17.4C: Біологічний контроль шкідників
- Page ID
- 5745
Біологічний контроль шкідників передбачає використання природних ворогів шкідника для боротьби з ним - замість хімічних агентів, таких як інсектициди та гербіциди. Це не тільки повинно бути безпечнішим для навколишнього середовища, але після встановлення - природні вороги можуть бути в змозі підтримувати свою популяцію, уникаючи необхідності в майбутньому лікуванні.
Більшість видів, які ми вважаємо шкідниками, - це рослини («бур'яни») або тварини (особливо комахи), які вторглися в нове середовище існування, не супроводжуючись природними ворогами, які тримали їх під контролем у своєму первісному будинку. Зі збільшенням міжнародних поїздок і торгівлі ця проблема стає все більш серйозною.
Біологічний контроль комах
Бавовна Подушка шкала комах
У 1887 році ця комаха - імпорт з Австралії, знищило цитрусові гаї Каліфорнії. Американський ентомолог поїхав до Австралії, щоб знайти природного ворога і повернувся з жуком ведалії, видом жука-леді. Випущений в Каліфорнії жук швидко привів масштаб під контроль.
Принаймні до 1946 року. У той рік шкідник здійснив драматичне повернення. Це збіглося з першим застосуванням ДДТ в гаях. ДДТ вбив не тільки цільових комах-шкідників, але і жука-ведалії. Тільки змінюючи процедури розпилення та повторне введення жука, комаха знову контролювалася.
Стерильна чоловіча техніка
Ця методика вперше була застосована проти гвинтовоїчерв'ячної мухи, серйозного шкідника великої рогатої худоби. Самка мух відкладає свої яйцеклітини в болячки або інші відкриті рани на тварин. Після вилуплення личинки поїдають тканини свого господаря. Роблячи це, вони піддають ще більшу площу відкладенню яєць, часто нарешті вбиваючи господаря.
До викорінення з південно-східних Сполучених Штатів гвинтовий черв'як спричиняв величезні щорічні втрати худоби. Стерильна чоловіча техніка передбачає вивільнення заводських та стерилізованих мух у природну популяцію. Стерилізація проводиться шляхом піддаючи заводських мух достатньо гамма-випромінювання, щоб зробити їх стерильними, але недостатньо, щоб зменшити їх загальну енергію.
Починаючи з початку 1958 року, до 50 мільйонів стерилізованих мух було випущено щотижня з літаків, що літають над Флоридою та частинами сусідніх штатів. Кожен раз, коли родюча самка в природній популяції спаровувалася зі стерильним самцем, самка відкладала стерильні яйцеклітини. Оскільки самки спаровуються лише один раз, її репродуктивна кар'єра закінчилася. На початку 1959 року шкідник був повністю ліквідований на схід від річки Міссісіпі. Успіх залежав тільки від стерильних самців. Насправді наявність стерильних самок було недоліком (адже вони конкурували з наміченої мішенню), але відокремити статі було важко.
Південно-західні штати представляли більш важку проблему, оскільки муха зимує в Мексиці і з кожним новим сезоном може переміщатися через кордон. Незважаючи на це, розширюючи програму, включивши також Мексику, муха гвинтових черв'яків була остаточно ліквідована з обох країн до 1991 року.
Стерильна чоловіча техніка також успішно використовується проти кількох інших комах-шкідників, включаючи
- «Медфля», руйнівна плодова муха (не дрозофіла) в Каліфорнії
- Муха цеце, вектор африканської сонної хвороби.
Використання генної інженерії для вдосконалення стерильної чоловічої техніки
Є дві проблеми зі стерильною чоловічою технікою
- Фабрика випускає як самців, так і самок в рівній кількості. Але якщо звільнити самок разом з самцями, багато самців будуть спаровуватися з ними, а не з дикими самками. З цієї причини статі зараз розділені - дорога операція - і звільняються лише самці.
- Опромінення може завдати шкоди самцям тонкими способами - знижуючи їх ефективність розмноження.
Генна інженерія може вирішити обидві ці проблеми.
Група британських ентомологів (див. Thomas, D.D., et al., у випуску «Наука» 31 березня 2000 року) спроектували дрозофіли так, що
- Випускаються тільки самці.
- Коли вони спаровуються з нормальними самками, самки народжують тільки самців (тим самим закінчуючи популяцію).
Система працює так:
- Трансгенні мухи створюються, що містять хромосому з підсилювачем (En) для гена (tet TA), який кодує фактор транскрипції (зелений диск), який зв'язує елемент відповіді (tet RE), який є частиною промотора для гена (ген токсину) кодування білка, продукт якого смертельний для комахи.
- Тільки жінки виробляють фактор транскрипції, який пов'язує En.
- Якщо антибіотик тетрациклін дається комахам, він зв'язується з фактором транскрипції tet TA, виробляючи аллостеричні зміни, які перешкоджають фактору транскрипції зв'язувати елемент відповіді тетрациклін (tet RE).
- Ген токсину пригнічується і створюються життєздатні самки.
- При відсутності тетрацикліну фактор транскрипції Тет ТА (зелений диск) включає промотор токсину, і самки не виробляються.
- Оскільки tet TA enhancer (En) реагує на фактор транскрипції, зроблений тільки жінками, чоловіки виробляються чи тетрациклін присутній чи ні.
Якщо ця система може бути застосована до комах-шкідників (і більшість, здається, виробляють той самий жіночий специфічний фактор транскрипції [червоний овал]),
- видалення тетрацикліну з їжі партії мух на заводі дало б нове покоління, що містить лише самців.
- Випущені в дику природу, вони передадуть свою трансгенну хромосому потомству всіх диких самок, з якими вони спаровувалися.
- Гени є домінуючими, тому, хоча наступне покоління буде гетерозиготним, вироблятимуться лише самці.
- Таким чином популяція шкідників незабаром вимре.
У 2010 році випуск самців комарів Aedes aegypti, переносника лихоманки денге - генетично модифікованого (ГМ) з аналогічною системою скоротив популяцію резидентів комарів в частині Великого Каймана (Карибський басейн) на 80%.
Джин Драйв
Зараз розроблені методики, які значно збільшують частоту будь-якого бажаного гена в популяції. Поки невизначеність швидкого поширення інженерного гена через цілу дику популяцію тримала процес суворо обмежений лабораторією. Процес, званий генним драйвом або мутагенною ланцюговою реакцією, описаний на окремій сторінці.
Чоловіча плутанина
Статеві атрактанти комах також були зараховані в боротьбі зі шкідливими комахами. Розподіл статевого атрактанта по всій області маскує власний аттрактант жінки, тому статі не можуть зібратися разом. Це називається «порушення спілкування» або «чоловіча плутанина». У деяких районах вирощування бавовни чоловіча плутанина з статевим аттрактантом рожевого болчерв'яка зменшила потребу в звичайних хімічних інсектицидах на 90%. Його успішно застосовують проти шкідників, які атакують помідори, виноград, персики.
Паразити проти комах-шкідників
Паразити, так само як і хижаки, використовувалися для досягнення контролю над згубними комахами.
- Бактерія Bacillus popilliae поставляється комерційно, щоб допомогти контролювати японського жука, заражаючи його «молочною хворобою».
- Bacillus thuringiensis (» Bt «) продається комерційно, щоб допомогти в боротьбі з низкою шкідливих комах. У деяких випадках бактерія сама заражає шкідників і з часом вбиває їх. Але в більшості випадків саме токсин, що виробляється бактерією, поки вона росте в культурі, виконує цю роботу.
Біологічний контроль рослин
Кактус Колючий (Opuntia)
Завезений в Австралію, цей кактус незабаром поширився на мільйони гектарів землі, виганяючи кормові рослини. У 1924 році кактусова міль, Cactoblastis cactorum, була завезена (з Аргентини) в Австралію. Гусениці молі є ненажерливими годівницями на колючо-грушевому кактусі, і протягом декількох років гусениці відновили ареал, не завдаючи шкоди жодному місцевому виду. Однак його введення в Карибський басейн в 1957 році не дало таких щасливих результатів. До 1989 року кактусова міль дійшла до Флориди, і тепер загрожує 5 видів місцевих кактусів там.
Кламат Від
У 1946 році два види жуків хризоліни були введені в Каліфорнію, щоб контролювати бур'ян Кламат (також відомий як звіробій, і ту ж рослину, яка дає популярну трав'яну суміш), яка руйнувала мільйони акрів хребет землі в Каліфорнії та Тихоокеанському північному заході. Перед їх випуском жуки були ретельно перевірені, щоб переконатися, що вони не звернуться до цінних рослин, як тільки вони з'їдять весь бур'ян Кламат, який вони могли знайти.
Жуки чудово досягли успіху, відновивши близько 99% зникаючих земель хребта та заробивши їм пам'ятну дошку в будівлі сільськогосподарського центру в Евриці, штат Каліфорнія. (Фото люб'язно надано Джоном Ленцем.)
Правила, за якими можна жити
- Вибирайте лише кандидатів, які мають дуже вузькі цільові переваги; тобто їжте лише різко обмежений діапазон господарів
- Ретельно протестуйте кожного кандидата, щоб бути впевненим, що після того, як він очистив намічену ціль, він не перетвориться на бажані види.
- Не використовуйте біо-контроль проти місцевих видів.
- Уникайте впровадження чужорідних видів в навколишнє середовище.