Умный контроль численности чешуекрылых филлофагов-вредителей.

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 23-66-10015

НазваниеУмный контроль численности чешуекрылых филлофагов-вредителей.

Руководитель Мартемьянов Вячеслав Викторович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систематики и экологии животных Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №82 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты)

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

Ключевые слова чешуекрылые, биологический контроль численности, защита растений, насекомые-вредители, динамика численности, феромонный мониторинг, дистанционное зондирование земли, энтомопатогенные вирусы

Код ГРНТИ68.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основная цель нашего проекта – предложить систему рационального, безопасного и относительно универсального контроля чешуекрылых как в агробиоценозах, так и в естественных лесных ценозах. Данная цель определяется проблемой формирующейся резистентности насекомых-вредителей к химическим препаратам, массово применяющимся в настоящее время. Кроме того, имеется серьезная проблема в низкой степени автоматизации процесса мониторинга вредителей, что в значительной степени ограничивает развитие биологических методов контроля численности. В первую очередь это относится к позднему принятию решения о проведении обработки, когда использование химических инсектицидов является единственной мерой. Заявляемый проект предполагает проведение междисциплинарного исследования, с выделением как фундаментальных научных задач, так и задач технологических. В рамках проекта будет выполнены задачи по улучшению системы наблюдения за чешуекрылыми вредителями для своевременного принятия решения, а также предложен комплекс новейших препаратов для эффективной защиты растений. Наши предварительные исследования совместно с коллегами математиками показали, что динамика численности некоторых видов чешуекрылых предсказывается определенными математическими моделями, вне зависимости от локации популяций (Soukhovolsky et al., under review). Соответственно, в случае подтверждения работоспособности этих моделей для других экономически важных чешуекрылых, их можно использовать для оперативного предсказания нарастания численности, опираясь только на данные предыдущих учетов. Для облегчения работы с архивными данными мы свяжем динамику численности изучаемых видов (через наносимые повреждения) с характеристиками отклика нормированного вегетационного индекса, многолетние спутниковые записи которого есть на серверах MODIS, с суточными данными по погоде. Данная связь для представителей чешуекрылых нами уже была продемонстрирована ранее (Kovalev, Soukhovolsky 2021). С помощью подобных подходов можно существенно автоматизировать физический труд учетчиков. Ключевой задачей проекта является разработка комплекса биологических (вирусных) препаратов, которые закроют основные недостатки бактериальных препаратов, а по стоимости – приблизятся к химическим препаратам. Основой для решения данной задачи послужит недавно открытый нами штамм вируса цитоплазматического полиэдроза сибирского шелкопряда (ВЦП СШ, сем Reoviridae), который демонстрирует уникальные свойства, невероятно привлекательных для выбора его в качестве эффективного кандидата (Martemyanov et al., under revision, Tokarev et al., under review). Кроме того, нами будут рассмотрены и представители сем Baculoviridae - для решения более узких задач с высокой степенью важности (например, виды, инвазивные для территории нашей страны). В рамках создания основ для вирусных препаратов специалистами в области сельского хозяйства, биологами и партнерами гидробиологами будет осуществлен комплекс работ, направленных на оценку круга восприимчивых хозяев (на сегодняшний день установлены 7 видов восприимчивых хозяев для ВЦП СШ), оценку их нецелевого воздействия, оценку путей повышения потребительских качеств создаваемого продукта (снижение себестоимости, повышение стабильности применения). На выходе проекта мы получим программу экологически безопасного контроля численности чешуекрылых вредителей, поэтому отдельный акцент в нашем проекте мы ставим на всестороннем изучении воздействия вирусной основы препарата на нецелевые объекты. В качестве максимально чувствительных агентов будут использованы эндемики-гидробионты озера Байкал. Конечным итогом вирусологического блока будет рецептура экспериментальных продуктов и технологии применения на местах. Таким образом, консолидируя специалистов разных отраслей мы хотим разработать комплексные научные и технологические решения для создания эффективной системы предсказания и экологически безопасного контроля численности чешуекрылых видов-вредителей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ковалев А.В., Суховольский В.Г., Тарасова О.В., Аханаев Ю.Б., Мартемьянов В.В. Remote sensing indicators of spongy moth (Lymantria dispar L.) damage to birch stands in Western Siberia Forests, MDPI, Forests 2023, 14, 2308 (год публикации - 2023)
10.3390/f14122308

2. Суховольский В.Г., Ковалев А.В., Иванова Ю.Д., Тарасова О.В. Autoregression, First Order Phase Transition, and Stochastic Resonance: A Comparison of Three Models for Forest Insect Outbreaks Mathematics, MDPI, Mathematics 2023, 11, 4212. (год публикации - 2023)
10.3390/math11194212

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

4. Суховольский В., Ковалев А., Горошко А., Иванова Ю., Тарасова О. Monitoring and Prediction of Siberian Silk Moth Dendrolimus sibiricus Tschetv. (Lepidoptera: Lasiocampidae) Outbreaks Using Remote Sensing Techniques MDPI, Insects 2023, 14, 955 (год публикации - 2023)
10.3390/insects14120955

5. Суховольский В., Ковалев А., Тарасова О., Иванова Ю. Forest Insect Outbreak Dynamics: Fractal Properties, Viscous Fingers, and Holographic Principle MDPI, Forests 2023, 14, 2459. (год публикации - 2023)
10.3390/f14122459

6. 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 for nontarget invertebrates Nature, Sci Rep 14, 29093 (год публикации - 2024)
10.1038/s41598-024-78471-7

7. Ковалев А., Тарасова О., Суховольский В., Иванова Ю. Is It Possible to Predict a Forest Insect Outbreak? Backtesting Using Remote Sensing Data MDPI, Forests 2024, 15, 1458 (год публикации - 2024)
10.3390/f15081458

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Работа текущего года выполнения Проекта была посвящена в частности оценке устойчивости динамики популяций лесных насекомых с помощью авторегрессионных (AR(2)) моделей динамики численности популяций. Расчет параметров AR(2)-моделей показал, что коэффициенты обратных связей для разных популяций колеблются в достаточно узких пределах. Значимых различий в регуляторных коэффициентах и величинах запаса по устойчивости для популяции с большими и малыми вариациями плотностей популяций не наблюдалось и эти значения для разных популяций были близки друг к другу. Мы показали, что для популяций вне области наблюдаемых значений коэффициентов мощность спектральных функций и частота колебаний плотностей популяций малы, а для рассмотренных популяций период колебаний близок к 10 годам. Обнаруженные свойства могут характеризовать общие свойства популяций лесных насекомых-филлофагов. Предложенная модель может быть широко востребованной, т.к. при крайне невысоких требованиях к входящей информации (учет численности вредителя) способна выполнять достаточно точные прогностические функции для вредителей естественных экосистем. Кроме этого, было показано, что восприимчивость характеристик фотосинтетического аппарата дерева к изменению температуры среды в течение сезона может быть описана интегральным уравнением свертки и рассчитана по данным дистанционного зондирования. Это открывает возможность оценок таких показателей для любого участка планеты, покрытого растительностью. Для лесных насаждений Сибири показано, что за несколько лет до успешной атаки насекомых реакция древостоя, в будущем подвергшегося нападению вредителей, в ответ на изменение окружающей среды (в нашем случае – температуры подстилающей поверхности) качественно изменяется. Предложенные расчетные показатели непосредственно перед вспышкой массового размножения лесных насекомых существенно отличаются от аналогичных показателей предшествующих лет. Используя предложенную методику оценки устойчивости насаждений, можно прогнозировать реализацию вспышки размножения насекомых на определенной территории и оптимизировать лесозащитные мероприятия. Отдельный блок работ был посвящен изучению высокой вирулентности вируса DsCPV1 (цитоплазматический полиэдроз сибирского шелкопряда) и проверке его безопасности для нецелевых видов. Наша команда провела серию исследований, направленную на изучение возможности вируса реплицироваться в гидробионтах, опылителях и энтомофагах. Все они способны выживать на фоне повышенной контоминации DsCPV-1 (Belevitch et al., 2024, Scientific reports). Важный момент, который нам удалось доказать – отсутствие репликации вирусной РНК в нецелевых хозяевах. В настоящее время мы прорабатываем влияние вируса на позвоночных, совместно с коллегами из Иркутска.

Публикации