Введение к работе
Актуальность работы. Защита растений от вредных организмов остается кардинальной проблемой современного сельскохозяйственного производства. При этом приоритетным способом решения проблемы должно быть развитие технологий и приемов, которые обеспечивают получение не только достаточной по объему, но и биологически полноценной и экологически безопасной продукции.
Создание методами генетической инженерии и биотехнологии генетически модифицированных сельскохозяйственных культур, устойчивых к вредителям и не нуждающихся для защиты урожая в обработке инсектоакарицидами, -выдающееся достижение 20 столетия. Площади посевов в мире под трансгенными или генетически модифицированными растениями возрастают с каждым годом, достигнув в 2008 г. 125 млн. га. Тем не менее, несмотря на увеличение посевов трансгенных растений недостаточно изученные экологические аспекты их биобезопасности сдерживают выращивание ГМР в России и ряде других стран. Отсутствие убедительных доказательств их экологической безопасности является источником научной неопределенности при оценке экологических рисков производства ГМ-культур.
Одним из основных экологических рисков считается возможность негативного влияния ГМР на нецелевые организмы биоценозов и возможно связанное с этим уменьшение биоразнообразия и нарушение трофических связей. Не является исключением в этом отношении и трансгенный картофель, устойчивый к колорадскому жуку, с геном СгуЗА. Несмотря на то, что действие гена СгуЗА высоко эффективно и селективно в отношении целевого вредителя, колорадского жука, сегодня никто не может с полной уверенностью утверждать, что другие нецелевые насекомые, питающиеся ^/-картофелем, не подвергаются абсолютно никакому воздействию.
Особые опасения среди экологов вызывает не острая токсичность, но возможность негативного пролонгированного воздействия ^/-токсинов (в ряду нескольких генераций насекомых). Потенциальная опасность здесь заключается в том, что долговременное влияние ^/-токсинов может сказаться на внутрипопуляционной структуре и генотипическом разнообразии организмов, населяющих биоценоз ^/-картофеля. Это, в свою очередь, может отразиться на адаптивности популяций и, в конечном итоге, на виде в целом.
Кроме того, влияние СгуЗА белка, токсичного для целевого вида (колорадского жука) может привести, наоборот, не к элиминации, а к увеличению жизнеспособности нецелевых видов насекомых и возможно к формированию резистентности этих вредителей к токсичным для них Bt-эндобелкам. Применительно к вредителям, данное явление крайне
нежелательно, так как неизбежно скажется на росте их численности и, соответственно, на урожае картофеля. На основании вышеизложенного, актуальность выбранного нами направления исследований очевидна.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась оценка пролонгированного действия трансгенного (Bt) картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, на нецелевых насекомых.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Анализ ДНК-полиморфизма популяций колорадского жука и 7 нецелевых
видов насекомых, в том числе и энтомофагов колорадского жука, по RAPD-,
ISSR- и SSR-маркерам.
2. Изучение изменчивости молекулярно-генетической структуры и
внутрипопуляционного генетического разнообразия насекомых в зависимости от
видовых особенностей и условий размножения.
Сравнительная оценка изменчивости молекулярно-генетической структуры и генетического разнообразия популяций картофельной минирующей моли и хлопковой совки при питании трансгенным (Bt) картофелем на протяжении нескольких поколений насекомых.
Оценка показателей роста и развития нецелевых видов насекомых-вредителей картофеля под влиянием ^/-токсинов в ряду нескольких генераций.
Научная новизна.
Проведена оценка пролонгированного действия ГМ-картофеля на нецелевую биоту: изучены внутрипопуляционное генетическое разнообразие насекомых в условиях питания ^/-картофелем и влияние СгуЗА белка на молекулярно-генетическую структуру популяций нецелевых видов в ряду поколений.
Исследован ДНК-полиморфизм популяций картофельной минирующей моли, хлопковой совки и хищных клопов Podisus maculiventris и Perillus bioculatus-энтомо фагов колорадского жука.
Выявлено позитивное влияние ^/-картофеля, устойчивого к колорадскому жуку (сорт Луговской плюс), на показатели роста и развития нецелевых насекомых-вредителей, в частности, на массу куколок хлопковой совки.
Практическая значимость результатов исследований.
- Выявлены RAPD- и ISSR-праймеры, позволяющие изучать ДНК-
полиморфизм различных видов насекомых.
- Предложен новый подход к оценке пролонгированного влияния трансгенных
растений на нецелевых насекомых, в основе которого лежит: культивирование
поливольтинных видов нецелевых насекомых на искусственной питательной
среде, содержащей ^/-токсины, и сравнительный анализ изменчивости
молекулярно-генетической структуры, генетического разнообразия и
показателей роста и развития исследуемых двух групп насекомых.
- Разработана методика: «Методика оценки пролонгированного действия
трансгенного (Bi) картофеля на нецелевых насекомых», 2010 г.
Основные положения, выносимые на защиту:
На этапе предрегистрационных испытаний трансгенных растений на экологическую безопасность, оценку пролонгированного действия ГМР на нецелевых насекомых следует проводить с использованием предлагаемого подхода, в основе которого лежит: культивирование поливольтинных видов нецелевых насекомых на искусственной питательной среде, содержащей Bt-токсины, и сравнительный анализ изменчивости молекулярно-генетическои структуры, генетического разнообразия, показателей роста и развития исследуемых двух групп насекомых.
Трансгенный (Bi) картофель, устойчивый к колорадскому жуку (сорт Луговской плюс), не оказывает негативного пролонгированного действия на нецелевой вид
- картофельную минирующую моль.
Позитивное влияние ^/-картофеля, устойчивого к колорадскому жуку (сорт
Луговской плюс), на показатели роста и развития нецелевых насекомых-
вредителей, в частности, на массу куколок хлопковой совки.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на
научно-практических конференциях: международной конференции
«Информационные системы диагностики, мониторинга и прогноза важнейших сорных растений, вредителей и болезней сельскохозяйственных культур» (Санкт-Петербург-Пушкин, 2008); международной конференции «Биологическая защита растений - основа стабилизации агроэкосистем» (г. Краснодар, 2008); отчетной конференции грантодержателей регионального конкурса РФФИ и администрации Краснодарского края «ЮГ-РОССИИ», «Вклад фундаментальных исследований в развитие современной инновационной экономики Краснодарского края» (п. Агой, Туапсинского района, 2008); международном симпозиуме «Защита растений - достижения и перспективы» (г. Кишинев, 2009), 3 Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2009).
Публикации материалов исследований. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 1 в издании, рекомендуемом ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, методики проведения исследований, результатов исследований, выводов, практических рекомендаций и приложения. Включает 28 рисунков, 29 таблиц. Список литературных источников, используемых для написания или цитируемых в тексте работы, насчитывает 257 наименования, из которых 180 на иностранных языках.
Благодарность. Автор выражает особую благодарность научному руководителю диссертационной работы к.с-х.н. В.И. Килю, замдиректора ВНИИБЗР к.б.н. В.Я. Исмаилову, зав.лаб. массового разведения и применения энтомоакрифагов Ж.А. Ширинян и к.б.н. М.В. Пушня за ценные советы и помощь при выполнении исследований и оформлении диссертационной работы.
