Zjawiska odporności owadów na insektycydy chemiczne

Pierwszy przypadek odporności u szkodników rolniczych zanotowano w Waszyngtonie w 1908 roku. Odporność na substancję siarkowo – wapienną nabył tarcznik niszczyciel (Quadraspidiotus perniciosus). Stosowanie insektycydów chemicznych spowodowało, że w kolejnych latach wzrosła liczba ras gatunków owadów odpornych (rys.1).

Procesy nabywania odporności na preparaty chemiczne zależne są od wielu czynników abiotycznych, biotycznych oraz wewnątrzpopulacyjnych. Największą jednak rolę odgrywają czynniki wrodzone (genetyczne) oraz agrotechniczne, związane z chronioną uprawą.

Owady wytworzyły różne mechanizmy detoksykacji i wydalania związków szkodliwych. Pojawienie się szczepów odpornych wiąże się ze zdolnością owadów do tolerowania trucizn, które są śmiertelne dla osobników nie mających kontaktu z insektycydem. Odporność jest dziedziczna i powstaje w wyniku działania selekcji. Mechanizm jej powstawania przedstawia hipoteza preadaptacyjnego powstawania odporności. Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje odporności:
a) odporność krzyżowa – pojawienie się odporności na stosowany insektycyd powoduje jednoczesne pojawienie się odporności na pokrewne substancje toksyczne, z którymi owady nie miały kontaktu.
b) odporność wielokierunkowa (wieloraka) – pojawienie się odporności na kilka insektycydów, z kilku różnych grup chemicznych, z którymi owady miały kontakt w ciągu życia.
Czynniki wpływające na rozwój odporności owadów na insektycydy można podzielić na trzy grupy:
a) wewnętrzne genetyczne – odporność może być warunkowania pojawieniem się naturalnych mutacji w materiale genetycznym. Również w przypadku dominującego charakteru genu odporności, pojawia się ona szybciej w wyniku mendlowskiego dziedziczenia cech (rys.2). Silna presja selekcyjna indukuje zmiany w częstości występowania genów odporności. Na skutek migracji owadów ujawniają się cechy odporności w kolejnych pokoleniach owadów.

b) wewnętrzne biologiczne (biotyczne i behawioralne) – wpływ na powstanie odporności ma okres rozwoju owada, sposób rozmnażania się, liczebność potomstwa jednego pokolenia, izolacja, mobilność, migracja, sposób pobierania pokarmu.
c) zewnętrzne operacyjne (aplikacyjne) – czynniki te mogą być modyfikowane przez człowieka w celu zahamowania lub opóźnienia powstawania odpornej populacji szkodników. Dotyczą one właściwości stosowanego środka (budowy chemicznej, pokrewieństwa z innymi środkami stosowanymi wcześniej, długotrwałości działania) oraz jego aplikacji (wielkość dawki, procent uzyskanej śmiertelności, sposób stosowania).
Istnieje szereg mechanizmów odpornościowych (rys.3):

a) odporność biochemiczna – mechanizmy tej odporności polegają na:
– modyfikacji działania metabolizmu detoksykacyjnego, co prowadzi do powstania związków mniej toksycznych. W czasie transportu insektycydu do tkanki docelowej, organizm stara się go metabolizować do związków hydrofilnych i wydalić (rys.4). Odporność metaboliczna może również polegać na syntezie izoenzymów o wysokiej specyficzności, biorących udział w detoksykacji toksyn oraz na zwiększeniu syntezy enzymów o normalnej aktywności.

– zmniejszeniu wrażliwości tkanki docelowej. W niektórych przypadkach dochodzi do zmniejszenia wrażliwości na środki chemiczne miejsc krytycznych w tkance docelowej. Przykładem może być aktywne centrum enzymu acetylocholinoesterazy (AchE) w układzie nerwowym. Nie przyłącza ono np. insektycydów fosfoorganicznych, co nie zabuża pracy neuronów. Również cewki Malpighiego mają obniżoną wrażliwość na allelochemikalia.
b) odporność fizjologiczna – mechanizmy tej odporności polegają na:
– redukcji wnikania insektycydu przez oskórek. Bariera jaką stanowi szkielet zewnętrzny owada może w znacznym stopniu ograniczać przenikanie substancji chemicznej do wnętrza ciała. Spadek przepuszczalności kutikuli oraz jej pogrubienie wpływa na zmniejszenie tempa wnikania związku. Komórki nabłonka również ograniczają przenikanie toksyn oraz mają zdolność ich kumulowania i rozkładania.
– zmianie w magazynowaniu i wydalaniu środka – większość substancji jest usuwana z organizmu wraz z odchodami i innymi wydzielinami, niektóre są unieszkodliwiane i przechowywane w różnych organach lub tkankach wchodzących w skład układu trawiennego i wydalniczego. W niektórych przypadkach może również dochodzić do obniżenia wartości pH i właściwości proteolitycznych jelita środkowego. Pozwala to na uniknięcie rozkładu szkodliwych związków chemicznych w przewodzie pokarmowym i ich wydalenie Owady usuwają także substancje szkodliwe wraz z wylinką.
c) odporność behawioralna – mechanizm jej polega na modyfikacji zachowania się zwierząt. Zmniejsza to kontakt z insektycydem chemicznym, uniemożliwia pobranie dawki śmiertelnej, powoduje zmianę miejsca bytowania, ukrycie się w szczelinach lub ograniczenie ruchu.
Wzrost liczby ras odpornych owadów przyczynił się do wycofania z dalszych badań wielu insektycydów, które były nieskuteczne dla owadów odpornych. Koszty badań i wdrożenia do praktyki nowych środków znacznie wzrosły. Spowodowało to również, że liczba nowo rejestrowanych produktów zmalała, przykładowo w latach 1990 – 1995 średnio był to mniej niż jeden związek w ciągu roku.

Literatura:
Malinowski H. 2003. Odporność owadów na insektycydy. Mechanizmy powstawania i możliwości przeciwdziałania. Wydawnictwo „Wieś Jutra”, Warszawa ss. 211.
.