Бактериальные инсектициды

Наиболее широко в качестве микробиологических средств защиты растений используют продукты на основе различных штаммов энтомопатогенной бактерии Bacillus thuringiensis.

Сегодня до 90% коммерческих инсектицидов – препараты на основе этого патогена. Готовые формы этих препаратов представляют собой споровокристаллический комплекс, содержащий живые споры энтомопатогенного микроорганизма и кристаллический эндотоксин белковой природы, а в ряде препаратов содержится также термостабильный экзотоксин.^[1][7]

Бактерии Bacillus thuringiensis продуцируют специфические кристалловидные токсины, которые обладают большой энтомоцидной активностью. В процессе споруляции внутри клеток с помощью обычной микроскопии обнаруживаются живые препараты бактерий, часто называемые параспоральными включениями или эндотоксинами. По окончании процесса спорообразования токсины в свободном виде выделяются в среду. Форма кристаллов – ромбовидная (тетрагональная). Величина кристаллов зависит от вида культур бактерий и варьируется в интервале 1-3 мкм. Энтомоцидные кристаллы представляют собой вещества белковой природы, в состав которых входят 18 аминокислот. Этот белок – термолабильный, при 60 °С он разрушается. Кристаллы могут проявлять токсическое действие для чешуекрылых насекомых только при пероральном введении, вызывая паралич средней кишки гусениц. Для гибели насекомых достаточна очень малая концентрация растворов.

Помимо кристалловидных токсинов, некоторые бактерии Bacillus thuringiensis выделяют в окружающую среду энтомоцидные вещества, растворимые в воде. Из них наибольший интерес вызывает термостабильный токсин (бета-экзотоксин). Это вещество, в отличие от энтомоцидных кристаллов, не подвергается разрушению даже при температуре 100 – 120 °С. Термостабильный экзотоксин имеет менее специфичное энтомоцидное действие – он проявляет активность по отношению к различным видам насекомых – совки, комары, мухи и некоторые другие вредные насекомые.^[4]

Микробиопрепараты на основе Bacillus thuringiensis высокоспецифичны и действуют только на личинок насекомых из классов Lepidoptera и Diptera.^[1]

Особенностью этих биопрепаратов является проявление эффективного действия только при высокой пищевой активности вредителей, что наблюдается при температуре не ниже 16 °С. бактериальные препараты при воздействии солнечной радиации, температуры и влажности быстро инактивируются в природной среде.^[1]

История

Луи Пастер в 1874 году предложил для борьбы с филлоксерой применять энтомопатогенные бактерии.

В 1879 году И. И. Мечниковым были описаны возбудители грибной и бактериальной болезней хлебного жука и успешно проведены опыты по их применению против этого вредителя. В продолжении этих исследований, И. М. Красильщиком в то же время была организована лаборатория по производству и использованию микробов, которые обладают энтомопатогенным действием.

В дальнейшие годы были описаны возбудители многих болезней различных насекомых, некоторые энтомопатогенные микробы были использованы в широких масштабах в борьбе с вредоносными насекомыми.

В 1922-1942 годах было получено и изучено большое количество энтомопатогенных форм спорообразующих бактерий. На основе этого было организовано производство инсектицидов для борьбы с опасными насекомыми вредителями винограда, кукурузы и хлопчатника.

Е. В. Талалаевым в 1949 году было разработан и внедрен в широкое применение способ борьбы с сибирским шелкопрядом с помощью культуры спорообразующей бактерии, которая принадлежала к виду Bacillus thuringiensis.

В 1953 г. было открыто, что у этого вида бактерий энтомоцидная природа кристалловидных включений. Открытие дало начало исследованиям по его применению при получении новых эффективных инсектицидов.

Плановые, систематические работы по биологическому методу защиты растений были развернуты в нашей стране со времени организации Всесоюзного института защиты растений.

Здесь в лабораториях биологического и микробиологического методов с 1931 г. проводятся углубленные исследования по интродукции и акклиматизации высокоэффективных хищников и паразитов.

Лаборатория микробиометода ВИЗР, которую возглавлял проф.В. П. Поспелов, основное внимание уделила изучению болезней вредных насекомых. Специалисты этой лаборатории А. А. Евлахова, О. И. Швецова и др. изучили многие грибные, бактериальные и другие болезни ряда опаснейших вредителей и определили основные направления дальнейших исследований. Сегодня главное внимание уделяется получению высокоэффективных культур энтомопатогенных микроорганизмов.

Немаловажное значение имеет выявление природы этих веществ из микроорганизмов, изучение их строения, специфики биосинтеза и механизма действия на вредителей.^[6][8]

Действие на вредные организмы

По токсическому эффекту эта группа препаратов уступает химическим инсектицидам вследствие своего замедленного действия.

Насекомые, поглощая части растений, обработанных биопрепаратами, заглатывают с кормом споры бактерий и токсические кристаллы (фото). Гибель их наступает как от бактерий, которые постепенно размножаются в кишечнике, так и от токсикоза, вызванного действием токсинов. Причем от токсинов гибель фитофагов отмечается на 3-5-е сутки после обработки и достигает максимума примерно на 10-й день. Сразу после их применения у вредителей снижается активность питания и соответственно вредоносность.

Обладают препараты и выраженным последействием, которое проявляется в гибели насекомых на поздних стадиях развития, а также воздействии на следующие генерации вредителей (снижение плодовитости, появление нежизнеспособного потомства). Все это повышает эффективность обработок биопрепаратами, их биологическая активность сохраняется до 20 дней.^[1][4]

Резистентность

. Привыкание и иммунитет к действию бактериальных токсинов не отмечается у чувствительных видов насекомых. При проникновении в кишечник достаточной дозы этих соединений наступает 100-процентная гибель вредителей.^[4][5]

Применение

Фитотоксичность

. Безвредность инсектицидов на основе бактерий для растений дает возможность использовать препараты в любую вегетативную фазу растений.^[4][5]

Исследования по воздействию бактериальных препаратов против вредителей леса показывают, что экзотоксины воздействуют на растения. Это проявляется в инициации изменений в пигментном аппарате и процессах фотосинтеза, а также в биометрических показателях растений. Исследования проведены на разных растениях, в том числе на проростках сосны обыкновенной Рinus sylvestris. При этом обнаружено воздействие экзотоксинов на все показатели, связанные с ростом и развитием растений, в частности сосны. Термостабильный экзотоксин и β-2 экзотоксин вызывают снижение всхожести и энергии прорастания семян сосны, роста и развития сеянцев, а токсины в концентрации 0,1 мг/мл вызывают полную гибель проростков. Здесь таится опасность снижения потенциала естественного возобновления леса в очагах, интенсивно обрабатываемых бактериальными препаратами с целью уничтожения фитофагов.^[3]

В сельском хозяйстве

. Бактерии группы Bacillus thuringiensis проявляют свою активность в отношении порядка 400 видов насекомых, включая вредителей садов, леса, полей и виноградников; наиболее эффективны данные препараты при борьбе с листогрызущими вредителями.

Сегодня известно более ста штаммов Bacillus thuringiensis, которые объединены в тридцать групп по биохимическим и серологическим признакам. Микробиологическая промышленность во многих странах наладила выпуск различных бактериальных препаратов, которые способны образовывать кристаллы, споры и токсические вещества в процессе роста.^[2]

Из-за слабого стартового действия микробиопрепаратов их применение экономически оправдано только при средней численности вредителей (не превышает пороговую более чем в 3 раза). Их применяют в борьбе с различными вредными чешуекрылыми, а некоторые, содержащие экзотоксин, – и с отдельными представителями жесткокрылых и клещей.^[1]

Сегодня наиболее широко в борьбе с вредителями сада и леса применяются биопрепараты, созданные на основе кристаллообразующих бактерий из групп Bacillus thuringiensis, var. thuringiensis и Bacillus thuringiensis, var. kurstaki.