Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство внутренних дел Российской Федерации
Главное командование внутренних войск МВД РФ
ПЕРМСКИЙ ВОЕННЫЙ ИНСТИТУТ ВНУТРЕННИХ ВОЙСК
МИНИСТЕРСТВА ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
|
УДК 378.14 № |
|
|
Инв. № |
УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой биологии кандидат биологических наук, доцент, В.Е. Ефимик « __ » ____________ 2015 г. |
ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
Реферат
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
|
Научный руководитель ст. преподаватель |
___________________ (подпись, дата) |
И.А. Сарана |
|
Исполнитель темы курсант 5 роты факультета технического обеспечения рядовой |
___________________ (подпись, дата) |
Е.А.Козлюк |
Пермь 2015
Содержание
Введение………………………………………………………………………….......3
1. Понятие об экологизации сельского хозяйства……………………………........5
2. Влияние на смертность. Использование системы хищник-жертва и паразит –
хозяин ……………………………………………………………………………..7
2.1. Интродукция хищников вслед за вредителем. Использование энтомо-
фагов.……………………………………………........................................7
2.2. Применение микробиологических препаратов……………………….10
3. Влияние на рождаемость……………………………………………………......12
3.1. Выпуск в природу стерилизованных самцов вредного вида...............12
3.2. Ювенильные гормональные препараты - задержка роста или
полового созревания…………..…………………………………………13
4. Генно-инженерные методы……………………………………………………..15
5. Влияние Bt-токсинов на почву, на содержание лигнина в растениях и на
дождевых червей …………………………………………………..........................18
6. Ловушки с применением половых феромонов ……………….…………….....26
Заключение……………………………………………………………….….…...…27
Список литературы……….…………………………………………………....…...28
Введение
Состояние экономики аграрного сектора, сложившееся в первой половине XX столетия во многих странах мира, объективно требовало перехода на интенсивные методы хозяйствования с широким использованием средств химизации и проведения мелиорации земель. Однако использовались они односторонне, для получения экономических результатов, но в ущерб экологии, что привело к антропогенным разрушительным последствиям.
Современное сельское хозяйство, свойственное развитой промышленности, с каждым годом оказывает все большее влияние на кругооборот биогенных элементов в природе и вступает тем самым в противоречие с естественно - историческим развитием биосферы. Как показывают многочисленные исследования, интенсивное использование различных химикатов отрицательно влияет на естественные процессы повышения плодородия почвы, разрушает ее микрофлору, загрязняет окружающую среду ядохимикатами и биогенными элементами, ухудшает качество производимой продукции.
Надо отметить, что состояние сельского хозяйства России и в мире в целом характеризуется устойчивой тенденцией роста затрат невосполнимой энергии на каждую дополнительную единицу продукции. В современных условиях экономия невосполнимых ресурсов становится гораздо выгоднее, чем дальнейшее наращивание объемов их производства, поэтому ресурсосбережение является основным направлением развития в современных условиях сельскохозяйственного производства.
В связи с этим возникла необходимость в освоении альтернативных методов ведения сельского хозяйства таких как: использование энтомофагов, применение микробиологических препаратов, выпуск в природу стерилизированных самцов вредного вида, ювенильные гормональные препараты - задержка роста и полового созревание, генно-инженерные методы, влияние Bt-токсинов, ловушки с применением половых феромонов и т.д.
Экологические хозяйства в нашей стране должны организовываться по тому же принципу, что и в других странах, но быть строго адаптированными к местным условиям.
Для принятия решения о переходе на новый способ производства большое значение имеет оценка затрат на проведение всего технологического процесса и, кроме того, соблюдение всех требований, установленных стандартами экологического агропроизводства.
1. Понятие об экологизации сельского хозяйства
В общем понятии экологизация - это процесс неуклонного и последовательного внедрения систем технологических, управленческих и других решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных ресурсов и условий наряду с улучшением или хотя бы сохранением качества природной среды (или вообще среды жизни) на локальном, региональном и глобальном уровнях.
Фундаментальность экологических отношений приводит к тому, что экологизации подлежат не только познавательные процессы, но и разнообразные сферы практической человеческой деятельности. Одним из показательных проявлений таких тенденций является экологизация сельского хозяйства, что означает внедрение технологических решений в аграрный комплекс.
Стратегия экологизации:
максимальное сохранение биоразнообразия культурных сортов и пород;
антиэрозийные методы обработки почв;
переход к поликультурам. Поликультуры в животноводстве - на примере саванн.
разумное применение удобрений (т.е. сокращение вносимых объемов до уровня, усваимового растениями)
ядохимикатов (сокращение объемов распыления вплоть до полного отказа и перехода на биологические методы борьбы с вредителями).
На современном этапе развития экологизации сельского хозяйства наиболее эффективными являются: интродукция хищников вслед за вредителем, использование энтомофагов, применение микробиологических препаратов, что влияет на смертность; выпуск в природу стерелизированных самцов вредного вида, ювенильные гормональные препараты - задержка роста или полового созревания, оказывающие значительное влияние на рост рождаемости; генно-инженерные методы; Bt-токсины, которые влияют на почву, на содержание лигнина в растениях и на дождевых червей; ловушки с применением половых феромонов – наиболее безвредны и безопасны для человека и животных.
2. Влияние на смертность. Использование
системы хищник-жертва и паразит-хозяин
2.1. Интродукция хищников вслед за вредителем.
Использование энтомофагов
Энтомофаги (пожиратели насекомых) – это естественные враги вредителей. К ним относятся хищные и паразитические насекомые, пауки, змеи, ящерицы, жабы и некоторые птицы.
Сегодня энтомофаги частично или полностью контролируют порядка семидесяти пяти видов вредителей, среди которых червецы, совки, щитовки, тли, паутинный клещ, кокциды и тепличная белокрылка, кокциды. Против части вредителей применяют узкоспецифичных энтомофагов, против части – 1неспециализированных хищников, таких, как жужелицы. Неспециализированные хищники весь период вегетации сельскохозяйственных культур активно поедают разных беспозвоночных, обитающих и на поверхности почвы, и в подстилке.
Чаще всего в сельском хозяйстве для защиты растений от вредителей используют представителей отряда перепончатокрылых, жуков, некоторых муравьев, которые поедают листогрызущих гусениц. Такие двукрылые, как мухи-тахины, регулируют численность не только вредных насекомых, но и прочих беспозвоночных.
Для борьбы с тлей в закрытом грунте используют как паразитов, так и хищников: здесь фермерам помогают златоглазки (семейство Chrysopidae), сирфиды (семейство мух Syrphidae) и другие насекомые, поедающие тлю. Златоглазка обыкновенная (Chrysoperla carnea) (Рис.1) успешно регулирует численность хлопковой совки (Helicoverpa armigera)и карадрины (помидорной совки, Laphygma exigua), колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata) на баклажанах и картофеле, хищный тепличный клоп (Рис.2).
Рис.1 Златоглазки (семейство Chrysopidae) Рис.2 Хищный тепличный клоп
В промышленных масштабах, крупных садах против кровяной яблонной тли (Eriosoma laningerum) принято использовать афелинусов (род Aphelinus). Цитрусового червеца (Planococcus citri) истребляют криптолемус (Cryptolaemus montrouzieri из божьих коровок) и коккофагус (паразитические мухи рода Coccophagus). Такой карантинный вредитель, как калифорнийская щитовка, может быть побежден насекомыми-паразитами рода Prospaltella. Численность имеретинской подушечницы (Vitis vinifera) на 20,5-39,2% способны снижать обыкновенная златоглазка, полевой хипераспис (Hyperaspis campestris) и коккофагус (обыкновенный и бесщетинковый).
Наездники рода Trichogramma, заражая яйца вредителей, уничтожают озимую (Agrotis segetum), хлопковую, капустную (Mamestra brassicae), восклицательную (Agrotis exclamationis) и прочих совок, гороховую плодожорку (Cydia nigricana) и кукурузного мотылька (Octrinia nubilalis). Божья коровка Rodolia sp. поедает австралийского желобчатого чернеца (Icerya purchasi), стафилины (семейство Staphylinidae) уничтожают вредителей овощных культур.
Осы, которые паразитируют на тле, убивают ее, откладывая внутри тли яйца. Личинка осы, вышедшая из яйца, за несколько дней изнутри съедает тлю, и продолжает развиваться в ее оболочке.
Жужелицы (Carabidae) (Рис.3) – типичный пример неспециализирован-
ных хищников. Они поедают в общей сложности 400 видов вредителей — коллембол (Collembola), всех прямокрылых (в том числе, саранчу), трипсов (Thysanoptera), равнокрылых (тлей, листоблошек и т.д.) клопов, бабочек (листоверток, горностаевых молей, огневок, шелкопрядов, совок), двукрылых и перепончатокрылых (пилильщиков, рогохвостов и муравьев). Уничтожают жужелицы и жуков - стафилинид, рогачей, мягкотелок, щелкунов (проволочников), златок, усачей, долгоносиков, короедов и листоедов, что позволяет использовать жужелиц не только для защиты полевых и плодовых культур, но и в охране леса. Многие практики считают жужелиц самыми эффективными энтомофагами ложнопроволочников и проволочников.
Эффективны энтомофаги и в животноводстве: здесь применяют мух Ophyra aenescens, которые питаются личинками комнатной мухи, и маленькую паразитическую осу-наездника Muscidifurax raptor, которая использует мушиные куколки как среду для размножения, уничтожая тем самым популяции множества видов мух.
Хищные клопы Macrolophus nubilis и Dicyphus errans тоже являются неспецифическими хищниками и могут питаться клещами, трипсами и тлями, но предпочитают равнокрылое насекомое белокрылку (Bemisia tabaci). Особенности биологии клопов таковы, что их можно использовать для защиты овощных культур летом, когда воздух.
Основными способами использования энтомофагов можно назвать следующие:
Интродукция подразумевают искусственное расширение ареала энтомофагов, физическое перемещение их в новую область. Интродуцированные животные нуждаются в акклиматизации, приспособлении к изменившимся условиям. Существует больше 250 примеров успешной борьбы с вредителями путем ввоза их естественных врагов.
Биологический метод борьбы с вредителями заключается в использовании естественных врагов (хищных и паразитических насекомых, насекомоядных и хищных птиц, микроорганизмов), вредителей и болезней растений.
Вредные насекомые могли бы размножаться в невероятно больших количествах, если бы в природе не было их естественных врагов, например полезных насекомых - энтомофагов и насекомоядных птиц. Появляясь в большом количестве, энтомофаги уничтожают многих вредителей как на растениях, так и в почве. К числу распространенных полезных насекомых энтомофагов можно отнести: жуки божьи коровки, златоглазки, мухи-журчалки, жуки-жужелицы, хищный клопик, антокорис, агениаспис, трихограмма.
Биологическая борьба с вредителями. Под «биологической борьбой» понимают не только активные приемы биологической защиты растений (использование птиц, полезных насекомых и биологических репаратов), но и применяют сорта, устойчивые к вредителям и болезням, которые способствуют улучшению фитосанитарного состояния полей.
Например, высокомасличные сорта подсолнечника устойчивы против подсолнечниковой огневки, заразихи, мучнистой росы. На Украине селекционеры создали устойчивые к гессенской мухе сорта озимой пшеницы «Белоцерковская 198», «Мироновская 264», «Мироновская 806» и др. Благодаря им отпала необходимость в химической борьбе с этим вредителем.
2.2. Применение микробиологических препаратов
В России разработаны биопрепараты, полученные на основе использования бактерий, грибков, вирусов и актиномицетов. К ним относятся энтобактерин, боверин, дендробациллин, фитобактериомицин, аренарин, бактороденцид и др.
Например: энтобактерин — бактериальный препарат, созданный на основе споровой кристаллообразующей бактерии бациллус тюрингиензис.
Применяют энтобактерин в виде водной суспензии, которую готовят за один-два часа до опрыскивания. Насекомое, питаясь растениями, обработанными препаратами, заглатывает вместе с кормом споры бактерий и кристаллы эндотоксина, после чего впадает в паралич. Гибель насекомого наступает обычно спустя 5— 10 дней. Энтобактерин используют для борьбы с гусеницами капустной (Рис. 4) и репной белянок (Рис. 5), капустной моли, капустной огневки. Этих вредителей препарат уничтожает практически полностью.
Рис.4 Гусеница капустная Рис.5 Репная белянка
3. Влияние на рождаемость
3.1. Выпуск в природу стерилизированных самцов вредного вида
Агротехнологии штата Флорида начали борьбу с плодовой мушкой (дрозофилой) (Рис. 6), атакующей местные плантации и снижающей урожай, с помощью десанта стерилизованных самцов, сообщил региональный интернет-ресурс San-Sentinel. Ученые выпустили в районе Броуард (округ штата Флорида, США) 45 миллионов стерилизованных особей, специально выведенных на американской биофабрике в Гватемале. Насекомых на место "десантирования" доставили на борту спецсамолета.
В округе Броуард в феврале была обнаружена средиземноморская фруктовая мушка, откладывающая личинки в плодах. В марте в округе был введен карантин. Ущерб, который наносят плодовые мушки аграрной экономике штата, исчисляется сотнями миллионов долларов. Традиционное уничтожение мушки на территории района Броуард при помощи пестицидов обходится ежегодно в 5 миллионов долларов.
Самки быстро плодящейся дрозофилы спариваются лишь однажды в жизни. При связи насекомого со стерилизованной особью противоположного пола можно не опасаться появления личинок и мушек. Таким образом, по замыслу ученых, численность "мелкого врага местных садовых плантаций", должна естественным образом (без применения пестицидов), пойти на убыль.
Ученые подвергли самцов дрозофил радиоактивному облучению в течение двух с половиной минут, а затем дали вдохнуть феромонов, сделав их более активными в конкурентной борьбе с обычными самцами.
Небольшие размеры, короткий жизненный цикл и простота культивирования позволили использовать ряд видов дрозофил в качестве модельных объектов генетических исследований. Ученые полностью расшифровали геномы 12 видов дрозофил, применяя полученные в исследованиях данные по генетике пола и хромосомной теории наследственности. Ученые Университета Калифорнии в Сан-Диего сообщили, что пытаются на примере дрозофилы получить молекулярный механизм, подавляющий аппетит у людей.
3.2.Ювенильные гормональные препараты –
задержка роста или полового созревания
Ювенильные гормоны – гормоны насекомых, регулирующие их постадийное развитие, вырабатываются прилежащими телами (corpora allata). Ювенильные гормоны, способствуя развитию и росту личиночных органов, тормозят метаморфоз, являются антагонистами гормонов экдизонов, стимулирующих линьку и метаморфоз. По химической природе – изопреноиды-сесквитерпены. Впервые обнаружены в 1956 году американским энтомологом К. Уильямсом в брюшке самцов бабочки Hyalophora cecropia.(Рис.7).
Рис.7 Самец бабочки Hyalophora cecropia
Выделение, установление строения и первый химический синтез ювенильного гормона осуществлены группой американских учёных в 1967—1969.
Применение ювенильного гормона и его аналогов в качестве инсектицидов, нарушающих нормальное развитие насекомых, дает положительные результаты в борьбе в гусеницей хлопковой совки и другими опасными вредителями сельскохозяйственных растений и лесных пород. Недостаток этих инсектицидов заключается в том, что максимум их эффективности приходится лишь на непродолжительный период превращения незрелой особи в зрелую. У некоторых высших растений обнаружены антагонисты ювенильного гормона, так называемые прекоцены (от англ. precoceous — «скороспелый»), вызывающие преждевременный метаморфоз личинок, бесплодие и аномальное протекание диапаузы у насекомых. Прекоцены перспективны как «антигормональные» инсектициды.
Первые устойчивые к вредителям растения, созданные с помощью методов генной инженерии, были введены в культуру в 90-х годах прошлого столетия. Эти генетически модифицированные растения (Bt-культуры) несут гены грамположительной аэробной спорообразующей бактерии Bacillus thuringiensis, которая синтезирует параспоральные (локализованные рядом со спорой) кристаллические образования, содержащие d-эндотоксины - Cry-белки, убивающие личинок насекомых разных отрядов. Замечу, препараты из смеси клеток, спор и параспоральных кристаллов применяются уже более полувека (первый промышленный инсектицид "Спореин" был создан во Франции в 1938 г.). С тех пор они считаются одними из наиболее экологически безопасных средств защиты растений, так как этот класс пестицидов токсичен для теплокровных животных лишь в концентрациях, в несколько тысяч раз превышающих дозы, используемые при однократной обработке полей.
В 1997 г. в США засеяно 730000 га сортом хлопка, который после генно-инженерной перестройки генома стал вырабатывать токсин от коробчатого червя (g.Helicoverpa).
Бактериальный Bt-токсин издавна использовался в сельском хозяйстве как эффективный инсектицид. В органическом земледелии распространено использование бактериальной суспензии Bacillus thuringiensis для борьбы с насекомыми.
Перенесенный в геном растения бактериальный ген cry Bt-токсина придает растению устойчивость против ряда насекомых-вредителей. Самые распространенные растения, в которые встраивают ген Bt-токсина —кукуруза (линия MON810 производства Монсанто) и хлопчатник, разработанный и предложенный Монсанто в 1996 году. Была попытка перенести ген Bt-токсина в картофель с целью борьбы с колорадским жуком, однако способ оказался неэффективным, поскольку трансгенный картофель оказался уязвимым к тле Aphidius nigripes.
В настоящее время в сельском хозяйстве используется уже около тридцати Bt-культур. Самые популярные из них - кукуруза, хлопок, картофель, гибрид рапса "канола" (от англ. canada oil low acid - канадское слабокислое масло), рис, брокколи, арахис, баклажан, табак. Большинство сортов трансгенной кукурузы несут ген белка Cry1Ab, защищающий от опасного вредителя - личинок кукурузного, или стеблевого, мотылька (Ostrinia nubilalis).
В 2001 г. генетически модифицированные растения занимали уже более 12 млн га в мире, причем около половины из них приходилось на долю трансгенной кукурузы. 99% всех Bt-культур выращивают в четырех странах: США, Аргентине, Канаде и Чили. В США площадь полей Bt-кукурузы в 2000 г. составляла более 8 млн га (около четверти плантаций), а Bt-хлопка - 2.4 млн га (около половины посевов). Экономическая польза таких растений очевидна: по оценке Агентства по защите окружающей среды США (U.S. Enviromental Protection Agency), использование в этой стране только Bt-зерновых культур приводит к ежегодному сокращению применения синтетических инсектицидов на площади примерно 3 млн. га и позволяет сэкономить 2.7 млрд. долл. США.
О возможном негативном влиянии трансгенных сельскохозяйственных культур на окружающую среду до недавнего времени лишь робко предупреждали экологи. Сторонники же генетической модификации растений, напротив, убеждали в их полной экологической безопасности, опираясь на результаты лабораторных тестов и опыт выращивания этих культур в естественных условиях. (Как впоследствии оказалось, применявшиеся в некоторых лабораторных экспериментах методики и объекты тестирования были не адекватны поставленным задачам, но об этом чуть позже.) Лишь сейчас, спустя десятилетие после начала промышленного выращивания трансгенных культур, становится более или менее очевидно, какого рода ущерб они могут наносить окружающей среде.
Появляется все больше свидетельств того, что использование Bt-растений может иметь долгосрочный негативный эффект, экономический ущерб которого пока даже трудно оценить. Во-первых, Bt-кукуруза производит в 1.5-2 тыс.
раз больше эндотоксина, нежели вносится при однократной обработке полей химикатами, содержащими Bt-токсин. Во-вторых, культивирование Bt-кукурузы приводит к накоплению Bt-токсинов в почве в результате действия многих факторов: выделений корней, отложения пыльцы, разложения растительных остатков. В-третьих, разложение трансгенных растений происходит значительно медленнее, нежели обычных культур, а биологическая активность почв, занятых генетически модифицированными растениями, заметно ниже, чем на контрольных участках.
в растениях и на дождевых червей
После сбора урожая трансгенной кукурузы около десяти процентов Bt-токсинов остается на полях в растительных остатках. И только с их разложением происходит и деградация Cry-белков в естественных условиях. По данным швейцарских исследователей, концентрация токсина Cry1Ab в растительных остатках резко сокращается (до 20-38% от количества в живых растениях) через два месяца после уборки урожая и остается примерно на том же уровне в течение зимы. Лишь с наступлением весны начинается дальнейшая деградация Bt-токсина, однако и по истечении 200 дней 0.3% от исходного его количества остается на полях. Максимальный же срок, в течение которого сохраняются Cry-белки, оказавшиеся в почве в результате выделений корней и разложения растительных остатков, достигает 350 дней. Bt-токсины остаются биологически активными в течение столь длительного времени (фактически до года) благодаря тому, что находятся в связанном состоянии с поверхностно активными почвенными частицами (глины, гумуса и т.д.); это-то и защищает их от разложения микроорганизмами.
Эти результаты получены сравнительно недавно и принципиально отличаются от более ранних, проведенных в лабораторных условиях, когда было установлено, что 50% Bt-токсинов разлагаются через полтора дня после попадания в почву и 90% - в течение 15 дней. В случае если растительные остатки не контактировали с почвой, то 50%-й распад Cry-белков наблюдался в течение 25.6 дней, а 90% - 40.7 дней. Столь сильные различия в скорости разложения Bt-токсинов, очевидно, связаны с тем, что в лабораторных условиях эксперименты проводились при постоянной комнатной температуре, в то время как в природе кроме холодного зимнего периода, характерного для средней полосы, где и произрастает в основном трансгенная кукуруза, наблюдаются и суточные колебания температур. Кроме того, в лабораторных экспериментах листья кукурузы перемалывались, просеивались и лиофилизировались, что обеспечивало существенно большую площадь для колонизации микроорганизмами. Естественно, ничего подобного в природе не происходит, и понятно, что экстраполировать результаты лабораторных опытов с Bt-токсинами на естественные условия необходимо крайне осторожно.
Хотя поступление в почву Cry-белков с выделениями корней трансгенных растений не столь велико, как после разложения растительных остатков, оставшихся на полях после сбора урожая, но и этот фактор нельзя сбрасывать со счетов. Интересно отметить, что если корневые отростки канолы, табака и хлопка вообще не выделяют Bt-токсинов, то все 12 исследованных трансгенных сортов кукурузы, полученных с помощью трех независимых генно-инженерных операций (Bt11, MON810 и Bt176), продуцируют Cry-белки практически в одинаковых количествах. Кроме того, инсектицидная активность выделений кукурузы была самой большой - достоверно более высокой, нежели у риса и картофеля. Хотя некоторое количество Cry-белков может попасть в почву и в результате шелушения или механического повреждения корней, но именно с их выделениями поступает в почву основная часть Bt-токсинов. В подтверждение тому достаточно сказать, что у кукурузы, риса и картофеля, выращиваемых на гидропонике, никаких нарушений корневой поверхности не отмечалось, тем не менее, Cry-белки в питательном растворе все же регистрировались.
Замечено, что растения с высоким содержанием Bt-токсинов не привлекательны даже для тех фитофагов, для которых эти токсины не ядовиты. Так, в экспериментах с погребной, или шероховатой, мокрицей (Porcellio scaber), которой предлагались в пищу восемь сортов кукурузы (две трансгенных и шесть изогенных им контрольных линий), выяснилось, что это животное явно предпочитает нетрансгенные растения. Кроме того известно, что растительные остатки трансгенных растений разлагаются значительно медленнее по сравнению с генетически немодифицированными изогенными линиями. Причины тому в настоящее время изучаются. Предполагается, что связано это с повышенным содержанием лигнина в трансгенных растениях. Возможно, этим же объясняет-
ся и их пищевая непривлекательность, однако, к сожалению, авторы не исследовали связь между этими сортами кукурузы и содержанием в них лигнина.
Лигнин - высокомолекулярное соединение ароматической природы - основной структурный компонент растений, заполняющий пространство между клетками и "склеивающий" их первичные оболочки. Именно лигнин обеспечивает прочность и жесткость растительных конструкций, а также их водонепроницаемость. С одной стороны, повышенное содержание лигнина затрудняет "работу" фитофагов, с другой стороны, замедляет процессы разложения растительных остатков в почве. При разложении лигнина в среду выделяются токсичные низкомолекулярные продукты распада (фенолы, метанол, карбоновые кислоты). (Рис.8)
Рис.8 Хранилище лигнина
Содержание лигнина в стеблях Bt-сортов кукурузы на 33-97% выше, чем в изогенных им нетрансгенных линиях. Большой разброс данных связан с различным содержанием лигнина в трех основных линиях трансгенной кукурузы. Избыток лигнина проявлялся и на морфологическом уровне. Сосудистые пучки и окружающие их клетки склеренхимы, в состав которых входит лигнин, были у Bt-растений почти в два раза толще, нежели у изогенных нетрансгенных линий (21.5±0.84 мм и 12.4±1.14 мм соответственно). Повышенное накопление лигнина характерно лишь для стеблей Bt-кукурузы, в листьях же его количество примерно то же, что и у обычных растений.
Кроме того, выяснилось еще одно любопытное обстоятельство: лигнина оказалось больше в кукурузе, выращенной в естественных условиях, чем в лабораторных. Это лишний раз подтверждает, что в искусственной среде трансгенное растение развивается иначе, чем в природе.
В результате дальнейших исследований выяснилось, что избыток лигнина характерен не только для Bt-кукурузы, это общее свойство всех трансгенных растений. В различных генетически модифицированных культурах (рисе, табаке, хлопке и картофеле) лигнина на 10-66% больше, чем в соответствующих им генетически не модифицированных изогенных линиях.
Одни из главных утилизаторов растительного опада в средней полосе - дождевые черви (Рис.9), в основном из семейства люмбрицид (Lumbricidae). Встречаются они практически во всех естественных и антропогенных экосистемах умеренного пояса и доминируют в них по биомассе (особенно высока их численность в лесостепи, смешанных и широколиственных лесах - более 300 особей на 1 м 2). Пронизывая почву ходами, дождевые черви рыхлят ее, способствуя аэрации и увлажнению на глубине, перемешивают почвенные слои, ускоряя разложение растительных остатков и повышая тем самым плодородие почвы. Объем переносимой этими животными почвы колеблется от 2 до 250 т/га в год. Вертикальное распределение дождевых червей вдоль почвенного профиля определяется, с одной стороны, их экологией, а с другой - комплексом абиотических факторов, таких как температура, влажность почвы, вертикальный градиент распределения органических веществ.
Рис.9 Дождевой червь
Токсины могут действовать на дождевых червей по-разному, в зависимости от вида люмбрицид и стадии их развития. Ювенильные особи, не способные уходить глубоко в почву, страдают от поллютантов сильнее, чем половозрелые. Но и один из самых крупных видов люмбрицид средней полосы - большой выползок (Lumbricus terrestris) - как ни странно, также находится в "группе риска". Дело в том, что особи этого вида, днем скрываясь в глубоких (до 3 м) норах, ночью выходят на поверхность почвы за пропитанием - растительным опадом (в России за такой образ жизни этот космополит получил народное название "большого выползка"). Справедливости ради отметим, что небольшую часть их диеты составляют и корни растений. Во время таких ночных путешествий некоторые особи могут преодолевать до 19 м. Примерно каждая третья трасса оканчивается норой, а у каждой четырнадцатой - норы есть и в начале пути. В разных экосистемах за несколько осенних месяцев эти дождевые черви способны унести в норы практически весь растительный опад. Это вовсе не означает, что люмбрициды сразу же все съедают, существенную часть пищи они запасают в норах и потребляют по мере частичного разложения растительных остатков. Именно эти особенности экологии большого выползка и определяют высокий уровень его контакта как с поллютантами, оседающими на полях, так и с трансгенными растениями.
Люмбрициды развиваются в толще почвы и, естественно, реагируют на изменения ее химического состава, в частности попадание загрязняющих веществ, которые способны проникать в их организм через покровы. Учитывая особенности питания, дождевые черви могут заглатывать с частицами почвы и содержащиеся в них токсины, а значит, могут подвергаться их воздействию как снаружи, так и изнутри.
Как ни странно, обстоятельных исследований токсичности Cry-белков для дождевых червей до сих пор не проводилось. Правда, около полувека назад при проверке токсичности для люмбрицид препарата Thuricide, содержащего B.thuringiensis var. kurstaki, установлено, что только очень высокие его концентрации (в 10 тыс. раз превышающие рекомендованные для обработки полей) в течение двух месяцев вызвали 100%-ю смертность лабораторных популяций L.terrestris. Казалось бы, эти данные имеют только косвенное отношение, но ведь оказавшиеся смертельными дозы лишь в пять-десять раз превышали концентрацию Bt-токсинов в живых трансгенных растениях. Гистологические исследования погибших люмбрицид показали, что бактерии проникли практически во все ткани червей, где произошла их споруляция и формирование кристаллов. Позднее столь необычная патология была объяснена тем, что в опытах использовалась диатомовая земля, которая, повреждая эпителий кишечника, способствовала проникновению бактерий в цело́м (пространство между стенкой тела и внутренними органами) дождевых червей.
В другой серии экспериментов изучалось действие пестицидов, содержащих Bt-токсин, на дождевого червя Dendrobaena octaedra: десятинедельное воздействие токсина в дозах, в тысячу раз превышавших полевые и примерно равные концентрации токсинов в живых растениях, приводило к существенному угнетению роста и размножения, а также более высокой смертности червей. К сожалению, в этих опытах использовался вид, который не имеет никакого отношения к полям (обычно он обитает в лесной подстилке) и в естественных условиях не может сталкиваться с трансгенными культурами.
Одним из первых экотоксикологических опытов по изучению влияния трансгенных растений на дождевых червей стал стандартный лабораторный тест с использованием искусственной почвы и навозного червя (Eisenia fetida). Оказалось, что экстракты листьев трансгенной кукурузы, содержащих Bt-токсин, никак не влияют на выживание и развитие этих люмбрицид - все они дожили до конца 14-дневного эксперимента и по массе тела не отличались от контрольных животных. По расчетам авторов, использованная в опыте концентрация Bt-токсина (0.35 мг CryIA(b)-белков на 1 кг почвы) была примерно в 785 раз выше той, которая могла бы сложиться в почве после уборки урожая. Эти результаты имели бы смысл, если бы выбор вида дождевого червя был адекватен поставленным целям. Авторы не учли, что E.fetida, как и D.octaedra, в естественных условиях не сталкивается с трансгенными культурами. Не говоря уж о том, что навозный червь в отличие от собственно почвенных видов не заглатывает почвенных частиц, а питается разлагающейся органикой, поэтому неясно, какое количество Bt-токсинов попало в его пищеварительную систему и попало ли вообще.
40-дневные наблюдения за лабораторными популяциями L.terrestris, живших в почве, в которой проращивались семена трансгенной кукурузы или добавлялись ее листья, не выявили значимых изменений ни в массе тела, ни в смертности больших выползков, хотя Bt-токсины и были обнаружены в их кишечниках и кастах (экскрементах). Когда черви переносились в чистую почву, в течение одного-двух дней их кишечники освобождались от токсина. К сожалению, авторы этой работы не оценивали влияние Bt-токсинов на размножение люмбрицид, а также на ювенильные, более чувствительные к токсинам, особи. Кроме этого, для такого крупного и живущего не один год дождевого червя-норника, как большой выползок, 40-дневный срок явно недостаточен для выявления сублетальных эффектов. В другом, проведенном несколько позднее, аналогичном эксперименте, но длившемся уже 200 дней, выяснилось, что масса тела L.terrestris, питавшихся трансгенными растительными остатками, снижалась в среднем на 18%, в то время как у контрольной группы она на 4% повышалась.
К сожалению, пока еще не исследовалась миграция Bt-токсинов в трофических цепях, в которых дождевые черви служат кормовой базой для многих хищных беспозвоночных, птиц и млекопитающих. К примеру, в Англии в рационе рыжих лис (Vulpes vulpes) большой выползок составляет в среднем 10-15%, а на участках, где этих дождевых червей особенно много, - до 60%. Не брезгует большими выползками и обыкновенная неясыть (Strix aluco), которая за час может поймать более 20 червей. Отмечена и особая любовь к L.terrestris и у европейского барсука (Meles meles); более 20 лет назад их даже сочли специализированными хищниками дождевых червей. Впоследствии гипотеза была отвергнута, но справедливости ради отметим, что в некотором роде специализация у этого хищника все же есть, - проявляется она в технике захвата пищи.
Для почвенных микроорганизмов (как чистых, так и смешанных культур) токсичность Cry-белков не выявлена; количество бактерий и грибов в почвах, содержащих биомассу генетически модифицированной и нетрансгенной кукурузы, статистически не различалось. Однако в экспериментах с почвенными микрокосмами, в которых отсутствовали почвенные беспозвоночные, показано, что и в этом случае биодеградация Bt-культур (кукурузы, риса, табака, хлопка и томатов) происходит значительно медленнее по сравнению с контролем. Об этом свидетельствовало значительно меньшее количество углерода, уходящего из экспериментальных почвенных микрокосмов в виде CO2, по сравнению с контролем.
Безвредно для окружающей среды и использование феромонов. Под феромонами подразумевают биологически активные вещества, которые способны управлять жизнедеятельностью организмов. В практике применяют половые феромоны, которые обеспечивают взаимоотношения особей. Такие средства отличаются экономичностью и безопасностью для человека и животных.
Феромоны помогают вести учет количества вредителей на приусадебном участке, определить необходимые меры борьбы с ними и сроки проведения обработок. Использование подобных препаратов позволяет сохранить популяцию полезных насекомых и сократить расход химических средств защиты.
В промышленности выпускается более 20 специальных феромонных ловушек, которые применяются для диагностики зараженности культурных растений. В состав ловушки входит капсула (диспенсер), энтомологический клей и полоска, на которую этот клей наносится.
Феромоны рекомендуется использовать в средней полосе России, на Украине и в Закавказье. Помимо определения численности вредителей, в функции феромонных ловушек входит и дезориентация самцов, что естественным образом препятствует размножению вредителей. На приусадебном участке можно задействовать и феромонные ловушки с хемостерилянтами. Попадающее в такую ловушку насекомое в дальнейшем становится неспособным к размножению.
Существует также метод создания «самцового вакуума». С помощью феромонных ловушек производится отлов самцов, и их численность на участке резко сокращается. В этом случае для 1 га будет достаточно до 30 ловушек.
Заключение
Современные методы экологизации все больше и больше применяются в сельском хозяйстве.
Практика применения этих методов показала, что они способствуют увеличению получения сельскохозяйственной продукции. Но не все способы безопасны для людей, животных, растений. Примером не безопасного влияния могут служить: микробиологические препараты, ювенильные гормональные препараты, генно-инженерные методы, Bt-токсины. Положительное влияние оказывают следующие методы: интродукция хищников, энтомофаги, выпуск в природу стерилизированных самцов вредного вида, ловушки с применением половых феромонов.
Хотелось бы отметить, что форсирование осуществления природоохранных и природоулучшающих методов и мероприятий позволяет наряду с экологическим эффектом получить значительную экономическую выгоду. Так, капитальные вложения в борьбу, например с вредителями характеризуются высокой экономической эффективностью. Проведение в полном объеме мероприятий дает возможность увеличить производство продукции растениеводства примерно на 1/З.
Наряду с высокой эколого-экономической эффективностью, экологизация сельского хозяйства дает и огромный социальный эффект. Это проявляется, прежде всего, в улучшении здоровья населения в результате увеличения потребления биологически чистой сельскохозяйственной продукции, уменьшения загрязнения водных и земельных ресурсов, воздушного бассейна.
Список используемых источников.
Рис.3 Жужелицы (Carabidae)
Рис.6 Плодовая мушка (дрозофила)