Как и все организмы, насекомые и членистоногие взаимодействуют в процессе развития с различными бактериями. Последние обладают достаточно гибким метаболизмом, позволяющим изменять характер отношений между ними. Так, в теле насекомых обитает множество бактерий сапрофитного типа, находящихся с ними в симбиотических связях, которые при стрессовых воздействиях способны переходить в патогенную форму, вырабатывать токсичные для организма соединения и, попадая в гемолимфу, вызывать общее отравление и смерть. В обычных условиях они находятся в латентном состоянии, когда их жизнедеятельность контролируется бактерицидностью биологически активных веществ в пищеварительном тракте и другими защитными механизмами. Первое описание бактериального заболевания у личинок хлебного жука Anisoplia austriaca сделал И.Мечников (1879). В настоящее время зарегистрировано около 250 видов бактерий, способных вызывать различные болезни у членистоногих. Некоторые из них используются для приготовления биологических препаратов. Из патогенных наиболее известны бактерии из порядка Eubacteriales , например, бесспоровая бактерия Serratia marcescens — возбудитель красного бактериоза, комплекс видов (S. marcescens, Pseudomonas pyocyanea и Bacillus micoides) вызывающий черный бактериоз у вредной черепашки, споровые бактерии (Bac. popilliae, Bac. lentimorbus), поражающие личинок некоторых жуков (японского жука, майского хруща, зеленой бронзовки и др.), с симптомами «молочной болезни». Большой интерес представляют спорообразующие виды бактерий. В частности, на основе штаммов одной из них — Bacillus thuringiensis, выделенной из погибших гусениц Чешуекрылых, производится большинство промышленных биопрепаратов, такие как турицид, дипел, биотрол, бактан, агритол (США), бактоспеин (Франция), биоспор (ФРГ), батурин (Чехия), бактукал (Югославия), турингин (Румыния), дендробациллин, энтобактерин, битоксибациллин (страны СНГ) и д.р.
В производственных условиях бактериальные препараты уже используются для защиты растений от более, чем 200 видов вредителей. Попадая с пищей в их кишечный тракт, бактерии и их токсины способны вызвать заболевания, паралич и гибель заразившихся особей, вследствие повреждения внутренних органов. В результате численность популяций значительно снижается. Однако такой эффект удается получать только при первичном инфицировании. Повторных заражений особей от контакта с заболевшими не происходит. Действие препарата ограничено обработанными участками и развития эпизоотий не наблюдается.
К преимуществам бактериальных препаратов следует отнести достаточно высокую специфичность действия. С их помощью удается подавлять численность определенных видов вредителей без ущерба для полезной фауны. Препараты практически безвредны для теплокровных человека и их можно применять и перед сбором урожая. Проявлений резистентности к препаратам, а также фитотоксичности не отмечено. Сравнительно простая технология их производства определяется тем, что бактерии легко размножаются на искусственных средах и способны в процессе метаболизма образовывать эндо- и экзотоксины.
Виды, используемые при производстве бактериальных препаратов, составляют неоднородную группу, различающуюся по форме тела (продолговатоовальные, бацилловидные, палочковидные, а также извилистые подвижные) и свойствам. Они относятся к пяти семействам (табл.1). Некоторые из них развиваются в органической среде, отдельные — в минеральной.
Большинство бактериальных препаратов, выпускаемых в промышленных количествах в России, производится на основе бактерии Bacillus thurigiensis , имеющей более 30 разновидностей и штаммов с разной патогенностью. Бактерия относится к возбудителям кишечного действия. С помощью своих хитинолитических ферментов она, попадая с пищей в кишечник, разрушает эпителий кишечника, ее токсины проникают в гемолимфу и вызывают гибель насекомых.
Бактерию впервые выделили из погибших шелковичных червей в начале этого века в Японии. И уже в 1938 г. во Франции был изготовлен на базе ее штамма первый промышленный препарат, но он оказался токсичным для человека из-за образующегося при культивировании бактерии на средах бетаэкзотоксина. Поэтому в технологию были введены операции по очистке и удалению токсина из конечного продукта. Вместе с тем удалось обнаружить и выделить штамм B.thuringiensis НД-1, не продуцирующий этот токсин. В настоящее время он является основным (до 90% всех микробных пестицидов) компонентом большинства промышленных препаратов. Штамм НД-1 (ЗАЗ/В) проявил высокую эффективность против гусениц Чешуекрылых. Коммерческие препараты с его использованием (dipel, biobit и др.) выпускаются в виде порошков и суспензий. Показано, что последние не эффективны на хлопчатнике, листья которого выделяют соединения, нейтрализующие токсины бактерии. Токсины содержатся в белковых кристаллах, образуемых бактерией. Их активность реализуется только в щелочной среде под воздействием протеолитических ферментов кишечника насекомых. Она значительно варьирует у разных штаммов, избирательность действия которых в значительной степени определяется составом протеаз желудка. На основе другого штамма B. H14 (var. israelensis), синтезирующего 3 белка и более эффективного, чем НД 1, в отношении личинок комаров и мошек, выпускаются препараты teknar, bactimos и др.
Целый ряд подобных препаратов производится в России (табл.2). Энтобактерин — содержит споры и эндотоксин B.thuringiensis var. galleriae (v серотип). Выпускается в виде смачивающегося порошка (1 г. содержит 30 млрд. спор и 30 млрд кристаллов эндотоксина) и пасты (20 млрд.спор против шелкопрядов, листоверток и др.). Норма расхода при опрыскивании от 1 до 5 кг/га. Расход жидкости 500-800 л/га. Активность препарата сохраняется в течение 8-9 дней. Оптимальными считаются условия обработки при 20-30С. Техническая эффективность составляет 80-90%. Гибель насекомых наступает в случае попадания в организм с пищей большой дозы препарата. При малых количествах его развивается паралич.
Дендробациллин — производится на основе спор и эндотоксинов B.t.var.dendrоlimus (IV серотип). Титр порошковидного препарата, выпускаемого биофабриками, колеблется от 30 до 100 млрд спор/г, а пасты — 20 млрд/г. Рекомендован для борьбы с шелкопрядами (сибирским и непарным), совками, карадриной, американской белой бабочкой, листовертками. При оптимальных температурных условиях (18-30С) и нормы расхода 1-5 кг/га техническая эффективность обработок достигает 80-90%.
Битоксибациллин — содержит споры (45 млрд спор/г) и токсины (эндотоксин и термостабильный экзотоксин — 0,6-0,8%) B.t.var.thuringiensis (I серотип).
Норма расхода порошковидного препарата при опрыскивании 2-4 кг/га. Применяется 1-3 раза с интервалом 7-8 дней против личинок колорадского жука, совок, карадрины. Заболевшие насекомые в зависимости от попавшей в организм дозы препарата и возраста погибают через 2-15 дней. Действие препарата сказывается на развитии куколок и имаго, резко снижается плодовитость самок. Содержание в его составе экзотоксина значительно расширяет круг действия по сравнению с дендробациллином и энтобактерином и обеспечивает высокую эффективность (82-99%) против младших возрастов личинок колорадского жука, люцернового долгоносика, паутинного клеща и др.
В последние годы с помощью методов биотехнологии проводятся усовершенствования бактериальных штаммов-продуцентов белковых токсинов путем переноса фрагментов ДНК, кодирующих их синтез, на Escheria coli и B. subtilis и последующего клонирования. Активность полученных рекомбинантных штаммов удавалось повысить в несколько раз при соединении белков-токсинов из разных их форм.
Интересны работы по созданию трансгенных форм растений. В частности, получены первые успешные результаты по клонированию клеток табака и картофеля (протопластов), в которые также введены подобные фрагменты ДНК, несущие гены инсектотоксинов B.t.var.tenebrionis. Из них выращены целые растения, обладающие «устойчивостью» к насекомым, в том числе к колорадскому жуку. Гусеницы и личинки вредителей, поедая их листья, погибают, не оказывая существенного ущерба.
Продолжаются поиски и других штаммов бактерий, вызывающих болезни у членистоногих. Так, для борьбы с вредителями леса (гусеницами шелкопрядов, листоверток) предложен препарат инсектин, изготавливаемый из Bact. insectus (30 млрд спор/г и белковые токсины). Норма расхода не превышает 2,5 кг/га. В Индии на основе B. sphaericus создан препарат «Биоцид-С», эффективный против личинок малярийного комара.
В качестве пищевого аттрактанта для почвообитающих насекомых (проволочников и других вредителей пропашных культур) прошел успешные испытания концентрат L-лизина (50-60 кг/га), включающий различные продукты метаболизма его продуцентов (Brevibacterium sp. 22, Micrococcus sp. E, Corynebacterium glutamicum 541-P и др.), в частности, их клеточную биомассу и неассимилированные остатки среды культивирования.
Получены положительные результаты и по применению почвенной бактерии Bacillus subtilis обладающей антибиотическими свойствами, против возбудителей грибных заболеваний у растений — ризоктонии, склеротинии, корневых гнилей.
Из бактерий-антагонистов практический интерес представляют также виды из рода Pseudomonas, способные подавлять развитие возбудителей корневых гнилей. Так, после обработки корней рассады томатов культуральной жидкостью Ps. mycophaga, поражаемость их фузариозом снижалась с 30% до 0,8%. Высокая эффективность против Rhizoctonia solani отмечена у Ps.fluorescens. Намачивание семян хлопчатника в ее культуральной среде увеличивало число сохранившихся всходов в 2,5 раза.
Выявлены миколитические формы бактерий, лизирующих грибы, например, Verticillium dahliae — вредоносного возбудителя вилта хлопчатника. Интенсивно и в значительных масштабах бактерии используются в защите растений для борьбы с грызунами. Широко известный препарат — бактороденцид — готовится на основе вида Salmonella intepiditis, патогенного для мышей и водяных крыс. Его дусты содержат 0,1 млрд и 1 млрд жизнеспособных бактериальных клеток в 1г разновидности Исаченко. На практике препараты смешивают с приманкой в зависимости от объекта — с зерном или мелконарезанным картофелем, которая раскладывается в местах скопления грызунов. Норма расхода составляет 2-5 кг/га против водяных крыс и 1-2 кг/га против мышей.
