sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2019-6-5sibvest-628Research ArticleЗАЩИТА РАСТЕНИЙPLANT PROTECTIONВосприимчивость разных видов чешуекрылых насекомых к штамму Bacillus thuringiensis ssp. aizawaiSusceptibility of different species of lepidoptera insects to strain Bacillus thuringiensis ssp. aizawaiАндрееваИ. В.AndreevaI. V.

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая лабораторией биологического контроля фитофагов и фитопатогенов

630501, Новосибирская область, р.п. Краснообск, СФНЦА РАН, а/я 463

Candidate of Science in  Agriculture, Laboratory Head of the Laboratory of biological control of phytophages and phytopathogens

PO Box 463, SFSCA RAS, Krasnoobsk, Novosibirsk Region, 630501

iva2008@ngs.ruШаталоваЕ. И.ShatalovaE. I.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Candidate of Science in Biology, Senior Researcher

Krasnoobsk, Novosibirsk region

КалмыковаГ. В.KalmykovaG V.

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Candidate of Science in Biology, Lead Researcher

Krasnoobsk, Novosibirsk region

АкуловаН. И.AkulovaN. I.

старший научный сотрудник

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Senior Researcher

Krasnoobsk, Novosibirsk region

УльяноваЕ. Г.UlyanovaE. G.

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Новосибирская область, р.п. Краснообск

Candidate of Science in Biology, Senior Researcher

Krasnoobsk, Novosibirsk region

Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наукРоссияSiberian Federal Scientifi c Centre of AgroBioTechnologies of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2019270120204964452Copyright © Андреева И.В., Шаталова Е.И., Калмыкова Г.В., Акулова Н.И., Ульянова Е.Г., 20202020Андреева И.В., Шаталова Е.И., Калмыкова Г.В., Акулова Н.И., Ульянова Е.Г.Andreeva I.V., Shatalova E.I., Kalmykova G.V., Akulova N.I., Ulyanova E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/628

Представлены результаты оценки специфичности действия штамма Bacillus thuringiensis ssp. aizawai по отношению к пяти видам чешуекрылых вредителей (Lepidoptera), относящихся к разным семействам. Смертность личинок, зараженных штаммом B. thuringiensis, значительно варьировала в зависимости от вида насекомого. У четырех видов – капустной белянки (Pieris brassicae L.), капустной совки (Mamestra brassicae L.), большой вощинной огневки (Galleria melonella L.) и боярышницы (Aporia crataegi L.) – гибель особей отмечена на вторые сутки опыта. При этом она существенно различалась между видами и увеличивалась со временем. Капустная моль (Plutella xylostella L.) была более восприимчива к патогену. Существенную смертность личинок этого фитофага наблюдали уже через одни сутки после заражения, на вторые сутки эксперимента погибали все особи. ЛТ90 у устойчивого (боярышница) и чувствительного (капустная моль) видов насекомых различалась в 7 раз. Определены полулетальные концентрации изучаемого штамма B. thuringiensis для тестируемых видов насекомых: на третьи сутки опыта ЛК50 для личинок капустной совки, большой вощинной огневки и боярышницы составляла от 1,7 до 4,5 × 108 спор/ мл. У капустной белянки она была на порядок ниже – 1,8 × 107 спор/мл. Для гусениц капустной моли ЛК50 уже через сутки после заражения составляла 4,25 × 107 спор/мл. Отмечено, что специфичность действия штамма B. thuringiensis связана с различными механизмами системы защиты насекомых от патогенов и обусловлена индивидуальными особенностями вида. В частности, показатель рН экскрементов интактных гусениц чувствительного к B. thuringiensis вида – капустной белянки – был в 2 раза выше, чем у гусениц вощинной огневки – 8,9 и 4,3 соответственно, что является одной из причин восприимчивости (или устойчивости) вида к бактериальному энтомопатогену. 

The results of assessing the effect of Bacillus thuringiensis ssp. aizawai strain on fi ve species of lepidopteran pests (Lepidoptera) belonging to different families are presented. The mortality of larvae infected with B. thuringiensis strain varied signifi cantly depending on the species of insect. In four species: the cabbage white butterfl y (Pieris brassicae L.), the cabbage moth (Mamestra brassicae L.), the greater wax moth (Galleria melonella L.) and the black-veined white (Aporia crataegi L.), death of individuals was noted on the second day of the experiment. However, mortality rate was signifi cantly different between species and increased over time. The diamondback moth (Plutella xylostella L.) was more susceptible to the pathogen. Signifi cant mortality of the larvae of this phytophage was observed already on the fi rst day after infection; while on the second day of the experiment all individuals died. Lethal time LT90 of more resistant species (black-veined white) and more sensitive ones (diamondback moth) differed sevenfold. Semi-lethal concentrations of B. thuringiensis strain for the tested insect species were determined: on the third day of the experiment, lethal concentration LC50 for the cabbage moth larvae, the greater wax moth and blackveined white ranged from 1.7 to 4.5 × 108 spores/ ml. For the cabbage white butterfl y, it was much lower (1.8×107 spores/ml). For diamondback moth caterpillars, LC50 was 4.25×107 spores/ml already one day after infection. It was noted that the specifi city of B. thuringiensis strain is associated with various mechanisms of insect protection from pathogens, and is due to individual characteristics of the species. In particular, the pH of excrement of intact caterpillars of the cabbage white butterfl y, a species sensitive to B. thuringiensis, was 2 times higher than that of caterpillars of the greater wax moth – 8.9 and 4.3, respectively, which is one of the reasons for the susceptibility (or resistance) of the species to bacterial entomopathogen.

Bacillus thuringiensis ssp. aizawaiштаммLepidopteraфитофагэнтомопатогенрН кишечникаЛК50 oneBacillus thuringiensis ssp. aizawaistrainLepidopteraphytophageentomopathogenintestinal pHLC50.ReferencesАндреева И.В., Ашмарина Л.Ф., Шаталова Е.И. Особенности изменения фитосанитарного состояния кормовых культур в условиях Западной Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2019. №. 10. С. 26–30. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11006.Andreeva I.V., Ashmarina L.F., Shatalova E.I. Osobennosti izmeneniya fi tosanitarnogo sostoyaniya kormovykh kul’tur v usloviyakh Zapadnoi Sibiri [Features of changes in the phytosanitary condition of forage crops in Western Siberia]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of Science and Technology of AIC], 2019, no.10, pp. 26–30. (In Russian). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11006.Коваленков В.Г. Антропогенные факторы и фитосанитарная дестабилизация // Защита и карантин растений. 2015. № 9. С. 3–8.Kovalenkov V.G. Antropogennye faktory i fi tosanitarnaya destabilizatsiya [Anthropogenic factors and phytosanitary destabilization]. Zashchita i karantin rastenii [Board of Plant Protection and Quarantine], 2015, no. 9, pp. 3–8. (In Russian).Андреева И.В., Шаталова Е.И. Сезонное развитие капустной моли и ее энтомофагов в Западной Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2017. № 3. С. 42–48.Andreeva I.V., Shatalova E.I. Sezonnoe razvitie kapustnoi moli i ee entomofagov v Zapadnoi Sibiri [Seasonal development of diamondback moth and its entomophages in Western Siberia]. Sibirskii vestnik sel’skokhozyaistvennoi nauki [Siberian Herald of Agricultural Science], 2017, no. 3, pp. 42–48. (In Russian).Андреева И.В., Шаталова Е.И., Штерншис М.В., Шульгина О.А., Бехтольд В.В. Роль кормового ресурса в численности фитофагов капусты и их биоконтроле // Сибирский экологический журнал. 2013. № 3. С. 439–446.Andreeva I.V., Shatalova E.I., Shternshis M.V., Shul’gina O.A., Bekhtol’d V.V. Rol’ kormovogo resursa v chislennosti fi tofagov kapusty i ikh biokontrole [Role of food resource in the number of cabbage phytophages and their biocontrol]. Sibirskii ekologicheskii zhurnal [Contemporary Problems of Ecology], 2013, no. 3, pp. 439–446. (In Russian).Кузнецова В.В., Пальникова Е.Н. Факторы динамики численности боярышницы (Aporia crataegi L.) в пригородных насаждениях г. Красноярска // Известия СанктПетербургской лесотехнической академии. 2014. № 207. С. 49–59.Kuznetsova V.V., Pal’nikova E.N. Faktory dinamiki chislennosti boyaryshnitsy (Aporia crataegi L.) v prigorodnykh nasazhdeniyakh g. Krasnoyarska [Factors affecting abundance dynamics of the thorn butterfl y (Aporia crataegi L.) in suburban standing woods of Krasnoyarsk city]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoi lesotekhnicheskoi akademii [Izvestia of St. Petersburg Forestry Academy], 2014, no. 207, pp. 49–59. (In Russian).Kwadha C., Ong’amo G., Ndegwa P., Raina S., Fombong A. The biology and control of the greater wax moth, Galleria mellonella // Insects. 2017. Vol. 9; N 8(2). DOI: 10.3390/ insects8020061.Kwadha C., Ong’amo G., Ndegwa P., Raina S., Fombong A. The biology and control of the greater wax moth, Galleria mellonella. Insects, 2017, vol. 9, no. 8 (2). DOI: 10.3390/ insects8020061.Калмыкова Г.В., Горобей И.М., Осипова Г.М. Перспективы использования Bacillus thuringiensis как биологического агента защиты растений // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2016. № 4. С. 12–19.Kalmykova G.V., Gorobei I.M., Osipova G.M. Perspektivy ispol’zovaniya Bacillus thuringiensis kak biologicheskogo agenta zashchity rastenii [Prospects to use Bacillus thuringiensis as agent for biological plant protection]. Sibirskii vestnik sel’skokhozyaistvennoi nauki [Siberian Herald of Agricultural Science], 2016, no. 4, pp. 12–19. (In Russian).Штерншис М.В., Беляев А.А., Цветкова В.П., Шпатова Т.В., Леляк А.А., Бахвалов С.А. Биопрепараты на основе бактерий рода Bacillus для управления здоровьем растений: монография. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2016. 284 с.Shternshis M.V., Belyaev A.A., Tsvetkova V.P., Shpatova T.V., Lelyak A.A., Bakhvalov S.A. Biopreparaty na osnove bakterii roda Bacillus dlya upravleniya zdorov’em rastenii [Bacillusbased biological products for plant health management]. Novosibirsk: Izdatel’stvo Sibirskogo otdeleniya Rossiiskoi akademii nauk [Novosibirsk: Publishing House of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences], 2016, 284 p. (In Russian).Yutao Xiao, Kongming Wu. Recent progress on the interaction between insects and Bacillus thuringiensis crops // Philosophical transactions of the royal society B: Biological sciences. 2019. Vol. 374. Published: 14 January 2019. DOI: org/10.1098/rstb.2018.0316.Yutao Xiao, Kongming Wu. Recent progress on the interaction between insects and Bacillus thuringiensis crops. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2019, vol. 374. Published: 14 January 2019. DOI: org/10.1098/rstb.2018.0316.White paper on resistance in Lepidopteran pests of Bacillus thuringiensis (Bt) plantincorporated protectants in the United States // Environmental Protection Agency. 2018. 11 April. 82 p.White paper on resistance in Lepidopteran pests of Bacillus thuringiensis (Bt) plant-incorporated protectants in the United States. Environmental Protection Agency, 2018, 11 April, 82 p.Liao J., Xue Y., Xiao G., Xie M., Huang S., You S., You S., Wyckhuys K.A.G., You M. Inheritance and fi tness costs of resistance to Bacillus thuringiensis toxin Cry2Ad in laboratory strains of the diamondback moth, Plutella xylostella (L.) // Scientifi c Reports. 2019. Vol. 9. P. 1–8. DOI: 10.1038/s41598-019-42559-2.Liao J., Xue Y., Xiao G., Xie M., Huang S., You, S., You S., Wyckhuys K.A.G., You M. Inheritance and fi tness costs of resistance to Bacillus thuringiensis toxin Cry2Ad in laboratory strains of the diamondback moth, Plutella xylostella (L.). Scientifi c Reports, 2019, vol. 9, pp. 1–8. DOI: 10.1038/s41598-019-42559-2.Yul R.J., Choi J.Y., Li M.S., Jin B.R., Je Y.H. Bacillus thuringiensis: as a specifi c, safe, and effective tool for insect pest control // Journal of Microbiology and Biotechnology. 2007. N 17 (4). P. 547–559.Yul R.J., Choi J.Y., Li M.S., Jin B.R., Je Y.H. Bacillus thuringiensis: as a specifi c, safe, and effective tool for insect pest control. Journal of Microbiology and Biotechnology, 2007, no. 17 (4), pp. 547–559.Глупов В.В., Бахвалов С.А., Соколова Ю.А., Слепнева И.А. Механизмы резистентности насекомых // Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты. М.: Круглый год, 2001. С. 475–557.Glupov V.V., Bakhvalov S.A., Sokolova Yu.A., Slepneva I.A. Mekhanizmy rezistentnosti nasekomykh [Insect resistance mechanisms]. Patogeny nasekomykh: strukturnye i funktsional’nye aspekty [Insect pathogens: structural and functional aspects.]. M.: Kruglyi god Publ., 2001, pp. 475–557. (In Russian).Broderick N.A., Robinson C.J., McMahon M. D., Holt J., Handelsman J., Raffa K.F. Contributions of gut bacteria to Bacillus thuringiensis-induced mortality vary across a range of Lepidoptera // BMC Biology. 2009. Vol. 7 (1). N 11. DOI: 10.1186 / 1741-7007-7-11.Broderick N.A., Robinson C.J., McMahon M.D., Holt J., Handelsman J., Raffa K.F. Contributions of gut bacteria to Bacillus thuringiensis-induced mortality vary across a range of Lepidoptera. BMC Biology, 2009, vol. 7 (1), no. 11. DOI: 10.1186 / 1741-7007-7-11.Grizanova E.V., Dubovskiy I.M., Whitten M.M. A., Glupov V.V. Contributions of cellular and humoral immunity of Galleria mellonella larvae in defence against oral infection by Bacillus thuringiensis // Journal of Invertebrate Pathology. 2014. Vol. 119. P. 40–46.Grizanova E.V., Dubovskiy I.M., Whitten M.M. A., Glupov V.V. Contributions of cellular and humoral immunity of Galleria mellonella larvae in defense against oral infection by Bacillus thuringiensis. Journal of Invertebrate Pathology, 2014, vol. 119, pp. 40–46.Hammer T.J., Janzen D.H., Hallwachs W., Jaffe S.P., Fierer N. Caterpillars lack a resident gut microbiome // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2017. Vol. 114. P. 9641–9646. DOI: org/10.1073/pnas.1707186114.Hammer T.J., Janzen D.H., Hallwachs W., Jaffe S.P., Fierer N. Caterpillars lack a resident gut microbiome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2017, vol. 114, pp. 9641–9646. DOI: org/10.1073/pnas.1707186114.Grizanova E.V., Krytsyna T.I., Surcova V.S., Dubovskiy I.M. The role of midgut nonspecifi c esterase in the susceptibility of Galleria mellonella larvae to Bacillus thuringiensis // Journal of Invertebrate Pathology. 2019. P. 107166–107208. DOI: 10.1016/j. jip.2019.107208.Grizanova E.V., Krytsyna T.I., Surcova V.S., Dubovskiy I.M. The role of midgut nonspecifi c esterase in the susceptibility of Galleria mellonella larvae to Bacillus thuringiensis. Journal of Invertebrate Pathology., 2019, pp. 107166–107208. DOI: 10.1016/j. jip.2019.107208.Коновалова Т.В. Лабораторное содержание и разведение большой восковой огневки Galleria mellonella L. // Российский ветеринарный журнал. 2009. № 4. С. 5–49.Konovalova T.V. Laboratornoe soderzhanie i razvedenie bol’shoi voskovoi ognevki Galleria mellonella L. [Laboratory rearing of the greater wax moth Galleria mellonella L]. Rossiiskii veterinarnyi zhurnal [Russian Veterinary Journal], 2009, no. 4, pp. 5–49. (In Russian).Dow J.A.T., Harvey W.R. Role of midgut electrogenic K+ pump potential difference in regulating lumen K+ and pH in larval Lepidoptera // Journal Experimental Biology.1988. Vol. 140. P. 455–463.Dow J.A.T., Harvey W.R. Role of midgut electrogenic K+ pump potential difference in regulating lumen K+ and pH in larval Lepidoptera. Journal Experimental Biology, 1988, vol. 140, pp. 455–463.Johnson K., Felton G. Potential infl uence of midgut pH and redox potential on protein utilization in insect herbivores // Archives of Insect Biochemistry and Physiology. 1996. Vol. 32. Р. 85–105.Johnson K., Felton G. Potential infl uence of midgut pH and redox potential on protein utilization in insect herbivores. Archives of Insect Biochemistry and Physiology, 1996, vol. 32, pp. 85–105.Каменек Л.К., Новикова Л.К. Действие дельта-эндотоксина Bacillus thuringiensis и бактериальных препаратов на его основе на капустную совку (Mamestra brassicae L.) // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1984. № 4. С. 52–54.Kamenek L.K., Novikova L.K. Deistvie del’ta-endotoksina Bacillus thuringiensis i bakterial’nykh preparatov na ego osnove na ka pustnuyu sovku (Mamestra brassicae L.) [The effect of delta-endotoxin Bacillus thuringiensis and bacterial preparations based on it on cabbage moth (Mamestra brassicae L.)]. Sibirskii vestnik sel’skokhozyaistvennoi nauki [Siberian Herald of Agricultural Science], 1984, no. 4, pp. 52–54. (In Russian).Dubovskiy I.M., Grizanova E.V., Whitten M.M.A., Mukherjee K., Greig C., Alikina T., Kabilov M., Vilcinskas A., Glupov V.V., Butt T.M. Immuno-physiological adaptations confer wax moth Galleria mellonella resistance to Bacillus thuringiensis // Virulence. 2016. Vol. 7. P. 860–870. DOI: org/10.3390/ insects8020061.Dubovskiy I.M., Grizanova E. V., Whitten M.M.A., Mukherjee K., Greig C., Alikina T., Kabilov M., Vilcinskas A., Glupov V.V., Butt T.M. Immuno-physiological adaptations confer wax moth Galleria mellonella resistance to Bacillus thuringiensis. Virulence, 2016, vol. 7, pp. 860–870. DOI: org/10.3390/ insects8020061.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.