3.2. Бактериальный метод

Как и все живое на планете, насекомые подвержены инфекционным заболеваниям. Возбудителями этих болезней являются патогенные микроорганизмы бактерии, грибы и вирусы. Такие организмы принято называть энтомопатогенами.

В зависимости от типа возбудителя болезни могут носить острый характер, при котором инфекция быстро распространяется среди восприимчивых особей популяции, вызывая их массовую гибель, или хронический характер, при котором насекомые постепенно отмирают, снижается их плодовитость, нарушаются физиологические функции. Острое течение болезни происходит при высокой плотности популяции насекомых, когда возбудитель активно распространяется в очагах их массового размножения. Такой тип болезни вызывает эпизоотию (аналогично эпидемии у человека).

Инфекционные болезни играют большую роль в динамике численности лесных насекомых. Вспышки массового размножения лесных чешуекрылых и пилильщиков часто затухают в результате эпизоотий, вызванных энтомопатогенами. В большинстве случаев инфекционными болезнями поражаются личиночные фазы развития насекомых, при некоторых грибных инфекциях болезнь может развиваться и на других фазах их развития (яйца, куколки, имаго).

Болезни разных типов характеризуются специфическими симптомами. Наиболее четко эти симптомы проявляются перед гибелью или сразу после гибели насекомых, так как развивающаяся вскоре сапрофитная флора маскирует действительные признаки. Для точной диагностики проводят специальный микроскопический анализ погибших насекомых. При этом в зависимости от поставленной задачи используют методы световой, электронной, сканирующей микроскопии, иммунологические и биофизические методы.

Начнем знакомство с бактериальным методом с вирусных болезней насекомых.

3.2.1. Вирусные болезни насекомых (вирозы)

Конец XIX века принес научному миру открытия вирусов. Это открытие сделал в 1892 году профессор ботаники Петербургского университета - Д.И. Ивановский. Он первым доказал, что вирусы способны к самовоспроизводству, обладают четко выраженными инфекционными и болезнетворными свойствами. Ученый несколько лет подряд изучал мозаичную болезнь, поразившую обширные плантации табака в Крыму.

Исследования показали, что сок больных растений заразен, но его инфекционность теряется после кипячения. Возбудителя мозаичной болезни табака было невозможно рассмотреть в оптический микроскоп, но он мог проходить через мелкопористые бактериальные фильтры, задерживающие бактерии. С появлением электронного микроскопа вирусы стали доступны для зрения.

Первые описания симптомов вирусных болезней насекомых на примере больных гусениц тутового шелкопряда относятся к середине XIX в. Однако еще в течение десятилетий вирусные заболевания смешивали с бактериальными, протозойными и др. Сейчас вирусы выделяют в самостоятельное царство Vira. Развитие биологического метода защиты обусловило расширение исследований вирусов насекомых, сейчас известно свыше 1200 возбудителей вирусных заболеваний различных видов [49].

Вирусы насекомых, или энтомопатогенные вирусы, это узкоспециализированная группа клеточных паразитов, приспособленных только к насекомым и обладающих рядом свойств, которые отличают их от остальных групп вирусов. Они безопасны для человека и сельскохозяйственных животных, не загрязняют окружающую среду.

Одно из важнейших свойств большинства вирусов насекомых –  способность в процессе развития образовывать инклюзии (тельца-включения) в виде различной формы: полиэдры (многогранники), гранулы, сферические образования. Внутри инклюзий заключены сами вирусы, конечной стадией развития которых являются вирионы – носители инфекционного начала.

Вирионы содержат генетический материал в виде нуклеиновых кислот ДНК или РНК и передают при размножении генетическую информацию новому поколению вирусов. Вирионы могут быть палочковидной, сферической, изометрической или прямоугольной формы, они окружены одной или двумя белковыми оболочками – капсидами. Форма вириона – один из критериев, который используется в классификации вирусов. Полиэдры и гранулы, в которых заключены вирионы, надежно защищают их от неблагоприятных факторов внешней среды и способствуют длительному сохранению и распространению вирусов.

Местом локализации вирусов служат различные органы и ткани насекомого. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты вириона царство Vira делят на два подцарства: Deoxyvira, вирусы которого содержат. ДНК, и Ribovira – содержат РНК. В современной классификации энтомопатогенных вирусов выделено 12 семейств, включающих 22 рода [50]. Наибольший интерес для биологического способа борьбы имеют три группы вирусов: вирусы ядерного и цитоплазменного полиэдрозов и вирусы гранулеза. Остановимся на них подробнее [40].

Полиэдрозы делятся на две группы. Если вирусом поражаются ядра клеток многих органов и тканей (жировая ткань, гиподерма, нервные узлы и др.), болезнь называется ядерным полиэдрозом общего типа. Ею поражаются гусеницы чешуекрылых. Если вирус развивается в ядрах клеток эпителия средней кишки, болезнь называется ядерным полиэдрозом кишечного типа.

Болезни ядерного полиэдроза  известны примерно у 170 видов насекомых. Среди них наиболее хорошо изучены полиэдрозы тутового шелкопряда (желтуха), монашенки, непарного шелкопряда и елового общественного пилильщика. В начальный период пораженные личинки больных насекомых мало отличаются от здоровых. Инкубационный период болезней типа желтухи у разных насекомых длится от 5 до 20 дней, обычно около недели. По мере развития заболевания личинки становятся вялыми, теряют аппетит и стараются подниматься вверх по растению.

Тело их слегка вздувается и изменяет окраску. Незадолго до гибели гусеницы прикрепляются задними (ложными) ножками к веткам и повисают вниз головой. Вследствие разжижения тканей тело гусениц превращается в мутную жидкость, которая вытекает из легко разрывающихся покровов. Эта жидкость не имеет неприятного запаха, характерного при гнилостном разложении бактериями. Инфекционная жидкость является источником дальнейшего распространения болезни среди здоровых насекомых. При микроскопическом исследовании в трупной жидкости и гемолимфе больных насекомых обнаруживается масса полиэдров.

Многие ядерные полиэдренные вирусы узкоспецифичны, но известны и такие, которые способны вызывать заболевания у двух и более видов насекомых. Цитоплазменные полиэдрозы обнаружены примерно у 30 видов насекомых. Они не носят столь острого и быстротечного характера, как ядерные полиэдрозы. Известные цитоплазменные полиэдрозы характеризуются тем, что вызывают местные патологические изменения, обычно эпителия средней кишки.

Гранулезы развиваются у гусениц чешуекрылых, поражая жировую ткань, трахеи. Заражение происходит при заглатывании гусеницами полиэдров или гранул вместе с кормом. В кишечнике полиэдры растворяются, а высвободившиеся вирионы внедряются в клетки соответствующих органов и тканей, размножаются и формируют новые инклюзии. Вирусы гранулеза зарегистрированы примерно у 30 видов насекомых [18].

Наблюдаются только у чешуекрылых. Период от заражения до гибели насекомого длится от 6 до 20 дней. Вирусами поражаются в основном жировая ткань, часто трахеи и клетки крови. Больные гусеницы менее активны, чем здоровые, а цвет их тела беловатый или желтовато-белый, что особенно заметно с брюшной стороны.

Мы выяснили, что собой представляют вирусы, и теперь нам предстоит разобраться, какими же путями они распространяются и поражают вредителей. Вирусы насекомых распространяются в природе как естественным, так и искусственным путем, то есть при участии человека. Основная роль в распространении вирусов отводится миграциям самих хозяев-насекомых.

Энтомопатогенные полиэдрические вирусы могут распространяться хищными насекомыми и мясными мухами, которые питаются гусеницами, погибшими от инфекции. Также большинство вирусов ядерного полиэдроза и гранулеза разжижают тело личинок хозяина, освобождая полиэдры, распространяющиеся по растению и попадающие в почву. Вирусы насекомых распространяются двумя путями: горизонтальным, когда насекомое приобретает вирус, питаясь загрязненными субстратами и вертикальным путем – от родителей к потомству [19].

Как было уже сказано в начале, вирусные болезни играют значимую роль в снижении численности вредных насекомых или даже полностью устраняют их вредоносную деятельность. Однако массовая гибель насекомых от вирусных болезней происходит не всегда. Обычно заболевания быстро распространяются лишь при большой численности вредных насекомых.

Поэтому возникла мысль использовать вирусы для борьбы с вредными насекомыми путем активного внесения инфекционного начала в популяции вредителей. Опыты, проведенные в различных странах, показали, что искусственное заражение насекомых вирусами в природных условиях может быть весьма эффективным методом борьбы. Для заражения насекомых обычно обрабатывают корм ранее полученным препаратом вируса. Приготовление препарата включает измельчение трупов насекомых и последующую фильтрацию жидкости, а иногда и центрифугирование.

Фильтрация и центрифугирование позволяют получить более чистый и концентрированный препарат. Внесение вирусов в места размножения вредителей обычно осуществляется способом опрыскивания или опыливания растений. Иногда очаги заболевания создают заражением яйцекладок. Последний способ был предложен для заражения яйцекладок непарного шелкопряда.

Вирусные инфекции против вредных насекомых применяются в зарубежных странах (США, Канада, Франция и др.), но для широкого практического использования этого метода требуются дальнейшие исследования. Большие перспективы открывают успехи, достигнутые в области массового разведения насекомых на искусственных питательных средах, а следовательно, и вирусов в лабораторно-заводских условиях в течение круглого года. Но для проведений опытов необходимо знать, как на них влияют внешние факторы окружающей среды и каковы особенности их специфичности [45].

Вирусные частицы весьма чувствительны к внешним воздействиям и не могут долго сохраняться вне клетки. Однако, будучи заключенными в защитную белковую оболочку (полиэдр или гранулу), вирусы способны сохранять свою активность в природных условиях на протяжении многих лет. Температура воздуха может влиять на развитие вирусного заболевания: замедлять или ускорять его. Как правило, пониженные положительные температуры удлиняют инкубационный период заболевания, а оптимальные, наоборот – укорачивают.

Развитие вирусной инфекции ускоряется при обработке зараженных личинок насекомых низкими дозами гамма-лучей (100 - 500 Дж/кг). Прямые солнечные лучи инактивируют вирусные частицы препарата, нанесенные на растения. Несколько по-иному сказывается влияние некоторых факторов среды на латентную (скрытую) инфекцию. Если оптимальный уровень температуры среды для развития вирусной инфекции близок к оптимальным условиям развития хозяина или совпадает с ними, то вирус ничем себя не проявляет.

При стрессовых ситуациях, например, в случае понижения или повышения температуры по сравнению с оптимальной, установившееся равновесие между хозяином и паразитом может нарушиться, и латентная форма переходит в открытую, вызывая заболевание насекомого. Такое же влияние оказывают повышенная плотность популяции хозяина, несвойственная пища, воздействие различными химическими веществами и прочее.

Специфичность вирусных болезней заключается в развитии вирусов только в определенных тканях насекомых одного вида и возраста и инфицировании определенных видов. Вирусы ядерного полиэдроза и гранулеза чешуекрылых могут развиваться, помимо гиподермы и оболочки трахей, в кишечнике насекомых, но не проходят полного цикла развития и не заключаются в полиэдры или гранулы. Вирусы цитоплазматического и ядерного полиэдрозов пилильщиков локализуются и проходят полный цикл развития в клетках эпителия средней кишки насекомых.

В отношении возрастной специфичности насекомых известно, что личинки младших возрастов более чувствительны к инфицированию вирусами различных групп, чем старших. Видовая специфичность разных групп вирусов насекомых различна. Наиболее специфичны вирусы гранулезов. Так, гранулез озимой совки поражает другие близкие виды подгрызающих совок, но оказывается неинфекционным для непарного шелкопряда. Менее специфичны вирусы ядерных полиэдрозов.

Родство между вирусами этой группы было установлено с помощью серологической реакции для капустной белянки, боярышницы, непарного шелкопряда и монашенки, относящихся к различным, удаленным в систематическом отношении друг от друга семействам чешуекрылых [46]. Еще меньшей видовой специфичностью, но в пределах одного отряда чешуекрылых, обладают вирусы цитоплазматического полиэдроза.

В одном из опытов вирус цитоплазматического полиэдроза зимней пяденицы оказался инфекционным еще для десяти видов чешуекрылых из семейств нимфалид, шелкопрядов и коконопрядов, тогда как изучаемые представители семейств листоверток, волнянок, а также медведиц из чешуекрылых и двух видов пилильщиков от отряда перепончатокрылых оказались невосприимчивыми к этому вирусу.

Мы посмотрели краткую историю возникновения вирусологии, узнали общие сведения о вирусах, их специфичность и пути заражения. И, подводя итог, можно с уверенностью сказать, что вирусы, вызывающие инфекционные заболевания играют, большую роль в динамике численности насекомых. Помимо этого, энтомопатогены не оказывают негативного воздействия  как на самого человека, так и на растения и животных, которых он содержит.

Все это делает их эффективным средством борьбы с вредителями. Но не стоит забывать, что они поражают как вредных, так и полезных насекомых, поэтому не стоит упускать это из внимания и быть осторожным при искусственном распространении вирусов. Дальнейшие микробиологические исследования в популяциях насекомых позволят существенно расширить представление о круге хозяев энтомопатогенных вирусов; не исключена возможность обнаружения новых типов возбудителей вирусной природы, пригодных для использования в биологическом регулировании численности насекомых-фитофагов. Продолжим изучение бактериального метода и рассмотрим бактериальные болезни насекомых.

3.2.2. Бактериальные болезни насекомых (бактериозы)

Существование бактериальных болезней вредных насекомых впервые отмечено И. И. Мечниковым (1879), который описал бактерию Bacillussolitarius, вызывающую заболевание личинок хлебных жуков на юге Украины. Примерно в это же время Л. Пастер занимался расшифровкой возбудителя фляшерии шелковичного червя, а У. Чейн – возбудителя европейского гнильца медоносной пчелы. С тех пор описано свыше ста видов и разновидностей бактерий, вызывающих болезни насекомых. Сейчас многих из них используют в целях изготовления в заводских условиях бактериальных препаратов.

Бактерии представляют собой одноклеточные прокариотные организмы, размножающиеся делением. Бактериальная клетка имеет оболочку, цитоплазму и ядерное вещество в виде плотного хроматинового тяжа. В кишечнике насекомых их обитает большое количество. Многие из них – безвредные сапрофиты, а в ряде случаев и симбионты, важные для жизни животных. Немало сапрофитных видов кишечной флоры могут быть токсичными для организма, при попадании в кровь быстро размножаются и вызывают общее отравление – септицемию и смерть насекомого.

В обычных условиях они находятся в латентной, то есть скрытой форме и их размножение и возможность проникновения в кровь контролируются бактерицидностью пищеварительного сока и другими защитными механизмами организма. При неблагоприятных для организма условиях его защитные силы ослабляются, и наступает заболевание. Имеются бактерии, известные как первичные патогены насекомых, способные активно проникать через стенки кишечника или покровы организма, что облегчается выделением токсина или фермента, предрасполагающего ткань хозяина к внедрению этих быстро размножающихся бактерии. Различают три группы энтомопатогенных бактерий: облигатные, факультативные и потенциальные патогены [20].

Облигатные патогены связаны с определенными заболеваниями насекомых и способны размножаться только в живом организме хозяина. К ним относятся возбудители молочной болезни личинок пластинчатоусых: Bacillus popilliae, В. lentimorbus, В. fribourgeois, возбудитель европейского гнильца пчел – Streptococcus pluton. Факультативные патогены способны заражать чувствительных к ним насекомых.

Попав в кишечник насекомого с кормом, они вызывают паралич среднего отдела кишечника, убивая хозяина своими токсическими компонентами или ядовитыми продуктами обмена и ферментами. После этого бактериальные клетки проникают в ткани насекомого, где вызывают септицемию и гибель хозяина. Факультативные бактерии хорошо растут на искусственных питательных средах и не обладают специфичностью к каким-либо отдельным видам насекомых.

Потенциальные патогены постоянно присутствуют в кишечнике насекомых, но в здоровом насекомом не размножаются в массе и не причиняют вред хозяину. При физиологическом ослаблении хозяина какими-либо факторами внешней среды, нарушении режима питания или при заражении другими патогенами эти бактерии могут вызвать септицемию.

Как уже было сказано выше, большинство бактерий это безвредные сапрофиты, но нарушение нормальных условий жизни насекомых может привести к тому, что бактерии начинают размножаться, тем самым вызывая болезни насекомого. Наибольшее значение для уничтожения вредных насекомых имеют следующие бактериальные болезни. Для их характеристики обратимся к необходимым источникам [25].

Красный бактериоз – болезнь, вызываемая бесспоровыми бактериями Serratia marcescens Bizio. Это мелкие палочки, образующие характерный красный и розовый пигменты, встречаются в виде сапрофитов в воздухе, воде, почве, пищевых продуктах. Гибель от красного бактериоза наблюдается в природе у многих насекомых, но он редко распространяется на большие площади. Такого рода заболевания известны у гусениц лугового мотылька, кукурузного мотылька, озимой совки, хлопковой совки, мальвовой моли, азиатской саранчи, вредной черепашки. Все тело насекомых в результате размножения бактерии приобретает красный цвет.

Черный бактериоз вызывается ассоциацией трех видов бактерий: Serratia marcescens Bizio, Pseudomonas pyocyanea Migulo и споровой палочки типа Bacillus mycoides Flug. Пораженное насекомое приобретает синевато-черный оттенок и характерный ароматический запах. Если бактерии, вызывающие черный бактериоз, вырастить в жидкой среде, то последняя оказывается высокотоксичной как для черепашки, так и для многих других насекомых. После погружения в жидкую среду с бактериями на 1 – 3 минуты насекомые парализуются и погибают.

Флашерия – это название, примененное первоначально к заболеванию тутового шелкопряда, часто встречалось при описании кишечных поражений типа дизентерии у разных насекомых. Типичным возбудителем дизентерии является бесспоровая палочка Coccobacillus acridiorum D ’Her., которая была выделена из больных насекомых во время эпизоотии пустынной саранчи. При дизентерийных заболеваниях других насекомых были выделены бактерии кишечного типа, коккобактерии и иногда крупные споровые палочки. Для болезней, сопровождающихся кишечными расстройствами, очень характерны выделения из отверстий, резкий гнилостный запах. Насекомые чернеют и после гибели быстро разлагаются.

Молочной болезнью называют некоторые инфекционные болезни жуков, вызванные споровыми бактериями. Молочная болезнь хорошо изучена у личинок японского жука, у которого встречается два типа этой болезни. Возбудитель одной из них Bacillus popilliae Dut., а другой – Вас. Lentimorbus Dut. Симптомы заболевания молочной болезнью достаточно хорошо визуально обнаруживаются. У больных личинок на спинной стороне, особенно на задних сегментах, наблюдается заметное побеление. По мере развития болезни молочное помутнение распространяется на все части тела, в том числе на ноги, которые наливаются побелевшей гемолимфой и набухают.

Как правило, личинки гибнут перед линьками и перед окукливанием. Иногда признаки заболевания обнаруживаются и на взрослых жуках. Молочная болезнь обнаружена также у майского хруща, июньского хруща, зеленой бронзовки и многих других видов. Возбудители молочной болезни принадлежат к группе специализированных бактерий, приспособленных к жизни в организме насекомых. Только некоторых из них удается вырастить на специальных белковых средах.

Изучив вирусные и бактериальные болезни насекомых, остается только один вопрос: что представляют собой грибные болезни? Каковы их особенности и значение в биологическом методе борьбы – изложены далее.

3.2.3. Грибные болезни насекомых (микозы)

Открытие возбудителя зеленой  мускардины у хлебного жука в 1883 г. И. И. Мечниковым и последующие опыты, проведенные совместно с И. Красильщиком, по массовому размножению возбудителя и заражению хлебного жука и свекловичного долгоносика в Одесской области положили начало исследованиям по применению грибов в биологической борьбе с вредными насекомыми.

Грибы наиболее широко распространены в лесных биотопах и играют значительную роль в динамике численности вредителей леса. В настоящее время число описанных энтомопатогенных грибов превышает несколько сотен видов. Важная особенность многих видов паразитических грибов – их способность проникать в полость тела насекомого непосредственно через кожные покровы с помощью выделяемых ими ферментов, растворяющих кутикулу. Грибы могут заражать насекомых не только в фазе личинок, но также успешно в фазе куколок и имаго.

По отношению к насекомым-хозяевам грибы можно разделить на три группы: облигатные патогены, которые развиваются только на живых насекомых; факультативные патогены, развивающиеся как на живых, так и на мертвых насекомых, или на любом другом органическом субстрате; сапротрофы, как правило, развивающиеся на мертвых остатках насекомых, но при сильной ослабленности хозяина способные стать случайными или потенциальными патогенами.

По спектру инфекционности грибы могут быть узкоспециализированными,  паразитирующими только на одном хозяине или только на определенной стадии его развития. Такие грибы в природе встречаются редко. Большинство энтомопатогенных грибов имеют широкий круг хозяев среди насекомых разных таксонов. Споры и конидии легко распространяются от источника инфекции (трупы погибших насекомых) ветром, дождевыми потоками или любыми другими факторами [22].

Зараженных грибами насекомых легко заметить, так как поверхность их тела часто бывает густо покрыта мицелием. Первые признаки грибных заболеваний обычно проявляются через 3 – 5 дней после заражения насекомого. При заражении через наружные покровы первые симптомы часто проявляются в виде бурых или желтых пятен на теле насекомого. Однако в некоторых случаях признаки заболевания проявляются на поздних его стадиях.

Больные насекомые становятся вялыми и малоподвижными. Постепенно снижается их раздражимость, утрачивается рефлекс равновесия, и насекомые погибают. После гибели хозяина мицелий гриба быстро разрастается, заполняет все тело насекомого и затем пробивается через кутикулу в виде беловатого или серого пушка на поверхности тела, образуя конидии белого, серого, зеленого, красного или черного цвета в зависимости от вида гриба. У некоторых видов грибов споры развиваются внутри пораженного насекомого, благодаря интенсивному росту мицелия тело насекомого вскоре после гибели затвердевает и мумифицируется.

Все вышеизложенные симптомы – признаки болезней. В качестве примера рассмотрим наиболее распространённые грибные заболевания [12].

Заболевание мюскардиноз широко распространено и поражает многих вредных и полезных насекомых (наиболее часто поражаются чешуекрылые, жуки и полужесткокрылые). Насекомые, пораженные этой болезнью, заметно отличаются по внешнему виду. Обычно после гибели они затвердевают, прорастают грибницей и во влажных условиях покрываются налетом спор бурого, белого, розового или желто-зеленого цвета. Мюскардиноз вызывается несовершенными грибами, являющимися факультативными, т. е. не обязательными паразитами.

Они могут развиваться на мертвом органическом субстрате и поэтому хорошо сохраняются в природе. В зависимости от цвета поверхностного налета различают белый, розовый и зеленый мускардиноз. Белый мюскардиноз был впервые обнаружен на шелковичном черве, который сильно поражается на выкормках. Пораженные насекомые уменьшаются в размерах и покрываются белым мучнистым налетом грибницы с конидиями. Болезнь является заразной, распространяется спорами по воздуху, через почву и некоторыми устойчивыми к ней насекомыми.

Поражаются личинки, куколки и взрослые насекомые; в некоторых случаях поражаются яйца. Из садовых вредителей этим заболеванием поражаются яблонная и персиковая плодожорки, яблонная моль и др., а из лесных — златогузка, сосновая совка, сосновая пяденица, сосновый шелкопряд. Под микроскопом возбудитель имеет вид тонких нитей с перегородками и мелких круглых спор, собранных в рыхлые головки. Розовый мюскардиноз вызывает гриб Spicaria fumosarosea Vas., который отличается розовой окраской мицелия и спор.

Этим заболеванием поражаются капустная муха, восклицательная совка, свекловичный долгоносик и многие другие вредители культурных растений. Зеленый мюскардиноз внешне отличается плоским темно-зеленым грибным налетом на поверхности погибших насекомых. Возбудитель — гриб Metarrhizium anisopliae Sor. Поражает свекловичных долгоносиков, проволочников, жука-носорога и некоторых других. Под микроскопом видно, что грибница состоит из тонких нитей с перегородками; споры продолговатые, оливкового цвета, в массе темно-зеленые.

Возбудитель цефалоспориоза — гриб Cephalosporium lecanii Zimm., поражающий многих ложнощитовок, вредящих цитрусовым и другим древесным культурам. Отличительным признаком этого заболевания является белый нежный грибной налет, сплошь покрывающий мягкое тело ложнощитовок или окаймляющий их твердые восковидные щитки на коре деревьев. Цефалоспориоз широко распространен во влажных субтропиках России и ограничивает размножение вредных насекомых. Гриб цефалоспориум имеет белую грибницу и простые конидиеносцы с головками конидий, соединенных слизистым веществом.

Из несовершенных грибов, вызывающих аспергиллез насекомых, имеет значение плесневый гриб Aspergillus flavus Link. Он поражает саранчу, вредную черепашку, мальвовую моль, рыжего соснового пилильщика и других насекомых. Чаще всего это заболевание наблюдается при повышенной температуре воздуха.

Итак, мы рассмотрели микроорганизмы, называемые энтомопатогенами, которые вызывают болезни насекомых, приводящие к летальному исходу последних. В зависимости от микроорганизма, поражающего вредителя, выделяют вирусные, бактериальные и грибные болезни. Ученые всего мира активно проводят опыты и исследования, направленные на изучение микроорганизмов. На их основе создаются биопрепараты для осуществления профилактик в местах вспышек большой численности вредителей. Это довольно обширная тема, которую следует рассмотреть отдельно для более глубокого и детального изучения, так как биологические препараты – один из основных, а главное, безопасных средств, используемых в рамках биологического метода.

3.2.4. Биопрепараты на основе микроорганизмов

Биологическими препаратами, биоинсектицидами, называются отравляющие вещества натурального происхождения, которые не представляют опасности для человека, животных и растений, но эффективно уничтожают большинство вредителей [1].

В 30-х годах XX века академик В. П. Поспелов разработал наиболее важные теоретические положения по использованию микроорганизмов для биологической борьбы с вредными насекомыми. Впоследствии учеными разных стран были разработаны основные принципы микробиологической борьбы с применением разных групп патогенов, которые должны отвечать следующим требованиям:

• безопасность для человека и животных;
• высокая вирулентность, легкое распространение и высокая смертоносность;
• быстрое развитие патологического процесса, с тем чтобы насекомые до прекращения питания или гибели не успели нанести серьезный ущерб растениям;
• экономичное производство биопрепаратов, а также сохранение их жизнеспособности и вирулентности на определенный срок.

Основной источник получения исходных штаммов микроорганизмов – природная среда. Активное начало биопрепаратов (микроорганизмы или биологические агенты) выделяют из погибших и больных насекомых, с поверхности растений или из почвы, где обнаружены погибшие объекты. Из природных штаммов отбирают наиболее активные, селектируют и выделяют в чистую культуру, которую используют для массового размножения и приготовления препаратов.

После заражения и гибели хозяина из его тела выделяют биомассу патогена, которую используют для приготовления биопрепаратов. Но прежде чем начать рассматривать биоинсектициды в качестве  эффективного средства борьбы, необходимо разобраться в чем их особенности и чем они отличаются от аналогичных им химических препаратов.

Преимущества биопрепаратов:

• Вещества, содержащиеся в биологических препаратах, не накапливаются в тканях растений, при этом эффективно подавляют определенные болезни растений и не причиняют вреда человеку и животным;
• Препараты не нужно периодически заменять новыми, потому что возбудители болезней и насекомые к ним не привыкают;
• Некоторые средства не только борются с инфекциями или насекомыми, но даже укрепляют иммунитет садово-огородных культур;
• Как правило, чтобы справиться с проблемой, достаточно небольшого количества биопрепарата [5].

Все приведенные выше преимущества доказывают, что биоинсектициды являются безопасным и эффективным средством. Теперь можем приступить к изучению самих препаратов. В зависимости от микроорганизма, на основе которого разработан биопрепарат, выделяют следующие три вида препаратов: вирусные, бактериальные, грибные.

Начнем с характеристики вирусных препаратов. Трудность производства связана с проблемой содержания насекомых-хозяев, свободных от скрытых (латентных) или хронических инфекций.

В качестве биологических средств защиты наиболее эффективны вирусы ядерного полиэдроза и гранулеза. Их использование в практических целях возможно в двух направлениях – путем интродукции и применения вирусных препаратов по типу инсектицидов. Интродукция бывает эффективна лишь в случаях, если энтомопатогенный вирус не встречается в популяции насекомого.

При этом достаточно однократного внесения небольших количеств вируса в популяцию для возникновения эпизоотии. Однако широкое распространение вирусов в природных популяциях насекомых значительно ограничивает возможность интродукции. При использовании вирусных препаратов необходимы хорошее покрытие ими защищаемых растений и повторные обработки, а также требуется хорошо налаженное производство вирусных препаратов.

Для промышленного производства вирусных препаратов необходимы эффективные штаммы и насекомые-хозяева, позволяющие их накапливать, так как вирусы могут размножаться только в клетках живых организмов. Повышение эффективности природных штаммов достигается различными путями, в том числе и в процессе пассажей вируса одного насекомого через организм другого, не свойственного ему хозяина. Такие штаммы называют экспериментальными в отличие от природных.

Вирусные препараты обладают исключительной видоспецифичностью, их действие направлено на одного вредителя, что отражено в названии препарата. Вирин КШ – жидкий препарат, который применяют путем однократного опрыскивания плодовых культур в период вегетации против, гусениц младших возрастов кольчатого шелкопряда с нормой расхода 0,2 л/га. Вирин ЭКС – сухой порошок.

Применяют двукратное опрыскивание капусты в период вегетации с интервалом 8—10 дней против каждого поколения капустной совки с нормой расхода 0,1—0,15 кг/га. Вирин ЭНШ – жидкий препарат. Разрешен для однократного опрыскивания садозащитных полос в период вегетации против кладок яиц непарного шелкопряда в очагах размножения вредителя с нормой расхода 0,02 мл на 1 кладку яиц. Вирин ГЯП – жидкий препарат. Разрешено опытно-производственное применение путем двукратного опрыскивания яблони в период вегетации в начале и во время массового отрождения гусениц в районах с одним поколением вредителя, норма расхода 0,3 л/га [9].

Бактериальные препараты обладают более замедленным действием, но имеют метатоксический эффект и при определенных условиях могут вызывать эпизоотии у насекомых. Гибель насекомого может наступить только через 24 – 72 ч, иногда позднее, но вредитель прекращает питание в первые часы после поглощения препарата. Эффективность бактериальных препаратов снижается под влиянием неблагоприятной погоды – затяжных дождей, смывающих препарат, ультрафиолетового излучения, а также низкой температуры воздуха, ослабляющей активность питания вредителей.

Поэтому общие условия для использования большинства препаратов – это применение их в утренние или вечерние часы при отсутствии осадков и среднесуточной температуре от 13 до 35 °С.  Все бактериальные препараты не влияют на запах или вкус обработанных растений, безопасны для человека и теплокровных животных, а также пчел и имаго энтомофагов, срок ожидания – один день. В то же время, по мнению многих специалистов, нецелесообразно использование бактериальных препаратов совместно с пониженными дозировками инсектицидов, так как эти препараты и в чистом виде дают высокий эффект в борьбе с восприимчивыми к ним насекомыми, а добавление сублетальных дозировок инсектицидов не только приводит к гибели энтомофагов,  но и способствует появлению резистентных (устойчивых) к инсектицидам популяций вредителей [33].

В качестве примера рассмотрим один из самых популярных и используемых бактериальных  препаратов – энтобактерин. Он был разработан Всесоюзным институтом защиты растений на основе споровой бактерии Bacillus thuringiensis var. galleriae. Культура бактерии выделена из большой пчелиной огневки Galleriamelonella. Выпускается промышленностью в виде светло-серого порошка, состоящего из спор бактерии, токсических белковых кристаллов и инертного наполнителя. На организм насекомого воздействуют как споры, так и белковые кристаллы, вызывающие отравление, или токсикоз.

Препарат попадает в организм насекомого вместе с кормом. Если количество поглощенного белкового эндотоксина достаточно высокое, то насекомое в течение суток погибает. Если доза эндотоксина не смертельна, то насекомое впадает в паралич и прекращает питаться или питается незначительно и поэтому не наносит растению существенного вреда. В этом случае из спор, попавших вместе с препаратом, в кишечнике насекомого начинают размножаться бактерии. Они заполняют ткани, и насекомое гибнет по истечении определенного периода времени.

В результате ослабления организма обычная кишечная микрофлора насекомого также активизируется и становится патогенной. В зависимости от разнообразия кишечной микрофлоры отмечается разная устойчивость насекомых к энтобактерину. Поэтому для разных видов вредителей требуются разные нормы расхода препарата. Снижение норм расхода энтобактерина может быть достигнуто применением его в сочетании с пониженными дозами ядохимикатов, вызывающими физиологическое ослабление насекомых.

Энтобактерин в разной степени эффективен против более 50 видов листогрызущих вредителей овощных, плодово-ягодных культур, садово-парковых и лесных насаждений. Наименее устойчивы к этому препарату горностаевые моли, молипестрянки, пяденицы, белянки. Сравнительно высокой устойчивостью обладают совки. Энтобактерин можно применять в любой период вегетации, в том числе во время цветения культуры и уборки урожая.

Препарат безвреден для человека, растений, теплокровных животных и полезных насекомых. Однократная обработка препаратом может быть достаточно эффективной против ряда вредителей, начало развития которых происходит неодновременно. Так, например, обработка против яблонной моли в период цветения яблони обеспечивает также уничтожение непарного шелкопряда, златогузки и других вредителей, которые начинают развиваться позднее [11].

Грибные препараты обладают широким спектром инфекционности. Они действуют на вредителей контактно, поэтому могут поражать насекомых и в непитающейся фазе. Энтомопатогенные грибы легко культивируются на искусственных питательных средах в лабораторных условиях и на биофабриках. В лесных питомниках против вредителей корневых систем растений и насекомых, зимующих в почве, применяют боверин, против сосущих вредителей вертицеллин и микоафидин [14].

Биопрепарат боверин представляет собой порошок серого цвета. В нем содержатся споры мускардинного гриба Beauveria bassiana, вызывающего болезнь – белую мюскардину вредных насекомых. Его рекомендуется применять в смеси с малыми дозами различных инсектицидов для борьбы с колорадским жуком, яблонной плодожоркой и некоторыми другими вредителями. Добавление инсектицидов обеспечивает устойчивую эффективность боверина, так как вызывает физиологическое ослабление насекомых.

Вертициллин – инсектицид, приготовленный на основе спор гриба Verticillium lecanii. Это препарат применяется в борьбе с белокрылкой. Действие его заключается в том, что конидии или бластоспоры гриба проникают сквозь покровы насекомого и внедряются в его тело, разрастаясь и поражая его органы. Грибы Verticillium lecanii особенно хорошо размножаются при высокой влажности воздуха, поэтому перед применением препарата следует хорошенько опрыскать почву.

Перед применением препарата за 12-24 часов, его замачивают в воде, чтобы ускорить прорастание спор. Препарат наиболее эффективно действует на яйца белокрылки и нимф (личинки) младшего поколения. Грибок может поражать и взрослых насекомых. В этом случае гифы грибка полностью обвивают тело насекомого и удерживают его на поверхности листа, создавая таким образом новый очаг заражения для других особей.

Микоафидин получается из грибов семейства Entomophthoraceae. Представители этого семейства относятся преимущественно к специализированным паразитам. Попадая на поверхность тела насекомых, клещей, конидии и споры прорастают, грибница проникает в ткани. После гибели хозяина на поверхности его тела образуется налет из конидиеносцев с конидиями, которые при определенной влажности (близкой к абсолютной), рассеиваются на значительные расстояния. Их жизнеспособность сохраняется не более 3 дней. При попадании в воду споры прорастают. При неблагоприятных условиях в теле погибших хозяев формируются споры с двойной оболочкой, способные сохраняться в почве и на растительных остатках много лет.

Мы рассмотрели еще один биологический метод – бактериальный, подразумевающий использование вирусов, бактерий и грибов. Ученые разрабатывают на их основе биопрепараты, которые предотвращают массовое размножение вредителей, тем самым регулируя их численность. Правильное и рациональное использование биоинсектицидов не приносит вреда человеку, растениям и другим животным. Но наука не стоит на месте и движется вперед с невероятной скоростью. Исследования в данной области не ограничиваются только разработкой и выпуском биологических препаратов. Ученые научились менять генетический код насекомых. Как и каким образом это помогает бороться с вредителями, будет изложено в следующем разделе.