Слизни наносят большой вред картофельным посадкам, поскольку не только объедают листья, но и зарываются в клубни. Однако у них есть грозные подземные враги – энтомопатогенные нематоды, которые реагируют на сигналы ЛОС (летучие органические соединения) от картофеля, терпящего бедствие.
Паразитические нематоды являются неотъемлемыми компонентами почвенных экосистем, способствуя естественному подавлению вредителей.
Среди них энтомопатогенные нематоды из семейств Heterorhabditidae и Steinernematidae привлекли значительное внимание как эффективные биологические агенты контроля против насекомых-вредителей.
Такие виды, как Steinernema feltiae Filipjev, Steinernema carpocapsae (Weiser), Heterorhabditis bacteriophora Poinar и Phasmarhabditis hermaphrodita (Schneider), широко интегрированы в программы борьбы с вредителями из-за их способности заражать и уничтожать сельскохозяйственных вредителей, предлагая при этом экологически устойчивую альтернативу химическим пестицидам.
Помимо борьбы с насекомыми, недавние исследования выявили потенциал Phasmarhabditis papillosa (Schneider) Andrassy и Oscheius myriophilus (Poinar) в борьбе с вредителями-моллюсками, особенно слизнями, которые представляют серьезную угрозу урожайности.
Эти нематоды устанавливают паразитические отношения со своими хозяевами-слизняками, проникая через естественные отверстия или проникая через стенку тела. Оказавшись внутри, они вторгаются во внутренние ткани, такие как мантийная полость, пищеварительный тракт или репродуктивные органы, что приводит к нарушению жизненно важных физиологических функций.
Зараженные слизни обычно прекращают питаться в течение нескольких дней, что является важным фактором в снижении ущерба урожаю еще до наступления смертности. Смерть обычно наступает в течение 4–21 дня, в зависимости от условий окружающей среды и нагрузки нематодами. Затем нематоды продолжают размножаться внутри трупа хозяина, а недавно сформированные инфекционные молодые особи позже появляются и распространяются в почве в поисках новых хозяев.
Этот жизненный цикл не только способствует эффективному подавлению популяций слизней, но и обеспечивает устойчивость нематод в окружающей среде. Включение таких нематод в стратегии комплексной борьбы с вредителями может значительно снизить зависимость от синтетических моллюскицидов, улучшить биоразнообразие и поддержать устойчивые методы ведения сельского хозяйства за счет сохранения экологического баланса.
Фундаментальный аспект поведения нематод в поиске пищи и хозяина включает обнаружение химических сигналов, включая углекислый газ (CO2) и летучие органические соединения (ЛОС), выделяемые растениями и связанными с ними организмами.
Выделяемые растениями ЛОС служат важнейшими подземными сигналами, которые опосредуют взаимодействие между растениями, травоядными животными и естественными врагами, влияя на стратегии поиска хозяина нематодами.
В случае картофеля ( Solanum tuberosum L.) из клубней выделяется разнообразный набор ЛОС, которые могут играть ключевую роль в тритрофических взаимодействиях с участием слизней и нематод.
Клубни картофеля производят сложную смесь вторичных метаболитов, которые выполняют как прямую, так и косвенную защиту, включая альдегиды (например, деканал, нонаналь и октаналь), углеводороды (например, ундекан) и ароматические или кетонные соединения (например, 1,2,4-триметилбензол и 6-метил-5-гептен-2-он).
Известно, что некоторые из этих соединений, такие как 2-этил-1-гексанол, привлекают почвенные организмы и могут играть ключевую роль в хемотаксисе нематод.
Примечательно, что растения демонстрируют замечательную специфичность в выбросах ЛОС в зависимости от идентичности травоядного животного, тонко настраивая свои защитные реакции для отпугивания вредителей, одновременно привлекая полезные организмы, такие как хищные насекомые и нематоды.
Было показано, что определенные соединения, такие как (E)-β-кариофиллен и 4,5-диметилтиазол, привлекают энтомопатогенных нематод, тогда как другие, такие как гексаналь и терпинолен, действуют как отпугивающие вещества.
Способность нематод реагировать на эти химические градиенты еще больше подчеркивает сложность подземных мультитрофических взаимодействий.
Если нематоды, паразитирующие на слизняках, аналогичным образом привлекаются ЛОС, выделяемыми поврежденными травоядными клубнями картофеля, это позволяет предположить, что растения косвенно привлекают нематод в рамках своей стратегии защиты.
Прояснение этого взаимодействия улучшит наше понимание подземной мультитрофной динамики и будет способствовать разработке более устойчивых подходов к борьбе с вредителями.
Задачей исследования, выполненного учеными Кафедры агрономии биотехнического факультета Люблянского университета в Словении, было расширение знаний о хемотаксическом поведении нематод, паразитирующих на слизнях, в частности P. papillosa, O. myriophilus и O. onirici, в ответ на ЛОС, выделяемые клубнями картофеля.
Исследование направлено на следующие цели:
Оценить вариации хемотаксических реакций среди видов нематод в различных температурных условиях. Поскольку температура существенно влияет на поведение и эффективность нематод в качестве агентов биологического контроля, понимание того, как различные виды реагируют на колебания окружающей среды, поможет усовершенствовать их применение в различных климатических регионах.Исследовать поведенческие эффекты конкретных ЛОС, выделяемых клубнями картофеля, на нематод, паразитирующих на слизняках. Определение ключевых химических соединений, которые привлекают или отталкивают нематод, позволит лучше понять механизмы поиска ими хозяина и повысить эффективность биологических стратегий борьбы со слизняками.Определить, действуют ли выделяемые растениями ЛОС как косвенные сигналы защиты, привлекая нематод, паразитирующих на слизняках, к местам, поврежденным травоядными. Это предоставит ценную информацию о взаимодействии растений, нематод и травоядных, предлагая основу для интеграции нематод, паразитирующих на слизняках, в устойчивые программы борьбы с вредителями.Область данного исследования выходит за рамки фундаментальной поведенческой экологии нематод с прямым применением для стратегий комплексной борьбы с вредителями.
Выясняя механизмы, лежащие в основе привлечения нематод к ЛОС, выделяемым растениями, данное исследование направлено на улучшение методов биологического контроля, одновременно снижая зависимость от синтетических моллюскицидов и тем самым способствуя экологически устойчивому сельскому хозяйству.
Для данного исследования были использованы местные популяции P. papillosa (регистрационный номер GenBank MT800511.1), O. myriophilus (регистрационный номер GenBank OP684306.1) и O. onirici (регистрационный номер GenBank PQ876382), поскольку их присутствие было недавно подтверждено в Словении.
Нематоды культивировались in vivo с использованием замороженных испанских слизней в качестве субстрата. После 10 дней инкубации нематоды были извлечены из трупов слизней в соответствии со стандартизированным протоколом, адаптированным для энтомопатогенных нематод.
Среди протестированных соединений октаналь последовательно действовал как слабый аттрактант, особенно для O. myriophilus, тогда как нонаналь демонстрировал зависящие от вида эффекты, действуя как слабый аттрактант для P. papillosa, но слабый репеллент для O. myriophilus.
Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, указывающими на то, что альдегиды, такие как октаналь и нонаналь, играют ключевую роль в поведении нематод при поиске пищи. Напротив, углеводороды, такие как ундекан и 1,2,4-триметилбензол, показали нейтральные или слабые репеллентные эффекты, что согласуется с их более низкой летучестью и сниженным взаимодействием с сенсорными рецепторами нематод.
Слабое притяжение нематод к 6-метил-5-гептен-2-ону предполагает потенциальную сигнальную роль во взаимодействиях растений и нематод, подкрепляя идею о том, что ЛОС, вызванные ранами от травоядных, способствуют подземным химическим коммуникационным сетям. Результаты подчеркивают важность дальнейшего изучения экологической значимости этих ЛОС в естественных почвенных средах.
Температура значительно повлияла на хемотаксис нематод, при этом более сильное слабое притяжение к октаналю и 6-метил-5-гептен-2-ону наблюдалось при 18 °C, чем при 22 °C. Эта изменчивость, зависящая от температуры, предполагает, что сенсорное восприятие и эффективность движения нематод зависят от условий окружающей среды, как сообщалось ранее.
Наблюдаемые взаимодействия вида, ЛОС и температуры еще больше подчеркивают сложность стратегий добычи пищи нематод, подтверждая представление о том, что разные виды занимают разные экологические ниши. Эти результаты имеют практическое значение для применения биологического контроля, поскольку колебания температуры в полевых условиях могут влиять на набор и эффективность нематод.
Концентрация ЛОС сыграла решающую роль в формировании хемотаксических реакций.
Более высокие концентрации октаналя и 6-метил-5-гептен-2-она вызывали более выраженное притяжение, особенно у O. myriophilus, тогда как более низкие концентрации (0,03 ppm) приводили к нейтральным или слабым реакциям. Это порогово-зависимое поведение согласуется с предыдущими результатами по энтомопатогенным нематодам, где более высокие концентрации ЛОС усиливали притяжение, а более низкие уровни приводили к непоследовательным реакциям.
Интересно, что 1,2,4-триметилбензол продемонстрировал слабую репеллентную активность при 0,03 ppm, но был нейтральным на уровне чистого соединения, что позволяет предположить, что некоторые ЛОС могут играть двойную роль в зависимости от градиентов их концентрации.
Эти результаты подчеркивают необходимость тонкой настройки концентраций ЛОС для максимального притяжения, избегая при этом потенциальных эффектов отталкивания в полевых условиях.
Исследование также подтверждает гипотезу о том, что восприимчивость к ЛОС различается среди таксонов нематод, при этом виды, паразитирующие на слизнях (P. papillosa и Oscheius spp.), демонстрируют более сильное притяжение к октаналю, чем те, что паразитируют на насекомых.
Это подчеркивает необходимость видоспецифической оптимизации стратегий биологического контроля на основе ЛОС. Наблюдаемые дифференциальные ответы указывают на то, что подходы биологического контроля на основе ЛОС должны быть адаптированы к конкретным системам нематод–вредителей.
В целом, результаты имеют важное значение для стратегий биологического контроля, нацеленных на вредителей-моллюсков. Постоянно слабое притяжение O. myriophilus к октаналю и 6-метил-5-гептен-2-ону предполагает, что эти соединения могут быть использованы для усиления привлечения нематод в зараженные вредителями районы, повышая их эффективность в качестве агентов биологического контроля. Интеграция этих ЛОС в программы комплексной борьбы с вредителями может усилить контроль над слизнями, одновременно снижая зависимость от химических моллюскицидов. Однако перед внедрением в полевых условиях необходимо решить несколько аспектов.
Полевая проверка необходима для определения того, могут ли синтетические ЛОС надежно усиливать привлечение нематод в естественных условиях, поскольку изменчивость в реальном мире может влиять на эффективность. Кроме того, колебания температуры могут влиять на активность нематод, что требует адаптивных стратегий развертывания, учитывающих сезонную и почвенную динамику.
По статье группы авторов (Жига Лазник, Станислав Трдан, Мохаммад Йонеси), опубликованной в журнале Agronomy 2025 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.