Грибные препараты – биологические инсектициды и механизмы их действия.

Многочисленные виды энтомопатогенных грибов широко распространены в природе; они могут поражать большой круг насекомых, обладая для этого самыми различными механизмами, включая контактный, это и облегчает их применение. Грибы могут хорошо сохраняться в виде спор и продуцировать

разнообразные биологически активные вещества, которые усиливают их патогенность. Не смотря на это, грибные препараты не применяются в больших объемах. Скорее всего это может быть связано, во-первых, с обусловлено жесткими требованиями к факторам окружающей среды (высокая активность грибных препаратов проявляется только в условиях высокой и стабильной влажности), во-вторых, с определенными технологическими трудностями, которые возникают при их культивировании.

На данный момент, человеку известны сотни видов энтомопатогенных грибов, но наиболее лучшим вариантом считаются две группы грибов - энтомотрофные из семейства Entomophtohraceae и мускаридные грибы из Euascomycetes. Большое внимание привлекают следующие грибные патогенны: возбудитель зеленой мускардины (род Metarhizium) и Enthomophthora (поражающий сосущих насекомых) и возбудитель белой мускардины (род Beauveria). Отличительно чертой грибов от бактерий и вирусов является то, что они могут проникать в тело насекомого не через пищеварительный тракт, а непосредственно через кутикулу. При прорастании конидий на кутикуле насекомого ростовые трубки могут развиваться на поверхности или сразу начинают прорастать в тело; в большинстве случаев этот процесс сопровождается образованием токсина. Если штамм слабо продуцирует токсин, мицелий очень быстро начинает заполнять все тело насекомого. Заражение насекомых грибными патогенами в отличие от других микроорганизмов может происходить на различных стадиях развития (в фазе куколки или имаго). Грибы имеют способность к быстрому росту и обладают хорошей репродуктивной способностью.

Для эффективности применение грибных препаратов, желательно использовать их в определенное время сезона и в оптимальной концентрации. Для этого необходимо знать этиологию грибных повреждений и как они могут взаимодействовать с насекомыми.

Это обеспечит получение достаточно экономичных и эффективных пестицидов. Не смотря на имеющиеся ограничения в настоящее время, грибные препараты масштабно исследуются и начинают применяться для уничтожения вредителей.anisopliae - самый известный энтомопатогенный гриб, который был описан еще более 100 лет назад как зеленый мускаридный гриб. На его основе человек смог получить первые препараты биопестицидов в промышленных масштабах. Этот гриб может поражать многие группы насекомых, включая вредителя сахарного тростника и слюнного пастбищного клопа. В сочетании с вирусом препарат данного гриба используют для того чтобы контролировать чис-ленность жука-носорога. Он является главным вредителем пальм на островах в южной части Тихого океана. Есть данные о том, что с его помощью можно бороться с коричневой цикадой - вредителем риса.lecanii - единственный грибной энтомопатогенном на основе которого благополучно выпускают препараты в промышленных масштабах на Западе. В начале 1980-х годов началось его изучение. Он способен контролировать в оранжереях численность алейроцид и тлей в течение нескольких месяцев.thompsonii использовали некоторое время в США для производства препарата «Микар» для того чтобы контролировать численность цитрусовых клещей. Выпуск препарата, был прекращен, потому что надежды были не оправданны.

В Австралии, Чехии, США, и на Кубе были разработаны достаточно действенные препараты, основой которых стал мускаридный гриб Beauveria bassiana (Bals.). Для контроля популяции насекомых в почве и борьбы с вредителями различных сельскохозяйственных растений. в США используют австралийский микроскопический гриб Enthomophthora proxibuli для инфицирования саранчи.

Саранча обычно умирает в течение 6-10 дней после того, как был применён препарата. Споры гриба имеют способность после зимовки в почве поражать следующие поколения насекомых.

В Японии был выпущен в продажу инсектицид на основе гриба Aspergillus, он служил для защиты лесов от вредителей; в почву вносят препарат и деревья поглощают его своими корнями, он распространяется по сосудистой системе дерева и защищает его от вредных насекомых.

Боверин - отечественный грибной препарат, который изготавливается на основе конидиоспор Beauveria bassiana (Bals.) Vuill. Этот препарат выпускается в виде порошка с титром 2-6 млрд. Его применяют также в комплексе с химическими препаратами (фозалоном, хлорофосом, севином) при уменьшение дозы последних в 10 раз от принятой нормы для индивидуального химического пестицида. Боверин, почти также эффективен, как лучшие из доступных химических пестицидов. После того как произойдет заражения насекомого В. bassiana выделяет боверицин, циклодепсипептид-токсин. Боверин, является безопасным для теплокровных и человека, не вызывает ожогов у растений.

Получение боверина возможно как экстенсивным поверхностным, так и более экономичным глубинным способом ферментации. Последний, однако, является достаточно трудоемкой технологической задачей.

При глубинной ферментации гриб всегда размножается вегетативным способом и образует гифальные тельца (гонидии), которые по действию очень близки к воздушным конидиям, но он уступают им в устойчивости (в процессе распылительного высушивания до 90% гонидиоспор погибает). Конидиоспоры удается получать в глубинной культуре на основе оптимизированной питательной среды. При этом до 90% выращенных клеток могут переходить в конидиоспоры достаточно высокой вирулентности.

Культивирование гриба должно реализоваться в строго стерильных условиях в глубинной культуре при 24-29°С в течение 4-5 суток.

Питательная среда содержит (%):

хлорид кальция - 0,05

крахмал - 1

хлорид натрия - 0,2

кормовые нелизированные дрожжи - 2

хлорид марганца - 0,01

Немаловажную роль играет концентрация азота, потому что его нехватка снижает скорость роста, а избыток может стимулировать образование гонидий. Оптимальная концентрация аминного азота составляет 10-15 мг%.

Титр конидиоспор в культуре достигает 0,3-1,3 млрд/мл. Культуральная жидкость сепарируется с образованием пасты остаточной влажности 70-80% и титром спор 8 млрд./г. Паста высушивается распылительным способом до влажности 1 0% и титра 8,109 клеток/г. В полученный препарат обычно добавляют вещество прилипатель и стабилизируют каолином.

Поверхностное культивирование гриба требует больших производственных площадей и оно является более трудоемким, поэтому имеет меньшие масштабы. Способ реализуется в разных вариантах:

на жидкой среде без соблюдения правил аэрации, перемешивания и стерильности;

на твердой или жидкой среде в условиях асептики и комбинированным способом пленки.

при твердофазной ферментации с использованием суслоагара, картофеля, зерна пшеницы или кукурузы образование конидиоспор завершается на 12-15 сутки. На жидких средах споры образуются уже через 7 - 10 суток, а на 18-25 сутки снимают спороносную сформированную пленку.

Полученный материал высушивают, размалывают и смешивают с тальком. Производительность метода - до 800 кг в месяц, титр - 1,5-109/г. Готовая форма препарата это сухой мелкодисперсный порошок конидиоспор, смешанный с каолином; титр - 1,5 млрд. конидий/г. Этот препарат наносит свое действие против яблоневой плодожорки, листогрызуших садовых вредителей, вредителей картофеля - личинок колорадского жука., а также вредителей леса.

Боверином опрыскивают растения. Норма расхода - 1-2 кг/га. Если сочетать этот препарат с небольшими добавками химических пестицидов, то препарат может вызывать гибель до 100% личинок всех возрастов.

Перспективы грибных препаратов очевидны. Необходимы серьезное изучения для понимания этиологии вредителей. Это позволит предвидеть последствия взаимодействия между растением, вредителем и биопестицидам. Достижения последних лет свидетельствуют о принципиальной применимости методов генной инженерии для изучения физиологии, генетики и биохимии грибов. Это может привести к большему интересу к грибам как возможным продуцентам биопестицидов и, следовательно, к созданию более стойких и эффективных препаратов на их основе.

Авермектины

Авермектины, обладают контактным и системным действием в следствии этого они имеют хорошо выраженные акарицидные свойства, вызывая гибель многих открыто живущих сосущих вредителей. Механизм их действия нейротоксинного типа. Действующие вещества приводят к блокированию и торможению передачи нервного импульса, это приводит к параличу, а затем и к гибели насекомых, клещей и нематод.

Максимальное преобладание в популяциях вредителей наиболее уязвимых стадий (гусеницы младших возрастов, подвижные стадии клещей) является оптимальным сроком применения авермектинов. Их пролонгированное действие может выражается в различных морфогенетических нарушениях у особей последующих генераций. Авермектины не имеют строгого овицидного действия, но их действие приводит к гибели личинок клещей и различных насекомых после их непосредственного от рождения из яиц. Инсектоакарициды Аверсектин С и Авертин - N помимо всего перечисленного имеют и нематицидный эффект.

Не уничтожая инвазионных личинок нематод, эти вещества как репелленты в течение долгого времени дезориентируют их в поисках корней растения-хозяина.

Эти вещества проявляют наибольшую биологическую активность при повышенной температуре 28-30°С и резко снижают эффективность при температуре ниже 17°С.

Вирусные препараты

Вирусы насекомых, как и другие вирусы, могут развиваться только в клетках живых организмов. Они поражают цитоплазму или ядро. В связи с этим различают ядерные и цитоплазменные вирусы. Наибольший интерес для биологического способа борьбы имеют три группы вирусов: вирусы ядерного и цитоплазменного полиэдрозов и вирусы гранулеза. Вирусные частицы весьма чувствительны к внешним воздействиям и не могут долго сохраняться вне клетки. Будучи заключенными в защитную белковую оболочку (полиэдр или гранулу), вирусы способны в природных условиях сохранять свою активность на протяжении многих лет.

Эти препараты вследствие высочайшей специфичности практически полностью безопасны для человека и всей биоты.

Когда препарат попадает с кормом в кишечник насекомого, защитная оболочка инсектицида растворяется, вирус проникает в ткани насекомого, вызывая метаболитические нарушения в клетках. Вирусы способны размножаться только в живой ткани организма-хозяина.

Применение вирусных инфекций, как и других патогенов, связано с необходимостью накопления возбудителя. Как уже указывалось, вирусы могут жить и развиваться только в клетках живых организмов.

Размножить вирусы на искусственных средах пока не удается. В связи с этим приходится собирать в природных условиях трупы погибших больных насекомых и в лабораторных условиях заражать здоровых насекомых. Иногда насекомых заражают в природе в местах их естественного размножения и затем собирают больных особей и трупы. Для заражения насекомых обычно обрабатывают корм ранее полученным препаратом вируса. Приготовление препарата включает измельчение (растирание) трупов насекомых и последующую фильтрацию жидкости, а иногда и центрифугирование.

Фильтрация и центрифугирование позволяют получить более чистый и концентрированный препарат.

В связи с достаточной трудоемкости производства, эти препараты пока не применяются массово. Специалисты считают, что потребуются долгие годы, чтобы вирусные препараты заняли значительное место на рынке биопестицидов.

Есть два метода применения вирусных препаратов: интродукция вирусов в плотные популяции насекомых на сравнительно небольших площадях и обработка зараженных участков путем опрыскивания или опыления на ранних стадиях развития личинок.

В соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения 1973 года особое внимание при изучении вирусов было обращено на одну группу вирусов - бакуловирусы.

Бакуловирусы - это двухточечные ДНК-вирусы, в трех их группах имеются биопестициды: вирусы ядерного полиэдроза (ВЯП), вирусы гранулеза (ВГ), фильтрующиеся вирусы.

Бакуловирусы могут быть использованы в качестве биоинсектицидов против значительного количества вредных видов благодаря их высокой вирулентности, специфичности и пролонгированной активности за счет эпизоотий.

В этой группе отсутствуют вирусы, патогенные для позвоночных. Однако другие группы - вирусы цитоплазматического полигедроза, энтомопатогенные вирусы - содержат потенциальные биопестициды против насекомых, поэтому сейчас рассматриваются как перспективные биопестициды.

Энтомопатогенные нематоды

Действующие вещества инсектицидов, представляют собой водную суспензию круглых червей, несущих в себе симбиотических бактерий.

Главной биологической особенностью нематод семейства Steinernematidae является симбиотическая связь с патогенными бактериями родов Proteus, Pseudomonas, Staphylococcus, Flavobacterium. Последние - обязательные обитатели пищеварительного тракта нематод, так как являются для них единственной усвояемой и полноценной пищей на всех стадиях развития. Но, с другой стороны, эти, же бактерии известны как способные вызвать септицемию у насекомых, то есть бурное развитие в полости тела инфекции, распространяющейся во все органы и ткани, от которой насекомые погибают.

Инвазионные (т.е. способные заражать) личинки нематод легко проникают в кишечник хозяина с пищей или через трахеи и отрыгивают в полость тела насекомого бактериальный сгусток, где находят благоприятную среду для размножения, темпы которого очень велики. Параллельно с освоением ткани и органов насекомого бактериями развивается и жизненный цикл нематод.

Находясь в среде обитания, богатой бактериальной пищей, проникшие личинки достигают половой зрелости и при благоприятных условиях на 3-4 день и спариваются. Через 24 часа после достижения половой зрелости самки откладывают свои яйца, на пятый день после заражения в полости тела насекомого появляются личинки первого возраста нового поколения. Личинки начинают линять. Личинки второго возраста остаются в личиночной шкуре, как будто в чехле.

Эти стадии развития в отличие от личинок первого возраста и взрослых нематод устойчивы к высыханию. Если хозяин погибнет от нехватки пищи, то личинки выйдут во внешнюю среду и будут мигрировать в поисках новых жертв. Если поблизости он не находит нового хозяина, то через 3-4 дня нематода прекращает двигаться и может несколько месяцев находиться в состоянии анабиоза. В этой стадии она зимует.

Скорость гибели насекомого и количество развившихся в его организме поколений нематод зависят от численности первично внедрившихся инвазионных личинок. Трупы насекомых при этом приобретают характерную рыжевато-коричневую окраску.

Инвазионные личинки (3 возраста) находят и поражают хозяина в почве. В насекомых нематоды могут проникать как пассивно (с кормом), так и активно (через рот, дыхальца, анус). Нематоды в теле насекомого развиваются до тех пор, пока не разрушится все содержимое его тела. В одном грамме массы насекомого размножаются до 1,5 миллионов инвазионных личинок. Нематода активна при 12-30.°С и поражает все стадии развития насекомых. Большое значение для эффективности применения паразитических нематод имеет влажность почвы. Отмечено, что зараженность была наивысшей при высокой температуре почвы и обилии почвенной влаги, там, где уровень грунтовых вод держался на небольшом расстоянии от поверхности.

Сама нематода и препараты на ее основе безвредны и безопасны для человека, животных, полезных насекомых, дождевых червей и растений, что позволило Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) рекомендовать их в практике сельского хозяйства.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Приведите примеры бактериальных биопесицидов и объясните механизм их действия.

2. В чем заключается механизм действия грибных препаратов?

3. Какими бывают энтомопатогенные препараты?

 

Тезисы лекции № 9