CC BY
0INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
ФИТОСАНИТАРНЫЙ МОНИТОРИНГ И ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАММОВ BACILLUS THURINGIENSIS ДЛЯ БОРЬБЫ С СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ ВРЕДИТЕЛЯМИ В
КАЗАХСТАНЕ
1Нысанбаева Айымгул Эбдшлэкызы, 2Турлыбаева Зере Жаиковна, 3Тлеубекова
Диана Анваровна
1Младший научный сотрудник, ТОО «НПЦ микробиологии и вирусологии» 2Научный сотрудник, ТОО «НПЦ микробиологии и вирусологии»
3Младший научный сотрудник, ТОО «НПЦ микробиологии и вирусологии» https://doi.org/10.5281/zenodo.13837091
Аннотация. В современном сельском хозяйстве потребность в эффективных, устойчивых стратегиях борьбы с вредителями является первостепенной. Phytonomus spp., являются печально известными вредителями, которые наносят значительный ущерб бобовым культурам, таким как люцерна и клевер. Традиционные химические пестициды, представляют значительные риски для окружающей среды и здоровья, что требует изучения альтернативных методов биологического контроля. Bacillus thuringiensis (Bt), почвенная бактерия с мощными инсектицидными свойствами, стала жизнеспособным вариантом для борьбы с Phytonomus spp. В данном исследовании была изучена эффективность 7 штаммов Bt (Bacillus thuringiensis 13; Bacillus thuringiensis 12; Bacillus thuringiensis 22; Bacillus thuringiensis ПБ-3-1; Bacillus thuringiensis ЖЛ 5-3; Bacillus thuringiensis 2127-3к; Bacillus thuringiensis 5д) в контроле популяций фитономусов и рассматривается роль фитосанитарного мониторинга в оптимизации его применения.
Ключевые слова: биоконтроль, Bacillus thuringiensis (Bt), Phytonomus spp, Cry-белки, интегрированная защита растений (IPM).
В последние годы в Казахстане наблюдается рост интереса к биоконтролю вредителей как эффективному и экологически безопасному методу защиты сельскохозяйственных культур. Одним из важных компонентов этой стратегии является использование природного бактерии Bacillus thuringiensis (Bt), который зарекомендовал себя как эффективный биопестицид против различных вредителей, включая фитономуса [1].
Bacillus thuringiensis (Bt) - грамположительная, обитающая в почве бактерия, которая широко известна благодаря использованию в качестве агента биоконтроля в сельском хозяйстве. Это спорообразующий микроорганизм, спорообразование в тоже время позволяет Bt выживать в различных средах. Особенностью микроорганизма является образование кристалических белков [1,2]. Во время спорокуляции бактерия проихводит кристаллические белки (Cry proteins) которые являются токсичными для некоторых насекомых.
По механизму действия, споры и кристаллические белки попавшие в организм Bt, проходят множество пищеварительных процессов, проходящих в средней кишке насекомого. Щелочная среда в кишечнике насекомого активирует белки Cry, которые
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
связываются специфическими рецепторами на эпителиальных клетках кишечника. Это связывание вызывает образование спор в клетках кишечника, это приводит к лизису клеток и дисфункции кишечника, в конечном итоге к гибели насекомого. Bt используется преимущественно, в сельском хозяйстве в качестве биологического пестицида против различных насекомых-вредителей, включая фитономуса, гусениц и других [3].
Bt является естественным обитателем почвы и колонизирует различные экотопы, например вода, мертвые насекомые или растения. За счет антимикробных пептидов, которые вырабатывают Bt, они действуют на близкородственные бактерии, грамотрицательные бактерии, взаимодействуя с клеточной мембраной и изменяя трансмембранный потенциал [5]. Bt может влиять на популяции почвенных микроорганизмов через выработку бактериоцинов, что приводит к изменениям в видовой динамике микробных сообществ.
Использование пестицидов на посевах семенной люцерны сопряжено с рисками, такими как накопление вредных веществ в кормах и уменьшение численности естественных опылителей и других полезных насекомых. Поэтому особую важность приобретает разработка методов, безопасных с токсикологической и гигиенической точек зрения, которые также соответствуют принципам экологически устойчивой интегрированной защиты растений. Ранняя диагностика заражений Phytonomus с помощью эффективного мониторинга позволяет своевременно применять биопрепараты Bt, когда численность вредителей достигает критического значения, требующего вмешательства. Этот проактивный метод повышает эффективность использования Bt, одновременно снижая риск развития резистентности за счет уменьшения ненужных обработок. Интеграция Bt в комплексную систему IPM (Integrated Pest Management) [4], основанную на надежном фитосанитарном мониторинге, предлагает устойчивое решение для управления заражениями Phytonomus spp. Такой подход снижает зависимость от химических пестицидов, уменьшая их воздействие на окружающую среду и способствуя долгосрочному здоровью агроэкосистем. Дополнительные исследования необходимы для оптимизации использования Bt и разработки устойчивых штаммов, чтобы повысить его эффективность против различных популяций Phytonomus [6].
Объектами данного исследования являются вредители: Phytonomus spp., в частности, Phytonomus punctatus, которые являются основными вредителями бобовых культур, таких как люцерна и клевер. Штаммы Bt: Bacillus thuringiensis 13, Bacillus thuringiensis 12, Bacillus thuringiensis 22, Bacillus thuringiensis ПБ-3-1, Bacillus thuringiensis ЖЛ 5-3, Bacillus thuringiensis 2127-3к, Bacillus thuringiensis 5д. Полевые испытания проводились на бобовых культурах, зараженных личинками Phytonomus spp. Для оценки эффективности биопрепаратов был установлен контрольный участок, где обработки не проводились. Сравнение результатов по обработанным и контрольным участкам позволило определить уровень биологической эффективности препаратов.
Лабораторные биопробы включали анализ смертности личинок и воздействие препаратов на популяции вредителей в контролируемых условиях. Данные, полученные в ходе полевых и лабораторных исследований, подвергались статистической обработке с использованием методов дисперсионного анализа (ANOVA) для выявления значимых различий в эффективности различных штаммов Bt. На основе полученных результатов
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" 25-26 SEPTEMBER, 2024
разрабатывались и оптимизировались комплексные стратегии борьбы с вредителями, включающие использование биопрепаратов Bt.
В ходе наших исследований были испытаны биологические препараты на основе четырех отобранных штаммов Bacillus thuringiensis (Bt), которые показали наибольшую эффективность. Их биологическая активность была изучена против личинок фитономуса и клубеньковых долгоносиков, что позволило оценить потенциал этих биопрепаратов в борьбе с вредителями.
атйштшидотыимяш
ММЖЙШЦ^ияШнМНШ
яттшяаыдошидодаМр
ШМДОиОД»
-ИНН IIB« Mi *тж «нимтицмер
-тин гитвдмдеяшми ¡»««и^рекин
Рисунок 1 - ген Cry3 был обнаружен в пробе Bt22 - 640 п.н.
На приведённой дендрограмме (рисунок 1) изображена филогенетическая связь различных штаммов Bacillus thuringiensis на основе гомологии генов, кодирующих кристаллические белки Cry3Aa. Исследуемый штамм Bt22 Cr показал 100% сходство с нуклеотидной последовательностью гена MK184466.1 от штамма Bacillus thuringiensis NB-176, который кодирует инсектицидный кристаллический белок Cry3Aa. Этот результат указывает на высокую степень идентичности и подтверждает генетическую близость штаммов, что свидетельствует о потенциальной эффективности Bt22 Cry в борьбе с насекомыми-вредителями, такими как фитономус.
Было проведено сравнительное исследование эффективности четырех штаммов бактерий Bacillus thuringiensis (Bt22, Bt13, БЩБ3-1, Bt2127-3^ и контрольной группы (таблица 1) на протяжении 15 дней после обработки. Все варианты начинают с похожего количества особей (от 32,5 до 52,3), при этом начальная смертность варьируется с пределах 0-5%.
Таблица 1 — Эффективность различных штаммов Bt в борьбе с Phytonomus spp.
Вариант До обработки 5 день 10 день 15 день
кол-во смертность, % кол-во смертность, % кол-во смертность , %
Bt22 38,5±0,30 4,1±0,30 89,3 3,7±0,38 90,5 9,2±0,29 76,1
Bt13 38,6±0,30 33,3±0,2 5 13,7 22,5±0,2 2 41,7 16,5±0,1 9 57,3
ВШБ3-1 40,3±0,14 39,0±0,2 5 3,1 25,8±0,0 8 35,9 18,0±0,1 1 55,3
Bt2127- 3к 32,5±0,23 26,3±0,2 7 19,1 26,0±0,1 6 20,0 14,0±0,2 4 56,9
Контрол ь 52,3±0,01 57,5±0,1 3 0 58,4±0,0 3 0 58,4±0,0 3 0
Результаты 15 дней после обработки эффективность штамма Ы22 остается высокой (76,1%), тогда как штамм ВИЗ показывает некоторое снижение до (58,9%).
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
Штаммы Bacillus thuringiensis проявляют разную степень эффективности в борьбе с фитономусом. Наиболее результативными на всех этапах исследования являются штаммы Bt22 и Bt13, которые показывают стабильно высокий уровень смертности среди насекомых-вредителей в течении 15 дней. Результаты данного исследования подтверждают эффективность штаммов Bacillus thuringiensis в биологическом контроле популяций вредителей Phytonomus spp. Будущие исследования могут быть направлены на оптимизацию применения Bt и разработку устойчивых штаммов для повышения их эффективности в условиях полевого использования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Титова В. A. Интегрированная система защиты сельскохозяйственных культур от вредителей. «Журнал Защита Растений». 1980. - 45-53 с.
2. Copping, L. G. Manual of Biocontrol Agents. «British Crop Production Council», Farnham, UK. ISBN: 978-1901396163. 2004.
3. Jouzani G.S., Valijanian E., Sharafi R. Bacillus thuringiensis: A successful insecticide with new environmental features and tidings. «Appl. Microbiol. Biotechnol». 2017.-101:2691-2711.
4. Raymond B., Bonsall M. B. Mechanisms and consequences of resistance to Bacillus thuringiensis. Annual Review of «Entomology». 2013.- 58(1), 97-119. DOI: 10.1146/annurev-ento-120811-153608.
5. Ruiu, L. Insect Pathogenic Bacteria in Integrated Pest Management. «Insects». 2015.- 6(2) 352-367. DOI: 10.3390/insects6020352.
6. Valtierra-de-Luis D., Villanueva M., Berry C., Caballero P. Potential for Bacillus thuringiensis and Other Bacterial Toxins as Biological Control Agents to Combat Dipteran Pests of Medical and Agronomic Importance. «Toxins (Basel)». 2020.-12(12): 773.
