Экологические основы интегрированной защиты растений: учебник

Современные биопрепараты, состоящие из живых культур, синтетических аналогов природных веществ и экстрактов метаболитов биологических агентов, имеют преимущественно бактериальное, грибное и вирусное происхождение. Сущностью микробиометода (в отличие от применения традиционных пестицидов) должно стать создание эпизоотий, приводящих к гибели значительной части вредителей, а не стремление к полному уничтожение их популяций.

Мировой фонд биопрепаратов насчитывает примерно 500 наименований, которые применяются в большей степени против вредных насекомых леса, затем идут в нисходящем порядке фитофаги и фитопатогены овощных культур, особенно в защищенном грунте, плодовых и цветочных культур, хлопчатника, зерновых культур. Они составляют в мире примерно 2 % от общего объема пестицидов.

Наиболее часто биопрепараты применяют против чешуекрылых и возбудителей корневых гнилей сельскохозяйственных культур, затем в нисходящем порядке располагаются тли, белокрылки, клещи, жуки, саранчовые, пилильщики, возбудители антракноза, альтернариоза, мучнистой росы. Тем самым биопрепараты используются для снижения численности фитофагов – представителей экологической группы наземно-воздушных вредных организмов, а против фитопатогенов – представителей почвенных, или корне- клубневых, вредных организмов.

На заре развития биометода Н.И. Мечников исключительное значение придавал эпизоотическому направлению в развитии биометода. Это связано с тем, что биопрепараты очень часто создаются на основе живых организмов, например, Bacillus thuringiensis, Psendomanas fluorescens, Trichoderma viride и тем самым способны обусловливать развитие эпизоотического процесса. Кроме того, применение биологических препаратов через нарушение трофических связей и функций (отвращение к пище, нарушение деятельности пищеварительных ферментов и др.), а также в результате прямого воздействия подавляет воспроизводительную способность фитофагов и фитопатогенов, их выживаемость. Следовательно, биопрепараты способны подавлять тактики Р, В, Т вредных организмов. По мнению Н.В. Кандыбина, биометод должен использоваться, главным образом, для подавления размножения вредных организмов и в меньшей мере – для прямого одноразового истребления, которое преобладает на современном этапе. Отражением этого положения является тот факт, что биопрепараты в отдельных руководствах именуются «биопестицидами» и включены в «Каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации». При характеристике биологической эффективности биопрепаратов приведено их летальное воздействие на фитофагов на 7–15-й день после их применения подобно оценке биологической эффективности химических пестицидов. Для усиления летального воздействия биопрепаратов к ним добавляются инсектициды. Механизм действия смесей объясняется тем, что инсектициды ослабляют физиологическое состояние насекомых и тем самым обуславливают повышенную активность биопрепаратов. Например, пиретроиды в норме расхода 10 % от рекомендованной, чаще добавляют к грибным препаратам, изготовленным на основе мюскардины, боверии, повышая их биологическую эффективность на 20–30 %.

Обобщая имеющуюся в литературе информацию, можно сформулировать к биологическим препаратам следующие требования:

высокая биологическая эффективность. Организм, предназначенный для биометода, должен эффективно снижать численность фитофагов и фитопатогенов в короткие сроки, особенно на быстрорастущих однолетних культурах. На многолетних насаждениях биопрепарат должен подавлять насекомых до того, как поврежденное растение снизит энергию роста;

специфичность или селективность действия. Идеальный агент биологической борьбы (бактерии, грибы, вирусы) не должен быть опасным для других каких-либо жизненных форм. Он должен быть высокоселективным, т.е. поражать только один вид или группу видов, занимающих сходные экологические ниши. На этом свойстве биопрепаратов настаивают правительственные органы ряда стран;

безопасность для человека и полезных представителей флоры и фауны. Некоторые биопрепараты (особенно при длительном контакте с ними в процессе их наработки) могут вызывать у человека желудочно-кишечные расстройства, дисбактериологические нарушения нормальной микрофлоры, изменение иммунологической реакции организма, аллергию. Учитывая эти и другие негативные последствия, с 1994 г. в Российской Федерации приняты правила техники безопасности при производстве биологических средств зашиты растений на биофабриках и в биолабораториях, а также при их применении;

длительность сохранения активных свойств. В жизненном цикле микроорганизмов, отобранных для производства биопрепаратов, должны быть покоящиеся стадии, позволяющие их хранить как минимум в течение месяца, лучше – нескольких лет без потери жизнеспособности и вирулентости;

технологичность при применении современной техникой, (вязкость рабочих растворов, смачиваемость, прилипаемость и др.).

В практике защиты растений во всем мире наиболее широко применяются препараты (свыше 90 %), изготовленные на основе бактерий Bacillus thuringiensis (Bt), имеющих свыше 22 серотипов, продуцирующих различные энтомотоксины. Препараты на основе Bt относятся к пестицидам кишечного действия. Типичными последствиями их воздействия на насекомых являются паралич кишечника, прекращение питания, общий паралич и гибель насекомого. Bt эффективен против 400 видов насекомых, особенно листогрызущих. Препараты на его основе способны образовывать споры, кристаллы и токсические вещества в процессе роста культуры.

Методами генной и клеточной инженерии установлено, что гены, контролирующие синтез кристаллических энтомоцидных белков Bt, локализованы на нескольких плазмидах значительной молекулярной массы. Эти гены Bt были встроены в геном Escherichia coli и Bacillus subtilis. В геном растений табака введен ген, кодирующий синтез Bt-токсина, эффективного против чешуекрылых фитофагов. В результате содержащие энтомотоксин ТР в процессе вегетации становятся устойчивыми к фитофагам: последние либо отказываются от пищи, либо поедая листья, гусеницы погибают, не причинив растению существенного вреда. При этом устойчивость к вредителям передается через семена последующим поколениям ТР. Итак, ТР или генно-модифицированные растения – это растения-реципиенты, у которых наследственные свойства изменены путем прямого переноса в их геном из организма-реципиента гена (или трансгенной вставки), определяющего нужный признак.

Под трансгенными растениями, как мы уже отмечали (раздел «Возделывание устойчивых сортов»), понимают растения, у которых наследственные свойства изменены путем прямого переноса генов другого организма, определяющих тот или иной признак.

Объединение и клонирование белков из различных энтомопатогенных штаммов позволяет получать рекомбинантные микробные штаммы с расширенным спектром активности. Компания «Микоген» выпускает на рынок препарат на основе токсина Bt, синтезируемого генно-модифицированной бактерией Pseudomonas fluorescens. Препарат может применяться для защиты картофеля, баклажанов, томатов от колорадского жука. Стоимость препарата сопоставима с химическими пестицидами, а биологическая эффективность на 7-й день после применения составляет свыше 90 %. В то же время американские исследователи считают, что генно-инженерные микробные препараты нуждаются во всестороннем изучении. Их отрицательные последействия могут проявиться в том, что генно-инженерные микроорганизмы в открытых экосистемах могут, передавая генетическую информацию другим видам микроорганизмов, стать причиной серьезных экологических нарушений.

Бактериальные препараты против возбудителей болезней созданы на основе штаммов Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens и др. Они эффективны против почвенных и листостеблевых инфекций: корневых гнилей, белой гнили, ризоктониза, мучнистой росы, сосудистого, слизистого и других бактериозов. Применяются на зерновых культурах, картофеле, огурцах, капусте, плодовых культурах (см. «Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации»).

Для изготовления грибных препаратов используются штаммы Beauveria bassiana (боверин), Verticillium lecanii (вертициллин), Trichoderma asperellum, T. viride, Т. harzianum (триходермин) и др.

В отличие от бактерий, грибы непосредственно проникают в тело насекомого через кутикулу. Прорастая на кутикуле, конидии (споры) образуют токсины, попадающие в тело насекомого. Грибы рода Trichoderma выделяют несколько антибиотиков антигрибного и антибактериального действия: виридин, глиотоксин, триходермин и др., а также ряд летучих антибиотиков широкого спектра действия. Грибы этого рода непосредственно паразитируют на мицелии различных грибов в почве и на растительных остатках, формируя мицелий двух типов: тонкие гифы для проникновения внутрь клеток фитопатогенов или высших (агариковых) грибов и более толстые гифы, обладающие поверхностным ростом на теле «жертвы». Тем самым достигается быстрая колонизация «жертвы», облегчаемая токсическим действием антибиотиков.

Вирусные препараты относятся к числу самых безопасных для человека и окружающей среды, но трудны для производства. Они изготавливаются из 4-х групп вирусов: ядерного полиэдроза (ВЯП), цитоплазменного полиэдроза (ВЦП), гранулеза (ВГ), вируса, не образующего включений (ВНВ). Более широко применяют вирусы ядерного полиэдроза и гранулеза.

Вирусные препараты (вирин-ГСШ, вирин-ЭНШ и др.) применяются против гусениц 1-го и 2-го возраста сибирского шелкопряда, рыжего соснового пилильщика, монашенки и других фитофагов. Отмечена резистентность насекомых к вирин-ЭНШ, снижающая его биологическую эффективность, вызывая необходимость увеличения норм расхода.

Вирусные препараты настолько специфичны, что другие вредители на защищаемых культурах не погибают и продолжают повреждать растения. Поэтому вирусные препараты применяют в смесях с бактериальными (на основе Bt) и химическими, например, с пиретроидными (при расходе 1/10 от рекомендованной нормы) препаратами.

Биологические препараты требуют соблюдения определенных условий для проявления их положительного действия:

препараты на основе Bt наиболее эффективны при температуре 20–30 °С. При снижении температуры до 17, а особенно до 15 °С их эффективность резко снижается. Они теряют положительные свойства в засушливые годы, под влиянием облучения и интенсивной инсоляции, в дождливую погоду из-за смыва с поверхности растений. Например, при благоприятных гидротермических условиях биологическая эффективность биопрепаратов составляет 80–97 %, а в холодную погоду – не превышает 40–50 %;

препараты грибного происхождения эффективны при наличии достаточного количества влаги (относительная влажность воздуха 80–100 %) и температуре 20–25 °С. Более высокие температуры, особенно в теплицах (27–35 °С), снижают биологическую эффективность препаратов с 80–90 % до 65 %. Для проявления эффективности триходермина требуется определенная кислотность почвы – рН 5–6;

наилучшие результаты против возбудителей корневых гнилей и других почвенных вредных организмов биопрепараты обеспечивают при обработке ими посевного и посадочного материала благодаря обогащению ризосферы растений антагонистами и различными БАВ. Подавление возбудителей корневых гнилей, белой гнили происходит в течение 2–3 лет.

Для защиты растений от возбудителей болезней применяют также биологические препараты, созданные на основе антибиотиков, которые активны в концентрации менее 1 %.

Выделено и описано более 3 тыс. антибиотиков. Для защиты растений важны антибиотики, которые, обладая высокой биологической активностью и избирательностью действия, имеют системные свойства, нефитотоксичны и не используются в медицине. Эти препараты более экологичны, однако, фитопатогены быстро к ним адаптируются, что ограничивает сроки их применения. К числу известных препаратов относится, например, фитолавин, который применяется на зерновых культурах (пшеница, ячмень), на зернобобовых (соя, бобы, фасоль), на томатах, моркови, капусте, льне против почвенных фитопатогенов – возбудителей фузариозно-гельминтоспориозных корневых гнилей, белой, черной и серой гнилей, а также против возбудителей листо-стеблевых инфекций – аскохитозов, антракнозов, бактериозов.

Таким образом, биологические препараты обладают летальным и ингибирующим действием преимущественно против наземно-воздушных, или листо-стеблевых, фитофагов и почвенных, или корне-клубневых, фитопатогенов. При этом в результате прямого или опосредованного действия подавляются тактики Р, В, Т вредных организмов, обусловливая снижение их численности не только в год применения биопрепаратов, но и в последующие 2–3 года. Однако сильная зависимость эффективности биопрепаратов от экоресурсов является причиной того, что этот метод при широком использовании на практике часто не дает желаемых результатов. Поэтому рекомендации по использованию биометода на практике требуют достаточно длительных опытов и серьезного обучения персонала. Это одна из главных причин того, что биологическая защита растений находит широкое применение преимущественно в защищенном грунте, где внешние условия относительно хорошо поддаются регулированию, а постоянно работающий высококвалифицированный персонал лично заинтересован в использовании средств защиты, безопасных для здоровья.