Кукурузный корневой жук: виды, распространение и ущерб.

Введение

Подвид жука

Западный кукурузный корневой жук, Diabrotica virgifera virgifera, является одним из наиболее вредоносных видов кукурузных корневых жуков в Северной Америке, особенно в центральных штатах, где выращивают кукурузу, таких как Айова. Родственный вид, северный кукурузный корневой жук, D. barberi, обитает на большей части той же территории и довольно схож по своей биологии. Описаны еще два подвида D. virgifera, включая мексиканского кукурузного корневого жука (Diabrotica virgifera zeae), который сам по себе является значительным вредителем, поражающим кукурузу в этой стране. Личинки кукурузного корневого жука могут уничтожать значительные объемы урожая кукурузы, если их не обработать. По текущим оценкам, в Соединенных Штатах кукуруза (из 80 миллионов гектаров посевов) поражена кукурузным корневым жуком. Министерство сельского хозяйства США оценивает, что кукурузные корневые жуки ежегодно наносят ущерб на сумму 1 миллиард долларов, включая 800 миллионов долларов потерь урожая и 200 миллионов долларов затрат на обработку для производителей кукурузы.

Жизненный цикл

В жизненном цикле корневого жука кукурузы северного и западного подвидов много сходств. Оба зимуют в почве на стадии яйца. Яйца, откладываемые в почву летом, имеют форму американского футбольного мяча, белые и менее миллиметра в длину. Личинки вылупляются в конце мая или начале июня и начинают питаться корнями кукурузы. Нововылупившиеся личинки – это маленькие, белые черви, менее миллиметра в длину. Корневые жуки кукурузы проходят через три личиночных возраста, окукливаются в почве и выходят во взрослое состояние в июле и августе. Каждое лето появляется одно поколение. У личинок коричневая голова и коричневая отметина на вершине последнего брюшного сегмента, что создает впечатление двойной головы. У личинок три пары ног, но они обычно не видны без увеличения. После нескольких недель питания личинки выкапывают камеру в почве и окукливаются. Куколка белая и имеет основную форму взрослого жука. Взрослые жуки достигают примерно миллиметров в длину. Западные корневые жуки кукурузы желтоватые с черной полосой на каждом надкрылье. Жуки северного корневого жука кукурузы однотонные и варьируются от светло-коричневого до бледно-зеленого цвета. Сроки вылупления яиц меняются из года в год в зависимости от температуры и местоположения. Самцы начинают появляться раньше самок. Появление часто продолжается в течение месяца или более. В годы жаркого и сухого лета численность западных корневых жуков кукурузы может быстро сокращаться после середины августа, хотя в летние месяцы с менее экстремальными условиями их можно встретить до первых заморозков. Взрослые жуки питаются преимущественно пыльцой, шелковистыми нитями и зернами на кончиках початков, хотя они также могут питаться листьями и пыльцой других растений. Взрослые жуки начинают появляться до появления репродуктивных тканей кукурузы, и могут питаться листовой тканью, соскабливая зеленую поверхностную ткань и оставляя вид «матового стекла». Однако взрослые жуки быстро переключаются на предпочитаемую пыльцу и шелковистые нити, как только они становятся доступными. Взрослые жуки северного корневого жука кукурузы питаются репродуктивными тканями кукурузы, но редко питаются листьями. Взрослые жуки северного подвида чаще, чем западного, покидают кукурузу в поисках пыльцы или цветов других растений по мере созревания кукурузы. Вспышка в Сербии распространилась на север и юг, охватив Грецию и Польшу, а также на восток от Италии до Украины. Помимо этой обширной непрерывной области в Центральной и Юго-Восточной Европе, в Европе были зафиксированы отдельные вспышки. Первая была обнаружена недалеко от Венеции, Италия, в 1998 году, в северо-западной Италии (Пьемонт) и Швейцарии (кантон Тичино) в 2000 году, в северо-восточной Италии в 2002 году (в районе Порденоне) и 2003 году (в районе Удине), в северной Италии (Трентино), в восточной Франции (Эльзас), в Швейцарии, Бельгии, Соединенном Королевстве и Нидерландах в 2003 году, а также в парижском регионе, Франция, в 2002, 2004 и 2005 годах. Вспышки, зафиксированные в северной Швейцарии, Бельгии, Нидерландах и парижском регионе, не были устойчивыми. По крайней мере три последовательных интродукции привели к вспышкам, зафиксированным в Сербии в 1992 году, в итальянском Пьемонте в 2000 году и в регионе Иль-де-Франс в 2002 году. Европейские вспышки, наблюдавшиеся в Эльзасе в 2003 году и в регионе Иль-де-Франс в 2005 году, произошли в результате двух дополнительных интродукций из Северной Америки, увеличив общее число трансатлантических интродукций до пяти. Точное североамериканское происхождение европейских интродукций пока не установлено, но север США представляется наиболее вероятным источником.

There are many similarities in the life cycles of the northern and western corn rootworm. Both overwinter in the egg stage in the soil. Eggs, which are deposited in the soil during the summer, are American football shaped, white, and less than long. Larvae hatch in late May or early June and begin to feed on corn roots. Newly hatched larvae are small, less than long, white worms. Corn rootworms go through three larval instars, pupate in the soil and emerge as adults in July and August. One generation emerges each year. Larvae have brown heads and a brown marking on the top of the last abdominal segment, giving them a double headed appearance. Larvae have three pairs of legs, but these are not usually visible without magnification. After feeding for several weeks, the larvae dig a cell in the soil and molt into the pupal stage. The pupal stage is white and has the basic shape of the adult. Adult rootworms are about long. Western corn rootworms are yellowish with a black stripe on each wing cover. Northern corn rootworm beetles are solid in color and vary from light tan to pale green. Timing of egg hatch varies from year to year due to temperature differences and location. Males begin to emerge before females. Emergence often continues for a month or more. In years with hot, dry summers, numbers of western corn rootworm beetles may decline rapidly after mid August, although in summers with less extreme conditions they may be found up until the first frost. Adults feed primarily on corn silk, pollen and kernels on exposed ear tips, although they will feed on leaves and pollen of other plants. Adults begin emerging before corn reproductive tissues are present, adults may feed on leaf tissue, scraping away the green surface tissue and leaving a window pane appearance. However, adults quickly shift to preferred green silks and pollen as they become available. Northern corn rootworm adults feed on reproductive tissues of the corn plant, but rarely feed on corn leaves. "Northern" adults are more likely than "western" adults to abandon corn and seek pollen or flowers of other plants as corn matures. The Serbian outbreak spread north and south to include Greece to Poland and east from Italy to Ukraine. In addition to this large continuous area in Central and southeastern Europe, discontinuous outbreaks have been detected in Europe. The first was discovered near Venice, Italy, in 1998, in northwestern Italy (Piedmont) and Switzerland (canton Ticino) in 2000, northeastern Italy in 2002 (near Pordenone) and 2003 (near Udine), northern Italy (Trentino), Eastern France (Alsace), Switzerland, Belgium, the United Kingdom and the Netherlands in 2003 and the Parisian region, France in 2002, 2004 and 2005. Outbreaks detected in north Switzerland, Belgium, the Netherlands and the Parisian region did not persist. At least three successive introductions gave rise to outbreaks detected in Serbia in 1992, the Italian Piedmont in 2000, and Ile de France in 2002. The European outbreaks observed in Alsace in 2003 and Ile de France in 2005 came from two additional introductions from North America, bringing to five the number of transatlantic introductions. The exact North American origin of the European introductions has not yet been found, but the north of the US appears to be the most likely.

Управление

Существует множество методов управления популяцией корневых жуков кукурузы. Эти методы включают выбор сортов кукурузы, ранние сроки посева, применение инсектицидов, севооборот и использование трансгенных сортов кукурузы.

Разнообразие

Коммерческих не-трансгенных сортов кукурузы, устойчивых к вредителям, не существует. Ряд признаков гибридной кукурузы снижают повреждения за счет повышения прочности стебля и увеличения массы корневой системы. Эти характеристики позволяют растениям лучше переносить повреждения, наносимые корневыми жуками, и снижают вероятность полегания.

Инсектициды

Инсектициды, вносимые в почву, эффективно контролируют корневых жуков кукурузы. Применение инсектицидов может быть оправдано в районах с историей умеренного или сильного повреждения. Наилучшим показателем для выбора полей, подлежащих обработке, является численность имаго в предыдущий вегетационный сезон.

Смена посевов

Севооборот – это последовательный и экономичный способ борьбы с личинками корневых жуков в год, следующий за вспышкой численности в районах выращивания кукурузы, где жуки-взрослые особи преимущественно откладывают яйца в кукурузу. Как средство снижения численности личинок, севооборот эффективнее инсектицидов. Вместо откладки яиц в поле с кукурузой, самки, адаптированные к сое, спариваются и перелетают в поле с соей для откладки яиц, что позволяет личинкам вылупиться на поле, которое, вероятно, будет засеяно кукурузой в следующем году. В 1980-х годах северный кукурузный корневой жук стал проблемой, обходя практику севооборота за счет яиц с удлиненной стадией покоя. Яйца оставались в почве два года и более, прежде чем вылупиться, тем самым избегая года, когда выращивается соя. По состоянию на 2017 год эта адаптация была зафиксирована в штатах Айова, Миннесота, Южная Дакота, Висконсин и Небраска. Посев промежуточных или вторых культур может значительно увеличить популяцию корневых жуков. Кукуруза, посеянная вместе с тыквой, или кукуруза после тыквы – примеры схем посева, которые усиливают повреждающее воздействие личинок. Шреста, Данбар, Френч и Гассманн сообщили, что история поля влияет на степень устойчивости кукурузного корневого жука. На всех изученных ими полях были обнаружены личинки, устойчивые к соответствующим признакам, однако они отметили, что значительно больше личинок выживало на полях с устойчивостью к Bt-токсинам. Они рекомендуют строгое соблюдение севооборота не только для снижения численности личинок, но и для замедления их адаптации.

Естественные враги

Среди естественных врагов — Argiope bruennichi, Theridion impressum, Coccinella sp., Pseudophomus rufipes.

Трансгенные

Посадка трансгенной кукурузы, устойчивой к корневым червям, – еще одна стратегия минимизации ущерба. Кукуруза Bt эффективно снижает повреждение корней и является более безопасной и часто более дешевой альтернативой инсектицидам. Трансгенные признаки, выделенные из обычного штамма почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (часто называемого Bt), производят белок, контролирующий насекомых-вредителей. Bt был впервые обнаружен в 1901 году японским биологом С. Ишиватари как источник заболевания, уничтожавшего большие популяции шелкопрядов. Bt впервые был использован в качестве инсектицида в 1920 году, а в 1970-х годах для защиты сельскохозяйственных культур, включая органическое земледелие, стали применяться опрыскивающие препараты, содержащие бактерии Bt или белки Bt. В 1980-х годах Bt-инсектициды получили более широкое распространение и развитие как альтернатива синтетическим инсектицидам. Начиная с 1980-х годов, гены, ответственные за производство белков Bt, были выделены и перенесены в растения кукурузы. Коммерческое одобрение Bt в трансгенных семенах кукурузы было получено в середине 1990-х годов. По сравнению с опрыскивающими препаратами, трансгенные растения с белком Bt обеспечивают гораздо более эффективную защиту от насекомых в течение всего сезона. Другие белки Bt использовались для генетической модификации картофеля, хлопка и других видов коммерческой кукурузы. Двумя наиболее распространенными брендами трансгенной кукурузы Bt являются Genuity и Herculex. Genuity Smartstax объединяет технологии VT Triple Pro, Roundup Ready 2 и Acceleron Seed Treatment System от Monsanto, а также технологии Herculex Xtra и Liberty Link от Dow Chemical. Acceleron, Herculex Xtra и VT Triple Pro включают признаки, обеспечивающие защиту от повреждений насекомыми. Для уничтожения насекомого Bt необходимо попасть внутрь организма. Восприимчивая личинка поедает белок, который затем связывается с рецепторами в кишечнике личинки. Связывание запускает каскад эффектов, который в конечном итоге приводит к гибели. Белки Bt обладают высокой селективностью к определенным категориям и видам насекомых, что позволяет избежать использования инсектицидов и их вредного воздействия на нецелевые организмы. Однако в последнее время в нескольких штатах Среднего Запада США были обнаружены штаммы корневых червей, проявляющие устойчивость к Bt. По данным Monsanto, это касается продуктов "YieldGard VT Triple и Genuity VT Triple PRO". В 2009 году в Айове было обнаружено, что четыре штамма обладают полевой эволюционной устойчивостью к кукурузе Bt. Некоторые корневые черви оказались устойчивыми к двум или более Bt-токсинам, а также к севообороту. Эта способность быстро эволюционировать и адаптироваться к множеству признаков в новом источнике пищи стала серьезной проблемой для фермеров и ученых. В том же году Monsanto, DuPont Pioneer, Syngenta и Dow Agro Sciences начали продавать "штабелированные" или пирамидальные семена кукурузы, предназначенные для замедления развития устойчивости. Эти продукты объединяют признаки для повышения эффективности, однако многие из этих признаков перестают работать, и вскоре у них закончатся компоненты для штабелирования. Исследователи обнаружили новый бактериальный ген, который уничтожает корневых червей, но ожидается, что он станет доступен фермерам не раньше 2029 года. К 2014 году штаммы корневых червей Syngenta Agrisure RW, а также глифосат были обнаружены в Айове. Продукты на основе Agrisure RW появились на рынке в 2007 году. Однако правительственные чиновники, ученые и компании не пришли к единому мнению относительно определения феномена устойчивости. Пораженные поля составляли 0,2% всех гектаров трансгенной кукурузы в США. Кроме того, на пораженных участках не проводился севооборот. По состоянию на декабрь 2018 года корневой червь кукурузы оказался устойчивым ко всем четырем признакам.

Planting rootworm resistant transgenic corn is another strategy for minimizing damage. Bt corn is effective at reducing root damage and is safer and often cheaper than insecticide. The transgenic traits, isolated from the common soil bacterium Bacillus thuringiensis strain (often referred to as Bt), produce the insect control protein. Bt was first discovered in 1901 by Japanese biologist S. Ishiwatari as the source of disease that was killing large populations of silkworms. Bt was first used as an insecticide in 1920 and spray formulations containing either Bt bacteria or Bt proteins came into use in the 1970s for crop protection, including organic farming operations. Bt insecticides saw expanded use and development in the 1980s as an alternative to synthetic insecticides. Beginning in the 1980s, the genes responsible for making Bt proteins were isolated and transferred into corn plants. Bt was commercially approved in transgenic corn seed in the mid 1990s. Compared to spray formulations, transgenic plants with the Bt protein provide much more effective insect protection throughout the season. Other Bt proteins have been used to genetically modify potatoes, cotton and other types of commercial corn. The two most common brands of transgenic Bt corn are Genuity and Herculex. Genuity Smartstax combines Monsanto's VT Triple Pro, Roundup Ready 2, and Acceleron Seed Treatment System technologies, as well as Dow Chemical's Herculex Xtra and Liberty Link technologies. Acceleron, Herculex Xtra, and VT Triple Pro include traits for protection from insect damage. Bt must be ingested to kill the insect. A susceptible larva eats the protein, which then binds to receptors in the larval gut. Binding initiates a cascade of effects that ultimately leads to death. Bt proteins are highly selective on certain categories and species of insects, eliminating insecticide use and its harmful effects to non target organisms. Recently, however, strains of rootworms that exhibit Bt resistance have been discovered in several Midwestern US states. According to Monsanto, the "YieldGard VT Triple and Genuity VT Triple PRO corn products" are affected. In 2009, four strains in Iowa were found to have field evolved resistance to Bt corn. Some rootworms were found to be resistant to two or more Bt toxins in addition to being tolerant to crop rotation. This ability to rapidly evolve to adapt to multiple traits in their new food source has proved to be a challenge for farmers and scientists. That same year, Monsanto, DuPont Pioneer, Syngenta and Dow Agro Sciences all began to sell "stacked" or pyramid corn seed designed to slow the development of resistance. These products combined traits to increase effectiveness, however, so many of these traits are failing that soon they will run out of ingredients to stack. A new bacterial gene has been discovered by researchers that will kill rootworms, but it is not expected to be available to farmers before 2029. By 2014 Syngenta Agrisure RW rootworm strains had been detected in Iowa as well as glyphosate. Agrisure RW based products entered the market in 2007. However, government officials, academics and companies lack consensus on how to define the resistance phenomenon. The affected fields constituted 0.2% of transgenic US corn acres. Further the affected areas had not been rotated with other crops. As of December 2018, the corn rootworm has been found to be resistant to all four traits.

Биологические растворы

В Австрии разработан инновационный метод защиты, впервые применяющий метод "нарушения спаривания" на полях кукурузы. Соответствующий продукт называется CornProtect. Самки насекомых распространяют феромоны, привлекающие самцов. В рамках этого нового метода, феромоны помещаются на специально обработанные минеральные носители и медленно высвобождаются на протяжении всего периода лёта насекомых. Спаривание значительно снижается, поскольку самцы дезориентируются и теряют интерес к размножению. Размножение резко сокращается. Обработка проводится с использованием обычных полевых опрыскивателей, что делает метод экономически выгодным.