В последнее время набирают обороты различные биометоды защиты растений от вредителей, все более активно для этих целей используют энтомопатогенные грибы – микроорганизмы, которые заражают и паразитируют на членистоногих. Они используются как в программах комплексной борьбы для контроля целевых вредителей сельхозкультур, так и самостоятельно.
Наиболее известные виды – Beauveria bassiana, Cordyceps fumosorosea, Akanthomyces muscarius, Purpureocillium lilacinum, комплекс видов Metarhizium anisopliae, а также P. lilacinum и Trichoderma harzianum для борьбы с нематодами.
Принято считать, что, в отличие от химических инсектицидов, энтомопатогенные грибы представляют минимальную угрозу для полезных организмов и экологически безопасную альтернативу традиционным пестицидам для борьбы с основными сельскохозяйственными вредителями. Однако так ли безопасны продукты на основе таких грибов?
Разберем это на примере гриба Beauveria bassiana, который широко распространён в почве, наиболее изучен и уже применяется для защиты растений. Штамм гриба, как правило, используется в сочетании с пестицидами.
Итальянский энтомолог Агостино Басси, посвятив 25 лет изучению массовой гибели тутового шелкопряда, впервые в своём труде «Мускардина или болезнь мумий тутового шелкопряда» показал, что причиной заболевания насекомых является гриб. Позже ученый Жан Бовери описал патоген как Botrytis bassiana, но официально он был признан только в XX веке и отнесен к роду Beauveria.
Принятая классификация патогена выглядит следующим образом:
Царство: грибы,
Тип: аscomycota,
Класс: сордариомицеты,
Порядок: лицемерные,
Семейство: клавиципитовые / кордиципитовые или офиокордиципитовые,
Род: Beauveria,
Вид: B. bassiana.
Как выглядит этот нестандартный помощник агрономов под микроскопом? Бесполые споры B. bassiana представляют собой конидии белого или желтоватого цвета с длинными зигзагообразными прозрачными перегородками. Диаметр гиф варьируется от 2,5 до 25 мкм.
B. bassiana может производить различные типы конидий в зависимости от окружающей среды. В присутствии воздуха (в аэробной среде) гриб производит сферические (1 – 4 мкм в диаметре) или овальные (1,55 – 5,5 мкм × 1 – 3 мкм в размере) конидии, а в анаэробных условиях – овальные бластоспоры (2 – 3 мкм в диаметре и 7 мкм в длину). Бластоспоры и конидии являются инфекционными органами гриба.
Гриб B. bassiana – сапрофит, он распространен повсеместно и является патогенным для многих отрядов насекомых, таких как: чешуекрылые, полужесткокрылые, жесткокрылые, перепончатокрылые, равнокрылые, полужесткокрылые и прямокрылые.
Он зарегистрирован в качестве биологического действующего вещества пестицида. Кроме того, в России есть несколько препаратов на основе штамма Beauveria bassiana для защиты от вредителей кукурузы, подсолнечника, свеклы, сои, рапса, дыни, арбуза, огурца, томатов, капусты, картофеля, яблони и винограда.
Заражение хозяина грибом происходит в несколько этапов. На первом этапе конидии (в некоторых случаях бластоспоры) попадают на кутикулу насекомого. Они вырабатывают вещество, которое вызывает модификацию эпикутикулы, что приводит к прорастанию конидий.
Прорастание зависит от условий окружающей среды, а также от биохимического состава кутикулы хозяина. При подходящих условиях прорастание конидий или бластоспор приводит к образованию зародышевых трубок.
Дифференциация характеризуется образованием аппрессория или проникающего бугорка, который служит точкой прикрепления, размягчает кутикулу и способствует проникновению гифов через покров хозяина. Аппрессорий – это увеличенная клетка, содержащая гидролитические ферменты, разрушающие кутикулу.
С помощью аппрессория, гидролитического действия ферментов (протеаза, хитиназа, липаза), механического давления и других факторов гриб способен проникать через все слои кутикулы, пока не достигнет богатой питательными веществами среды, то есть гемолимфы насекомого.
В гемолимфе гриб претерпевает изменения, превращаясь в одноклеточные дрожжеподобные гифы или бластоспоры, которые, используя питательные вещества, колонизируют внутренние ткани и нарушают работу иммунной системы хозяина. На этом этапе заражения гриб также может выделять токсичные метаболиты, которые помогают преодолеть иммунные механизмы защиты насекомого для успешной колонизации.
Некоторые штаммы вырабатывают неферментативные токсины, такие как боверицин, боверолиды, бассианолиды и изаролиды, которые ускоряют процесс заражения и в конечном итоге приводят к смерти насекомого.
Через несколько дней после того, как хозяин умирает, на мумифицированных трупах появляются конидиеносцы, которые несут новые инфекционные конидии (споры) для пассивного рассеивания. Со временем тело погибшего насекомого усыхает. Гифы гриба прорастают наружу и покрывают его густым мицелием. Вид вызывает болезнь «белый мускардиноз», которая проявляется в виде плесневого налёта на заражённых насекомых.
Также ученые выяснили, что между B. Bassiana, растениями, членистоногими и микробами в сценарии ландшафтного сообщества существует сложное взаимодействие. Помимо тог, что гриб может заражать обитающих в почве насекомых, он переносит азот от насекомого к растению посредством колонизации корневой системы. Эндофитизм B. Bassiana – это способ жизни гриба внутри растения.
С этой целью B. Bassiana колонизирует корни и надземные органы, стебли, листья и семена, не причиняя вреда растению. Таким образом, ущерб от патогенов можно контролировать с помощью эндофитной колонизации растений грибом, который вытесняет возбудителей болезней.
При заражении бактериями насекомые переставали питаться и замедляли рост. Это, вероятно, делало их более чувствительными к грибам. На девятые сутки после обработки биологическая эффективность смеси бактерий и грибов составила 75 – 95%.
Выявленные сочетания штаммов бактерий и грибов могут быть использованы для создания комбинированных биопестицидов с высокой летальной эффективностью против колорадского жука.
Большинство исследователей уверены, что эффективность этого средства биологической борьбы можно повысить, сочетая его с низкими дозами пестицидов. Однако добиться синергетического взаимодействия не так просто, в случае с B. bassiana можно получить антагонистический эффект. Некоторые пестициды могут влиять на выживаемость B. bassiana в зависимости от штаммов.
Например, было обнаружено, что люфенурон даже в малых дозах несовместим с B. bassiana. Некоторые химические пестициды, а именно имидаклоприд, флуфеноксурон, тефлубензурон + фузалон, эндосульфан и амитраз, использовались для оценки их влияния на прорастание конидий, вегетативный рост и спорообразование. Из всех этих пестицидов только имидаклоприд был совместим с изолятом B. bassiana. Флуфеноксурон несовместим из-за полного подавления энтомопатогенного гриба.
В других исследованиях изучали совместимость B. bassiana с инсектицидами для борьбы с вредителями хлопка. Только 20%-ный эмульгируемый концентрат хлорпирифоса был менее токсичным для гриба, в то время как спиносад (45% концентрат суспензии), эконим (1%), хинальфос (25%), ацетамприд (20%), эндосульфан (35% EC) и тиодикарб (75% смачиваемый порошок) были слабо токсичны. Имидаклоприд (17,80%-ный раствор для обработки семян) и триазофос (40% концентрат эмульсии) были умеренно токсичными, а профенофос (50% концентрат эмульсии), индоксакарб (14,5% концентрат эмульсии) и метилдеметон были высокотоксичными.
Кроме того, после оценки совместимости пяти пестицидов (фоксим, тиаметоксам, клотианидин, λ-цигалотрин и β-циперметрин), обычно используемых против грибной мошки Bradysia odoriphaga с высоковирулентным штаммом B. Bassiana, ученые рекомендовали применять тиаметоксам и клотианидин, в то время как фоксим, λ-цигалотрин и β-циперметрин можно использовать только в низкой концентрации.
Некоторые акарициды, относящиеся к фосфорорганическим и органостатическим химическим группам, значительно влияют на прорастание конидий, вегетативный рост и спорообразование B. bassiana.
Также не рекомендуется применять фунгициды до использования B. bassiana, это приводило к антагонистическому эффекту с более низкой смертностью взрослой популяции пятнистого растительного клопа L. lineolaris.
Совместимость гербицидов и регуляторов роста растений с энтомопатогенными грибами до конца не изучена. Но глюфосинат аммония не был совместим с B. bassiana, применяемым для борьбы с колорадским жуком. Гербицид оказывал ингибирующее действие на рост мицелия и спорообразование B. bassiana. При этом дикват стимулировал инсектицидную активность B. bassiana, вызывая гибель 50 – 76,6% взрослых особей колорадского жука Leptinotarsa decemlineata.
Производители российских препаратов предлагают разные методы применения микробиологического препарата на основе гриба Beauveria bassiana для защиты сельхозкультур.
Вариантом применения может быть внесение в почву осенью под основную или весной под предпосевную обработку.
Обработка посадочного материала картофеля может проводится как методом опрыскивания, так и замачивания. Подготовленный рабочий раствор выливают в ёмкость. Для обработки посадочный материал картофеля полностью окунают в ёмкость на 2 – 3 минуты. Обработанным клубням картофеля дают подсохнуть на протяжении 30 – 40 минут.
Можно замачивать рассаду овощных, плодовых и ягодных культур. При этом корневую систему рассады или саженцев замачивают в суспензии препарата перед посадкой.
Обработка картофеля от колорадского жука проводится по мере появления вредителя (личинки І-ІІ возрастов).
Защита многолетних деревьев и кустарников предполагает закладку препарата в лунки глубиной 25 – 70 см вокруг дерева с интервалом 1-1,5 м с последующим закрытием лунки почвой.
Также препарат зарегистрирован для контроля горохового зерноеда (брухуса) на зернобобовых (горох), белокрылки и трипса на овощных культурах в закрытом грунте, плодожорки и тли на плодовых и ягодных культурах.
Насколько препараты на основе гриба безопасны для других организмов? Несмотря на частую общую информацию о том, что биопрепараты безвредны для других организмов, средства, содержащие Beauveria bassiana, могут быть опасны для рыб. Это выяснили ученые.
Также, по мнению производителей, препаратов на основе штамма не представляют угрозу для полезных насекомых, хотя есть сведения о их влиянии на пчёл. При этом споры гриба не вызывают серьезных заболеваний у теплокровных животных.
Специалисты жаловались на одышку, плохое самочувствие, кашель, повышение температуры и слабость. Эти симптомы проявлялись через несколько часов после работы в помещении, где воздух был загрязнён спорами гриба. Также чрезмерное загрязнение воздуха может привести к аллергическим заболеваниям.
При работе с препаратом на основе штаммов Боверии нужно защищать дыхательные пути, а в процессе производства – обеспечить герметичность оборудования, чтобы предотвратить загрязнение воздуха спорами гриба и сопутствующей микрофлорой Penicillium и Apergillus niger.
Препарат, имеющий в своем составе штамм Beauveria bassiana ВВ1, относится к 3В классу опасности для человека и 3 классу для пчел.
На практике эффективность препаратов на основе B. bassiana зависит от многих условий. В основном это абиотические факторы окружающей среды, включая влажность, температуру, осадки и ультрафиолетовое излучение при выращивании и хранении инокулята.
Повышенное ультрафиолетовое излучение снижает эффективность B.bassiana, а климатические условия могут влиять на физиологию гриба, его способность заражать хозяина, развитие инфекции в живом или мёртвом хозяине, спорообразование на трупе, способность к распространению и выживанию инфекционных конидий, а также восприимчивость или устойчивость хозяина к инфекции. Перевозить, хранить и применять такой биоинсектицид необходимо в соответствии с требованиями производителя, так как в нем присутствуют организмы, жизнеспособность которых необходимо сохранять.
Оптимальная температура для образования спор составляет 30 °C. Наиболее подходящей для роста мицелия и прорастания спор является относительная влажность 100%, но споры некоторых штаммов B. bassiana могут прорастать при относительной низкой влажности 56.8%.
На практике ученые применяли гриб против многих насекомых-вредителей и доказали его высокую эффективность. По сравнению с другими агентами биоконтроля, действующими при проглатывании, простого контакта B. bassiana с насекомым достаточно, чтобы вызвать заражение восприимчивого хозяина при подходящих условиях окружающей среды и физиологии насекомого. Энтомопатогенный гриб убивает как взрослых особей, так и неполовозрелые стадии (яйца, личинки и куколки).
Продолжительность жизни спор в полевых условиях сильно варьируется в зависимости от условий окружающей среды – от 24 часов до 26 дней. Но в определенных условиях они могут обеспечивать долгосрочный контроль вредителей.
При этом инсектицидная активность B. bassiana выше, чем у других энтомопатогенных агентов. Конидии могут сохраняться дольше в окружающей среде, а воздействие гриба на полезных насекомых и другие нецелевые организмы – ограничено.
Также считается, что насекомые не смогут выработать устойчивость к B. bassiana, потому что гриб одновременно использует несколько способов воздействия и, будучи живым организмом, может адаптироваться к различным изменениям в организме хозяина.
По всем этим причинам использование B. bassiana в качестве биологического инсектицида рассматривается как серьезная альтернатива химическим инсектицидам. Как бы мы не придерживались традиционных методов защиты, мир движется в сторону более активного применения биопрепаратов контроля патогенов на сельхозугодьях.