Введение к работе
Актуальность проблемы
В современных концепциях развития агропромышленного комплекса )льшее внимание уделяется созданию и применению биопрепаратов на ос-эве микроорганизмов в качестве альтернатив химических пестицидов. ХХ-е 'олетие характеризуется беспрецедентным в истории человечества масшта-)м сознательной интродукции в природу (и в частности, в агробиоценозы) нкроорганизмов с инсектицидными, ларвицидными, акарицидными, роден-щидными и фунгицидными, а также почвоудобрительными и ростстимули-дощими свойствами
Вместе с тем, на фоне значительных масштабов потерь сельскохозяйст-шной продукции, связанных с деятельностью вредных организмов, объемы ассортимент применяемых биопрепаратов пока недостаточны. Применение нкроорганизмов значительно отстает от отчетливо выраженной социальной этребности в экологически безопасных средствах регуляции численности эедных объектов. Нет сомнений, что на основе биопрепаратов реально осу-[ествление эффективного, селективного, экологического, экономически вы-адного и технологичного управления численностью и вредоносностью гасных вредителей сельскохозяйственных растений и животных, перенос-жов трансмиссивных инфекций, возбудителей болезней растений. Это было энстатировано Съездом по защите растений (Санкт-Петербург, 1995 г.)
Общепризнано, что одним из наиболее перспективных и широко ис-эльзуемых в качестве основы биопрепаратов, среди микроорганизмов явля-гся Bacillus thuringiensis. На ее основе уже разработано немало отечествен-ых и зарубежных препаратов: энтобактерин, битоксибациллин, дендроба-иллин, лепидоцид, гомелин, дипел, бактоспеин и др., которые в своей соборности составляют подавляющее большинство биопрепаратов, используе-ых в сфере защиты растений.
Многочисленные разновидности и штаммы ВТ, характеризующиеся от-ігчиями в физиолого-биохимических и патогенных свойствах, а главное, в к спектре действия, уже стали основой для разработки экологически безо-асных и селективных МСЗР. Однако, существуют значительные резервы спользования ценных свойств ВТ. Открытие разновидностей Bacillus mringiensis с действием на двукрылых, а затем и на жесткокрылых опас-ейших вредителей заставило пересмотреть прежние воззрения на ВТ как на атогена с действием преимущественно на чешуекрылых насекомых. С отбытием новых разновидностей ВТ была выдвинута категория "патотип", в эторой ранее не было необходимости. Эффективное использование новых азновидностей ВТ возможно только на основе глубокого изучения их зойств и особенностей экологии вредителей во взаимоотношении с защи-іаемой сельскохозяйственной культурой. В работе большое внимание уде-гно применению ВТ в защите важнейших сельскохозяйственных культур: артофеля, капусты и др. крестоцветных, земляники от таких опасных объек-эв, как колорадский жук, крестоцветные блошки, восточный горчичный
листоед, землянично-малинный долгоносик и другие массовые вредители,
также от кровососущих комаров в качестве переносчиков опасных трансмік
сивных заболеваний (таких как малярия) и вредителей сельскохозяйственны
животных.
Важным аспектом настоящей работы является изучение вопроса о ш лифункциональном, комплексном действии ВТ. Ее действие на вредных нг секомых, связанное с эффектом спор и энтомоцидных токсинов, характериз] ется сочетанием энтомоцидного, репеллентно-антифидантого и метатоксичї ского эффектов. Различным группам вредных насекомых свойственны сво типы взаимоотношений с ВТ, что необходимо учитывать при разработке зг щитных мероприятий для конкретных сельскохозяйственных культур с учі том их вредных объектов. Новым являются полученные в настоящей работ данные об антагонистической активности ВТ в отношении ряда фитопатс генных грибов. Тем самым, эта бактерия становится в ряд других представ! телей рода Bacillus (таких как Вас. subtilis), а также p. Pseudomonas и други бактерий, с действием на фитопатогенные грибы. Очевидно, что это полезно
СВОЙСТВО Bacillus thuringiensiS Имеет ТеХНОЛОГИЧеСКуЮ ПерСПеКТИВу, ПОСКОЛ1
ку хорошо разработаны методы ее селекции и промышленного производсп биопрепаратов на ее основе.
Большое внимание уделено технологии экологически ориентирование го производства и применения в региональном малотоннажном режиме. Эт особенно важно в условиях спада промышленного производства пестициде в настоящее время. (Кандыбин, Смирнов, 1997; Ткачева, 1999; Твердюкої 1999). Коллегией Минсельхозпрода РФ 28.06.1994 г. принято постановлени о мерах по раширению производства и применения биологических средст защиты растений. Для его реализации и для удовлетворения настоятельно народнохозяйственной и социальной потребности в биопрепаратах в рамка настоящей работы осуществлены исследования по разработке региональны малотоннажных технологий по производству и применению биопрепарате Bacillus thuringiensis Ню и Ни.
Совокупность результатов настоящей работы направлена на увеличена удельного веса и эффективности использования МСЗР на основе углубление го изучения и внедрения перспективных разновидностей ВТ.
Цель и зада чи исследований
Целью работы является изучение представителей новых патотипо Bacillus thuringiensis (ВТ Н]0 и ВТ Н14) с целью совершенствования приемо эффективного и рационального применения в качестве экологически безе пасных средств борьбы с вредными объектами.
Задачами работы являлись:
-
Выделение, изучение и селекция штаммов Bacillus thuringiensis Ню и Hi перспективных в качестве основы биопрепаратов.
-
Изучение изменчивости ВТ Ню и ВТ HUi определение физиологическог статуса диссоциантов и популяционного состава штаммов-продуцентс бактокулицида и бацикола.
Изучение безопасности ВТ Н10 и ВТ Ht4 в отношении теплокровных животных.
Определение спектра действия ВТ Н10 и ВТ Нм и соответствующих био- __.. препаратов на вредных и полезных насекомых, а также на фитопатоген-ные грибы.
Изучение эффективности бактокулицида против различных видов кровососущих комаров в различных типах водоемов с целью совершенствования технологии применения этого препарата в качестве экологически безопасного микробного ларвицида.
Изучение эффективности бацикола в качестве средства борьбы с опасными массовыми вредителями - жесткокрылыми на важнейших сельскохозяйственных культурах: картофеле, капусте, горчице, землянике. Разработка технологии применения бацикола на конкретных культурах (см. п.6.) с учетом экологических особенностей вредителей: колорадского жука, крестоцветных блошек, восточного горчичного листоеда, земля-нично-малинного долгоносика.
Разработка и практическая апробация технологии получения и применения жидкой формы бацикола в региональном малотоннажном режиме. Изучение антагонистического действия бацикола на фитопатогенные грибы и путей практического использования этого препарата.
Фактический материал
Научно-исследовательские работы проводились во Всероссийском на-шо-исследовательском институте сельскохозяйственной микробиологии ^анкт-Петербург-Пушкин) на базе лаборатории микробиологии и патологии іьізунов и насекомых в русле научной школы и под руководством д.б.н. юфессора Н.В.Кандыбина.
Работа осуществлялась в рамках государственных программ ОНШ 51.05, отраслевых программ ВАСХНИЛ и РАСХН; международной про->аммы КП НТП СЭВ; международного проекта «Биозащита», проектов эеспестицидные технологии», «Микробиологические препараты в экологи-:ском сельском хозяйстве», «Микробиологические препараты для защиты и ггания растений» подпрограммы ГНТП «Перспективные процессы произ->дства сельскохозяйственной продукции»; по программам, координируе-ым Восточнопалеарктической секцией Международной организации по юлогической борьбе с вредными животными и растениями (ВПРС МОББ).
В основу работы положены результаты исследований, проводившихся ши на протяжении 20 лет (1980-2000 г.г.) по поиску и изучению свойств таммов из различных разновидностей Bacillus thuringiensis и по экологиче-мм основам их применения. В работу включены материалы, лично полу-гнные нами, при нашем прямом участии, либо под нашим руководством.
При обобщении материала включены данные, выполненные и опубли-)ванные совместно с сотрудниками ВНИИ сельскохозяйственной микро-юлогии: д.б.н. Н.В.Кандыбиным, к.б.н. Н.М.Барбашовой, к.б.н. .П.Ермоловой, к.б.н. С.Д. Гришечкиной; Киевского Государственного Уни-;рситета: к.б.н. О.В.Викторовым-Набоковым и Н.Д.Михновской; ВНИИ ;зинфекции и стерилизации (Москва) д.м.н., профессором В.П.Дремовой.
Отдельные фрагменты работы выполнены в рамках совместных иссле-званий при участии: сотрудников ВИЗР А.Г.Коваля, к.б.н. ЛЛ.Красавиной, б.н. В.А.Выцкого; Ленинградской областной СТАЗР СА.Доброхотова;
ВНИИГИНТОКС к.м.н. В.И.Мурзы; НПО «Горное» (Сев. Осетия-Аланш к.б.н. Р.В.Пухаева; СПб Государственного аграрного университет Н.Б.Бородавко и к.б.н. Т.В.Долженко; сотрудника института эпидемиологи Карлова Университета (Прага) Ф. Реттиха. Всем перечисленным лицам авто выражает глубокую признательность.
Научная новизна
Получены оригинальные данные по свойствам и изменчивости штаммо Bacillus thuringiensis Н10 и Ни, Установлен спектр действия штамма продуцента бацикола и препарата в отношении вредных и полезных насеке мых.
Получены результаты по экологическим основам применения бацикол для защиты картофеля, капусты, горчицы, земляники. Установлены услови наиболее эффективного применения бацикола против таких опасных массе вых вредителей, как колорадский жук, крестоцветные блошки, восточны горчичный листоед, землянично-малинный долгоносик, Все это - оригиналь ные, впервые полученные данные.
Установлена безопасность для теплокровных животных штаммов ВТ 109 Нш - продуцента бацикола и препарата и штаммов ВТ Ни и препарат бактокулицид на его основе.
Получены результаты по эффективности селекции шт. ВТ-109 Н)0 и п производству и оценке жидкой формы бацикола
Впервые установлено антагонистическое действие бацикола на некотс рые фитопатогенные грибы - возбудителей опасных болезней растений.
Установлены особенности действия и действующие начала бацикола н вредных насекомых и фитопатогенные грибы.
Получены результаты по эффективности бацикола и бактокулицида широком диапазоне природных и хозяйственных условий различных реги< нов, отличающихся набором биотических и абиотических характерне биотопов.
На основании совокупности результатов об инсектицидном, репеллені но-антифидантном действии бацикола на вредных насекомых и его антагот стическом эффекте в отношении фитопатогенных грибов, сформулирован положение о полифункциональном эффекте Bacillus thuringiensis и целесооС разности создания биопрепаратов комплексного действия на ее основе.
Практическая ценность и реализация результатов исследований
Материалы настоящих исследований были использованы:
при подготовке приказа Минздрава СССР № 1367 от 05.12.1984г., разре шающего применение бактокулицида в качестве средства борьбы с m чинками кровососущих комаров;
при составлении технических условий на бацикол и бактокулицид;
при разработке сертификата качества на бактокулицид;
при составлении методических указаний и инструкций по испытанию применению бацикола и бактокулицида;
в материалах авторского свидетельства № 1135024 «Штамм Bacilli thuringiensis (Hi4) №71 и способ получения ларвицидного препарата и его основе» (15 сентября 1984 г.).
в материалах по беспестицидной технологии защиты капусты, одобреї ных Комиссией по микробиологическим средствам защиты растений прі
СХНИЛ и РАСХН.
Полученные нами данные по безопасности бактокулицида и бацикола и штаммов-продуцентов были использованы при наработке партий препара-; на Бердском заводе биопрепаратов.
Данные по эффективности бактокулицида реализованы Пушкинской С Ленинградской обл. при проведении мероприятий по деларвации водо-)в. Результаты по эффективности бацикола практически апробированы в говиях полевых и производственных опытов в защите капусты (АО «Шуры» Ленинградской обл.); горчицы (НПО «Группа «Сарепта» Волгоград-)й обл.); картофеля (НПО «Горное», Северная Осетия-Алания; хозяйство . Ильича Бахчисарайского р-на Крымской обл.).
Результаты работы позволили выдвинуть рекомендации по получению и тменению перспективных биопрепаратов бактокулицида и бацикола, эф-ктивных в отношении опасных массовых групп вредных насекомых (кро-:осущих комаров и жесткокрылых вредителей - фитофагов соответствен-I. Разработаны экологически ориентированные технологии применения к препаратов с учетом особенностей соответствующих вредителей.
Отселектированы перспективные эффективные и технологичные штам-i-продуценты бацикола и бактокулицида. Штамм-продуцент ВТ-109 Ню тешно апробирован в региональных производствах бацикола в экспери-нтальном режиме (Краснодарская экспериментальная биофабрика, Став-лольская биолаборатория). Штамм-продуцент бактокулицида внедрен на эдском заводе биопрепаратов.
Апробация работы
Материалы по теме диссертации докладывались: на республиканской учной конференции «Патология членистоногих и биологические средства рьбы с вредными организмами» (Канев, 1982); на Всесоюзных конферен-ях: «Пути совершенствования микробиологической борьбы с вредными :екомыми и болезнями растений» (Велегож, 1986), «Проблемы создания и именения микробиологических средств защиты растений (Велегож, 1989);
международных конференциях: "Biothechnology St.Petersburg'94" (Санкг-тербург, 1994), «Производство и применение биологических средств защи-
растений от вредителей и болезней» (Одесса, 1994), «Защита овоще-клевых культур и картофеля от болезней и вредителей (Селекция на имму-тет, химические, биологические и агротехнические методы)» (Тирасполь, 96); на Всероссийском научно-производственном совещании «Экологиче-л безопасные и беспестицидные технологии получения растениеводческой одукции» Краснодар, 1994); на Всероссийском съезде по защите растений анкт-Петербург, 1995); на съезде Русского энтомологического общества анкт-Петербург, 1997), на научных симпозиумах Международной органи-дии по биологической борьбе (Познань, 1987; Ходмезевашерхей, 1989), на мпозиуме «Overproduction of Microbial Products» (Ческе-Будейовице, 1988), симпозиуме «Biopesticides, Theory and Practice» (ЧССР, 1989), на І болга--советском симпозиуме с международным участием по микробиальным стицидам (Пловдив, 1988), на II симпозиуме стран-членов СЭВ по микроб-гм пестицидам (Протвино, 1990), на 5-й Европейской конференции microbial control of Pests» (Познань. 1995); на научных конференциях «Со-эяние и развитие сельскохозяйственной биотехнологии» (Москва, 1986),
«Интродукция микроорганизмов в окружающую среду» (Москва, 1994), «3 щита плодоовощных культур от болезней, вредителей и сорняков при интеї сивной технологии возделывания» (Вильнюс, 1988), «Современные достижс ния биотехнологии» (I конференция Северо-Кавказского региона, Ставрс поль, 1995), "Эколого-экономические основы усовершенствования интегрі рованных систем защиты растений" (посвещенном 25-летию Бел. НИИЗІ Минск, 1996), "Актуальные проблемы биологической защиты растений" (Нг учно-практическая конференция, посвященная 100-летию со дня рождени основоположника работ по биологическому методу защиты растений в Беларуси Т.Т.Безденко, Минск, 1998), Ленинградская модель развития АПК теория, практика, проблемы" (Санкт-Петербург, 1997); на рабочем совещг нии по проблемам промышленной микробиологии (Москва, 1998), на науч ных конференциях Санкт-Петербургского Государственного Аграрного Унї верситета (1994, 1999, 2000); на межведомственной комиссии по микробио логическим средствам защиты растений при РАСХН (Симферополь, 199С Киев, 1991; Санкт-Петербург, 1993; Краснодар, 1997; Раменское, 1999); н Комиссии по регламентации применения дезсредств при Минздраве ССС1 (Москва, 1981, 1982, 1983, 1984); на Ученом Совете ВНИИ сельскохозяйст венной микробиологии
Публикации
По материалам диссертации опубликованы 82 работы.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Для решения приоритетной задачи преодоления дефицита по объему ) ассортименту биопрепаратов, необходимо интенсифицировать поиск і изучение перспективных микроорганизмов, новых их разновидностей качестве основы альтернативных средств защиты сельскохозяйственны: растений и животных от вредных организмов.
-
В настоящей работе осуществлено изучение и разработка примененв новых разновидностей ВТ, позволивших расширить область ее практиче ского использования. Уникальность ее биологических особенностей безопасность для теплокровных животных, технологичность в произвол стве и разнообразие свойств ее разновидностей (что обеспечивает селек тивность действия соответствующих препаратов) обуславливают пер спективность данного направления исследований.
3. Особое внимание в настоящей работе уделено двум блокам ключевы;
проблем. Первый связан с изучением штаммов-продуцентов, их измен
чивости; физиолого-биохимических и патогенных свойств диссоциантов
Это позволяет разрабатывать селекционные критерии и оптимизироваті
технологию производства соответствующего препарата. Осуществлен»
изучение свойств штаммов Bacillus thuringiensis ВТ Н!0 и ВТ Нм со спе
цифическим действием соответственно на жесткокрылых насекомых
фитофагов и кровососущих комаров, послужившее созданию биопрепа
ратов бацикола и бактокулицида.
Второй блок проблем посвящен изучению взаимоотношений энтомо патогенов и вредителей в конкретной агроэкосистеме. Это оптимизирус использование биопрепаратов. Так, с учетом экологических особенно стей опасных массовых вредителей: колорадского жука, крестоцветныз блошек, восточного горчичного листоеда, землянично-малинного дол
гоносика и др. разработаны технологии и регламенты практического применения бацикола в истребительной или профилактической моделях
защитных мероприятий - -
L Рассмотрена результативность применения бактокулнцдца в водоемах, обусловленная не только эффективностью штамма-продуцента, но и комплексом биотических и абиотических факторов. С учетом результатов изучения этих факторов (видового состава, возрастной структуры популяций, характера водоема, температуры, степени загрязненности воды и др.) выдвинуты рекомендации по экологически обусловленной технологии применения. >. Представлены сравнительные данные по характеру действия бактокули-цида и бацикола. Уникальная особенность ВТ - сочетание спор и энто-моцидных токсинов, обусловливающих энтомоцидпый, репеллентно-антифидантный и метатоксический эффекты у вредных насекомых. Однако, по проявлению этих эффектов и по спектру действия на вредителей различные разновидности ВТ значительно отличаются. Бактокулицид (ВТ Ни) является биопрепаратом по преимуществу энтомотоксического действия. Его применение вызывает гибель личинок кровососущих комаров через 24-72 часа после обработки, что обусловлено действием эндотоксина. Бацикол (ВТ Ню) - это препарат преимущественно энтомопа-тогенного, а также репеллентно-антифидантного действия, подобно его ближайшему аналогу битоксибациллину. 5. В решении экологических проблем АПК важную и все возрастающую роль призвано играть региональное малотоннажное производство и применение биопрепаратов, что требует разработки специальных технологий. В настоящей работе этому вопросу уделено значительное внимание. Разработаны технологии получения и применения жидкой формы бацикола и успешно осуществлена их практическая апробация. 7. Впервые в практике применения ВТ установлено антагонистическое действие бацикола на фитопатогенные грибы-возбудители серой гнили, гельминтоспориозов и фузариозного увядания различных сельскохозяйственных культур. Это явление в сочетании с энтомоцидным и репел-лентно-антифидантным действием бацикола на насекомых позволяет рассматривать этот препарат в качестве биопрепарата комплексного действия. В несколько меньшей степени отмечено антагонистическое действие на фитопатогенные грибы других препаратов ВТ - битоксибацилли-на и бактокулицида. Очевидно, что скрининг и селекция штаммов ВТ в этом направлении будет иметь технологическую перспективу и приведет к созданию микробных средств с полифункциональным эффектом. Это дополнительно расширит сферу применения и возможности микробиологического метода в интересах гигиены агроландшафтов и охраны здоровья людей.
Структура рабо ты
Диссертация изложена на 519 страницах машинописного текста; иллюстрирована 113 таблицами и б рисунками; состоит из введения, 6-ти глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и приложений. Библиография включает 1068 источников, из них 449 на иностранных языках.
