КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-16-00050

НазваниеФормирование современных ареалов растительноядных насекомых-инвайдеров и их экофизиологические адаптации к условиям юга России

РуководительМусолин Дмитрий Леонидович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова", г Санкт-Петербург

Года выполнения при поддержке РНФ 2021 - 2023 

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-101 - Лесное хозяйство

Ключевые словаНасекомые-фитофаги, Hemiptera, Heteroptera, Lepidoptera, моли, вредители, инвазии, формирование вторичных (инвазионных) ареалов, прогноз распространения, сезонные адаптации, диапауза, фотопериодическая реакция, трофические связи, агенты биологического контроля

Код ГРНТИ68.37.29


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Биологические инвазии – одна из актуальнейших проблем современной биологии. Исследования в этой области имеют не только большое фундаментальное, но и важное практическое значение, а именно – позволяют оценить степень негативного влияния чужеродных видов-инвайдеров на состояние и функционирование экосистем, определить ущерб от их вредоносной деятельности, спрогнозировать ход инвазий и предупредить появление чужеродных видов на новых территориях. С начала XXI века в южные регионы России вторглись десятки чужеродных видов насекомых, многие из которых представляют серьёзную опасность для природных экосистем, сельского и лесного хозяйства, а также городского озеленения. Проект нацелен на изучение 5 модельных видов насекомых-инвайдеров из отрядов полужесткокрылых и чешуекрылых (коричневого мраморного клопа Halyomorpha halys, незары зелёной Nezara viridula, дубовой кружевницы Corythucha arcuata, цикадки белой Metcalfa pruinosa и охридского минёра Cameraria ohridella): понимание процессов формирования вторичных (инвазионных) ареалов, трофических связей и особенностей сезонного развития в новых для инвайдеров условиях, а также реконструкцию путей инвазий (на основе молекулярно-генетического анализа) и прогноз распространения видов на территории России и сопредельных регионов (на основе эколого-географического анализа). Ранее подобные работы по данным видам инвайдеров на территории России не проводились. Впервые будут комплексно изучены экофизиологические адаптации, позволяющие указанным инвазионным фитофагам выживать во вторичном ареале, формировать зимнюю диапаузу для перенесения неблагоприятных периодов, максимально использовать ресурсы среды в течение вегетационного сезона и вредить растениям. Будут исследованы трофические ассоциации новых вредителей с местными и интродуцированными видами древесных растений на юге России и оценена роль трофической адаптации при расширении ареалов инвайдеров. Для выявления источников инвазии и уточнения географических путей распространения инвайдеров будут выполнены филогеографические исследования, основанные на анализе молекулярно-генетических характеристик различных географических популяций видов. В совокупности вышеперечисленное позволит лучше понять эколого-биологические основы процесса инвазий фитофагов в новые регионы и дать максимально точные прогнозы их распространения на юге России (и в целом в Евразии). Дополнительно предполагается исследовать комплекс энтомопатогенных грибов, ассоциированных с модельными инвайдерами, которые являются перспективными агентами для биологической борьбы с этими новыми хозяйственно значимыми вредителями растений в России.

Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут изучены пути формирования современных (вторичных) ареалов пяти вредоносных инвазионных видов насекомых – коричневого мраморного клопа Halyomorpha halys, незары зелёной Nezara viridula (Hemiptera: Heteroptera: Pentatomidae), дубовой кружевницы Corythucha arcuata (Hemiptera: Heteroptera: Tingidae), цикадки белой Metcalfa pruinosa (Hemiptera: Homoptera: Flatidae) и охридского минёра Cameraria ohridella (Lepidoptera: Gracillariidae). Будет выяснено, с какими видами растений связаны эти инвайдеры на юге России, как формируются и меняются в течение сезона трофические связи у политрофных видов. Впервые будут комплексно изучены экофизиологические адаптации, позволяющие инвайдерам приспосабливаться к условиям нового для них региона, максимально использовать ресурсы среды в течение благоприятных для их развития сезонов года и формировать диапаузу для перенесения неблагоприятных периодов. В рамках проекта впервые будет проведено сравнение физиологических реакций, лежащих в основе формирования состояния зимнего покоя (диапаузы) у разных популяций конкретных инвайдеров. Результаты молекулярно-генетических анализов позволят уточнить регионы-доноры инвазионных популяций, прояснить пути проникновения в Россию, составить представление об эффективных подходах к сдерживанию численности и предотвращению дальнейшего распространения видов. Будут составлены биоклиматические карты факторов среды, определяющих возможность распространения инвайдеров. Эти карты, в совокупности с выявленными экологическими лимитами видов, позволят определить эколого-географический потенциал видов и дать прогнозы течения их инвазий. Более того, впервые будет изучен комплекс энтомопатогенных грибов, которые определяют высокую смертность инвайдеров и являются эффективными перспективными агентами для биологической борьбы с новыми для России вредителями растений.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За первый год реализации проекта проведены следующие работы и получены результаты: – проведены наблюдения за фенологией инвазионной популяции коричнево-мраморный клоп Halyomorpha halys в условиях влажных субтропиков России (готовится статья в журнал Q1); – получены новые сведения о трофических связях H. halys на юге России: выявлены 10 видов кормовых пород H. halys; общее число кормовых растений клопа составило 117 видов из 49 семейств (подготовленный очерк об этом виде войдет в обзор инвазионных дендробионтных насекомых, который будет сдан в печать в начале 2022 г.; журнал Q1); – получены новые сведения о трофических связях незары зеленой Nezara viridula на юге России: установлены 25 кормовых пород незары зеленой, среди которых овощные, зерновые, декоративные культуры, а также сорные растения; – проведён анализ трофических связей белой цикадки Metcalfa pruinosa: выявлены дополнительно 49 новых для региона видов кормовых растений; таким образом, общее количество кормовых пород белой цикадки составило 151 вид; – изучена фенология и трофика каштановой минирующей моли Cameraria оhridella: в условиях Сочи с апреля по октябрь 2021 г. зафиксировано развитие 3 генераций C. оhridella и зимовка на стадии куколки в минах внутри опавших листьев (подготовленный очерк об этом виде войдет в обзор инвазионных дендробионтных насекомых, который будет сдан в печать в начале 2022 г.; журнал Q1); – уточнены трофических связей охридского минера C. ohridella с растениями семейства сапиндовые (Sapindaceae) в регионах инвазии на юге России: единичные повреждения охридским минером были выявлены только на интродуцированном западно-палеарктическом клене ложноплатановом (A. pseudoplatanus) и только в 2 из 30 исследованных пунктах (подготовлены материалы для статьи; журнал Q1); – выявлен новые фитофаги в условиях влажных субтропиков России – азалиевый клоп-кружевница Stephanitis pyrioides и азиатская огневка Haritalodes basipunctalis (подготовлены материалы для статьи; журнал Q2); – прослежено развитие популяции H. halys в квазиприродных условиях: данные 2021 г. вместе с имеющимся заделом по проекту за прошлые годы позволили показать динамику состояния репродуктивных и запасающих органов в течение года и сделать заключение о том, что H. halys в обычные по температурным условиям годы дает в регионе 2 поколения за сезон, а в холодные годы – 1 (эти материалы будут подготовлены к печати в журнале Q1); – изучены основных характеристик диапаузы у 4 популяций H. halys: показано, что продолжительность личиночного развития H. halys существенно зависит от фотопериода и популяционной принадлежности особи; клопы из всех популяций быстрее всего развиваются при самом коротком и самом длинном из использованных в опыте фотопериодов, а при промежуточных (околопороговых) длинах дня продолжительность развития возрастает; степени развития репродуктивных органов и жирового тела самцов и самок коричневого мраморного клопа негативно коррелируют; существенные различия в фотопериодическом пороге выявлены только между автохтонной популяцией из Южной Кореи, обитающей в пределах естественного (исходного) ареала клопа и тремя инвазивными популяциями (из Италии, Швейцарии и Краснодарского края России), которые отличаются друг от другая гораздо меньше; выявлена зависимость пороговой длины дня у самцов и самок H. halys от географической широты: изменению широты на 10° соответствует сдвиг порога примерно на 1 ч (по фотопериодической реакции H. halys готовится статья в журнал Q1); – проведен сбор материала для анализа генетического полиморфизма географических популяций H. halys: собран материал в следующих локациях: по России (более 200 экз.), за пределами России (более 570 экз.); – проведен предварительный анализ разнообразия и распространения гаплотипов COI H. halys в Европе на основе задела по проекту; всего собрано 646 экз. щитника в 5 странах (Россия, Сербия, Украина, Грузия и Казахстан); обнаружено 5 гаплотипов (H1, H3, H8, H33 и H80); гаплотип Н1 присутствует во всех 5 странах и является единственным гаплотипом в Украине, России и Грузии; он же доминирует в Казахстане; в Сербии, напротив, присутствуют все 5 гаплотипы, а доминируют Н3 (47%) и Н1 (40%) (результаты опубликованы в статье Gariepy, Musolin, …, Karpun, Zakharchenko et al, 2021; Q1); – проведена оценка генетической вариабельности популяций C. ohridella с выделением доминирующих гаплотипов COI в её вторичном ареале; на филогенетическом дереве, построенном для полученных сиквенсов охридского минера из 30 пунктов с юга России совместно с несколькими полученными сиквенсами вида из базы данных BOLD, выделяются 2 кластера: кластер А объединил 84% из 93 оригинальных сиквенсов охридского минера с юга страны; прочие 16% сиквенсов с юга России сформировали кластер Б; полученные результаты говорят о стремительном течении инвазии охридского минера на юге России и реализации филогеографического паттерна, похожего на тот, который был ранее описан для инвазионного ареала вида в странах восточной и западной Европы; возможность расширения трофических связей, а именно переход на клены, может позволить виду продолжить расширять свой ареал, а также переживать периоды депрессии при исчерпании основного кормового ресурса (по собранным материалам готовится статья в журнал Q1); – проработана методики эколого-географического анализа и моделирования распространения H. halys: составлены карты основных экологических факторов среды, лимитирующих распространение H. halys; итоговые карты представлены в виде веб-ГИС композиции (http://app.o-gis.org/o-gis/web/app.php/editor/composition/163); определено, что распространение H. halys лимитируют теплообеспеченность в период активного развития, низкие зимние температуры и влагообеспеченность; установлено, что общая СЭТ для полного поколения H. halys составляет 746 гр.-дн.; создана модель, описывающая распространение вида; её предикативность для Европы составила 92.6%; основной фактор, определяющий распространение H. halys в Европе – теплообеспеченность; недостаточная влагообеспеченность, по-видимому, лимитирует распространение H. halys в Испании и на юге Италии; зимние температуры не достигают лимитирующих распространение H. halys значений в Западной Европе (за исключением горных областей); общая предикативность модели для мировой территории распространения H. halys составила 95.8%; проведен расчет количества генераций; показано, что на территории РФ ресурсы тепла потенциально достаточны для формирования мраморным клопом моновольтинных популяций на север до Брянской, юга Калужской, Московской, Владимирской, Нижегородской областей, Республики Марий Эл, Татарстана, западной части Башкортостана; далее на восток анклавы достаточной теплообеспеченности встречаются периодически по южной границе РФ в Сибири и на Дальнем Востоке (см. http://app.o-gis.org/o-gis/web/app.php/editor/composition/163); однако низкие зимние температуры неблагоприятны для H. halys на большей части этой территории; успешность натурализации на севере вторичного ареала будет зависеть от способности H. halys проникать зимой в постройки; две генерации возможны в Предкавказье, Ростовской, Волгоградской, на юго-востоке Саратовской и юге Самарской и Оренбургской областей; до 3 генераций в отдельные годы возможны на востоке Ставропольского края, в Калмыкии, Восточном Предкавказье и Астраханской области, однако аридные условия соответствующих территорий в совокупности с низкими зимними температурами могут не позволить H. halys натурализоваться в них (по результатам анализа будет подготовлена статья в журнал Q2); – в Агурском ущелье был обнаружен локальный очаг гибели цикадки-бабочки японской Ricania japonica от гриба Beauveria bassiana s.l.; из этого материала выделен штамм RJi-SNP20; из собранного в разных точках материала в 2021 г. было выделено 5 штаммов B. bassiana s.l.; также проведена работа по изучению штаммов B. bassiana s.l. из разных популяций H. halys; – проведена оценка вирулентности выделенных штаммов энтомопатогенных грибов в отношении H. halys в период вегетации и зимовки: поставлен лабораторный опыт по изучению вирулентности выделенных на данный момент штаммов B. bassiana s.l.; при проверке 7 штаммов установлено, что среди выделенных штаммов B. bassiana s.l. наиболее эффективными в отношении коричнево-мраморного клопа в лабораторных условиях оказались штаммы PRi-Bd20 и CVi-MR19 – они показали эффективность выше 95% на 10-е сутки после обработки; – сверх плана проведено совместное исследование расширения к югу ареала щитника Rhaphigaster nebulosa; опубликовано сообщение о первой находке R. nebulosa из Воронежской области и новых находках паразитирующей на этом виде тахины Cylindromyia bicolor, которая ранее была известна только по единичным экземплярам и лишь с крайнего юга Воронежской области: одновременное обнаружение 2 этих видов, связанных тесными хозяинно-паразитическими отношениями, может свидетельствовать о расширении их ареалов в связи с наблюдаемым изменением климата (опубликована краткая статья: Aksenenko, Kondratyeva, Musolin, 2021); – созданы основные информационные ресурсы проекта: 1) Research Gate Project log: https://www.researchgate.net/project/Formation-of-the-current-ranges-of-invasive-herbivorous-insects-and-their-ecophysiological-adaptations-to-the-conditions-of-the-Southern-Russia ; 2) страница нашего проекта на сайте "Люди науки": https://citizen-science.ru/projects/rasprostranenie-invazionnogo-korichnevogo-mramornogo-klopa-halyomorpha-halys-v-evrazii.html

 

Публикации

1. - Проекты СПбГЛТУ стали победителями конкурса на получения грантов Российского научного фонда Сайт СПбГЛТУ, 07.04.2021 (год публикации - ).

2. - Проекты СПбГЛТУ стали победителями конкурса на получение грантов РНФ Портал forestcomplex.ru, 07.04.2021 (год публикации - ).

3. - Победа в конкурсе Информационно-аналитический портал Северо-Запада об окружающей среде, 07.04.2021 (год публикации - ).

4. - Проекты СПбГЛТУ стали победителями конкурса на получение грантов Российского научного фонда Первый лесопромышленный портал, 07.04.2021 (год публикации - ).

5. - Российский научный фонд объявил победителей конкурса 2021 года на получение грантов РНФ по приоритетному направлению деятельности Первый лесотехнический университет | СПбГЛТУ, 07.04.2021 (год публикации - ).

6. - Наталья Кириченко: «Важно найти свой научный объект и полюбить его на всю жизнь» Сайт ФИЦ «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», 21 апреля 2021 г. Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (год публикации - ).

7. - Участие энтомологов ИЛ в Чтениях памяти Н.А. Холодковского Сайт Института леса СО РАН, 05.11.2021 (год публикации - ).

8. - Formation of the current ranges of invasive herbivorous insects and their ecophysiological adaptations to the conditions of the Southern Russia Researchgate.net, (постоянный log проекта) (год публикации - ).

9. - По Евразии ползет Halyomorpha halys: Изучаем распространение инвазионного коричневого мраморного клопа Сайт "Люди науки" (https://citizen-science.ru/), 2021 (год публикации - ).

10. - Бессонные ночи и сотня волонтеров: как ученые исследуют пути распространения чужеродных насекомых-вредителей сайт Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», 29 ноября 2021 г. Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (год публикации - ).

11. Аксёненко Е.В., Кондратьева А.М., Мусолин Д.Л. The first record of Rhaphigaster nebulosa (Poda, 1761) (Heteroptera: Pentatomidae) for Voronezh Region and notes about the host-parasitic relationships with Cylindromyia bicolor (Olivier, 1812) (Diptera: Tachinidae). Russian Entomological Journal, Vol. 30. No. 2. P. 143–145. (год публикации - 2021).

12. Гариепи Т.Д., Мусолин Д.Л., Коневич А., Карпун Н.Н., Захарченко Е.Н., Тавелла Л., Бруин А., Хайе Т. Diversity and distribution of cytochrome oxidase I (COI) haplotypes of the brown marmorated stink bug, Halyomorpha halys Stål (Hemiptera, Pentatomidae), along the eastern front of its invasive range in Eurasia. NeoBiota, Vol. 68, 53–77 (год публикации - 2021).

13. Карпун Н., Журавлева Е., Борисов Б., Кириченко Н., Мусолин Д. Detection and monitoring of alien plant-sucking insect species on the Black Sea coast of Russia Proceedings of the 1st International Electronic Conference on Entomology, 1–15 July 2021, MDPI: Basel, Switzerland, IECE-10489 (год публикации - 2021).

14. Карпун Н.Н., Захарченко В.Е., Мусолин Д.Л. Уровень смертности инвазионного коричнево-мраморного клопа Halyomorpha halys (Heteroptera: Pentatomidae) в зимний период во влажных субтропиках России. Добровольский А.А. и др. (ред.). Леса России: политика, промышленность, наука, образование. Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции., Т. 1. С. 197–200 (год публикации - 2021).

15. Кириченко Н., Карпун Н., Акулов Е., Самарина Л., Мамаев Н., Мусолин Д. The invasive horse-chestnut leaf miner Cameraria ohridella (Lepidoptera: Gracillariidae) in the Southern Russia: Preliminary molecular genetic characterization. Proceedings of the 1st International Electronic Conference on Entomology, 1–15 July 2021, MDPI: Basel, Switzerland, 10507 (год публикации - 2021).

16. Кириченко Н.И., Акулов Е.Н., Рязанова М.А., Бабичев Н.С., Курпун Н.Н., Мусолин Д.Л. Exploring the invasion processes in leaf mining moths (Lepidoptera: Gracillariidae) in Russia using molecular genetic tools Dgebuadze Yu. Yu. et al. Invasion of Alien Species in Holarctic. Borok-VI: Sixth International Symposium. Book of Abstracts. Kazan: Buk., 109 (год публикации - 2021).

17. Кириченко Н.И., Карпун Н.Н., Захарченко В.Е., Мамаев Н.А., Мусолин Д.Л. Чужеродные инвазионные моли-пестрянки – вредители древесных растений в лесопарковых зонах юга России Добровольский А.А. и др. (ред.). Леса России: политика, промышленность, наука, образование. Материалы VI Всероссийской научно-технической конференции., Т. 1. С. 208–211. (год публикации - 2021).

18. Мусолин Д.Л., Саулич А.Х. Seasonal Development of Plant Bugs (Heteroptera, Miridae): Subfamily Orthotylinae, Tribes Halticini and Orthotylini Entomological Review, 101 (6): 743-754 (год публикации - 2021).