RU EN

Меню страницы:

Статьи 2021 г.

Ключевые слова:
феромоны, химическая коммуникация, теория функционала плотности, атомная и электронная структура, спектры поглощения

Реферат

УДК 595.78: 595.76: 591.551 ?

Артюшенко П. В.1, 2, 3, Цикалова П. Е.4, Томилин Ф. Н.3, 5 Исследование свойств молекул феромона сибирского шелкопряда методами молекулярного компьютерного моделирования // Сибирский лесной журнал. 2021. № 5. С. …

DOI: 10.15372/SJFS20210507

© Артюшенко П. В., Цикалова П. Е., Томилин Ф. Н., 2021

Сибирский шелкопряд Dendrolimus sibiricus Tschetv. – один из наиболее опасных вредителей таёжных лесов. В связи с частыми масштабными вспышками популяции и расширением ареала обитания вредителя, были исследованы компоненты полового феромона, с помощью которого особи сибирского шелкопряда привлекают партнёров для спаривания. Феромонная коммуникация – сложный многостадийный процесс, включающий синтез феромона, распространение пахучих веществ в окружающей среде, восприятие феромонного сигнала другими особями, поведенческую реакцию особей, принимающих сигнал. К факторам, обеспечивающим эффективную передачу феромонного сигала, относятся возможность сохранения химического состава и конформации молекул при распространении в воздушной среде, а также их способность в определённое время разлагаться под действием внешних факторов. Устойчивость и реакционная способность молекул определятся их физико-химическими характеристиками. Структурные и спектральные свойства молекул, обеспечивающие устойчивость феромона сибирского шелкопряда к факторам внешней среды, были исследованы с помощью методов компьютерного молекулярного моделирования. Квантово-химические расчёты были выполнены с использованием метода функционала плотности B3LYP/DFT, широко применяемого для исследования небольших органических молекул. Был проведён детальный анализ атомной и электронной структуры молекул в основном и возбуждённом состоянии, рассчитаны спектры поглощения молекул. Определены длины волн и интенсивность поглощения. На основе полученных данных был сделан вывод об устойчивости компонентов феромона к воздействию солнечного света, проведена оценка возможности изменения химического состава и структуры молекул в результате поглощения ультрафиолетового излучения. Полученные рассчитанные данные были сопоставлены с данными о суточных паттернах насекомых.

Текст статьи


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)

Винокуров Н. Н., Исаев А. П. Сибирский шелкопряд в Якутии // Наука и техника в Якутии. 2002. № 2 (3). P. 53–56 [Vinokurov N. N., Isaev A. P. Sibirskiy shelkopryad v Yakutii (Siberian silkworm in Yakutia) // Nauka i tekhnika v Yakutii. 2002. N. 2 (3). P. 53–56 (in Russian)].

Волкова П. Е., Овчинникова Т. М., Суховольский В. Г. Cистемный анализ механизмов феромонного поиска у лесных чешуекрылых // Хвойные бореальной зоны. 2009. Т. 2 №. 2. P. 197–202 [Volkova P. Е., Ovchinnikova T. M., Sukhovolskiy V. G. Sistemny analiz mekhanizmov feromonnogo poiska u lesnykh cheshuekrylykh (System analysis of pheromone search mechanisms in forest lepidoptera) // Khvoynye boreal'noy zony. 2009. V. 2. N. 2. P. 197–202 (in Russian with English abstract)].

Калита О. Н., Калита Г. А. Сибирский шелкопряд в Хабаровском крае // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур. Мат-лы VII междунар. науч.-практ. конф. Хабаровск: Тихоокеан. гос. ун-т, 2018. P. 78–80 [Kalita O. N., Kalita G. A. Sibirskiy shelkopryad v Khabarovskom krae (Siberian silkworm in Khabarovsk Krai) // Filosofiya sovremennogo prirodopol'zovaniya v basseyne reki Amur. Mat-ly VII mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Phylosophy of contemporary nature use in the basin of Amur river. Proc. VII Int. sci.-pract. conf.). Khabarovsk: Tikhookean. gos. un-t (Pacific St. Univ.), 2018. P. 78–80 (in Russian with English abstract)].

Лебедева К. В., Вендило Н. В., Плетнев В. А., Пономарев В. Л., Курбатов С. А. Половой аттрактант сибирского шелкопряда и способ привлечения и отлова самцов сибирского шелкопряда. Патент на изобретение РФ RU 2 188 546 C1. 2000.12.05. М.: Роспатент, 2000 [Lebedeva K. V., Vendilo N. V., Pletnev V. A., Ponomarev V. L., Kurbatov S. A. Polovoy attraktant sibirskogo shelkopryada i sposob privlecheniya i otlova samtsov sibirskogo shelkopryada (Sex attractant of the Siberian silkworm and the method of attracting and trapping males of the Siberian silkworm). Patent na izobretenie (Patent for an invention) RF RU 2 188 546 C1. 2000.12.05. Moscow: Rospatent, 2000 (in Russian)].

Лямцев Н. И. Оценка и прогноз угрозы массового размножения сибирского шелкопряда в лесах Красноярского края // Изв. СПб лесотех. акад. 2019. № 228. P. 294–311 [Lyamtsev N. I. Otsenka i prognoz ugrozy massovogo razmnozheniya sibirskogo shelkopryada v lesakh Krasnoyarskogo kraya (Assessment and forecast of the threat of mass reproduction of the Siberian silkworm in the forests of Krasnoyarsk Krai) // Izv. SPb. lesotekh. akad. (Bull. St. Petersburg For. Engineer. Acad.). 2019. N. 228. P. 294–311 (in Russian with English abstract)].

Суханов А. А. Оценка ущерба от сибирского шелкопряда в Красноярском крае // Национальные экономические системы в контексте формирования глобального экономического пространства. Сб. науч. тр. конф. в 2-х т., Симферополь, 05 апреля 2019. Симферополь: Ариал, 2019. P. 460–463 [Sukhanov A. A. Otsenka ushcherba ot sibirskogo shelkopryada v Krasnoyarskom krae (Assessment of damage from the Siberian silkworm in Krasnoyarsk Krai) // Natsional'nye ekonomicheskie sistemy v kontekste formirovaniya global'nogo ekonomicheskogo prostranstva. Sb. nauch. tr. konf. v 2-kh t. (National economic systems in the context of forming global economic environment. Coll. sci. works in 2 vol.). Simferopol, 05 April, 2019. Simferopol: Arial, 2019. P. 460–463 (in Russian with English abstract)].

Baker T. C. Sex pheromone communication in the lepidoptera: New research progress // Experientia. 1989. V. 45. N. 3. P. 248–262.

Bell W. J. Searching behavior patterns in insects // Ann. Rev. Entomol. 1990. V. 35. P. 447–467.

Chang H., Liu Y., Yang T., Pelosi P., Dong S., Wang G. Pheromone binding proteins enhance the sensitivity of olfactory receptors to sex pheromones in Chilo suppressalis // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 1–12.

Chittka L., Giurfa M., Riffell J. A. Editorial: The mechanisms of insect cognition // Front. Psychol. 2019. V. 10. P. 2751.

Curtiss L. A., Redfern P. C., Raghavachari K. Assessment of Gaussian-3 and density-functional theories on the G3/05 test set of experimental energies // J. Chem. Phys. 2005. V. 123. N. 12. Article 124107.

Fadamiro H. Y., Wyatt T. D., Birch M. C. Flying beetles respond as moths predict: Optomotor anemotaxis to pheromone plumes at different heights // J. Insect Behavior. 1998. V. 11. N. 4. P. 549–557.

Fleischer J., Krieger J. Insect pheromone receptors – key elements in sensing intraspecific chemical signals // Front. Cell. Neurosci. 2018. V. 12. Article 425. P. 1–14.

Hanwell M. D., Curtis D. E., Lonie D. C., Vandermeerschd T., Zurek E., Hutchison G. R. Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform // J. Chem. Inform. 2012. V. 4. N. 8. P. 1–17.

Holdcraft R., Rodriguez-Saona C., Stelinski L. L. Pheromone autodetection: Evidence and implications // Insects. 2016. V. 7. N. 2. P. 1–29.

Jackson B. D., Morgan E. D. Insect chemical communication: Pheromones and exocrine glands of ants // Chem. Ecol. 1993. V. 4. N. 3–4. P. 125–144.

Jang Y.-K. Insect communication: concepts, channels and contexts // Kor. J. Appl. Entomol. 2011. V. 50. N. 4. P. 383–393.

Klun J. A., Baranchikov Yu. N., Mastro V. C., Hijji Y., Nicholson J., Ragenovich I., Vshivkova T. A. A sex attractant for the Siberian moth Dendrolimus superans sibiricus (Lepidoptera: Lasiocampidae) // J. Entomol. Sci. 2000. V. 35. N. 2. P. 158–166.

Koshland D. E. The key-lock theory and the induced fit theory // Angewandte Chem. 1995. V. 33. N. 2324. P. 2375–2378.

Kovacs K., Ranson K. J., Kharuk V. I. Detecting Siberian silk moth damage in Central Siberia using multi-temporal MODIS data // Third Int. Workshop Analysis Multi-Temp. Rem. Sens. Images. 2005. P. 25–29.

Lee C., Yang W., Parr R. G. Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. N. 2. P. 785–789.

Ljungberg H., Anderson P., Hansson B. S. Physiology and morphology of pheromone-specific sensilla on the antennae of male and female Spodoptera littoralis (Lepidoptera: Noctuidae) // J. Insect Physiol. 1993. V. 39. N. 3. P. 253–260.

Mc Elfresh J. S., Millar J. G. Geographic variation in the pheromone system of the saturniid moth Hemileuca eglanterina // Ecology. 2001. V. 82. N. 12. P. 3505–3518.

Richerson J. V. Pheromone-mediated behavior of the gypsy moth // J. Chem. Ecol. 1977. V. 3. N. 3. P. 291–308.

Runge E., Gross E. K. U. Density-functional theory for time-dependent systems // Phys. Rev. Letters. 1984. V. 52 N. 12. P. 997–1000.

Rützler M., Zwiebel L. J. Molecular biology of insect olfaction: recent progress and conceptual models // Compar. Physiol. A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiol. 2005. V. 191. N. 9. P. 777–790.

Schmidt M. W., Baldridge K. K., Boatz J. A., Elbert S. T., Gordon M. S., Jensen J. H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K. A., Su S., Windus T. L., Dupuis M., Montgomery J. A. General atomic and molecular electronic structure system // J. Comp. Chem. 1993. V. 14. N. 11. P. 1347–1363.

Schulz S. The chemistry of pheromones and other semiochemicals. I. V. 239. Springer, Berlin, Heidelberg, 2004. 241 p.

Schulz S. The chemistry of pheromones and other semiochemicals. II. V. 240. Springer, Berlin, Heidelberg, 2005. 333 p.

Shostak S. L., Ebenstein W. L., Muenter J. S. The dipole moment of water. I. Dipole moments and hyperfine properties of H2O and HDO in the ground and excited vibrational states // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. N. 9. P. 5875–5882.

Svetlitsky V. A. Fundamentals of reliability theory. In: Statistical dynamics and reliability theory for mechanical structures. Foundations of engineering mechanics. Springer, Berlin, Heidelberg, 2003. P. 313–347.

Solari P., Crnjar R., Spiga S., Sollai G., Loy F., Masala C., Liscia A. Release mechanism of sex pheromone in the female gypsy moth Lymantria dispar: A morpho-functional approach // J. Comparative Physiol. A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiol. 2007. V. 193. N. 7. P. 775–785.

Tirado-Rives J., Jorgensen W. L. Performance of B3LYP density functional methods for a large set of organic molecules // J. Chem. Theory and Comput. 2008. V. 4. N. 2. P. 297–306.

Twidell J., Weir T. Renewable energy resources. Oxfordshire: Routledge, 2015. 816 p.

Vogt R. G., Riddiford L. M. Pheromone binding and inactivation by moth antennae // Nature. 1981. V. 293. N. 5828. P. 161–163.

Yew J. Y., Chung H. Insect pheromones: An overview of function, form, and discovery // Progress in Lipid Res. 2015. V. 59. P. 88–105.

Zhang G., Chen J., Yu H., Tian X., Wu J. Molecular and functional characterization of pheromone binding protein 1 from the oriental fruit moth Grapholita molesta (Busck) // Sci. Rep. 2018. V. 8. N. 1. P. 1–11.


Вернуться к списку статей