Западный кукурузный жук , Diabrotica virgifera virgifera , является одним из самых разрушительных видов кукурузного жука в Северной Америке , особенно в районах выращивания кукурузы на Среднем Западе, таких как Айова . Родственный вид, северный кукурузный жук, D. barberi , обитает в большей части ареала и довольно схож по биологии.
Описаны два других подвида D. virgifera , включая мексиканского кукурузного жука ( Diabrotica virgifera zeae ), который сам по себе является серьезным вредителем, поражающим кукурузу в этой стране.
Личинки кукурузного жука могут уничтожить значительную часть кукурузы, если их не лечить. В Соединенных Штатах текущие оценки показывают, что 30 000 000 акров (12 000 000 га) кукурузы (из 80 миллионов [ необходимо уточнение ] выращенных) заражены кукурузным жуком. Министерство сельского хозяйства Соединенных Штатов оценивает, что кукурузный жучок ежегодно приводит к потере дохода в размере 1 миллиарда долларов, [1] включая 800 миллионов долларов в виде потери урожая и 200 миллионов долларов в виде расходов на лечение для производителей кукурузы. [ необходима цитата ]
Жизненные циклы северного и западного кукурузного жука имеют много общего. Оба вида зимуют в стадии яиц в почве. Яйца, которые откладываются в почву летом, имеют форму американского футбольного мяча, белые и менее 0,004 дюйма (0,10 мм) в длину. Личинки вылупляются в конце мая или начале июня и начинают питаться корнями кукурузы. Недавно вылупившиеся личинки представляют собой маленьких, менее 0,125 дюйма (3,2 мм) в длину, белых червей. Кукурузные жуки проходят три личиночных стадии, окукливаются в почве и появляются во взрослом состоянии в июле и августе. Ежегодно появляется одно поколение. У личинок коричневые головы и коричневая отметина на верхней части последнего брюшного сегмента, что придает им двуглавый вид. У личинок три пары ног, но их обычно не видно без увеличения. После питания в течение нескольких недель личинки роют ячейку в почве и линяют в стадию куколки. Куколка белая и имеет основную форму взрослой особи. Взрослые жуки-корневища имеют длину около 0,25 дюйма (6,4 мм). Западные кукурузные жуки-корневища желтоватые с черной полосой на каждом крыле. Северные кукурузные жуки-корневища имеют сплошной цвет и варьируются от светло-коричневого до бледно-зеленого. [2]
Время вылупления яиц меняется из года в год из-за разницы температур и местоположения. Самцы начинают появляться раньше самок. Вылупление часто продолжается в течение месяца или больше. В годы с жарким сухим летом численность западных кукурузных жуков может быстро снижаться после середины августа, хотя летом с менее экстремальными условиями они могут встречаться вплоть до первых заморозков. [2]
Самки спариваются вскоре после появления. Самкам западного кукурузного жука нужно питаться около двух недель, прежде чем они смогут откладывать яйца. Температура и качество пищи влияют на период, предшествующий откладыванию яиц. Самки обычно откладывают яйца в верхних 8 дюймах (200 мм) почвы, хотя они могут быть отложены на глубине более 12 дюймов (300 мм), особенно если поверхность почвы сухая. Самки западного кукурузного жука с большей вероятностью откладывают некоторые из своих яиц ниже глубины 8 дюймов (200 мм), чем самки северного кукурузного жука. [2]
Личинки корневого червя могут завершить развитие только на кукурузе и нескольких других видах злаков. Личинки корневого червя, выращенные на других злаках (в частности, на желтом лисохвосте), вылупились во взрослую особь позже и имели меньший размер головной капсулы по сравнению с личинками, выращенными на кукурузе. [3] Взрослые особи питаются в основном кукурузными рыльцами, пыльцой и зернами на открытых кончиках початков, хотя они будут питаться листьями и пыльцой других растений. Взрослые особи начинают вылупляться до того, как появятся репродуктивные ткани кукурузы, взрослые особи могут питаться листовой тканью, соскребая зеленую поверхностную ткань и оставляя вид оконного стекла. Однако взрослые особи быстро переключаются на предпочтительные зеленые рыльца и пыльцу, когда они становятся доступными. Взрослые особи северного кукурузного жука питаются репродуктивными тканями растения кукурузы, но редко питаются листьями кукурузы. «Северные» взрослые особи чаще, чем «западные», покидают кукурузу и ищут пыльцу или цветы других растений по мере созревания кукурузы. [2]
Большая часть повреждений кукурузы вызвана питанием личинок. Личинки находят корни и начинают питаться тонкими корневыми волосками, зарываясь в кончики корней. По мере роста личинки питаются и прокладывают туннели в первичных корнях. Когда корневые черви многочисленны, питание личинок и ухудшение состояния поврежденных корней патогенами корневой гнили может привести к обрезке корней до основания стебля. Серьезное повреждение корней нарушает способность корней транспортировать воду и питательные вещества, снижает рост и приводит к снижению производства зерна. Серьезное повреждение корней может привести к полеганию растений кукурузы, что затрудняет сбор урожая. Питание шелковиной взрослых особей может привести к обрезке на кончике початка, обычно называемой обрезкой шелковистой щетки . В полевой кукурузе популяции жуков иногда бывают достаточно высокими, чтобы вызвать сильную обрезку шелковой щетки во время сбрасывания пыльцы, что может помешать опылению. [2]
Западный кукурузный жук быстро расширил свой ареал в Северной Америке во второй половине 20-го века. В настоящее время он присутствует от юго-западного региона кукурузного пояса США до восточного побережья. Он был завезен в Европу в конце 20-го века , где впервые был обнаружен около Белграда , Сербия, в 1992 году. [4] Сербская вспышка распространилась на север и юг, включив Грецию в Польшу и на восток от Италии до Украины . [5] В дополнение к этой большой непрерывной области в Центральной и юго-восточной Европе , в Европе были обнаружены прерывистые вспышки. Первый был обнаружен около Венеции , Италия, в 1998 году, на северо-западе Италии ( Пьемонт ) и в Швейцарии ( кантон Тичино ) в 2000 году, на северо-востоке Италии в 2002 году (около Порденоне ) и 2003 году (около Удине ), на севере Италии ( Трентино ), на востоке Франции ( Эльзас ), в Швейцарии, Бельгии , Великобритании и Нидерландах в 2003 году и в Парижском регионе, Франция , в 2002, 2004 и 2005 годах. Вспышки, обнаруженные в северной Швейцарии , Бельгии , Нидерландах и Парижском регионе, не сохранились. [5] Распространение европейского кукурузного жука произошло в результате нескольких заносов из Северной Америки . [6] По крайней мере три последовательных заноса привели к вспышкам, обнаруженным в Сербии в 1992 году, в итальянском Пьемонте в 2000 году и в Иль-де-Франсе в 2002 году. Европейские вспышки, обнаруженные в Эльзасе в 2003 году и Иль-де-Франсе в 2005 году, произошли из-за двух дополнительных заносов из Северной Америки , что довело число трансатлантических заносов до пяти. [7] Точное североамериканское происхождение европейских заносов пока не установлено, но север США представляется наиболее вероятным. [7]Небольшие отдаленные вспышки в южной Германии и северо-восточной Италии, скорее всего, возникли в результате распространения на большие расстояния из Центральной и юго-восточной Европы. Таким образом, большая европейская вспышка, вероятно, распространяется путем стратифицированного распространения, включающего как непрерывное распространение, так и прерывистое распространение на большие расстояния. Этот последний способ распространения может ускорить экспансию в Европе. [8]
Множество методов управления направлены на борьбу с кукурузными корневыми червями. Эти методы включают выбор сорта кукурузы, раннюю посадку, инсектициды , севооборот и трансгенные сорта кукурузы. [ необходима цитата ]
Не существует коммерческих, нетрансгенных устойчивых сортов кукурузы. Несколько гибридных признаков кукурузы уменьшают повреждения за счет увеличения прочности стебля и размера корневой массы. Эти характеристики позволяют растению лучше переносить кормление корневыми червями, снижая вероятность полегания. [2]
Ранние посевы, которые завершили сброс пыльцы, менее привлекательны и, следовательно, имеют меньшую активность откладывания яиц. Ранние посевы имеют относительно большую корневую систему, когда начинается питание корневыми червями. Это делает их несколько более устойчивыми. Методы, которые способствуют укреплению корневой системы и в целом сильному урожаю, делают кукурузу более устойчивой к питанию и повреждению корневыми червями. [9]
Почвенные инсектициды эффективно контролируют кукурузных жуков-корневищ. Инсектицид может быть оправдан в районах, которые имеют историю умеренного или сильного ущерба. Количество взрослых особей, присутствующих в течение предыдущего вегетационного периода, является лучшим ориентиром для выбора полей для обработки. [9] Однако в некоторых районах с высоким использованием инсектицидов в центральной Небраске популяции кукурузных жуков-корневищ стали устойчивыми к определенным инсектицидам. Устойчивость к альдрину , вероятно, была занесена независимо, по крайней мере дважды, из Северной Америки в Европу. Органофосфаты , такие как метилпаратион , могут обеспечить эффективный контроль как личиночных, так и взрослых популяций в Центральной и Юго-Восточной Европе и на северо-западе Италии. [10]
Севооборот является последовательным и экономичным средством борьбы с корневыми червями в сезон после вспышки в районах выращивания кукурузы, где корневые черви в основном откладывают яйца в кукурузе. Как способ снижения плотности корневых червей, он более эффективен, чем инсектициды. [2] Личинки кукурузного жука должны питаться корнями кукурузы, чтобы развиваться и созревать должным образом. Если они вылупляются на поле без кукурузы, они голодают, потому что не могут двигаться более чем на 10-20 дюймов (510 мм) в поисках пищи. [9] Однако два биотипа корневых червей выживают при севообороте. «Соевый» вариант был впервые обнаружен в центральном Иллинойсе в конце 1980-х годов и распространился по всему Иллинойсу, Индиане, южному Висконсину и восточной Айове. [11] Вместо того, чтобы откладывать яйца на кукурузном поле, самки соевого варианта спариваются, а затем летят на соевое поле, чтобы отложить яйца, позволяя личинкам вылупиться на поле, которое, вероятно, вернется к кукурузе в следующем году. В 1980-х годах северный кукурузный жук начал представлять собой проблему, поскольку он победил практику севооборота кукурузы с помощью яиц с расширенной диапаузой . [12] Яйца оставались в почве в течение двух или более лет до вылупления, тем самым избегая года выращивания сои. По состоянию на 2017 год эта адаптация наблюдалась в районах Айовы, Миннесоты и Южной Дакоты, Висконсина и Небраски. [13]
Посадка сопутствующих или вторых культур может значительно увеличить популяцию личинок жуков. Кукуруза с тыквой или кукуруза после тыквы являются примерами схем посадки, которые усиливают давление на личинок жуков. [14]
Шреста, Данбар, Френч и Гассманн сообщили, что история поля вызывает изменение степени устойчивости к кукурузному жуку. Все поля, которые они обнаружили, имели кукурузного жука, устойчивого к признакам, но они заметили, что значительно больше личинок кукурузного жука выживало на полях с устойчивостью к Bt. Они рекомендуют верный севооборот не только для сокращения популяции жука, но и для замедления адаптации жука. [15]
Среди естественных врагов — Argiope bruennichi , Theridion impressum, Coccinella sp., Pseudophomus rufipes. [16]
Посадка трансгенной кукурузы, устойчивой к корневым червям, является еще одной стратегией минимизации ущерба. [17] Bt-кукуруза эффективна для уменьшения повреждения корней и безопаснее и часто дешевле инсектицида. Трансгенные признаки, выделенные из штамма обычной почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (часто называемой Bt), производят белок для борьбы с насекомыми. [ необходима цитата ]
Bt был впервые обнаружен в 1901 году японским биологом С. Ишиватари как источник болезни, которая убивала большие популяции шелкопрядов . Bt был впервые использован в качестве инсектицида в 1920 году, а спрейные составы, содержащие либо бактерии Bt, либо белки Bt, начали использоваться в 1970-х годах для защиты урожая , включая органическое земледелие . Инсектициды Bt получили более широкое применение и развитие в 1980-х годах как альтернатива синтетическим инсектицидам. Начиная с 1980-х годов гены, ответственные за выработку белков Bt, были выделены и перенесены в растения кукурузы. Bt был коммерчески одобрен в семенах трансгенной кукурузы в середине 1990-х годов. По сравнению с спрейными составами, 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 марками трансгенной кукурузы Bt являются Genuity и Herculex. [ необходима цитата ] Genuity Smartstax объединяет технологии Monsanto VT Triple Pro, Roundup Ready 2 и Acceleron Seed Treatment System , а также технологии Dow Chemical Herculex Xtra и Liberty Link . Acceleron, Herculex Xtra и VT Triple Pro включают черты для защиты от повреждения насекомыми. [ необходима цитата ]
Bt должен быть проглочен, чтобы убить насекомое. Восприимчивая личинка съедает белок, который затем связывается с рецепторами в кишечнике личинки. Связывание запускает каскад эффектов, которые в конечном итоге приводят к смерти. Белки Bt высокоизбирательны в отношении определенных категорий и видов насекомых, исключая использование инсектицидов и их вредное воздействие на нецелевые организмы. [18]
Однако недавно в нескольких штатах Среднего Запада США были обнаружены штаммы корневых жуков, которые проявляют устойчивость к Bt. [19] По данным Monsanto, затронуты «кукурузные продукты YieldGard VT Triple и Genuity VT Triple PRO». В 2009 году было обнаружено, что четыре штамма в Айове имеют полевую устойчивость к кукурузе Bt. [20] Было обнаружено, что некоторые корневые жуки устойчивы к двум или более токсинам Bt в дополнение к устойчивости к севообороту. Эта способность быстро эволюционировать для адаптации к нескольким признакам в своем новом источнике пищи оказалась проблемой для фермеров и ученых. В том же году Monsanto, DuPont Pioneer, Syngenta и Dow Agro-Sciences начали продавать «сложенные» или пирамидальные семена кукурузы, предназначенные для замедления развития устойчивости. Эти продукты объединяли признаки для повышения эффективности, однако многие из этих признаков не срабатывают, и вскоре у них закончатся ингредиенты для сложения. Исследователи обнаружили новый бактериальный ген, который убивает корневых червей, но, как ожидается, он станет доступен фермерам не ранее 2029 года. [21]
К 2014 году штаммы жуков-корневищ Syngenta Agrisure RW были обнаружены в Айове, а также глифосат . Продукты на основе Agrisure RW появились на рынке в 2007 году. Однако правительственные чиновники, ученые и компании не пришли к единому мнению о том, как определить феномен устойчивости. Пораженные поля составили 0,2% акров трансгенной кукурузы в США. Кроме того, пораженные области не были ротированы с другими культурами. [22]
По состоянию на декабрь 2018 года было обнаружено, что кукурузный жук устойчив ко всем четырем признакам. [23]
В Австрии был разработан инновационный метод защиты, впервые применив метод «прерывания спаривания» на кукурузных полях. Соответствующий продукт называется CornProtect. [24] Самки клопов распространяют феромоны, привлекающие самцов. С помощью этого нового метода такие феромоны наносятся на специально обработанные минеральные носители и медленно высвобождаются в течение всего периода полета клопов. Спаривание значительно сокращается, поскольку самцы дезориентируются и меньше заинтересованы в совокуплении. Размножение резко сокращается [25] Применение осуществляется с помощью обычных полевых опрыскивателей, что делает его экономически очень выгодным. [26]