Агрохимия, 2019, № 11, стр. 72-76

ВВЕДЕНИЕ

Использование инсектоакарицидов различных химических классов в мероприятиях по предотвращению или задержке развития резистентности членистоногих приводит к появлению в их популяциях особей с совмещенными в геноме аллелями резистентности к применяемым токсикантам. По существующим представлениям такие членистоногие должны быть мультиустойчивыми к использовавшимся инсектоакарицидам. Результаты, полученные на гибридных генотипах обыкновенного паутинного клеща с генами резистентности к акарицидам 2-х различных химических классов, выявили диаметрально противоположную закономерность. Присутствующий в геноме клещей ген резистентности к токсиканту другого химического класса подавлял экспрессию гена резистентности к действующему акарициду [1]. Цель работы – выяснение характера эпистатического взаимодействия генов резистентности к малатиону (класс фосфорорганических соединений – ФОС) и к фенпироксимайту (класс ингибиторов митохондриального электронного транспорта – МЕТИ).

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Линии обыкновенного паутинного клеща Tetranychus urticae Koch. были получены дизруптивным отбором по проявлению признака резистентности при обработках диагностическими концентрациями малатиона или фенпироксимайта. Клещей содержали посемейно на листовых плотиках фасоли, уложенных на мокрую вату.

При скрещивании клещей резистентных линий на отдельные листовые плотики помещали по одной готовой к линьке дейтонимфе и одного самца, которых выбирали из протестированных семей с наименьшим показателем смертности в них самок при действии диагностической концентрации селектирующего акарицида.

Диагностическими концентрациями (СК₉₅ × 2 – для самок чувствительной линии клещей) малатиона и фенпироксимайта были водные растворы 0.05% д.в. карбофоса (50%-ный концентрат эмульсии (к.э.) и 0.005%-ный д.в. ортуса (5%-ный к.э.).

Токсикологическое тестирование проводили методом погружения кусочков листа фасоли с отсаженными на них самками клеща в раствор диагностической концентрации акарицида. Показатель смертности самок (в %) учитывали через 1 сут после обработки токсикантом. Токсичность оценивали по вычисленным величинам средних арифметических показателя смертности самок во всех семьях каждого из вариантов и коэффициенту вариаций этих величин по соответствующим формулам [2]. Графическое распределение семей по показателю смертности самок в них получали в вариантах тестирования с помощью компьютерной программы Microsoft^@Excel 2016.

Проведенным дизруптивным отбором по наличию или отсутствию признака резистентности к малатиону и к фенпироксимайту линий обыкновенного паутинного клеща были выделены семьи с наименьшим показателем смертности при обработках диагностическими концентрациями селектирующих акарицидов. Средние арифметические показатели смертности, использованные для скрещивания самок из этих семей, представлены в табл. 1.

Реципрокным скрещиванием самцов с дейтонимфами из этих семей было получено поколение дигетерозиготных клещей с совмещенными в геноме аллелями резистентности к малатиону и фенпироксимайту. Половину самок из каждой семьи этого поколения тестировали диагностической концентрацией малатиона, а другую половину – диагностической концентрацией фенпироксимайта.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По сравнению с гомозиготными по генам резистентности родительскими самками показатель смертности гибридных клещей двукратно увеличивался при действии малатиона и более чем в 2 раза при действии фенпироксимайта (табл. 2).

Таблица 2.

Показатель смертности дигетерозиготных самок обыкновенного паутинного клеща поколения F₁ от диагностических концентраций малатиона и фенпироксимайта

Действующий токсикант	Вариант скрещивания	Количество семей	Количество самок	Смертность самок ($\dot {x}$ ± Sp, %)	Коэффициент вариаций (ν, %)
Малатион	R-мал × r-фен	40	410	38.9 ± 2.4	6.2 ± 0.2
	r-фен × R-мал	35	350	39.4 ± 2.6	6.6 ± 0.3
Фенпироксимайт	R-мал × r-фен	40	400	81.2 ± 1.9	2.3 ± 0.1
	r-фен × R-мал	35	350	78.6 ± 2.2	2.8 ± 0.1

Графический анализ распределения семей по уровням смертности в них самок показал, что наибольшее количество гибридных семей при обработке клещей диагностической концентрацией малатиона оказалось в интервале уровня смертности самок от 30 до 70% по сравнению со смертностью самок в родительских семьях – 20–40% (рис. 1).

Рис. 1.

Распределение семей по уровням смертности дигетерозиготных самок с генами резистентности к малатиону и к фенпироксимайту после обработки диагностической концентрацией малатиона (в скобках – количество взятых семей. То же на рис. 2).

Более существенное изменение распределения гибридных семей в зависимости от уровня смертности самок происходило при действии на клещей диагностической концентрации фенпироксимайта. У дигетерозиготных самок во всех семьях не проявлялся признак резистентности к фенпироксимайту (рис. 2). Показатель смертности гибридных самок (табл. 2) был таким же, как и у клещей, полученных дизруптивным отбором чувствительной к фенпироксимайту линии [3].

Рис. 2.

Распределение семей по величине показателя смертности дигетерозиготных самок с генами резистентности к малатиону и к фенпироксимайту после обработки диагностической концентрацей фенпироксимайта.

Эпистатическое взаимодействие объединенных в геноме клещей аллелей резистентности к акарицидам различных химических классов происходит на этапе регуляции ими биохимических процессов, противодействующих развитию патогенеза отравления [4]. При индуцировании малатионом экспрессии гена резитентности к этому токсиканту происходит нормализация транспортных функций плазматической мембраны клеток с участием изозима карбоксилэстеразы, увеличенный синтез которого кодируется этим геном [5, 6].

Ген резистентности к фенпироксимайту активирует процессы электронного транспорта и окислительного фосфорилирования, происходящие на мембране митохондрий [7]. Осуществление этих процессов зависит от вариаций электролитного и органического состава цитоплазмы, регулируемого плазматической мембраной. Эта зависимость проявилась в экспериментах при сопоставлении перекрестной токсичности малатиона и фенпироксимайта для резистентных к этим акарицидам паутинных клещей [3].

Различия в детерминируемых генами резистентности к малатиону и фенпироксимайту биохимических процессах противодействия отравлению выявляются при сопоставлении синергистического действия бутифоса и пиперонилбутоксида (ППБ) на гомозиготных по генам резистентности к этим акарицидам самок паутинного клеща.

Бутифос является сильным ингибитором эстераз, включая и карбоксилэстеразный изозим, являющийся молекулярным маркером гена резистентности к малатиону. Добавка бутифоса в соотношении 1 : 1 к диагностической концентрации малатиона полностью подавляет защитный эффект гена резистентности к этому токсиканту. В 10 раз меньшая концентрация бутифоса в 2 раза увеличивала показатель смертности резистентных к малатиону самок паутинного клеща (табл. 3).

Зависимость происходящих на митохондриальной мембране биохимических процессов проявлялась при ингибировании бутифосом эстеразной активности на плазматической мембране клеток. Бутифос в соотношении 1 : 1 к диагностической концентрации фенпироксимайта снимал защитное действие гена резистентности к этому токсиканту, а 10-кратно меньшая его концентрация в 2 раза увеличивала смертность резистентных к фенпироксимайту клещей.

Пиперонилбутоксид считается специфическим ингибитором Р₄₅₀- монооксигеназ, которые участвуют в конвейере окислительных реакций на митохондриальной мембране. Добавка этого синергиста в соотношении 1 : 1 к диагностической концентрации малатиона не оказывала никакого влияния на экспрессию гена резистентности к малатиону (табл. 4). В таком же соотношении к диагностической концентрации фенпироксимайта пиперонилбутоксид полностью подавлял защитные биохимические реакции от отравления, кодируемые геном резистентности к этому токсиканту.

Эпистатический эффект взаимодействия объединенных в геноме членистоногих аллелей резистентности к 2-м разным по механизму действия инсектоакарицидам позволил в мероприятиях антирезистентной стратегии вместо постоянного обновления ассортимента применяемых химических соединений, количество которых к настоящему времени превышает уже 55 химических классов [8], использовать поочередно только 2 токсиканта. Образующиеся в популяции в абсолютном большинстве гетерозиготы по генам резистентности к этим инсектоакарицидам будут чувствительны к токсическому действию каждого из них при поочередном применении. Для подбора такой пары инсектоакарицидов необходимо знать биохимический механизм защитного эффекта, проявляемого генами резистентности к каждому из токсикантов. Исследованная в этом плане пара инсектоакарицидов – малатион и фенпироксимайт – не является оптимальным вариантом для такой комбинации, вследствие выраженных доминантно-рецессивных отношений в происходящих биохимических процессах, детерминируемых генами резистентности к ФОС и МЕТИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, последовательное применение против вредных членистоногих инсектоакарицидов различных химических классов не может приводить к появлению в их популяциях аддитивно мультиустойчивых к ним особей. Присутствие в геноме членистоногих аллелей резистентности к инсектоакарицидам 2-х различных химических классов препятствовало проявлению их экспрессии к каждому из токсикантов.