Способы капустной навигации исследуют для разработки биоконтроля слизней, включая испанского и серого полевого. Благодаря интеграции физиологии растений и антиоксидантных реакций, аналитической химии для профилирования летучих органических соединений и поведения нематод, ученые определили летучие метаболиты, способные улучшить стратегии биологического контроля слизней на основе семиохимических веществ.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей исследователей из Словении, авторы которой рассказывают о развитии направления биоконтроля слизней.
Слизни известны своей вредоносностью в европейском овощеводстве, особенно во влажном и умеренном климате, где испанский слизень (Arion vulgaris Moquin-Tandon) и серый полевой слизень (Deroceras reticulatum [Müller]) часто наносят серьезный ущерб капусте и другим культурам семейства Brassica.
Борьба с этими моллюсками по-прежнему в основном основана на использовании метальдегида и приманок на основе фосфата железа(III), но метальдегид загрязняет водные экосистемы и представляет опасность для домашних животных, диких животных и дождевых червей. Поэтому его использование ограничивается по всему ЕС, что увеличивает потребность в экологически безопасных альтернативах.
Биологический контроль с использованием паразитических нематод, поражающих слизней, особенно Phasmarhabditis hermaphrodita (Schneider) и родственных видов, представляет собой многообещающую стратегию. Для улучшения экологических показателей нематод-паразитов необходимо более глубокое понимание химических сигналов, которые направляют передвижение нематод в почве.
Растения, подвергающиеся нападению травоядных, часто выделяют летучие органические соединения (ЛОС), которые действуют как косвенная защита, привлекая хищников или паразитоидов травоядных.
Хотя ранние исследования были сосредоточены на надземных взаимодействиях, корни играют особенно важную роль в выделении ЛОС, которые опосредуют коммуникацию между растениями, травоядными и нематодами под землей. Такие ЛОС могут действовать как аттрактанты, репелленты или токсичные вещества и влиять на пищевое поведение почвенных организмов, включая паразитических нематод.
Системные реакции растений на поедание травоядными насекомыми включают изменения в аскорбат-глутатионовом (ASC–GSH) цикле, который играет центральную роль в клеточном окислительно-восстановительном балансе и детоксикации активных форм кислорода.
Концентрации и окислительно-восстановительные состояния аскорбата (ASC/дегидроаскорбат) и глутатиона (GSH/дисульфид глутатиона) широко используются в качестве индикаторов окислительного стресса.
Вызванное поеданием травоядными насекомыми окислительное давление также отражается в изменениях пигментации, особенно в изменениях хлорофиллов и каротиноидов, которые способствуют фотозащите. Хотя цикл ASC–GSH хорошо изучен в системах растение-насекомое, его значение в реакциях растений на поедание моллюсками остается в значительной степени неизвестным. В отличие от поедания растений насекомыми, питание моллюсков характеризуется обширным истиранием тканей, отложением слизи и длительным контактом с поверхностью растений, что может вызывать различные окислительные и химические сигнальные реакции.
Капуста белокочанная — типичная культура семейства Brassicaceae, богатая серосодержащими глюкозинолатами. При разрушении клеток эти соединения гидролизуются эндогенным ферментом мирозиназой с образованием изотиоцианатов, нитрилов и других биологически активных метаболитов, которые способствуют защите от травоядных животных и патогенов.
Устойчивость, индуцированная серой, достигаемая путем внесения сульфатных удобрений, связана с увеличением содержания тиолов, глюкозинолатов и повышением устойчивости к вредным организмам в семействе Brassicaceae, хотя ее влияние на взаимодействие слизней, растений и нематод остается неизученным.
Недавние исследования показали, что летучие органические соединения (ЛОС) корней, образующиеся в результате нападения насекомых или механического повреждения, могут сильно влиять на хемотаксис (то есть направленное движение клеток или организмов) как энтомопатогенных, так и паразитических нематод, поражающих слизней.
Таким образом, в данном исследовании при помощи горшечного эксперимента в теплице ученые хотели закрыть пробелы в знаниях относительно:
(i) вызывает ли питание слизней системные антиоксидантные изменения в капусте,
(ii) изменяет ли повреждение надземной части растения профиль летучих органических соединений в листьях и корнях,
(iii) реагируют ли паразитические нематоды слизней (P. papillosa, O. myriophilus и O. onirici) на специфические для капусты летучие вещества, такие как ароматические нитрилы (например, 3-фенилпропионитрил), изотиоцианаты (например, аллил изотиоцианат) и летучие вещества зеленых листьев (например, 2-гексеналь).
Исследователи предположили, что поедание слизнями вызывает окислительные и связанные с серой метаболические сдвиги, которые изменяют выбросы летучих веществ капусты и создают химические сигналы, которые могут усиливать или подавлять привлечение нематод.
Питание слизней вызывало сильный окислительный стресс в листьях и корнях, что отражалось в снижении общего содержания аскорбата и глутатиона и увеличении доли их окисленных форм, указывая на системный окислительно-восстановительный дисбаланс.
Фотосинтетические пигменты также были заметно затронуты, что характеризовалось уменьшением содержания хлорофиллов и каротиноидов и активацией ксантофиллового цикла в сторону большего количества зеаксантина, особенно у растений, пораженных серым полевым слизнем.
Анализ методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС) в газовой фазе выявил тканеспецифические, вызванные поеданием растений травоядными животными изменения в профилях летучих органических соединений (ЛОС).
На основе этих изменений были выбраны три ЛОС — 3-фенилпропионитрил, аллил изотиоцианат и 2-гексенал — для хемотаксических исследований.
Эксперименты по изучению поведения показали, что принадлежность к ЛОС и вид нематоды существенно влияют на подвижность и хемотаксические реакции.
Phasmarhabditis papillosa проявляла наиболее сильное притяжение к 3-фенилпропионитрилу, тогда как аллил изотиоцианат действовал как слабый репеллент для P. papillosa, Oscheius myriophilus и Oscheius onirici. В отличие от этого, 2-гексенал не вызывал какой-либо устойчивой направленной реакции.
Эти результаты демонстрируют, что поедание растений слизнями изменяет метаболизм капусты и передачу летучих сигналов, формируя видоспецифическое поведение нематод и подчеркивая его потенциал для устойчивого управления популяцией слизней.
Источник: Agronomy 2026, doi.org/10.3390/agronomy16030350