У біологічному захисті рослин від шкідників широко застосовують інсектицидні бактеріальні препарати. Нині промислово випускають інсектицидні бактеріальні препарати фактично тільки на основі різних варіантів кристалоутворювальної бактерії Bacillus thuringiensіs — відомо понад 30 варіантів або серотипів цієї бактерії. Цю бактерію широко використовують для виробництва біопрепаратів.
Паличкоподібна бактерія Bacillus thuringiensіs (Bt) має назву, що походить від того факту, що її було виділено з борошняної молі 1911 року, яка прийшла з млина в Тюрінгії. Це ґрунтова бактерія, яка живе в компанії з корінням рослин і містить білковий кристал, токсичний для деяких комах. Токсини захищають коріння від пошкодження комахами. Гени, передані сільськогосподарським культурам, змушують рослини самостійно виробляти Bt-токсини. Вони смертельно діють на личинки комах рядів жуків, метеликів і двокрилих (комарів і мух). Після поїдання личинками він вивільняється в їх кишківник і розгортає свою смертельну дію. Однак у рослинах і хребетних, таких як люди, бактерія неефективна і повністю біологічно розкладається.
Бактерію Bacillus thuringiensіs застосовують для біологічної боротьби зі шкідниками в сільському та лісовому господарствах, а також для боротьби з комахами-переносниками хвороб. Бактерія Bacillus thuringiensіs, яка активується лише всередині кишківника певних фітофагів, після попадання в організм блокує їхню трофічну активність. Завдяки такому механізму дії вона виявляється абсолютно нешкідливою для інших комах, тварин і людини (ефективна лише на стадії личинок деяких шкідливих комах). Бактерія абсолютно безпечна для навколишнього середовища, оскільки не виділяє жодних шкідливих або отруйних залишків. Завдяки цій унікальності вона здійснює цілеспрямовану й абсолютно вибіркову дію, не впливаючи на бджіл та інших корисних комах (запилювачів, хижаків).
Рис. 1. Спори й кристали бактерії Bacillus thuringiensіs
Важливо знати, що бактерія Bacillus thuringiensіs діє тільки на личинок. Тому препарат слід використовувати лише для ювенільних форм шкідливих комах — він не здатний здійснювати жодної дії на їх дорослу форму. У зв’язку з цим моніторинг є фундаментальним процесом у застосуванні препарату, який відбувається шляхом перевірки цілісності листя (яке може бути пошкоджено через проковтування личинкою) та нижньої частини через наявність яєць. Спостереження також можна проводити за допомогою спеціальних пасток. Препаратом на основі Bacillus thuringiensis треба обприскувати у вигляді рідини на надземну частину рослин, стежачи за тим, щоб повністю й рівномірно змочити всю рослинність, втручаючись на ранніх стадіях розвитку личинок.
Спори бактерії Bacillus thuringiensіs утворюються після інтенсивного росту вегетативних клітин. Яйцеподібна ендоcпора формується з одного кінця, а в протилежній частині клітини утворюється білковий кристал. У різних підвидів бактерій кристали відрізняються формою і розмірам. У бактерій підвиду kurstaki кристали біпірамідальної форми, israelensis — округлі, а tenebrionis — квадратні у вигляді восьмигранника.
У кишківнику живителя спори проростають і утворюють вегетативні бактеріальні клітини, які проникають у порожнину тіла, розмножуються й руйнують тканини. Спори термостійкі, витримують температуру до 100 °С протягом кількох годин, але 5%-й розчин формальдегіду інактивує спори й токсини за 5 хв.
Рис. 2. Бактерія Bacillus thuringiensіs
Вірулентність бактерій групи В. thuringiensis Berliner визначається токсинами, які містяться в бактеріальній клітині або культуральному середовищі. Вони продукують ендотоксини та екзотоксини трьох типів.
Альфа-екзотоксин ензимної природи продукується клітинами, які ростуть, і сприяє проникненню бактерій у порожнину тіла живителя. Бета-екзотоксин (термостабільний екзотоксин) нуклеотидної природи, накопичується в культуральній рідині. Він термостабільний, витримує автоклавування за 120 °С протягом 15 хв. Продукується бета-екзотоксин штамами деяких серотипів, які різняться низкою властивостей, зокрема чутливістю до антибіотиків, умістом токсину тощо. У дуже малих дозах спричиняє загибель личинок комах із ряду лускокрилих, двокрилих, жуків і прямокрилих. Уважають, що токсин може порушувати гормональні процеси, які регулюють метаморфоз і линяння.
Гамма-екзотоксин вивчено недостатньо. Існує думка, що він являє собою фермент або групу ферментів, які належать до фосфоліпаз.
Дельта-ендотоксин міститься в кристалічному параспоральному тілі. Кристали утворюються в бактеріальній клітині за формування спори з амінокислот під час розпаду вегетативної клітини.
Протеїн ендотоксину не розчиняється у воді та органічних розчинниках, термолабільний. Біологічну активність білок втрачає під час обробки кислотами, спиртами та лугами. Розчиняється за pH понад 9. Заражені комахи перестають живитися внаслідок паралічу кишківника, що настає за кілька хвилин після надходження в організм ендотоксину.
Сьогодні серед досить значного розмаїття підвидів або серотипів бактерій В. thuringiensis виділяють три типи кристалічних ендотоксипів, що різняться за формою й інсектицидним ефектом. Один із них, характерний для переважної більшості підвидів, у типовому випадку має біпірамідальну форму і високотоксичний для гусениць багатьох представників лускокрилих. Інший, продукований В. thuringiensis subsp. israilensis, овоїдний за формою і токсичний для личинок двокрилих насамперед комарів (Culicidae) і мошок (Simulidae). Нарешті, третій, що продукує підвид В. thuringiensis subsp. tenebrionis, чотирикутної форми, ефективний проти представників ряду твердокрилих.
Екзотоксини виділяють бактеріальні клітини в довкілля під час активного росту і розмноження. Вони мають низку специфічних властивостей: імунохімічно є окремими антигенами; здатні переходити в культуральний субстрат; є білками з високою молекулярною вагою; здатні в малих дозах пошкоджувати сприйнятливого господаря. Бактерії продукують різноманітні за хімічною природою і специфічністю дії екзотоксини. Серед них найбільше значення для захисту рослин від шкідників має термостабільний екзотоксин В. thunngiensis. За своєю природою ця речовина близька до нуклеотидів, які, потрапляючи в організм комахи, порушують АТФ-метаболізм. Термостабільний екзотоксин за своєю біоцидною активністю малоспецифічний і спричиняє загибель широкого кола комах й інших безхребетних.
Таблиця. Біологічні бактеріальні інсектициди
У різних країнах налічують десятки препаратів на основі Bacillus thuringiensіs, що умовно ділять на три групи. До першої групи належать біопрепарати типу лепідоциду, що містять як активну основу спори бактерії і кристали ендотоксину. Сюди входять Ентобактерин, Дендробацилін, Біп, Інсектин, Гомелін, Лепідоцид, Біолеп (Лепідоцид БТУ) та ін.
Крім перелічених ендотоксиномісних препаратів на основі Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki і Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis, ефективних проти лускокрилих комах на овочевих культурах, в плодово-ягідних насадженнях та інших культурах останнім часом створено препарати, наприклад, Децимід, Новодор, Колорадо, що активні проти личинок твердокрилих, зокрема колорадського жука. Створення таких препаратів стало можливим після виділення нового підвиду Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis, що продукує кристалічний ендотоксин зі специфічною інсектицидною активністю.
Друга група препаратів разом зі спорами та кристалами ендотоксину Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis містить і термостабільний екзотоксин. До цих бактеріальних препаратів належать препарати Бітоксибацилін, Колорадоцид, Бікол, Актоверм формула.
Завдяки тому, що в препараті Бітоксибацилін містяться токсини двох типів, він ефективніший проти листогризучих гусениць, ніж описані вище препарати. Зокрема, Бітоксибацилін ефективний проти личинок колорадського жука, гусениць бавовникової совки, карадрини, люцернового довгоносика, капустяної мухи, павутинного кліща та інших шкідників. Екзотоксин виявляє також овіцидну дію, тому обробка ним яйцекладок колорадського жука, кільчастого шовкопряда приводить до загибелі личинок, що виплоджуються з яєць. Комахи під дією препарату часто гинуть під час заляльковування. Характерною рисою дії бітоксибациліну є порушення метаморфозу, що проявляється в утворенні великої кількості незвичайних особин, зниженні життєздатності і плодючості комах. Препарат малотоксичний для людини й теплокровних тварин, безпечний для ентомофагів та бджіл. Строк очікування — одна доба.
Препарати, що входять до третьої групи, містять лише очищені токсини. До третьої групи належить препарат Турингін, який виготовляють на основі Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis, штами 5072 та 4067. Існують дві препаративні форми препарату: турингін-1, рідкий, вміщує 0,8%, та турингін-2, водний розчин, який вмішує 10% термостабільного екзотоксину. Препарати рекомендовано до застосування проти павутинного кліща на овочевих і декоративних культурах (турингін-1) і проти колорадського жука на картоплі (турингін-2) — 0,2–0,4 кг/га.
Препарат Сезар на основі бактерії Pseudomonas auerofaciens, штам B-306, проявляє контактну і кишкову дію. Проникаючи в організм шкідника спричиняє параліч, шкідник перестає живитись і через 2–3 доби гине. Ефективний проти листогризучих і сисних шкідників, у тому числі і проти кліщів. Рекомендують до застосування проти комплексу шкідників на зернових культурах і способом обприскування рослин у період вегетації з нормою витрати 4–6 л/га.
Препарат Фабіліс на основі бактерії Bacillus pumilus (штам BU F-33) рекомендують до застосування проти комплексу шкідників на зернових культурах і озимому ріпаку способом передпосівної обробки насіння з нормою витрати: кукурудза — 2,5 л/т, зернові культури, ріпак — 1,6 л/т.
Біопрепарати комплексної дії (біоінсектофунгіциди). Біоінсектофунгіцидами комплексної дії є такі препарати: Фітопсин, Гаубсин, Гаупсін, Біоксін, Спектрал Дуо.
Комплексний мікробіологічний біопрепарат Фітопсин, що містить два штами бактерії Pseudomonas aureofaciens, призначений для захисту сільськогосподарських рослин від грибних і бактеріальних хвороб, гусениць листогризучих шкідників (листокруток, п’ядунів, вогнівок, совок, плодожерок тощо) шляхом передпосівної обробки насіння та обприскування вегетуючих рослин. Бактерії Pseudomonas aureofaciens, потрапляючи у ґрунт разом з обробленим насінням, активно заселяють ризосферу (кореневу систему) рослин і, живлячись кореневими виділеннями, продукують ферменти й антибіотики, які пригнічують розвиток фітопатогенів. Під час обробки вегетуючих рослин чинять антимікробну, фунгіцидну та ентомопатогенну дію.
Обприскування рослин: зернові, зернобобові, цукровий буряк, соняшник (фузаріозні та гельмінтоспоріозні кореневі гнилі, борошниста роса, бура іржа, листкова плямистість, церкоспороз, сіра гниль) 2–4 л/га; картопля, капуста, помідори (ризоктоніоз, фітофтороз, парша) — 2–4 л/га; виноград (мілдью, оїдіум, сіра гниль) — 4 г/га; суниця (сіра гниль) — 4 л/га; огірки відкритого і закритого ґрунту (фузаріозне в’янення, справжня і несправжня борошниста роса) — 3–5 л/га; плодові культури (моніліоз).
Препарат комплексної фунгіцидно-інсектицидної дії Гаупсін, що містить суміш двох штамів бактерії Pseudomonas aureofaciens, рекомендовано до застосування в садах, виноградниках, на овочевих і зернових культурах проти комплексу хвороб і шкідників способом передпосівної обробки насіння (3–4 л/т) та обприскувань рослин у період вегетації (4–6 л/га).
Препарат Гаубсин на основі різних штамів бактерії Pseudomonas chlororaphis subsp. aureofaciens ефективний проти комплексу шкідників і хвороб на яблуні (яблунева плодожерка, попелиці, парша, борошниста роса). Застосовують для обприскування дерев у період вегетації з нормою витрати 10 л/га. Обприскування необхідно проводити через кожні 15 днів після цвітіння дерев.
Біоінсектофунгіцид Біоксін, що містить два штами бактерії Pseudomonas aureofaciens, рекомендовано до застосування проти фітофторозу і бавовникової совки на помідорах способом обприскування з нормою витрати 8 л/га та на винограді проти комплексу хвороб (25 л/га).
Комплексний інсекто-фунгіцидний препарат Спектрал Дуо на основі бактерій Bacillus subtilis пропонується до застосування проти комплексу хвороб і шкідників кукурудзи, зернових культур і ріпаку озимого способом передпосівної обробки насіння з нормою витрати — кукурудза — 2,5 л/т, зернові культури та ріпак — 1,6 л/т.
Сергій ХАБЛАК, д-р біол. наук, агроном
Інститут харчової біотехнології та геноміки
