ПЕРСПЕКТИВИ РОЗРОБЛЕННЯ ПРЕПАРАТІВ, ЩО ІНДУКУЮТЬ СИСТЕМНУ СТІЙКІСТЬ РОСЛИН
В останнє десятиліття індукована стійкість рослин почала знаходити практичне застосування у захисті рослин. Ефективність препаратів, які індукують системну стійкість рослин, може перевершувати ефект стандартних пестицидів. При цьому зростає ступінь захищеності рослин від стресу і патогенів за одночасного збільшення врожайності та якості продукції. Це відкриває реальні перспективи переходу від небезпечних препаратів до сучасних біологічних методів захисту рослин від хвороб і шкідників. Потенціал такого напряму тільки починає розкриватися. Для його розвитку потрібне поглиблення і розширення фундаментальних досліджень молекулярних механізмів імунітету рослин, а також розроблення нової методології практичного застосування таких препаратів і створення систем захисту, що ґрунтуються на застосуванні засобів захисту, які індукують системну стійкість рослин.
ПРИРОДНІ РЕЧОВИНИ БІОПРЕПАРАТІВ ЯК АНАЛОГИ ДІЮЧИХ РЕЧОВИН СИНТЕТИЧНИХ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ
Багато діючих речовин засобів захисту спочатку було знайдено у природі – у рослин, бактерій, грибів, потім на їх основі синтезували штучні речовини, і вже з них створили синтетичні препарати. Так, піретроїдам, які є аналогами природних піретринів, дали таку назву через подібність за хімічною формулою та механізмом дії до природних піретринів, які отримують із ромашок роду Pyrethrum. Піретрини – це група природних інсектицидів, що містяться у квітках багаторічних трав родини Айстрові (Складноцвіті) з родів Pyrethrum, Chrysanthemum і Tanacetum, найбільший їх вміст – у квітках піретрума цинерарієлистого (Pyrethrum cinerariifolium), більш відомого як далматська ромашка.
Раніше піретрини широко застосовували для боротьби з комахами, проте нині їх практично повністю витіснили синтетичні піретроїди, які є значно активнішими та фотостабільнішими за природні піретрини. Синтетичні піретроїди з’явилися на світовому пестицидному ринку на початку 1970-х років. Проте піретрини знаходять застосування як екологічно безпечні засоби для боротьби з ектопаразитами (педикульоз, коростяний кліщ, фтиріаз тощо), а також у виробництві протимоскітних тліючих спіралей. По суті, суттєвої різниці в хімічних формулах і сайтах клітинної дії природних і синтетичних інсектицидів та інших засобів захисту немає.
Інші інсектициди – природні інгібітори синтезу хітину – виявили в канадській бальзамічній ялині, з якої виготовляли папір. Їх було виділено та ідентифіковано як ювабіон і дигідроювабіон. Ці природні речовини, що синтезуються в деревах і слугують засобом для захисту від пошкоджень шкідниками, виявилися аналогами фарзелінової кислоти. Розшифровка їхнього складу дала змогу синтезувати низку аналогічних продуктів, що мають різну активність.
У 60-ті роки виявлено гормон, що регулює линьку комах, – екдизон, а потім його аналог – екдистерон, який міститься в деревині тиса і в звичайній папороті. Пізніше з одного виду складноцвітих рослин було виділено гормон, що має антиювенільну активність, і синтезовано велику кількість хімічних сполук, що володіють ювенільною активністю, які умовно ділять за хімічними ознаками на 13 груп. Кожна з цих груп характеризується певною специфічністю дії на різні види та систематичні групи комах. Діючими речовинами, що порушують гормональні процеси в організмі комах, які забезпечують синтез хітину, є бупрофезин, дифлубензурон, люфенурон, новалурон, трифлумурон, циромазин.
Попередниками синтетичних неонікотиноїдів були природні нікотини, які отримували шляхом настоювання тютюну і махорки. Діюча речовина бенсултап інсектициду Банкол була отримана на базі нейротоксину, виділеного з морських кільчастих черв’яків. Авермектини (інсектициди природного походження) продукуються ґрунтовими мікорорганізмами – ґрунтовим грибом Streptomyces avermitilis.
Перші природні стробілурини виділили із гриба Strobilurus tenacellus. Стробілурини – антибіотики, що продукуються різними мікроорганізмами. Вони належать до похідних бета-метоксиакрилової кислоти. Характеризуються високою фунгіцидною активністю, але використання їх у захисті рослин неможливе через низьку фотохімічну стабільність і високу летючість.
Вивчення структури природних стробілуринів дало змогу створити новий клас синтетичних фунгіцидів, які є біологічно активними аналогами природних речовин, що володіють високою стійкістю і фунгіцидною активністю, а також мають новий механізм дії, пов’язаний із порушенням електронного транспорту в комплексі III мітохондріальної мембрани, що призводить до пригнічення клітинного дихання. Комплекс III (убіхінон – цитохром с-оксидоредуктаза) – проміжна ланка в ланцюзі дихальних ферментів бактерій і мітохондрій еукаріотів. Він каталізує перенесення електронів від убіхінону до цитохрому С. Стробілурини високоактивні проти широкого спектра грибів, які належать до аско-, базидіо-, дейтеро- та ооміцетів. Відомі фунгіциди (крім алюмінію фосетилу) ефективні проти збудників борошнистої або несправжньої борошнистої роси, а стробілурини – проти різних патогенів. Азоксистробін – аналог природних метаболітів грибів Strobilurins, Oudemansins.
ІНСЕКТИЦИДНІ БАКТЕРІАЛЬНІ ПРЕПАРАТИ
У біологічному захисті рослин використовують інсектицидні бактеріальні препарати і бактеріальні препарати фунгіцидної та бактерицидної дії. На сьогодні промисловим шляхом випускають інсектицидні бактеріальні препарати фактично лише на основі різних варіантів кристалоутворювальної бактерії Bacillus thuringiensіs. Зараз відомо понад 30 варіантів, або серотипів цієї бактерії. Ця бактерія широко використовуюється для виробництва біопрепаратів.
Паличкоподібна бактерія Bacillus thuringiensіs (скорочено Bt) отримала таку назву, оскільки в 1911 році була виділена з борошняної молі, яку виявили на млині в Тюрінгії. Це ґрунтова бактерія, що 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 смертельні для личинок комах багатьох жуків, метеликів і двокрилих (комарів і мух). Після поїдання личинками токсин вивільняється в їх кишечник і починає свою смертельну дію. Однак для рослин і хребетних, таких як люди, бактерія неефективна і повністю біологічно розкладається.
Бактерія Bacillus thuringiensіs використовується для біологічної боротьби зі шкідниками в сільському та лісовому господарстві, а також для боротьби з комахами-переносниками хвороб. Бактерія Bacillus thuringiensіs, яка активується лише всередині кишечника певних фітофагів, після потрапляння 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 довкілля, оскільки не виділяє ніяких шкідливих або отруйних залишків. Завдяки цій унікальності вона здійснює цілеспрямовану і абсолютно вибіркову дію, не впливаючи на бджіл та інших корисних комах (запилювачів, хижаків).
Важливо знати, що бактерія Bacillus thuringiensіs діє тільки на личинок. Тому препарат слід використовувати лише для ювенільних форм шкідливих комах, оскільки він не здатний впливати на їх дорослу форму. У зв’язку з цим моніторинг є фундаментальним процесом при застосуванні препарату, який відбувається шляхом перевірки цілісності листя (яке може бути пошкоджене через проковтування личинкою) та нижньої частини (можлива наявність яєць). Спостереження також можна проводити за допомогою спеціальних пасток. Препаратом на основі Bacillus thuringiensis у вигляді рідини необхідно на ранніх стадіях розвитку личинок обприскувати надземну частину рослин, стежачи за тим, щоб повністю та рівномірно змочити всю рослинність.
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 кишечнику живителя спори проростають і утворюють вегетативні бактеріальні клітини, які проникають у порожнину тіла, розмножуються та руйнують тканини. Спори термостійкі, витримують температуру до 100°С протягом кількох годин, але 5% розчин формальдегіду інактивує спори і токсини за 5 хв.
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 при 120°С протягом 15 хв. Продукується бета-екзотоксин штамами деяких серотипів, які різняться рядом властивостей, зокрема, чутливістю до антибіотиків, вмістом токсину та ін. У дуже малих дозах викликає загибель личинок комах з рядів лускокрилих, двокрилих, жуків і прямокрилих. Вважається, що токсин може порушувати гормональні процеси, які регулюють метаморфоз та линяння.
Гамма-екзотоксин вивчено недостатньо. Існує думка, що він стновть собою фермент або групу ферментів, які належать до фосфоліпаз.
Дельта-ендотоксин міститься в кристалічному параспоральному тілі. Кристали утворюються в бактеріальній клітині під час 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 при pH понад 9. Заражені комахи перестають живитися внаслідок паралічу кишечника, 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 між собою за формою й інсектицидним ефектом. Один з 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 та інших безхребетних.
У різних країнах налічують десятки препаратів на основі Bacillus thuringiensіs, які 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, у плодово-ягідних насадженнях та інших культурах, останнім часом створено препарати, як-от Децимід, Новодор, Колорадо, активні проти личинок твердокрилих, у тому числі колорадського жука. Розроблення таких препаратів стало можливим після виділення нового підвиду Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis, що продукує кристалічний ендотоксин зі специфічною інсектицидною активністю.
Читати по темі: Екотоксикологічна оцінка застосування засобів захисту рослин
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 більш ефективний 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 та плодючості комах. Препарат малотоксичний для людини і теплокровних тварин, безпечний для ентомофагів і 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 рекомендовані 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 й проти кліщів. Рекомендують до застосування проти комплексу шкідників на зернових культурах шляхом 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.
ГРИБНІ ІНСЕКТИЦИДНІ ПРЕПАРАТИ
Із грибів у біолабораторіях виготовляють низку грибних препаратів і для захисту рослин від шкідників – Боверин, Метаризин, Пециломін, Коніотиріум, Ашерсонію, Вертицилін, Ентомофторин тощо, і проти фітопатогенів – Ампеломіцин, Триходермін та ін.
Препарат Боверин виготовляють на основі ентомопатогенного гриба Beauveria bassiana, який викликає у багатьох видів комах хворобу – білу мюскардину. Боверин діє на комах контактно та перорально (через ротовий отвір). Рекомендовано до застосування способом обприскування рослин: на картоплі, помідорах, баклажанах проти колорадського жука – 2–3 кг/га; на огірках і помідорах у закритому ґрунті проти тепличної білокрилки, тютюнового трипса – 4–8 кг/га.
Мікробіологічний препарат Метаризин (Ентоцид) на основі гриба Metarhizium anisopliae Sorokin призначений проти шкідників, які живуть у ґрунті (дротяники, несправжні дротяники, личинки хрущів, колорадський жук тощо), а також різних видів трипсів, зокрема, західного квіткового (Frankliniella occidentalis) і пасльонового мінера (Liriomyza bryoniae). Усередині тіла комах розмноження гриба відбувається за допомогою конідій, які в діаметрі сягають до 16 мкм. Проти ґрунтових шкідників препарат вносять у ґрунт навесні або восени шляхом поливу чи обприскування 5% суспензією.
Активною основою препарату АгроМар mtz (Метаризин) є ентомопатогенний гриб Metarhizium anisopliae, який проростаює в порожнину тіла комах-шкідників і, виділяючи токсини, викликає їх загибель. Препарат рекомендовано для захисту рослин від ґрунтових шкідників (личинок хрущів, вовчка, дротяників, совок, колорадського жука тощо). АгроМар mtz вносять у ґрунт способом обприскування, з поливною водою, у комплексі з добривами. Норма витрати – 5 л/га. Застосування препарату дає змогу різко зменшити, а часто повністю відмовитись від використання хімічних препаратів. Ефект після застосування триває кілька років.
Комбінований інсектицидний препарат Метавайт-Плюс створено на основі ентомопатогенних грибів Metarhizium anisopliae та Beauveria bassiana, міцелій яких здатний проникати через шкірні покриви грунтових шкідників, уражуючи жирову тканину та кишковий тракт, де вони розкладають хітин і утворюють ватний наріст міцелію на тілі шкідників, викликаючи порушення усіх функцій організму. Завдяки вмісту у своєму складі спор, ендо- та екзотоксинів, які продукує бактерія Bacillus thurіngіensіs, препарат викликає порушення функції кишечнику, параліч нервової системи, м’язової тканини та органів дихання. Рекомендований для захисту рослин від ґрунтових шкідників, а саме: імаго та личинок травневого хруща, оленки волохатої, вовчка звичайного, личинок коваликів, гусениць совок тощо. Застосовують препарат шляхом внесення в ґрунт (основний обробіток ґрунту, культивація, перед боронуванням) або внесення в рядок (фертигація), яке проводять аплікатором під час сівби чи через систему краплинного зрошення в період вегетації рослин.
Препарат Вертицилін на основі гриба Verticillium (Cephalosporium) lecanii (Zimm) Viegas уражує тепличну білокрилку, деякі види попелиць і трипсів. Зараз на його основі виробляють препарат Вертицилін зерновий. На основі спеціальних штамів гриба Verticilliutn lecanii виготовляють препарати Мікотал – проти оранжерейної білокрилки і Верталек – для регулювання чисельності попелиць у теплицях.
Препарат Ашерсонія на основі інтродукованого із тропічних лісів гриба Aschersonia placenta Berk. et Br. уражує личинок білокрилок (цитрусової і тепличної) II і ІІІ віків. Гриб заповнює тіло личинок щільною масою міцелію. Застосовують шляхом обприскування рослин спорово-міцеліальною суспензією з титром не менше ніж 5х107 спор/мл.
Комплексний біологічний препарат Агріінсекта розроблено на основі ентомопатогенних мікроміцетів і бактерій: гриби – Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae; бактерії – Bacillus thuringiensis, Streptomyces avermitilis. Цей ефективний біоінсектицид із контактною, шлунковою та системною дією дає змогу контролювати широкий спектр шкідників. Рекомендовано для застосування на всіх сільськогосподарських культурах способом передпосівної обробки насіння з нормою витрати 0,5–3,0 л/т та обприскування рослин – 0,5–3,0 л/га. Він безпечний для ентомофагів і бджіл.
Біопрепарат Актофіт (Актоверм) – препарат четвертого покоління, активною основою якого є комплекс природних авермектинів (аверсектинів) груп B1 і B2, що продукуються корисним ґрунтовим грибком Streptomyces avermitilis. Це сильні специфічні нейротоксини, які, проникаючи в організм комах кишковим або контактним шляхом, безповоротно вражають їх нервову систему. Унаслідок цього настає параліч і комахи гинуть. Має потужну овіцидну дію. Спектр пестицидної дії – інсектоакарицид кишково-контактної дії. Рекомендовано до застосування проти колорадського жука, попелиць, трипсів, біланів, совок, плодожерок, молей, листовійок, кліщів тощо на всіх культурах відкритого грунту з нормою витрати 1–2 л/га. Препарат токсичний для личинок та імаго. Проникаючи в організм шкідника, діє на нервову систему, викликаючи його параліч, через 1–3 дні шкідник гине. Тривалість захисної дії – 14 діб. Здатність авермектинів швидко розкладатися в навколишньому середовищі перешкоджає їх накопиченню в насінні, плодах, овочах і ґрунті. Тому препарат застосовують на овочевих і плодово-ягідних культурах за 48 год до збирання врожаю.
БІОПРЕПАРАТИ КОМПЛЕКСНОЇ ДІЇ (БІОІНСЕКТОФУНГІЦИДИ)
Біоінсектофунгіцидами комплексної дії є такі препарати: Фітопсин, Гаупсин, Біоксін, Спектрал Дуо.
Комплексний мікробіологічний біопрепарат Фітопсин, що містить у своєму складі 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.
Норма 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 Гаупсин, 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 Гаупсин 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, агроном, д-р біол. наук, Інститут харчової біотехнології та геноміки
Опубліковано в журналі “Агроном”, 2024
