Использование микробных биопрепаратов для борьбы с насекомыми-вредителями сельскохозяйственных культур

Насекомые тоже болеют — это известно давно. Еще Аристотель (IV в. до н. э.) описал болезнь пчел. Итальянский ученый А. Басси в 30-х гг. XIX в. обнаружил болезнь тутового шелкопряда, возбудителем которой был гриб, названный им Botrytis paradossa. Это была белая мускардина Beauveria bassiana. Басси выяснил способ переноса инфекции и условия, способствующие заражению шелкопряда, что позволило рекомендовать средства борьбы с данной болезнью. Таким образом, А. Басси следует признать первым патологом насекомых. В 60-х гг. XIX в. Л. Пастер установил, что ряд заболеваний шелковичного червя имеет инфекционный характер. Некоторые из них вызывают бактерии.

Несколько позднее И. И. Мечников, работая в Пастеровском и нети гуте, также столкнулся с бактериальными заболеваниями насекомых. Он считал возможным практическое использование паразитов насекомых и писал, что на них следует возлагать большие надежды для защиты растений. В интересах сельского хозяйства следует распространить эпизоотии среди вредителей и таким образом бороться с возможными потерями урожая. И. И. Мечников обнаружил у личинок хлебного жука Anisoplia austriaca — опасного вредителя зерновых культур — болезнь, вызываемую зеленой мускардиной Metarrhizium anisopliae и грибом Entomophthora anisopliae.

В 1892 г. сотрудник Пастеровского института И. М. Красильщик из больных личинок хлебного жука выделил две энтомопатогенные бактерии — Bacillus tracheitus sivegraphitosis и В. septicus insectorum. Наблюдения других исследователей также показали, что насекомые могут страдать от инфекционных заболеваний, возбудителями которых служат бактерии, грибы и вирусы. Все это обусловило использование микроорганизмов для борьбы с насекомыми — вредителями сельскохозяйственных культур или для биологического контроля вредных насекомых.

Целесообразность микробиологического метода заключается в том, что энтомопаразиты вызывают заболевание какой-то узкой группы насекомых-вредителей. Для человека и прочих разнообразных представителей зооценоза используемый микроорганизм совершенно безопасен.

Кроме того, болезни насекомых принимают характер эпизоотий и широко распространяются. Химические же средства зашиты растений действуют локально и нередко загрязняют окружающую среду.

В первой половине XX в. культуры патогенных для насекомых бактерий стали применять на практике и в ряде случаев получили хорошие результаты. Особенно больших успехов добился сотрудник Пастеровского института С. Метсьъъников в борьбе с вредителями некоторых сельскохозяйственных культур, в том числе хлопчатника. Он испытывал смеси микроорганизмов против разных вредителей сельскохозяйственных культур. Высокая эффективность биопрепаратов Метальникова, очевидно, объясняется тем, что в их состав входит культура Bacillus thuringiensis, выделенная в 1915 г. немецким ученым Е. Берлинером. К токсину, образуемому данной бактерией, чувствительны многие чешуекрылые.

Работы по дальнейшему совершенствованию микробиологического метода борьбы с насекомыми-вредителями широко проводятся в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом.

Ряд бактерий, грибов и вирусов нашли распространение в качестве промышленных биоинсектицидов.

яят Бактерии. Описано свыше 90 видов бактерий, инфицирующих насекомых. Большая часть принадлежит к семействам Pseudomonadaceae, Enterobacteriaceae, Lactobacil/aceae, Micrococcaceae и Bacillaceae.

Большинство промышленных штаммов бактерий принадлежит к роду Bacillus, основная часть широко распространенных биопрепаратов изготовлена из Bacillus thuringiensis. Представители этого вида токсичны для бабочек, жуков и двукрылых. Штаммы В. thuringiensis используются также для борьбы с вредителями — гусеницами, комарами и мошкой. Второй промышленный вид — Bacillus popilliae — используется для борьбы с японским хрущиком. Третий микроорганизм, Bacillus sphaericus, характеризуется высокой патогенностью и применяется для борьбы с комарами.

В настоящее время в мире выпускается более 50 биопрепаратов, используемых для борьбы со 160 видами насекомых. При этом более 30 биопрепаратов производится на основе В. thuringiensis. Такое повышенное внимание к данному организму объясняется его высокой инсектицидностью.

Клетки В. thuringiensis образуют устойчивые споры и белковый кристалл. Кристалл, или параспоральное тело, содержащее эндотоксин, становится инсектицидным после переваривания благодаря воздействию щелочной среды и протеаз в средней кишке восприимчивых видов насекомых. Освобожденный эндотоксин атакует эпителиальную выстилку кишечника насекомых, разрушая мембрану, что приводит к разрушению стенки кишечника; его содержимое смешивается с гемоцелем, и вскоре наступает смерть насекомого.

Ниже приводятся краткие характеристики и назначения основных инсектицидных биопрепаратов, разработанных в нашей стране. Для борьбы с вредными насекомыми в России выпускаются следующие биопрепараты:

• • битоксибациллин, дендробацилл и н, лепидоцид, бацикон — для контроля численности вредных видов насекомых (колорадского жука, совок, белянок, шелкопрядов и др.), которые заменяют многие химические инсектициды;
• • бактокулицид — для подавления численности личинок кровососущих комаров в водоемах;
• • бактороденцид — бактериальный препарат для контроля численности мелких мышевидных грызунов — вредителей на посевах, складах, овощехранилищах;
• • актинин — актиномицетный препарат, предназначенный для борьбы с паутинным клещом в закрытом грунте.

Применение препаратов позволяет сохранить нецелевые объекты (рыб, полезных насекомых, энтомофагов, опылителей). Они безопасны для человека и теплокровных животных, способствуют уменьшению пестицидной нагрузки на природу и человека, оберегают ландшафты, водные ресурсы, обеспечивают получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

Битоксибациллин (БТБ). Микробный биопрепарат на основе В. thuringiensis (Н-1) subsp. thuringiensis широко используется в СНГ в качестве биологического средства защиты растений от вредных насекомых и в первую очередь против колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata) и совок (Noctuidae). Препарат предназначен для борьбы с вредителями: на овощных культурах и картофеле (колорадский жук, белянки, моли, капустная совка, луговой мотылек); хлопчатнике (хлопковая, озимая совка, карадрина); плодово-ягодных культурах (ягодная и плодовая моли, боярышница, американская белая бабочка, листовертки, шелкопряды, пяденица, златогузки, крыжовниковая огневка, пилильщики, паутинный клещ); розе эфиромасличной (листовертки, пяденицы); хмеле (хмелевая тля, листогрызущие соки луговой и стеблевой мотыльки); лекарственных растениях, например — ревень тангузский, паслен дольчатый (озимая совка), шиповник (листовертки); ромашка аптечная (луговой мотылек).

Технология производства битоксибациллина разработана во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии. Производство препарата осуществляется промышленным способом на Бердском заводе биопрепаратов.

БТБ относится к веществам с малой токсичностью для теплокровных (ЛД 50 равен 6—9 г/кг). Препарат безвреден для человека, теплокровных животных, а также рыб и других гидробионтов.

При применении в сельском хозяйстве БТБ не накапливается в почве, воде и на растениях, не загрязняет окружающую среду. В применяемых дозах препарат является слаботоксичным для насекомых-энтомофагов. распространенных на картофеле, хлопчатнике, в производственных дозах нс оказывает токсического действия на пчел.

Бац и кол. Новое бактериальное средство борьбы с вредными жуками на основе В. thuringiensis. Выпускается в режиме опытного производства. Баиикол — высокоспецифическое средство, безопасное для нецелевых объектов (в том числе насекомых-энтомофагов). Эффективен против колорадского жука, крестоцветных блошек, пьявицы. Изучение спектра его действия продолжается. Перспективен в качестве зашиты капусты от крестоцветных блошек.

Бактокулицид. Высокоэффективное бактериальное ларвицидное средство борьбы с кровососущими комарами, мошками, рисовым комариком непосредственно в водоемах. Основным достоинством препарата является избирательность инсектицидного действия. Бактокулицид специфически действует на личинок комаров, мошек, рисового комарика и нс оказывает отрицательного действия на другие группы насекомых. Установлено его действие на личинок комаров более 70 видов из 12 родов. Бактокулицид — высокоселективное средство, абсолютно безопасное для человека, скота и других теплокровных животных, рыб, тутового шелкопряда, пчел и других полезных насекомых, нецелевых гидробионтов.

Бактокулицид вызывает полную гибель личинок комаров рода Aedes в дозе 0,5—1 кг/га, Си/ех — 0,5 кг/га. Anopheles — 1,5—2 кг/га водной поверхности через 48—72 часа после обработки. Хорошо себя зарекомендовал в различных эколого-географических регионах, естественных и искусственных водоемах различного типа, в том числе затопляемых подвалах жилых домов, метрополитене и т. д. Успешные результаты получены при испытании бактокулицида против личинок малярийных комаров в субтропической и тропической зонах (Индия, Шри-Ланка). Актуальность применения бактокулицида определяется широким распространением малярии в этих странах.

Актинин — экологически чистый акарицидный препарат. Он безвреден для акарифагов, энтомофагов. пчел. Безопасен для человека и теплокровных животных. Не фитотоксичен. Использование актинина позволит сократить масштабы химических обработок, щадя тем самым природу и здоровье человека. Отличительная черта актинина — очень высокая эффективность. Доза его применения — 30 граммов на 1 га.

Бактороденцид. Микробный препарат на основе Salmonella enteriditis var. Issatschenko широко используется для борьбы с мышевидными грызунами — домашними мышами, полевками, крысами. Человек и домашние животные невосприимчивы к данному микроорганизму. Для борьбы с грызунами размноженную культуру бактерий наносят на хлеб или на ней замешивают тесто. При изготовлении приманок используют и другие продукты. Продукты раскладывают в норах или других наиболее посещаемых грызунами местах. Бактериальный способ борьбы с грызунами дешев и имеет преимущества перед химическим, так как он безвреден для человека, домашних животных, хишных тип и мелких хищников (ласка, хорь и.т. д.). Эффективность метода высока.

За рубежом выпускается целый ряд микробных биопрепаратов инсектицидного действия, созданных главным образом на основе В. thuringiensis.

Следует подчеркнуть, что в целом применение биопрепаратов защитного действия не дороже химических, а зачастую и дешевле.

???§ Грибы. Известно более 400 видов грибов, поражающих насекомых и клещей, в том числе вредителей сельского хозяйства. Больше всего полезных для человека видов имеется среди дейтеромицетов и фикомицетов. Грибы обычно заражают насекомых путем прямой инвазии и, следовательно, способны вредить своим хозяевам, не будучи ими съеденными. Кроме того, один из основных признаков грибов — их способность спорулировать в мертвом теле хозяина. Таким образом, они могут распространяться в популяции, вызывая эпизоотии. Они не только губят те особи, на которых поселяются, но и контролируют численность всей популяции хозяина в течение длительного периода. К сожалению, эффективность грибов в достаточной степени зависит от влажности и температуры. Если влажность или температура сильно отличаются от оптимального значения, угнетение вредителей будет слабым и желаемая эпизоотия вряд ли начнется.

По этой причине некоторые из ныне существующих промышленных биоинсектицидов на основе грибов нацелены против тепличных и оранжерейных вредителей, поражающих внесезонные овощи и цветы. Несмотря на указанные ограничения, грибы обещают быть экономически выгодными биопестицидами. Ряд грибов уже сейчас широко используется либо исследуется. В частности, применяется Metarrhisium anisopliae. Это наиболее известный энтомопатогенный гриб, описанный около 100 лет назад как зеленый мускатный гриб. Он был также первым грибом, который стали производить в промышленных масштабах. Используя отростки, проникающие через эп и кутикулу, грибы образуют субэпикутикулярную бляшку, из которой прорастают гифы. Пораженное насекомое погибает, а гриб спорулирует на его останках. М. anisopliae поражает разные группы насекомых.

Уже много лет в нашей стране используется гриб Beauveria bassiana в виде промышленного биопрепарата бовсри на. Он был объектом интенсивных экспериментов в США и других странах и оказался почти таким же эффективным, как и лучшие из доступных биоинсектицидов. После заражения насекомого В. bassiana выделяет боверицин, токсин, вызывающий его гибель. По химической природе токсин является циклодепсипептидом.

Биопрепарат «Бовсрин* применяют против колорадского жука, также против других видов вредителей сельскохозяйственных растений (гусениц бабочек соснового и тутового шелкопряда, яблонной плодожорки, стеблевого мотылька, репной белянки, свекловичного долгоносика, вредной черепашки и других).

Entomophthora thaxteriana. На основе этого гриба создан препарат эн то мо фтор и н. Этот препарат особенно эффективен против тлей в условиях теплиц и оранжерей.

Verticillium lecanii. На основе этого энтомопатогеиного гриба успешно выпускаются промышленные биопрепараты. Эти препараты в условиях оранжерей могут контролировать численность тлей и алейродид. Успешные испытания были проведены во многих странах. Например, в Англии на основе V. lecanii выпускаются два биопрепарата: микотел и вартолек; препараты содержат споры гриба и могут храниться 6 месяцев.

Вирусы. Описано свыше 1200 вирусных болезней насекомых, причем три четверти из них приходится на болезни чешуекрылых. Основное внимание было обращено на одну группу вирусов—возбудителей болезней насекомых, это — бакуловирусы. В этой группе отсутствовали вирусы, патогенные для позвоночных.

Бакуловирусы — двухцепочечные ДНК-вирусы, среди которых биопестициды образуются в трех группах: вирусы ядерного полиэдроза (ВЯП), вирусы гранулеза (ВГ) и фильтрующиеся вирусы. Они заражают насекомых, будучи съеденными; восприимчивость многих видов насекомых варьирует на несколько порядков в зависимости от возраста насекомых. Эффективность вирусных препаратов определяется временем и частотой применения, дозой, методом и скоростью обработки. Наибольшее практическое значение имеют вирусы ядерного полиэдроза (ВЯП) и вирусы гранулеза (ВГ). В настоящее время на основе вирусов ядерного полиэдроза создано несколько вирусных биопрепаратов: Вирин-КШ, Вирин-ЭНШ, Вирин-ОС, Вирин-ХС и Вирин-ЭКС, рекомендованных для применения против капустной, озимой и хлопковой совок, непарного и кольчатого шелкопряда, американской белой бабочки, соснового пилильщика, яблонной плодожорки.

В США на основе вируса ядерного полиэдроза выпускают биопрепарат эль кар, эффективный против шести видов совок. Вирусные препараты на основе вируса гранулеза широко используются в Англии, США, Канаде, Швейцарии и других странах. Узкое место вирусных биопрепаратов — технология их производства. Будучи облигатными патогенами, вирусы размножаются только в живом организме — в насекомых-вредителях и в меньшей степени в культуре клеток. Однако считается, что будущее в борьбе с вредными насекомыми принадлежит вирусным биопрепаратам.

В последние годы в биотехнологии биоинсектицидов стало развиваться новое направление — создание биопрепаратов на основе протозойных микроорганизмов. В США разработан биопрепарат на основе микроспоридий Nosema locusiae, который эффективно используется против саранчовых. Разведение /V. locusiae, являющегося облигатным паразитом, осуществляется в промышленных масштабах на живых кузнечиках или в культуре клеток насекомых. В настоящее время исследователи работают над новой проблемой — созданием химических средств защиты растений путем микробного синтеза. Вещества с подобной активностью описаны среди продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, в частности это [i-экзотоксин В. thuringiensis, действующий на представителей бабочек, жуков, перепончатокрылых, двукрылых, прямокрылых. На основе 0- экзотоксина в США разработан препарат, который применяется против колорадского жука.