Сельскохозяйственные насекомые-вредители ищут знакомые запахи, чтобы найти растения-хозяева. Однако их также могут отпугивать запахи других видов растений.
Новое исследование Университета Вермонта, опубликованное в Scientific Reports, предлагает новую основу для использования запахов растений для отпугивания насекомых-вредителей. Это первое исследование, показывающее, как сходство запахов растений и филогенетическое родство могут предсказать репеллентность насекомых.
Команда применила эту концептуальную основу к брюкве, крошечной мухе, которая становится серьезной проблемой для северо-восточных производителей брокколи, капусты и других культур семейства капустных. Они обнаружили, что определенные эфирные масла - чеснок, мята, тимьян, эвкалипт, лимон и кора корицы - наиболее эффективны для отпугивания мошек. Полученные результаты стали хорошей новостью для органических фермеров, у которых нет эффективного решения для борьбы с вредителями.
Несмотря на то, что эфирные масла уже давно используются для борьбы с вредителями, для определения того, какие масла эффективны, применялся метод «проб и ошибок», говорит старший автор Иоланда Чен, доцент кафедры растениеводства и почвоведения UVM.
«Люди часто думают, что более ароматные растительные масла, такие как мята, базилик и лаванда, отпугивают насекомых, но обычно нет никакой рифмы или причины для выбора», - сказал Чен, который также является сотрудником Института Гунда UVM для Окружающая среда. «Оказывается, что по мере того, как мы идем по генеалогическому древу, растения, которые более отдаленно связаны с растением-хозяином, как правило, более отталкивающие."
Безголовые культуры
Шведская мошка - недавний захватчик овощных ферм на северо-востоке США. Чтобы выжить, личинки мошек должны питаться семейством растений семейства крестоцветных, в которое входят многие популярные овощи, такие как брокколи, капуста, цветная капуста, белокочанная капуста, брюссельская капуста, кольраби и листовая капуста. Если совершить ошибку и отложить яйца не на то растение, потомство мошки погибнет.
«Запах играет важную роль в местонахождении хозяина», - сказал Чейз Стрэттон, ведущий автор исследования, который недавно защитил докторскую диссертацию в UVM. «Всего одного приземления одной мухи достаточно, чтобы нанести товарный ущерб», - сказал он.
Личинки «захватывают систему управления растением», что приводит к искаженному росту, например, к безголовым брокколи и цветной капусте, сморщенным листьям и коричневым рубцам. К несчастью для фермеров, ущерб не заметен до тех пор, пока не станет слишком поздно и мошкара уже не слетит с растения. В районах, где мошка хорошо прижилась, в том числе в некоторых частях Канады, Нью-Йорка и Северного Вермонта, мошка может вызвать 100-процентную потерю урожая.
Чтобы справиться с мошкой, обычные производители обратились к неоникотиноидным инсектицидам, которые были замешаны в упадке медоносных пчел. Не имея методов уничтожения вредителя, некоторые органические фермеры просто перестали выращивать уязвимые культуры капусты. Это побудило Чена и Стрэттона изучить новые варианты контроля для органических фермеров.
Надежное решение
«Трудно отказаться от использования инсектицидов, потому что они хорошо убивают насекомых», - сказал Стрэттон, который в настоящее время является исследователем с докторской степенью в Институте земли в Салине, штат Канзас. «Но растения естественным образом защищались от травоядных насекомых на протяжении миллионов лет. Почему мы так самонадеянны, думая, что можем сделать это лучше, чем растения?»
Очарованный сложностью запахов растений и взаимодействием видов, Страттон выделил эфирные масла из 18 различных растений, которые различаются по степени родства с растениями-хозяевами семейства крестоцветных. Он и Чен предположили, что масла из растений, которые более отдаленно связаны с крестоцветными, будут иметь более разнообразные запахи и быть более отталкивающими. Они думали, что сравнение химической структуры запахов может дать ключ к предсказанию отталкивающих свойств.
Чтобы проверить теорию, исследователи наблюдали за тем, как вели себя самки мошек, когда им давали растения брокколи, которые были опрысканы каждым из эфирных масел. Они обнаружили, что мошки с меньшей вероятностью откладывают яйца на растения брокколи, обработанные эфирными маслами, по сравнению с необработанными растениями, и избегали летать к одним маслам больше, чем к другим. В целом, масла из растений, которые были более отдаленными родственниками крестоцветных на генеалогическом древе растений, с большей вероятностью отпугивали мошек. Они также обнаружили, что запахи, отличающиеся химическим составом, с большей вероятностью будут отталкивать. Однако наиболее отталкивающее масло - масло мяты колосовой - на самом деле имело запах, более похожий на запах капусты.
«Биологически вполне логично, что мошки смогут обнаруживать эти растения и избегать их, потому что схожие запахи облегчают им ошибочную интерпретацию этих растений как хозяев, что было бы смертельно для их потомства», - сказал Стрэттон..«Для брюквы чеснок является одним из самых многообещающих репеллентов, особенно потому, что сертифицированные органические продукты с использованием чеснока уже доступны для производителей».
Исследование предлагает новое устойчивое решение для этого нового инвазивного вредителя и обеспечивает новую основу для тестирования стратегий борьбы с вредителями на других видах.