Wykorzystanie entomopatogenicznych nicieni w ochronie roślin historia badań Instytut Ochrony Roślin Marek Tomalak Zakład Biologicznych Metod Instytut Ochrony Roślin - Państwowy instytut Badawczy
POZNAŃ Główne kierunki badań i stosowania 1976-1984 1984 - Nicienie pasożytnicze i towarzyszące kornikom 1988-nadal - Genetyczne doskonalenie szczepów nicieni owadobójczych z rodzajów Steinernema i Heterorhabditis w celu zwiększenia ich skuteczności w zwalczaniu glebowych stadiów rozwojowych wybranych szkodników roślin ocena zmienności genetycznej w naturalnych populacjach, hybrydyzacja wewnątrzgatunkowa, t selekcja, mutageneza rekombinacja (klasyczna) 1994-2010 produkcja Steinernema feltiae (selekcjonowany szczep ScP) - (Owinema), Owiplant, Owińska 1998- nadal - Analiza zagrożenia drzew i krzewów miejskich ze strony najważniejszych szkodników owadzich oraz ocena przydatności nicieni owadobójczych w ich zwalczaniu Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny (AR), Szczecin KUL, Lublin IBL, Stary Sękocin..
Główne kierunki badań i stosowania 1976-1984 - Nicienie pasożytnicze i towarzyszące kornikom Instytut Ochrony Lasu Akademia Rolnicza, Początek: Instytut Ekologii Dziekanów Leśny Dr. S. Stanuszek pierwsze, 5-dniowe szkolenie w zakresie: - uprawy irysów (hybrydów ydó amerykańskich), a tulipanów i irysów - nematologii (w przerwach) Projekt: Organizmy patogeniczne i towarzyszące cetyńcom (Tomicus piniperda p i T. minor) ) w Polsce (prof. J. Michalski) Potem. Instytut Ochrony Roślin
Nicienie Naturalne pasożyty korników Cryptaphelenchus spp. Aphelenchoides spp. Sulphutretylenchus spp. Parasitylenchus spp. Parasitorhabditis spp.
Nicienie pasożytnicze i towarzyszące ą kornikom Tomalak, M., Michalski, J., Grocholski, J. 1984. The influence of nematodes on the structure of genitalia of Tomicus poiniperda (Coleoptera: Scolytidae). Journal of Invertebrate Pathology, 43: 358-362. Tomalak, M., Welch, H.E., Galloway, T.D. 1988. Interaction of parasitic nematode Parasitorhabditis oldhami (Nematoda: Aphelenchoididae) and a bacterium in Dutch Elm Disease vector, Hylurgopinus rufipes (Coleoptera: Scolytidae). Journal of Invertebrate Pathology, 52: 301-308. Tomalak, M., Welch, H.E., Galloway, T.D. 1989. Nematode parasites of bark beetles (Scolytidae) in southern Manitoba, with description of three species of Sulphuretylenchus Rűhm (Nematoda: Allantonematidae). Canadian Journal of Zoology, 67: 2497-2505. Tomalak, M., Welch, H.E., Galloway, T.D. 1989. Parasitism of Parasitorhabditis obtusa and P. autographi (Nematoda: Rhabditidae) in the digestive tract of their bark beetle (Coleoptera: Scolytidae) hosts. Journal of Invertebrate Pathoogy, 53: 57-63. Tomalak, M., Welch, H.E., Galloway, T.D. 1989. Pathology of Aphelenchoides pityokteini (Nematoda: Aphelenchoidae) in the Malpighian tubules of Pityokteines sparsus (Coleoptera Scolytidae). Journal of Invertebrate Pathology, 53: 140-141. Tomalak, M., Welch, H.E., Galloway, T.D. 1989. Effects of crowding on Sulphuretylenchus spp. (Nematoda: Allantonematidae) in the haemocoel of their bark beetle hosts (Coleoptera: Scolytidae). Canadian Entomologist. 121(9): 821-822. Tomalak M Welch H E Galloway T D 1990 Pathogenicity of Allantonematidae (Nematoda) Tomalak, M., Welch, H.E., Galloway, T.D. 1990. Pathogenicity of Allantonematidae (Nematoda) infecting bark beetles (Coleoptera: Scolytidae) in Manitoba. Canadian Journal of Zoology, 68: 89-100.
Główne kierunki badań i stosowania 1988-2005 - Genetyczne etyc e doskonalenie o e szczepów nicieni owadobójczych z rodzajów Steinernema i Heterorhabditis w celu zwiększenia ich skuteczności w zwalczaniu glebowych stadiów rozwojowych wybranych y szkodników roślin ocena zmienności genetycznej w naturalnych populacjach, hybrydyzacja wewnątrzgatunkowa i selekcja: Zwalczanie muchówek ziemiórkowatych (Diptera: Sciaridae) w uprawach szklarniowych i pieczarkarniach Zwalczanie wciornastka zachodniego (Franlkiniella occidentalis) w uprawach szklarniowych Zwalczanie pędraków chrabąszczy (Melolontha melolontha i Amphimallon solstitiale) w uprawach polowych i leśnych Zwalczanie opuchlaka truskawkowca k (Otiorhynchus h h sulcatus) ) w kontenerowych uprawach drzew ozdobnych 1994-2001 produkcja Steinernema feltiae (selekcjonowany p j ( j y szczep ScP) - (Owinema), Owiplant, Owińska
Zwalczanie ziemiórek Lycoriella spp, Bradysia spp. w mnożarkach roślin ozdobnych i warzywnych oraz w uprawach grzybów jadalnych
Larwy ziemiórki Lycoriella ingenua opanowane przez Steinernema feltiae Po 48 godzinach
Larwy ziemiórki Lycoriella ingenua opanowane przez Steinernema feltiae Po 5 dniach Po 7 dniach Instytut Ochrony Roślin
Boczniak ostrygowaty y Pleurotus ostreatus Heterorhabditis megidis Steinernema feltiae
Wciornastek zachodni Frankliniella occidentalis Steinernema feltiae Stosowanie doglebowe - przedpoczwarki - poczwarki - młode imagines Stosowanie nalistne??? Tomalak, M. 1994. Genetic improvement of Steinernema feltiae for integrated control of the Western Flower Thrips, Frankliniella occidentalis. Microbial Control of Pests (Ed. P.H. Smits). IOBC/WPRS Bulletin, 17(3): 17-20 20.
Chrabąszczowate Najważniejsze ż j gatunki A A. Melolontha melolontha B. Amphimallon solstitiale C. Phylloperta horticola B C
Chrabąszczowate Najważniejsze ż j gatunki A A. Melolontha melolontha B. Amphimallon solstitiale C. Phylloperta horticola B C
Amphimallon solstitiale Przetchlinki Pędrak ę L3 Poczwarka
Guniak czerwczyk Amphimallon solstitiale Przetchlinki Steienrnema arenarium Pędrak Poczwarka
Opuchlak truskawkowiec Otiorhynchus sulcatus Heterorhabditis megidis / bacteriophora Steinernema feltiae
Główne kierunki badań i stosowania 1992-2012 - Genetyczne etyc e doskonalenie o e szczepów nicieni owadobójczych z rodzajów Steinernema i Heterorhabditis w celu zwiększenia ich skuteczności w zwalczaniu glebowych stadiów rozwojowych wybranych y szkodników roślin Mutageneza i rekombinacja: Indukcja mutacji warunkujących powstawanie nowych fenotypów larw infekcyjnych Steinernema feltiae Identyfikacja i opis genów zmienianych przez te mutacje identyfikacja pierwszych genów kontrolujących morfogenezę i aktywność larw infekcyjnych S. feltiae. Analiza związków funkcjonalnych pomiędzy indywidualnymi cechami morfologicznymi i anatomicznymi larw infekcyjnych oraz ich aktywnością ruchową i infekcyjnością w stosunku do owadów gospodarzy Konstrukcja mutantów wielokrotnych na drodze rekombinacji genetycznej oraz ocena wpływu tak uzyskanych rekombinacji na fenotyp larw infekcyjnych nicienia S. feltiae. Analiza przydatności mutagenezy i rekombinacji genetycznej mutantów dla konstrukcji genetycznie ulepszonych szczepów nicieni owadobójczych
Mutanty Steinernema feltiae Sfdpy-1(pn34) Sfvab-1(pn12) ScP (w-t) Sflon-1(pn49)
Mutanty Steinernema feltiae A - w-t B - Sfdpy-1(pn11) C - Sfvab-2(pn1) D - Sfseg-1(pn12) E - Sfdpy-1(pn33) F - Sfvab-1(pn32) G - Sfseg-1(pn12) H - Sfdpy-1(pn33) I - Sfvab-1(pn32) J - w-t K - Sfdpy-1(pn11) L - Sfdpy-2(pn35) M - Sfseg-1(pn12) N - Sfvab-1(pn32) (Tomalak, 1994;1997; 1998)
Mutanty Steinernema feltiae A - w-t B - Sfunc-1(pn15) C - Sfvab-2(pn1) D - Sfdpy-1(pn7) E - Sfdpy-1(pn31) F - Sfdpy-1(pn11) G - Sfdpy-1(pn29) H - Sfdpy-1(pn29) I - Sfdseg(pn12) M - w-t N - Sfdpy-1(pn31) (Tomalak & Mracek, 1998)
Instytut Ochrony Roślin Steinernema feltiae mutanty Roller Sfrol -1(pn16; pn36) ScP pn36 ScP pn36 pn36 ScP
Aktywność ruchowa mutantów / podwójnych mutantów Steinernema feltiae pn36 Roller pn15pn36 Roller/Twitcher pn15 Twitcher Instytut Ochrony Roślin
Mutanty ty Steinernema e e feltiae Sfrol-1(pn16;pn36) Sfunc-1(pn13; pn15); Sfseg-1(pn12); Sfdpy-2(pn35) cted insects ng nematodes % infec % infectin s% 80 infected B.paupera 70 60 50 40 30 20 10 0 %infecting nematodes ScP pn12 pn35 pn13 pn15 pn16 pn36 pn12pn1313 pn12pn36 pn13pn3535 pn13pn1616 pn13pn3636 pn15pn1616 pn15pn36 Instytut Ochrony Roślin Infekcyjność mutantów i podwójnych mutantów Steinernema feltiae w stosunku do larw Bradysia paupera w torfie. (Doświadczenieś i laboratoryjne: płytkił multi-well ll 3,5 x 2cm; 100 IJ/komorę; 10 larwe/komorę; 24godz.,20 o C)
Steinernema feltiae mutanty Long Sflon-1(pn49) ScP pn49 ScP pn49 ScP pn49 Instytut Ochrony Roślin
Wymiary ciała larw infekcyjnych yc Steinernema feltiae (ScP i pn49), S. glaseri, i S. arenarium n=50 ScP pn49 S. glaseri* S. arenarium** 1. Długość 825 (660-920) 1181 (970-1380) 1130 (864-1448) 1034 (724-1408) 2. Szerokość 28 (24-30) 33 (31-38) 38) 43 (31-50) 46 (28-77) 3. Główa do 58 (53-63) 76 (66-85) 102 (87-110) 83 (76-86) otworu wydalniczego 4. Głowa do 91 (85-98) 122 (103-143) 120 (112-126) 109 (100-120) pierścienia nerwowego 5. Głowa do 139 (128-150) 194 (178-220) 162 (258-168) 138 (123-160) podstawy gardzieli 6. Długość ogona 78 (60-88) 104 (85-125) 78 (62-87) 75 (64-84) a (1/2) 30 (24-31) 35 (31-40) 29 (26-35) 26 (17-34) b (1/5) 5.9 (4.9-6.6) 6.1 (5.3-6.6) 7.3 (6.3-7.8) 7.6 (5.9-10.8) c (1/6) 10.6 (10.5-11.6) 11.4 (10.0-13.0) 14.7 (13.6-15.7) 13.8 (9.4-16.9) d (3/6) 0.41 (0.39-0.43) 0.39 (0.35-0.42) 0.65 (0.58-0.71) 0.55 (0.52-0.59) e (2/6) 0.74 (0.68-0.90) 0.73 (0.64-0.82) 1.31 (1.22-1.38) 1.19 (1.06-1.30) Instytut Ochrony Roślin ---------------------------------------------- * Poinar, 1986 ** Poinar & Kozodoi. 1988
100 IJs Podwójne mutanty Steinernema feltiae z udziałem mutacji pn49 (Sflon-1) 2 cm 10 cm 20 cm ScP pn49 pn12 pn12pn49 pn34 pn34pn49
Infekcyjność mutantów i rekombinantów Steinernema feltiae na różnych głębokościach w glebie Percent infecting nem matodes +S.E. 70 60 50 40 30 20 10 0 pn12 pn49 pn12pn49 * * 2 cm 10 cm 20 cm Percent infecting nem matodes +S.E. 70 60 50 40 30 20 10 0 * pn16 pn49 pn16pn49 2 cm 10 cm 20 cm * Soil depth [cm] Soil depth [cm] Perce ent infecting nematode es +S.E. 70 60 50 40 30 20 10 0 pn35 pn49 pn35pn49 Perce ent infecting nematode es +S.E. 70 60 50 40 * pn34 pn49 pn34pn49 30 * 20 * 10 0 2 cm 10 cm 20 cm 2 cm 10 cm 20 cm Soil depth [cm] Soil depth [cm] Instytut Ochrony Roślin (Doświadczenie laboratoryjne: kolumny gleby; 3 gąsienice G. mellonella w siatkach na głębokości 2, 10 lub 20 cm; 100 IJs na powierzchni; ekspozycja: 3 dni)
Genetyczne doskonalenie szczepów nicieni owadobójczych z rodzajów Steinernema i Heterorhabditis w celu zwiększenia ich skuteczności ś w zwalczaniu glebowych stadiów rozwojowych wybranych szkodników roślin Tomalak, M., Lipa, J.J. J 1991. Factors affecting entomophilic activity of Neoaplectana feltiae in mushroom compost. Entomologia Experimentalis et Applicata, 59:105-110. Grewal, P.S., Tomalak, M., Keil C.B.O., Gaugler, R. 1993. Evaluation of a genetically selected strain of Steinernema feltiae against the mushroom sciarid Lycoriella mali. Annals of Applied Biology, 123: 695-702. Tomalak, M. 1994. Selective breeding of Steinernema feltiae (Filipjev) (Nematoda: Steinernematidae) for improved efficacy in control of a mushroom fly, Lycoriella solani Winnertz (Diptera: Sciaridae). Biocontrol Science and Technology, 4: 187-198. Tomalak, M. 1994. Phenotypic and genetic characterization of dumpy infective juvenile mutant in Steinernema feltiae (Rhabditida: Steinernematidae). Fundamental and Applied Nematology, 17: 485-495. Selvan, S., Grewal, S.P., Gaugler, R., Tomalak, M. 1994. Evaluation of steinernematid nematodes against Popillia japonica (Coleoptera: Scarabeidae) larvae: Species, strains, and rinse after application. Journal of Economic Entomology, 87: 605-609. Tomalak, M. 1995. Biocontrol potential of new, genetically altered strains of an entomopathogenic nematode, Steinernema feltiae. European Journal of Plant Pathology, 620. Tomalak, M. 1997. New morphological variants of infective juveniles associated with mutations in four sex-linked genes of Steinernema feltiae (Filipjev) (Nematoda: Steinernematidae). Fundamental and Applied Nematology, 20: 541-550. Tomalak, M., Mracek, Z. 1998. Scanning electron microscope study on morphological modifications of lateral fields in infective juveniles of mutant Steinernema feltiae (Filipjev) (Nematoda: Steinernematidae). Fundamental and Applied Nematology, 21: 89-94
Główne kierunki badań i stosowania 1998 -nadal -Analiza a zagrożenia a drzew i krzewów miejskich ze strony najważniejszych szkodników owadzich oraz ocena przydatności nicieni owadobójczych w ich zwalczaniu Identyfikacja najważniejszych ż j szkodników zasiedlających hdrzewa i krzewy na terenach zieleni miejskiej - Ocena skuteczności nicieni owadobójczych w ograniczaniu ich populacji w czasie przepoczwarczania i zimowania w glebie Piędziki (Operophtera brumata, O. fagata) Stonki nalistne (Altica quercetorum, Agelastica alni, Phytodecta quinquepunctata, q Phyllodecta laticollis) ) Błonkówki rośliniarki (Arge spp., Caliroa spp., Pristiphora spp., Hemichroa crocea, Blennocampa phyllocolpa) Rozszerzenie zakresu stosowania nicieni owadobójczych w zwalczaniu wybranych szkodników drzew i krzewów owocowych Owocnice (Hoplocampa flava, H. minuta, H. testudinea) Brzęczak porzeczkowy (Nematus ribesii)
Szkodniki drzew miejskich Miernikowce zimowe Piędzik przedzimek Operophtera brumata Instytut Ochrony Roślin
Instytut Ochrony Roślin Ży ywe pocz zwarki [% %] 60 40 20 0 S. feltiae H. megidis Kontrola Przeżywalność ż piędzika dik przedzimka di (Operophtera brumata) przepoczwarczającego się w glebie traktowanej preparatami zawierającymi nicienie owadobójcze. (**Doświadczenia terenowe, 2003) Instytut Ochrony Roślin
Drzewa i lasy miejskie Szkodniki Susówka dębowaę (Altica quercetorum) Instytut Ochrony Roślin
Drzewa i lasy miejskie Szkodniki Hurmak olchowiec (Agelastica alni) Instytut Ochrony Roślin
Drzewa i lasy miejskie Specyfika szkodników Szubarga pięciokropka (Phytodecta quinquepunctata) Instytut Ochrony Roślin
Drzewa i lasy miejskie Szkodniki Jętrewka długoczułka (Phyllodecta laticollis) Instytut Ochrony Roślin
Stonki nadrzewne (Phytodecta quinquepunctata) Heterorhabditis megidis Instytut Ochrony Roślin
Instytut Ochrony Roślin Wy ylot chrzą ąszczy [% %] 80 60 40 20 0 S.feltiae A.quercetorum A.alni H.megidis Kontrola Wylot stonek (Altica quercetorum i Agelastica alni) po przepoczwarczeniu w glebie traktowanej preparatami zawierającymi nicienie owadobójcze. (**Doświadczenia terenowe, 2003) Instytut Ochrony Roślin
Błonkówki najczęściej zasiedlające drzewa i krzewy miejskie
Błonkówki najczęściej zasiedlające drzewa i krzewy miejskie
Cykl rozwojowy rośliniarek atakujących drzewa (np. Caliroa annulipes) - Imagines, jaja, larwy żerujące na drzewach i krzewach - Dorosłe larwy, eonimfy, pronimfy i poczwarki w glebie
Rośliniarki jako gospodarze nicieni owadobójczych
Zwalczanie drugiego pokolenia obnażacza kwaśnicówki (Arge berberidis) na berberysie Procent uszkodzo onych liśc ci 100 80 60 40 20 0 Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Instytut Ochrony Roślin Heterorhabditis megidis (10 5 IJ m -2 ) zastosowany na powierzchnię gleby
Owocnica żółtoroga (Hoplocampa minuta) ) na śliwie - nicienie (Heterorhabditis megidis) Instytut Ochrony Roślin
Analiza zagrożenia drzew i krzewów miejskich ze strony najważniejszych szkodników owadzich oraz ocena przydatności nicieni owadobójczych w ich zwalczaniu Tomalak, M. 2002. Potential new targets for entomopathogenic nematodes in biological control of urban pests. Nematology, 4:199. Tomalak, M. 2003. Biocontrol potential of entomopathogenic nematodes against winter moths (Operophtera brumata and O. fagata) (Lepidoptera: Geometridae) infesting urban trees. Biocontrol Science and Technology 13: 517-527. Tomalak, M. 2004. Infectivity of entomopathogenic nematodes to soil-dwelling developmental stages of tree leaf beetles Altica quercetorum Foudr. and Agelastica alni L. (Coleoptera: Chrysomelidae). Entomologia Experimentalis et Applicata 110: 125-133. Tomalak. M. 2005. Potential of entomopathogenic nematodes for biological control of selected pest insects infesting urban trees. Insect Pathogens and Insect Parasitic Nematodes (Ed. B. Papierok). IOBC/WPRS Bulletin, 28(3): 3-7. Tomalak, M., Piggott, S., Jagdale, G. 2005. Glasshouse application. W: Nematodes as Biological Control Agents (Eds P.S. Grewal, R-U Ehlers, D.I. Shapiro-Ilan), CABI Publishing, Wellingford, U.K., ISBN 0 85199 0177, 480 pp. Tello, M-L., Tomalak, M., Siwecki, R., Gaper, J., Motta, E., Mateo-Sagasta, E. 2005.,,,,,, p,,,, g, Stresses and Threats: Pests and Diseases of Urban trees in Europe. W: Urban Forests and Trees (Eds C.C. Konijnendijk, K. Nilsson, T.B. Randrup, J. Schipperijn) Springer, ISBN 3-540-25125X, 325-365.
Udział w programach COST 1993-1995 COST 812 Cold Active Strains of Entomopathogenic th Nematodes 1995-2000 COST 819 Entomopathogenic nematodes 2002-2006 COST 850 Biocontrol Symbioses 2000-2002 COST E12 Urban Forests and Urban Trees 2004-2008 COST E39 Forests, Trees and Human Health and Wellbeing. Instytut Ochrony Roślin
Podsumowanie W omawianym okresie nicienie owadobójcze z rodzin Steienrnematidae i Heterorhabditidae były bardzo atrakcyjnym obszarem badań podstawowych i stosowanych W ciągu ostatnich 20 lat nastąpił istotny wzrost praktycznego znaczenia tej grupy organizmów, jako czynników biologicznego zwalczania szkodliwych owadów Polska aktywnie uczestniczyła w tworzeniu strategii praktycznego wykorzystania nicieni owadobójczych w zwalczaniu ziemiórek w uprawach szklarniowych i pieczarki, wciornastka zachodniego w uprawach szklarniowych oraz pędraków chrabąszczy i liściożernych szkodników drzew w glebie. Poprzez szerokie badania z zakresu selekcji i mutagenezy przez wiele lat Polska współtworzyła główny kierunek badań genetycznych w obrębie ę nicieni owadobójczych (zmagania te chyba przegraliśmy z Caenorhabditis elegans) W Europie byliśmy jednym z pierwszych krajów produkujących nicienie owadobójcze w formie preparatu handlowego (Owinema) Instytut Ochrony Roślin Udział w europejskich programach COST okazał się bardzo stymulujący dla badań nad nicieniami owadobójczymi w Polsce
Instytut Ochrony Roślin Dziękuję za uwagę