было обнаружено, что 10 из 10 популяций R. dominica, T. castaneum, S. granarius и T. granarium, происходящие из разных географических местностей, устойчивы к фосфину.

Возникновение устойчивости может быть связано с присутствием определенного гена в популяции, а также с давлением отбора от применения фосфина. Летная активность взрослых особей и транспортировка товаров, содержащих насекомых-вредителей с устойчивым геном, считаются ответственными за поток генов, повышая устойчивость к фосфину.

Это проблема подчеркивает необходимость в поиске альтернативной замены фосфина для устойчивого управления насекомыми-вредителями хранимого зерна, а также реализовать программы по управлению резистентностью. Кроме того, конкретно для Пакистана следует разработать планы на национальном уровне, чтобы сохранить этот фумигант в качестве возможного инструмента борьбы с вредителями».

Резистентный к фосфину рисовый долгоносик впервые обнаружен в России

Материал и методика

В опытах использовали имаго двух популяций долгоносика S. oryzae. Жуки «ростовской» популяции были собраны на одном из хлебоприемных предприятий Ростовской области, помещены в лаборатории на зерно мягкой пшеницы влажностью 13,5% и выдержаны в термостате при температуре 25 °C в течение двух месяцев до получения жуков-потомков первой генерации в необходимом для опытов количестве.

Жуки другой популяции (лабораторная популяция) были взяты из лабораторной культуры, которая поддерживалась в лаборатории в течение более 55 лет без контакта с пестицидами.

Жуков для опытов отбирали без разделения по полу и возрасту и помещали в стеклянные капсулы с небольшим количеством зерна. Сверху капсулу закрывали бязью.

Капсулы устанавливали в фумигационную камеру — стеклянную банку вместимостью 550 мл. Сверху к банке через резиновую прокладку специальным зажимом герметично прижата металлическая крышка. К отверстию в крышке приварена металлическая трубка, на которую насажена резиновая трубочка, пережатая зажимом Мора.

В каждую фумигационную камеру помещали две капсулы, в одной из которых были жуки лабораторной, в другой — жуки ростовской популяции.

Фосфин генерировали из таблетки на основе фосфида магния с помощью специального стенда по методике ФАО (Recommended methods..., 1975). В стеклянную емкость наливали воду, подкисленную серной кислотой, и помещали перевернутую раструбом вниз стеклянную воронку. На узкий конец воронки насаживали стеклянный цилиндр, верхний конец которого имел сужение до диаметра 6 мм. На этот узкий конец цилиндра надевали гибкую трубочку, пережатую зажимом Мора. Цилиндр с трубочками заполняли водой до зажима Мора.

Таблетку помещали в полотняный мешочек, который крепили к петле на одном конце металлической проволоки. С помощью проволоки таблетку подводили под воронку. Выделяющийся в результате реакции фосфин вытеснял воду из цилиндра и скапливался в верхней его части перед зажимом Мора.

Этот газ в необходимом количестве забирали в микрошприц, прокалывая его иглой гибкую трубочку, и переносили в стеклянные банки (камеры) через резиновые трубочки на их крышках. До введения газа в банках создавали небольшое разрежение, а после введения газа давление в них выравнивали с атмосферным.

Количество вводимого в фумигационную камеру газа обеспечивало необходимую его концентрацию. Всего исследовали смертность жуков при 11 концентрациях фосфина: 0, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 мг/м³.

Опыты проводили в трех повторностях, используя по 50 жуков в каждой.

Фумигационные камеры содержали в термостатах при температуре 25 °C.

Спустя 24 ч экспозиции банки с жуками дегерметизировали и дегазировали. Через сутки определяли состояние жуков в опытных и контрольных вариантах, подсчитывая количество живых и мертвых особей. Результаты наблюдений подвергали статистической обработке. Вычисляли среднюю смертность жуков из трех повторностей опыта в процентах. Концентрации газа переводили в десятичные логарифмы, проценты смертности — в пробиты смертности. Используя пробит-анализ (Доспехов, 1973), устанавливали математическую зависимость смертности в лабораторной и ростовской популяциях долгоносика от концентрации фосфина. По уравнению регрессии рассчитывали СК-99,9 — концентрацию, при которой гарантируется гибель 99,9 % популяции жуков в течение 24 ч экспозиции при температуре 25 °C.

Результаты и обсуждение

Результаты оценки смертности в лабораторной и ростовской популяциях S. oryzae после фумигации фосфином в разных концентрациях приведены в табл. 1.

Видно, что самые чувствительные жуки лабораторной популяции начали отмирать при концентрации фосфина 15 мг/м³, все жуки погибли в узком диапазоне концентраций от 15 до 25 мг/м³. Наиболее чувствительные к фосфину жуки ростовской популяции начинают погибать при более высокой концентрации фосфина (20 мг/м³), чем жуки лабораторной популяции. С другой стороны, наиболее устойчивые жуки ростовской популяции стойко переживали фосфин в максимальной испытанной концентрации 40 мг/м³.

Таблица 1. Смертность жуков Sitophilus oryzae (L.) после фумигации фосфином

В табл. 2 приведены статистические показатели резистентности к фосфину лабораторной и ростовской популяций S. oryzae.

Таблица 2. Статистические показатели резистентности к фосфину лабораторной и ростовской популяций Sitophilus oryzae (L.)

Во втором столбце таблицы даны уравнения регрессии, в которых «y» — пробит смертности, а «х» — десятичный логарифм концентрации фосфина. С использованием этих уравнений можно рассчитать концентрацию фосфина в мг/м³, вызывающую отмирание любой доли популяции жуков в процентах, или определить смертность жуков в популяции для любой концентрации фосфина.

Обнаруженная связь между смертностью жуков и концентрацией фосфина характеризуется коэффициентами корреляции, близкими к максимуму — 1.

Наибольший интерес представляют величины СК-99,9, т. е. концентрации фосфина, которые вызывают отмирание 99,9% особей жуков в популяции и по которым мы судим о резистентности популяций к фосфину.

У лабораторной популяции СК-99,9 = 25.9 мг/м³, а у ростовской популяции СК-99,9 = 64,6 мг/м³. Это значит, что жуки ростовской популяции в 2,5 раза более устойчивы к фосфину, чем жуки лабораторной популяции.

Режимы фумигации фосфином зерна, включенные в нормативные документы, были установлены нами на основании изучения устойчивости к фосфину лабораторных популяций насекомых (Закладной, Желтова, 1987), которые использованы в экспериментах в качестве эталона.

В нормативных документах (Государственный каталог, 2020) установлена нормативная величина произведения концентрации на время экспозиции (ПКЭ-99,9), равная 25 г·ч/м³, при достижении которой гарантируется обеззараживание фумигируемого объекта.

Исполнители производственной фумигации зерна обязаны периодически измерять концентрации фосфина и рассчитывать величину ПКЭ; по достижении ею нормативного значения 25 г·ч/м³ можно прекращать экспозицию и дегазировать зерно.

Поскольку ростовская популяция оказалась в 2,5 раза более устойчивой к воздействию фосфина, чем лабораторная популяция, уничтожить вредителей на предприятии, где были отобраны образцы жуков S. oryzae, можно лишь при достижении ПКЭ, в 2,5 раза превышающего его нормативное значение, а именно при ПКЭ = 25 × 2,5 = 62,5 г·ч/м³.

Исследования (Закладной, Догадин, 2014) подсказывают, что при удручающем состоянии помещений отечественных зерноскладов, мельзаводов и хлебоприемных предприятий по уровню герметичности достичь величины ПКЭ = 62 г·ч/м³ проблематично, если вообще возможно. Из этого следует вывод о бесполезности и опасности фумигации фосфином на предприятии в Ростовской обл., где отбирали для исследования на резистентность к фосфину образцы жуков S. oryzae.

Бесполезна она потому, что при рекомендованных режимах фумигации и больших утечках фосфина из-за недостаточной герметичности зернохранилищ уничтожить в зерне насекомых невозможно и любая фумигация фосфином будет неэффективной.

Опасность же ее в том, что при каждой фумигации будут выживать самые устойчивые насекомые-родители, которые в последующих поколениях дадут более резистентное к фосфину потомство.

Источник: mdpi.com, glavagronom.ru, журнал Insects 2021