Методы, технологии и системы массового размножения чешуекрылых насекомых как основа производства энтомопатогенов и энтомофагов, применяемых в борьбе с сельскохозяйственными и лесными вредителями

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 23-16-00262

НазваниеМетоды, технологии и системы массового размножения чешуекрылых насекомых как основа производства энтомопатогенов и энтомофагов, применяемых в борьбе с сельскохозяйственными и лесными вредителями

Руководитель Токарев Юрий Сергеевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений" , г Санкт-Петербург

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии

Ключевые слова техническая энтомология, лабораторная культура, насекомые-фитофаги, паразитоиды, яйцееды, микроспоридии, биологическая защита растений, масштабирование производства

Код ГРНТИ68.37.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Массовые виды насекомых в периоды вспышек размножения представляют значительную угрозу для сельского или лесного хозяйства, а также здоровья и безопасности населения по причине существенного влияния на состояние сельскохозяйственных угодий и лесных массивов. Особый интерес для управления численностью сельскохозяйственных и лесных вредителей представляет использование естественных врагов: энтомопатогенов и энтомофагов. Стратегии применения паразитических насекомых и патогенных микроорганизмов требуют специального внимания вопрос массового производства биоматериала, используемого в практических целях. Несмотря на значительный прогресс в различных отраслях современной биологии, многие частные и общие вопросы, в том числе имеющих практическое значение при воплощении агробиотехнологических подходов в производстве, остаются слабо разработанными. Это касается как отдельных аспектов культивирования самих насекомых, так и особенностей паразитизма определённых видов энтомопатогенов и энтомофагов в конкретных видах насекомых, а также возможностей масштабирования технологий, разработанных в лабораторных условиях. За последние три десятилетия в различных областях деятельности человека появилось множество новых технологических подходов, возможных к применению в технической энтомологии, в сфере массового производства насекомых. Созданы новые полимерные и композитные материалы, возможные к применению для оптимизации пространства, найдены новые источники питательных компонентов, пищевые антибиотики новых химических классов, и т.п. Разработаны и массово производятся доступные контроллеры и датчики для создания систем, автоматически поддерживающих оптимальные контролируемые условия обитания биообъектов. Однако методы культивирования насекомых в лабораториях и на многих промышленных предприятиях до сих пор остаются мало отличимы от методов, применяемых три десятилетия назад. Для осуществления эффективных методов биологической борьбы с фитофагами – вредителями – чешуекрылыми требуется наладить их массовое круглогодичное непрерывное производство, где в стандартизированных условиях будет возможно получение продукции энтомопатогенов и выращивание на произведенных фитофагах энтомофагов. Применение современных подходов, позволяющих решить существующие технологические противоречия для целей массового прикладного производство ряда важнейших видов чешуекрылых – вредителей сельскохозяйственных культур и модельных объектов энтомологических исследований, лежит в основе актуальности разрабатываемой темы исследования. С учетом существующих теоретических вопросов и практических проблем, основные задачи проекта включают: а) подбор линейки лабораторных культур чешуекрылых насекомых, подходящих для массового производства, а также тестирования вирулентных свойств наиболее перспективных и коммерчески востребованных видов энтомопатогенных микроорганизмов и паразитических насекомых; б) оптимизацию известных подходов и создание методик управления скоростью развития конкретных видов насекомых и долговременного хранения биоматериала для синхронизации процессов производства; в) усовершенствование существующих и разработку новых технологий массового выращивания насекомых для воспроизводства маточной культуры и для размножения энтомопатогенов и энтомофагов на разных стадиях развития чешуекрылых; г) создание прототипов систем массового размножения для наиболее значимых и коммерчески важных объектов; д) практическую оценку возможностей масштабирования разработанных систем массового размножения чешуекрылых для производственных нужд. Реализация такого проекта позволит накопить значительный объем информации о функционировании живых систем (на примере вредных и полезных насекомых) в условиях искусственного выращивания, что послужит важным научно-методическим заделом для дальнейшего развития работ, направленных на создание отечественных продуктов для биологической защиты растений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Румянцева А.С., Агеев А.А., Игнатьева А.Н., Якимова М.Е., Харламова Д.Д., Мартемьянов В.В., Токарев Ю.С. Microsporidia-cypovirus interactions during simultaneous infection of the tree defoliator Dendrolimus sibiricus (Lepidoptera: Lasiocampidae) Journal of Invertebrate Pathology, 207: 108199 (год публикации - 2024)
10.1016/j.jip.2024.108199

2. Белевич О., Юрченко Ю., Харламова Д., Шаталова Е., Агриколянская Н., Субботина А., Игнатьева А., Токарев Ю., Мартемьянов В. Ecological safety of insecticide based on entomopathogenic virus DsCPV-1: effects on nontarget invertebrates Scientific Reports, 14: 29093 (год публикации - 2024)
10.1038/s41598-024-78471-7

3. Агеев А.А., Головина А.Н., Уткузова А.М., Шестопалова А.В., Токарев Ю.С. Experimental Testing of Host Range of the Parasitoid Wasp Trichogramma dendrolimi Under Laboratory Conditions MDPI Insects, 16, 1114 (год публикации - 2025)
10.3390/insects16111114

4. Уткузова А.М., Черткова Е.А., Крюкова Н.А., Малыш Ю.М., Токарев Ю.С. “Hostbusters”: The Bacterial Endosymbiont Wolbachia of the Parasitoid Wasp Habrobracon hebetor Improves Its Ability to Parasitize Lepidopteran Hosts MDPI Insects, 16, 464 (год публикации - 2025)
10.3390/insects16050464

5. Румянцева А.С., Соколова Ю.Я., Малыш Ю.М., Агеев А.А. New data on the ultrastructure of Tubulinosema loxostegi Malysh, Tokarev et Issi, 2013 (Microsporidia) and genetic divergence of T. loxostege isolates Protistology, 19 (3): 185–199 (год публикации - 2025)
10.21685/1680-0826-2025-19-3-2

6. Канайкин Д.П., Пазюк И.М., Несин А.П., Токарев Ю.С. Оценка пригодности яиц Lucilia sericata (Diptera, Calliphoridae) в качестве корма для разведения хищного клопа Macrolophus pygmaeus (Heteroptera, Miridae) Вестник защиты растений, 108(2), 117–122 (год публикации - 2025)
10.31993/2308-6459-2025-108-2-16795

7. Черткова Е.А., Алексеев А.А. Rearing of the beet webworm Loxostege sticticalis (Lepidoptera: Crambidae) under laboratory conditions using an artificial diet Вестник защиты растений, 108(2), 123–126 (год публикации - 2025)
10.31993/2308-6459-2025-108-2-17044

8. Тимофеев С.А., Соколова Ю.Я., Токарев Ю.С. Microsporidia infecting beneficial insects which serve as biological control agents Паразитология, 59(5), 339-351 (год публикации - 2025)
10.7868/S3034586325050017

9. Малыш С.М., Симакова А.В., Соколова Ю.Я., Сендерский И.В., Киреева Д.С., Токарев Ю.С. Сходство и различия пяти видов микроспоридий рода Nosema из чешуекрылых насекомых Материалы Конгресса исследователей симбиотических систем 6-11 октября 2025 года, г. Москва. Москва: ИПЭЭ РАН, pp. 177 (год публикации - 2025)
10.61726/7635.2025.82.30.001

10. Уткузова А.М., Игнатьева А.Н., Черткова Е.А., Токарев Ю.С. Влияние температуры на соотношение полов наездника Habrobracon hebetor в лабораторных условиях Материалы Конгресса исследователей симбиотических систем 6-11 октября 2025 года, г. Москва. Москва: ИПЭЭ РАН, pp. 281 (год публикации - 2025)
10.61726/7635.2025.82.30.001

11. Конончук А.Г., Малыш С.М., Нуржонов Ф.А., Токарев Ю.С. Восприимчивость тутовой огневки Glyphodes pyloalis (Lepidoptera: Pyralidae) к микроспоридиям рода Nosema Материалы Конгресса исследователей симбиотических систем 6-11 октября 2025 года, г. Москва. Москва: ИПЭЭ РАН, pp. 176 (год публикации - 2025)
10.61726/7635.2025.82.30.001

12. Агеев А.А.,Головина А.Н.,Шестопалова А.В. На пути к стабильному лабораторному выращиванию паразитоида Telenomus tetratomus Материалы Конгресса исследователей симбиотических систем 6-11 октября 2025 года, г. Москва. Москва: ИПЭЭ РАН, стр. 271 (год публикации - 2025)
https://doi.org/10.61726/7635.2025.82.30.001

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе реализации проекта продолжается рутинное поддержание многолетних лабораторных культур лугового мотылька Loxostege sticticalis, пчелиной огневки Galleria mellonella, зерновой моли Sitotroga cerealella, капустной совки Mamestra brassicae, а также новых культур, созданных на предыдущем этапе реализации проекта (капустная моль Plutella xylostella, инжирная молелистовертка Choreutis nemorana, малая тутовая огневка Glyphodes pyloalis, табачный бражник Manduca sexta и др.). Введены в культуру огородная совка Lacanobia oleraceae и хлопковая огневка Haritalodes derogatа. Продолжено развитие инфраструктуры, обеспечивающей круглогодичное выращивание растений в условиях сити-ферм и фитотронов. Для совершенствования методик массового производства насекомых, как и как в предыдущий отчетный период, продолжены эксперименты по подбору оптимальных компонентов искусственных питательных сред (ИПС) для гусениц чешуекрылых. Мощный «буст» этому направлению дала коллаборация с сотрудником отдела энтомологии Московского зоопарка А. Загоринским. Наиболее массовые и успешно размножающиеся в условиях нашей лаборатории насекомые, такие как зерновая моль, луговой мотылек, табачный бражник, капустная совка и огородная совки, использованы для отработки методик массового размножения. Изучены различные материалы и их конфигурации для создания внутреннего пространства садков для питания и окукливания гусениц; рассмотрены разные варианты отделения гусениц и куколок от субстрата, в том числе с использованием вибросита. Разработана оригинальная технология культивирования огородной и капустной совок, позволяющая значительно повысить плотность содержания гусениц и легко отделять их от остатков корма и фекалий. На примере огородной и капустной совок подобрана комбинация антибиотических и гормонально-активных веществ, способствующая существенному увеличению скорости развития гусениц. Для массового производства зерновой моли созданы конструкции, обеспечивающие компактное размещение сотен килограмм зерна в горизонтальных кассетах. Выход яиц ситотроги составляет до 15 г с килограмма зерна. Продолжен анализ круга восприимчивых хозяев для наездника-яйцееда Trichogramma dendrolimi из Иркутской области. Особи, полученные из хозяев, откладывающие крупные яйца (сибирский шелкопряд, табачный бражник) по исследуемым параметрам сопоставимы с особями природной популяции из сибирского шелкопряда, и значительно превосходят особей, выведенных из хозяев имеющие мелкие по размеру яйца (зерновая моль, галлерия). Лабораторная линия изолята T. dendrolimi из Иркутской области на данный момент насчитывает 30 поколений. В ходе эксперимента по ведению отдельной линии на табачном бражнике получено 10 поколений паразитоида. По своим характеристикам каждое последующее полученное поколение яйцееда не отличается от предыдущего. Это подтверждает перспективность использования табачного бражника для производства трихограммы. Ещё одно из основных направлений в работе с осами-яйцеедами связано с выработкой оптимального режима долгосрочного хранения и определением максимально возможного срока хранения яйцеедов T. dendrolimi и Telenomus tetratomus. Продолжен цикл экспериментов по сравнению двух культур эктопаразитоида Habrobracon hebetor, содержащей и не содержащей эндосимбионта Wolbachia pipientis по эффективности паразитирования на гусеницах различных видов чешуекрылых. Полученные данные расширяют наши знания о круге восприимчивых хозяев H. hebetor, подтверждают эффективность его применения для борьбы с этими вредителями, и свидетельствуют о важной роли эндосимбионта W. pipientis в реализации потенциала наездника. В частности, в отсутствие эндосимбионта резко снижается способность наездника парализовать гусениц кукурузного мотылька, капустной моли и других насекомых. Набор основных изучаемых энтомопатогенов включает два вида вирусов ядерного полиэдроза (ВЯП-ХС и ВЯП-КС), один вид вируса цитоплазматического полиэдроза (DsCPV-1), и 10 изолятов микроспоридий разной таксономической принадлежности (Таблица 2). Ввиду большого набора изолятов микроспоридий, проведен сравнительный анализ их вирулентности и споропродуктивности в разных насекомых-хозяев. В частности, для Nosema bombycis из тутового шелкопряда и Nosema sp. NspHA из хлопковой совки выявлены некоторые отличия в показателях вирулентности и споропродуктивности на разных видах насекомых. Чаще всего более высокая вирулентность первого вида по отношению к различным чешуекрылым не позволяла полноценно развиться значительному количеству спор, в отличие от второго изолята, для которого удавалось получить значительные количества спор в разных хозяевах. Подтверждена перспективность применения второго вида для борьбы с вредителями шелковицы, такими как малая тутовая огневка. Дополнительно, обнаружена восприимчивость к заражению NspHA и поддержка споропродуктивности на высоком уровне в луговой огневке, которая обладает более крупными, чем луговой мотылек, размерами, и позволяет накопить до 400 млн спор на гусеницу. Интересный эффект на своих хозяев оказывает ряд протестированных микроспоридий, зачастую не вызывая высокой смертности, но приводя к резкому замедлению развития. В частности, при заражении изолятом Msp22PB из капустной белянки насекомые не линяют на следующий возраст и не растут, сохраняя жизнеспособность в малоактивном состоянии весьма длительное время. Это обеспечивает существенное снижение вредоносности фитофагов. Эксперименты по изучению влияния состава корма на продуктивность вирусов ядерного и цитоплазматического полиэдроза, а также трёх микроспоридий рода Nosema, показали, что замена зародышей пшеницы на обычные отруби в целом не влияет на продуктивность энтомопатогенов. Это позволяет существенно сэкономить на стоимости ИПС, используемой для выращивания зараженных гусениц. С другой стороны, в связи с введением в практику нашей работы новых, более удачных комбинаций добавок для ИПС (см. выше), также важно оценить их влияние на продуктивность энтомопатогенов, что запланировано на следующий год. При изучении совместимости энтомопатогенов с энтомофагами установлено следующее. Микроспоридия N. pyrausta из кукурузного мотылька способна не только заражать H. hebetor, но и сохраняться в ряду поколений, однако инфекция имеет невысокий уровень и постепенно сходит на нет. Вирус DsCPV-1 не оказывает влияние на выживаемость хищного клопа Podisus maculiventris (https://www.nature.com/articles/s41598-024-78471-7). Микроспоридия N. bombycis хорошо сочетается с вирусом DsCPV-1 при совместном заражении сибирского шелкопряда, вызывая либо аддитивный, либо синергический эффект на смертность этого опасного вредителя лесов, что позволяет снижать дозировки патогенов при планировании защитных мероприятий (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022201124001423).

Публикации