CC BY
237
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2015, том 50, № 5, с. 685-693
УДК 632.937.15 doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.685rus
МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА БАЦИКОЛА*
С.Д. ГРИШЕЧКИНА
Для биологической защиты сельскохозяйственных культур применяют различные группы агентов. Одни из наиболее перспективных и широко используемых для создания микробиологических препаратов — бактерии рода Bacillus, обладающие патогенными свойствами в отношении вредных насекомых и фитопатогенов. Доминирующая роль принадлежит биопрепаратам, созданным на основе Bacillus thuiingiensis (Bt). Идентифицировано более 70 разновидностей ВТ Эти бактерии способны длительное время сохранять жизнеспособность после обработки растений. Для биоконтроля насекомых в агроценозах чаще всего применяются препараты на основе трех патовариантов ВТ патовар А (подвиды В^ кристаллы эндотоксинов которых с наибольшей активностью влияют на чешуекрылых из отряда Lepi-doptera), патовар В (подвиды В^ которые поражают личинок кровососущих комаров и мошек, а также растительноядных комаров из отряда Diptera) и патовар С (подвиды В^ активные против жуков Coleoptera). Выявлен также новый патовар этой бациллы — F (fungi, грибы). B. thuiingiensis обладает физиологическими и биохимическими свойствами, обеспечивающими усвоение питательных субстратов, а также антибиоз в отношении партнеров по биоценозу. Во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петер-бург—Пушкин) создан биопрепарат бацикол энтомопатогенного действия на основе B. thur-ingiensis var. darmstadiensis (Н10), содержащий компоненты культуральной жидкости, споры, энтомоцидные и фунгицидные экзо- и эндотоксины, благодаря которым он обладает полифункциональными свойствами. В настоящей работе обобщены полученные нами данные по эффективности препарата бацикол (на основе ВШю) против различных вредителей сельскохозяйственных культур. В исследованиях использовали биопрепарат в жидкой форме (титр спор 3,5х109/мл). Полевые и вегетационные испытания проводили в 1994-2013 годах в разных регионах РФ (Ленинградской, Новосибирской, Волгоградской областях, Северной Осетии, Ставропольском и Приморском краях). Против вредителей-фитофагов вегеритующие растения опрыскивали бациколом. В борьбе с фитопатогенами использовали разные технологии применения препарата в соответствии с типом паразитизма и экологическими особенностями грибов: опрыскивание, полив почвы, обработку семенного материала. Эффективность бацикола против фитофагов варьировала от 50 до 100 %. В полевых опытах при опрыскивании растений земляники против серой гнили этот показатель составил 60-74 %. В вегетационных условиях против фузариозного увядания эффективность исследуемого биопрепарата составляла на томатах 74-87 %, на льне — 34-42 %. При замачивании семян ячменя в бациколе его эффективность против гельминтоспориозной корневой гнили оказалась равной 66-71 %, при замачивании клубней картофеля против ризоктониоза — 40-45 %. На основании полученных результатов выявлен спектр активности бацикола. Наши данные позволяют расширить представления о биологических особенностях Вt и, в частности, о его действии на представителей различных групп вредителей и возбудителей опасных заболеваний многих культурных растений. Представленные материалы дают возможность рассматривать B. thur-ingiensis в качестве основы микробиологических препаратов с полифункциональной активностью, что позволит расширить сферу его применения и будет способствовать улучшению экологической обстановки в агроценозах.
Ключевые слова: Bacillus thuiingiensis, бацикол, насекомые-фитофаги, фитопатогенные грибы, биологическая эффективность.
Для биологической защиты сельскохозяйственных культур применяют различные группы агентов контроля вредных объектов. В настоящее время значительное внимание уделяется бактериям, выполняющим фитозащитные функции. Бактерии рода Bacillus — одни из наиболее перспективных и широко используемых для создания биопрепаратов. Они обладают патогенными свойствами в отношении вредных насекомых-фитофагов и фитопатогенов (1-14). Доминирующая роль принадлежит препаратам на основе Bacillus thuringiensis Berliner (Bt). В мировой практике Bt исполь-
* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Соглашение № 14.604.21.0024, RFMEFI60414X0024).
685
зуют в качестве безопасного энтомоцидного средства, его доля на рынке биопестицидов — около 90-95 %.
Высокие адаптивные возможности аэробных спорообразующих бактерий группы тюрингиензис в различных экстремальных условиях обусловливают их широкое распространение в природе. Наибольшее количество бацилл изолируется из почвы, они часто встречаются в воде, а также выделяются из больных насекомых и их трупов. Идентифицировано более 70 разновидностей В^ в значительной степени эффективных против фитофагов из отрядов Lepidoptera, Coleoptera, Diptera и Hymenoptera. Бактерии Bt способны длительное время сохранять жизнеспособность после обработки растений. Они обладают высокой селективностью, эффективны в отношении целевых объектов, безопасны для человека, теплокровных животных и полезных организмов (15). Антифидантное, тератогенное и дерепродуктивное свойства обеспечивают их высокую биологическую эффективность. Биопрепараты, созданные на основе Bt, технологичны при производстве и применении.
Для биоконтроля насекомых в агроценозах наиболее широко используются препараты на основе трех патовариантов Вt. Патовар А — подвиды В^ кристаллы эндотоксинов которых с наибольшей активностью влияют на чешуекрылых (Lepidoptera). Они служат продуцентами таких биопрепаратов, как битоксибациллин (Bt var. thuiingiensis), дендробациллин (Bt var. dendrolimus), энтобактерин (Bt var. galleria), лепидоцид (Россия), ди-пел (США), бактоспеин (Bt var. kurstaki) (Франция) и ряд других. Насчитывается свыше 70 видов насекомых, чувствительных к этому патоварианту. Патовар В — подвиды Вt (Bt var. israelensis), применяемые как продуценты ларвицидных биопрепаратов: бактокулицида, бактицида (Россия), бактимоса (Франция), текнара (Швейцария), вектобака (США) и др., которые поражают личинок кровососущих комаров и мошек, а также растительноядных комаров (рисового и шампиньонного) (Diptera). Патовар С — подвиды Вt (Bt var. tenebrionis, Bt var. darmstadiensis), активные против жуков (Coleoptera), служат продуцентами биопрепаратов децимид, колорадо, бацикол (Россия), новодор (Дания) и др. (2). Выявлен также новый патовар этой бациллы — F (fungi, грибы) (1).
Во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) создан бацикол — биопрепарат энтомопатогенного действия на основе B. thuringiensis var. darmstadiensis (Ню), содержащий компоненты культуральной жидкости, споры, энтомоцидные и фунгицидные экзо- и эндотоксины, благодаря которым он обладает полифункциональными свойствами. Предлагаются следующие формы бацикола: сухой порошок, паста и жидкий препарат.
Бацикол по назначению и эффективности подобен битоксибацил-лину (БТБ). Последний обладает энтомоцидным действием в отношении широкого круга вредителей-фитофагов. Он рекомендован для применения против гусениц капустной совки (Mamestra brassicae L.), капустной и репной белянок (Pieris brassicae, P. rapae L.) на капусте; гусениц лугового мотылька (Loxostege sticticalis L.) на посевах свеклы, люцерны, подсолнечника, моркови, капусты; гроздевой листовертки (Polychrosis botrana Schiff.) на винограде; гусениц хлопковой совки (Heliothis zea F.), озимой совки (Scotia segetum Schiff.) и карадрины (Laphgma exigua Hb.) на хлопчатнике; гусениц яблонной и плодовой молей (Yponomeuta malinelius Zell., Y. padel-lus L.), боярышницы (Aporia crataegi L.), американской белой бабочки (Hy-phantria cunea Drury) на плодовых деревьях и ягодных кустах; боярышнико-вой листовертки (Archps crataegana Hb.), непарного и кольчатого шелко-
686
прядов (Ocneria dispar L. и Malacosoma neustria L.), зимней пяденицы (Op-erophtera brumata Cl.), пяденицы обдирало (Erannis defoliaria L.), златогузок (Euproctis chrysorrhoea L., E. karghalica M.) на плодовых и древесных растениях, личинок колорадского жука (Leptinotarsa decemlitieata Say) на картофеле, томатах, баклажанах; паутинного клеща (Tetranychus urticae Koch) на огурцах в закрытом грунте, бледноногого крыжовникового пилильщика (Pristiphora pallipes Lep.), желтого крыжовникового пилильщика (Pteron-idea ribesii Scop.) на смородине, крыжовнике и других вредителей (2). Кроме того, на смородине отмечена эффективность БТБ против смородинной узкотелой златки (Agrilus ribesi Schaefer) (16). Широкие испытания БТБ, проведенные в различных регионах Российской Федерации и ближнего зарубежья (Краснодарский, Ставропольский край, Северная Осетия, Ленинградская обл. республика Крым, Закарпатье, Беларусь, Литва), показали его высокую эффективность — от 80 до 100 % (2).
Для успешного использования биопрепаратов в защитных мероприятиях необходимо учитывать особенности как самих патогенов, так и насекомых, против которых они применяются. В связи с этим важно знать механизмы их взаимоотношений друг с другом, а также с окружающей средой. B. thuringiensis, подобно другим бациллам, обладает физиологическими и биохимическими свойствами, обеспечивающими усвоение питательных субстратов, а также антибиоз в отношении партнеров по биоценозу. Бактерии из рода Bacillus характеризуются полиферментативными свойствами. У них обнаружены различные ферменты из класса гидролаз, благодаря чему одновременно проявляется активность против вредных насекомых и фитопатогенных грибов (1, 17-19).
Действие Вt на вредителей обусловливается энтомотоксическим, энтомопатогенным и метатоксическим эффектами за счет наличия кристаллов эндотоксина, экзотоксина, фосфолипазы С и спор. Такой набор факторов вирулентности действует в разной степени и в разных сочетаниях на насекомых разных видов. Бактерии вызывают заболевания, которые сопровождаются септицемией — сильным поражением, при котором гемолимфа и ее фагоцитарные и неспецифические механизмы иммунитета уже не в состоянии подавлять размножение микроорганизмов, беспрерывно проникающих в нее. Клетки пораженных тканей разрываются, и бактерия-паразит переходит в больших количествах в гемолимфу, вызывая септицемию. Бактерии проникают в эпителий кишечника, где интенсивно размножаются и вызывают гибель насекомых (2).
Механизм антифунгального действия Вt связан с рядом факторов. Бактерии продуцируют и выделяют во внешнюю среду литические ферменты, в частности протеазу и хитиназу, которые лизируют клеточные стенки фитопатогенных грибов (20-24). При лизисе содержимое гиф гриба становится источником питания и энергии бацилл. Кроме того, бациллы могут вырабатывать антибиотики, которые угнетающе действуют на грибы (25).
В последнее время много внимания уделяется исследованиям, посвященным образованию бактериями рода Bacillus липопептидных циклических антибиотиков, отвечающих за антагонистический эффект (26-32).
Влияние В. subtilis на Fusarium oxysporum объясняют совместным действием миколитических ферментов и антибиотических веществ (33). Некоторые авторы указывают на связь антибиотической активности с 5-эндотоксином: возможно, у B. thuringiensis var. thuringiensis его антифун-гальный эффект обусловлен разобщением окислительного фосфорилирования и дыхания у объектов действия (34).
Высокие потери урожая из-за вредителей и болезней в сочетании с
687
потребностью в экологически чистой продукции делают использование микробиологических препаратов крайне актуальным. Однако по сравнению с химическими пестицидами их ассортимент меньше, поэтому необходимо создавать и использовать новые рецептуры.
Наши исследования позволили оценить спектр действия и выявить эффективность разработанного во ВНИИСХМ биопрепарата баци-кола в отношении массовых вредителей, преимущественно вредителей фитофагов из отряда жесткокрылых (Coleoptera) (35), а также против фитопатогенов, вызывающих болезни растений (36), что расширяет возможности его применения.
В настоящей работе мы обобщили результаты изучения эффективности бацикола против вредителей и фитопатогенов на ряде сельскохозяйственных культур в разных зонах и при различных технологиях выращивания.
Методика. Полевые и вегетационные испытания проводили в 19942013 годах в разных областях России. В исследованиях использовали инсектицидный биопрепарат бацикол (ВНИИСХМ) в жидкой форме (титр спор 3,5*109/мл). Опыты проводили в 3-кратной повторности.
На картофеле (сорта Невский, Луговской, Елизавета) действие ба-цикола против колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata Say) изучали в хозяйствах Ленинградской и Новосибирской областей. Посадки картофеля площадью 200 м2, заселенные колорадским жуком, опрыскивали препаратом из расчета 12-15 л/га с расходом рабочей жидкости 400 л/га. Учеты осуществляли на 25 растениях, отобранных по диагонали участка, до обработки и на 5-10-е сут после нее.
У земляники сорта Царскосельская растения опрыскивали в период выдвижения бутонов в Ленинградской области на участках площадью 100 м2. Норма применения препарата — 15 л/га. Поврежденность бутонов землянично-малинным долгоносиком (Anthonomus rubi Hbst.) учитывали до обработки, а также на 10-е и 20-е сут на 25 растениях. Поражение ягод серой гнилью оценивали до обработки и на 20-е сут.
На брюкве, рапсе, горчице, капусте эффективность препарата (12 л/га) против крестоцветных блошек (Phyllotreta), капустного листоеда (Phaedon cochleariae F.) изучали в Ленинградской, Новосибирской, Волгоградской областях на участках площадью 50 м2. Учеты проводили до обработки, на 5-е и 10-е сут после нее. Просматривали по 20 растений и подсчитывали процент заселенных.
Обработку растений моркови (15 л/га) против морковной листоблошки (Trioza apicalis Frst.) проводили на делянках площадью 25 м2 (учеты до обработки и на 10-е сут на 20 растениях).
Растения малины против малинного клеща Eriophyes gracillus Nal. обрабатывали бациколом (15 л/га). В выборке из 10-30 листьев подсчитывали число клещей до и после обработки.
Цветочные культуры против трипсов (Thysanoptera) опрыскивали (20 л/га) в теплицах. Процент заселенных растений подсчитывали до обработки и на 10-е сут.
На гречихе сорта Изумруд в Приморском крае (г. Уссурийск) испытывали действие бацикола (20 л/га) против гречишного долгоносика (Rhinoncus sibiricus Faust). Обрабатывали вегетирующие растения. Повреж-денность учитывали в фазу всходов на листьях, в период цветения и перед уборкой на стеблях.
При оценке эффективности бацикола против фитопатогенных грибов использовали технологии применения, соответствующие типу паразитизма и экологическим особенностями патогена. Вегетирующие растения
688
земляники сорта Царскосельская обрабатывали бациколом (15 л/га) против серой гнили (Botrytis cinerea), распространение которой оценивали по числу пораженных ягод. Против возбудителя фузариозного увядания томатов и льна (Fusarium oxysporum) почву, инфицированную фитопатогенном, поливали препаратом из расчета 100 мл/кг. Эффективность предпосевной обработки семян изучали на льне — против фузариозного увядания, на ячмене — против гельминтоспориозной корневой гнили (Bipolaris sorokiniana) и на картофеле — против ризоктониоза (Rhizoctonia solani). Семенной материал 3 ч замачивали в препарате. Искусственные инфекционные фоны создавали согласно методическим указаниям (37, 38).
Распространение (Р) и развитие (R) болезни оценивали по формулам (39): Р = А х 100/N, где Р — доля больных растений, %, А — число больных растений, N — общее число растений в пробах; R = Е(а х в)/№ х K, где R — степень развития болезни, %; Е(а х в) — сумма произведения числа пораженных растений (а) на соответствующий балл (в); N — общее число учтенных растений; К — высший балл поражения шкалы.
Пораженность фузариозным увяданием на льне учитывали по шкале Н.И. Лошаковой с соавт. (40), на томатах — по С.Д. Гришечкиной с соавт. (36). Пораженность растений ячменя корневой гнилью оценивали по шкале ВИЗР (Всероссийский НИИ защиты растений, г. Санкт-Петербург) (41). Пораженность клубней картофеля ризоктониозом учитывали в соответствии с методическими указаниями (42).
Результаты. Ранее было установлено действие бацикола на колорадского жука. Обработки растений картофеля, проведенные в Ставропольском и Краснодарском краях, Волгоградской и Ленинградской областях, в Северной Осетии показали высокую (до 96-100 %) активность препарата против этого вредителя (2).
Бацикол проявил эффективность в отношении опасных массовых вредителей: крестоцветных блошек из рода Phyllotreta (43), восточного горчичного листоеда Colaphellus hoefti Men., хлебной полосатой блошки Phyllotreta vittula Redt., рапсового цветоеда Meligethes aeneus F., капустного листоеда Phaedon cochleariae F., ильмового листоеда Xanthogaleruca luteola Muller (44), злаковой пьявицы Oulema melanopus L., крестоцветных клопов (Eurydema), щитовок (Diaspididae) (2), землянично-малинного долгоносика Anthonomus rubi Hbst. (45), гречишного долгоносика Rhinoncus sibiricus Faust (46), морковной листоблошки Trioza apicalis Frst., малинного клеща Eriophyes gracilis Nal. (47), трипсов Thysanoptera (48) (табл.).
Эффективность жидкой формы препарата бацикола на основе Bacillus thuringiensis var. darmstadiensis (Ню), разработанного во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург) против вредителей-фитофагов на различных сельскохозяйственных культурах (1994-2013 годы)
Вредитель
Колорадский жук Leptinotarsa decemlneata Say
Крестоцветные блошки из р. Phyllotreta
Восточный горчичный листоед Colaphellus hoefti Men.
Хлебная полосатая блошка Phyllotreta vittula Redt.
Злаковая пьявица Oulema melanopus L.
Рапсовый цветоед Meligethes aeneus F.
Капустный листоед Phaedon cochleariae F. Ильмовый листоед Xanthogaleruca luteola Muller
Культура Место проведения испытаний Биологическа фективность,
Картофель Новосибирская и
Ленинградская обл. 96-100
Капуста Новосибирская и
Ленинградская обл. 92-96
Горчица Волгоградская обл. 98
Яровые Ставропольский
зерновые край 89
Зерновые Ставропольский
край 82-100
Рапс Волгоградская обл. 75-80
Капуста Волгоградская обл. 82,5-98,9
Капуста Волгоградская обл. 86-90
%
689
Продолжение таблицы
Землянично-малинный долгоносик Anthonomus rubi Hbst. Земляника Ленинградская обл. 75-80
Гречишный долгоносик Rhinoncus sibiricus Faust Гречиха Приморский край 56
Морковная листоблошка Trioza apicalis Frst. Морковь Ленинградская обл. 47,2
Малинный клещ Eriophyes gracilis Nal. Малина Ленинградская обл. 96,3
Трипсы Thysanoptera Цветочные культуры Ленинградская обл. 80-90
При изучении эффективности биопрепарата против земляничномалинного долгоносика было выявлено его действие на возбудителя серой гнили Botrytis cinerea Pers. у земляники. Ранее в опытах in vitro мы наблюдали антифунгальное действие бацикола в отношении ряда фитопатогенных грибов. При внесении препарата в среду в концентрации 10 % отмечали ингибирование роста колоний грибов Botrytis cinerea Pers. на 100 %, Pythium sp. — на 80 %, Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker — на 70 %, Verticillium dahliae Kleb. — на 52 %, Rhizoctonia solani Kuhn — на 42 %, Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc. — на 51 %, F oxyspornm Schlecht. — на 43 %, F solani Аpp. et Wr. — на 26 % (49).
Эффективность препарата в отношении ряда фитопатогенов была подтверждена в полевых и вегетационных опытах. При опрыскивании растений земляники против возбудителя серой гнили она составляла 60-74 % (44); при поливе почвы против фузариозного увядания на томатах — 7487 % (50), на льне — 34-42 % (51); при замачивании семян ячменя против возбудителя корневой гнили — 66-71 % (52); при обработке клубней картофеля против ризоктониоза — 40-45 % (53).
Таким образом, полученные результаты расширяют представления о биологических особенностях Bacillus thuringiensis и, в частности, о его действии на представителей различных групп вредителей и возбудителей опасных заболеваний многих культурных растений. Препарат бацикол наряду с энтомоцидной обладает также и антифунгальной активностью, что имеет технологическую перспективу. Нами было обнаружено его действие на землянично-малинного и гречишного долгоносиков, крестоцветных блошек, морковную листоблошку, малинного клеща, трипсов, а также на возбудителей заболеваний — Botrytis cinerea Pers., Pythmm sp., Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker, Verticillium dahliae Kleb., Rhizoctonia solani Kuhn, Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc., F oxyspornm Schlecht, F solani Аpp. et Wr. Включение бацикола в перечень микробиологических препаратов может расширить ассортимент биологических средств защиты растений и сферу их применения, что будет способствовать получению экологически чистого продовольствия и охране окружающей среды.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Смирнов О.В., Гришечкина С.Д. Полифункциональная активность Bacillus thuringiensis Berliner. Сельскохозяйственная биология, 2011, 3: 123-126.
2. Кандыбин Н.В., Патыка Т.И., Ермолова В.П., Патыка В.Ф. Микробиоконтроль численности насекомых и его доминанта Bacillus thuringiensis /Под ред. Н.В. Кандыби-на. СПб—Пушкин, 2009.
3. Ште р н ш и с М.В. Микробные препараты для управления здоровьем растений. В сб. на-уч. тр.: Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты. Т. 5. Минск, 2013: 394-410.
4. Бахвалов С.А., Цветкова В.П., Шпатова Т.В., Штерншис М.В., Гришечкина С.Д. Экологические взаимоотношения в системе: энтомопатогенная бактерия Bacillus thuringiensis — фитопатогенный гриб Rhizoctonia solani — растение-хозяин Solanum tuberosum. Сибирский экологический журнал, 2015, 4: 643-650.
5. Polanczyk R.A., Pires da Silva R.F., Fiuza L.M. Effectiveness of Bacillus thuringiensis against Spodoptera frugipera (Lepidoptera: Noctuidae). Brazil. J. Microbiol., 2000, 31: 165-167 (doi: 10.1590/S1517-83822000000300003).
690
6. Zhong C.H., Ellar D.J., Bishop A., Johnson C., Lin S.S., Hart E.R. Characterization of Bacillus thuiingiensis 5-endotoxin which is toxic to insects in three orders. J. Invert. Pathol., 2000, 76: 131-139.
7. Yoshida S., Hiradate S., Tsulamoto T., Hatakeda K., Shirata A. Antimicrobial activity of culture filtrate of Bacillus amyloligauefaciens Rc-2 isolated from mulberry leaves. Phythopathol., 2001, 91: 181-187.
8. Knaak N., Rohr A., Fiuza L. In vitro effect of Bacillus thuiingiensis strains and Cry-proteins in phytopathogenic fungi of paddy rice-field. Brazil. J. Microbiol., 2007, 38(3): 526-530 (doi: 10.1590/S1517-83822007000300027).
9. Mojica-Marin V., Luna-Olvera H., Sandoval-Coronado C., Pereyra-Alferes B., M o r a l e s - R a m o s L., H e r n a nd e z - Lu n a C., Alvarado-Gom-ez O. Antagonistic activity of selected strains of Bacillus thuiingiensis against Rhizoctonia so-lani of chili pepper. Afr. J. Biotechnol., 2008, 7(9): 1271-1276.
10. Eswarapriya B., Gopalsamy B., Kameswari B., Meera R., Devi P. Insecticidal activity of Bacillus thuiingiensis IBt-15 strain against Plutella xycostella. Int. J. Pharm Tech Res., 2010, 2(3): 2048-2053.
11. Heydari A., Pessarakli M. A review on biological control of fungal plant pathogens using microbial antagonists. J. Biol. Sci., 2010, 1(4): 273-290 (doi: 10.3923/jbs.2010.273.290).
12. Pane C., Villecco D., Campanile F., Zaccardelli M. Novel strains of Bacillus isolated from compost and compost-amended soils as biological control agents against soil-borne phytopathogenic fungi. Biol. Sci. Technol., 2012, 22(12): 1373-1388 (doi: 10.1080/09583157.2012.729143).
13. Akram W., Mahboob A., Javed A. Bacillus thuiingiensis strain 199 can induce systemic resistance in tomato against Fusaiium wilt. Eur. J. Microbiol. Immunol., 2013, 3: 275280 (doi: 10.1556/EuJMI.3.2013.4.7).
14. Tao A., Pang F., Huang S., Yu G., Li B., Wang T. Characterization of endophytic Bacillus thuiingiensis strains isolated from wheat plants as biocontrol agents against wheat flag smut. Biocontrol Sci. Tecnol., 2014, 24(8): 901-924 (doi: 10.1080/09583157.2014.904502).
15. Siegel J.P. The mammalian safety Bacillus thuiingiensis based insecticides. J. Invert. Pathol., 2001, 77: 13-21 (doi: 10.1006/jipa.2000.5000).
16. Зейналов А.С., Чурилина Т.Н. Экологизированная защита черной смородины от смородинной узкотелой златки (Agiilus iibesi Schaefer). Плодоводство и ягодоводство России (М.), 2012, 2(1): 192-199.
17. Loseva O., Ibrahim M., Candas M., Koller C.N., Bauer L.S., Bulla L.A. Changes in protease activity and Cry3Aa toxin binding in the ^toado potato beetle: implications for insect resistance to Bacillus thuiingiensis toxins. Insect Biochem. Mol. Biol., 2002, 32: 567-577 (doi: 10.1016/S0965-1748(01)00137-0).
18. Wagner W., M o hrlen F., Schnetter W. Characterization of the proteolytic enzymes in the midgut of the European Cockchafer, Melolontha melolontha (Coleopteia: Scaiabaidae). Insect Biochem. Mol. Biol., 2002, 32: 803-814 (doi: 10.1016/S0965-1748(01)00167-9).
19. Saguez J., Hainez R., Cherqui A., Van Wuytswinkel O., Jeanpierre H., Lebon G., Noiraud N., Beaujean A., Jouanin L., Laberche J.-C., Vincent C., Giordanengo P. Unexpected effects of chitinases on the peach-potato aphid (Myzus peisicae Sulzer) when delivered via transgenic potato plants (Solanum tubeiosum Linne) and in vitro. Transgenic Research, 2005, 14: 57-67 (doi: 10.1007/s11248-004-3100-4).
20. Reyes-Ramirez A., Escudero-Abarca B.I., Aguilar-Uscanga G., Hay-ward-Jones P.M., Barboza - Corona J.E. Antifungal activity of Bacillus thuiingiensis chitinase and its potential for the biocontrol of phytopathogenic fungi in soybean seeds. J. Food Sci., 2004, 69(5): M131-M134 (doi: 10.1111/j.1365-2621.2004.tb10721.x).
21. Xiao L., Xie C.C., Cai J., Lin Z.J., Chen Y.H. Identification and characterization of chitinase producing Bacillus slowing significant antifungal activity. Cur. Microbiol., 2009, 58(5): 528 (doi: 10.1007/s00284-009-9363-5).
22. Seo D.J., Nguyen D.M., Song Y.S., Jung W.J. Induction of defense response against Rhizoctonia solani in cucumber plant by endophytic bacterium Bacillus thuiingiensis GS1. J. Microbiol. Biotechnol., 2012, 22(3): 407-415 (doi: 10.4014/jmb.1107.07027).
23. Martinez-Absal o n S., Rojas-Sol i s D., Hernandez-Le o n R., Prieto - Barajas C., Orozco - Mosqueda M., Pe n a-Cabriales J., Sakuda S., Valencia-Cantero E., Santoyo G. Potential use and mode of action of the new strain Bacillus thuiingiensis UM96 for the biological control of the grey mould phytopathogen Botiytis cineiea. Biocontrol Sci. Technol., 2014, 24(12): 1349-1362 (doi: 10.1080/09583157.2014.940846).
24. Yu G.Y., Sinclair J.B., Hartman G.L., Bertagnolli B.L. Production of iturin A by Bacillus amyloliquefaciens suppressing Rhizoctonia solani. Soil Biol. Biochem., 2002, 34: 955-963 (doi: 10.1016/S0038-0717(02)00027-5).
25. Shrestha A., Sultana R., Chae J.-C., Kim K., Lee K.J. Bacillus thuiingiensis C25 which is rich in cеU wall degrading enzymes efficiently controls lettuce drop caused by Scle-iotinia minoi Eur. J. Plant Pathol., 2015, 142: 577-589 (doi: 10.1007/s10658-015-0636-5).
26. Hath out Y., Ho Y., Ryzhov V., Demirev P., Fenselau C. Kurstakins: a new
691
class of lipopeptides isolated from Bacillus thuiingiensis. J. Nat. Products, 2000, 63: 1492-1496.
27. Kim P.I., Bai H., Bai D., Chae H., Chung S., Kim Y., Park R., Chi Y.-T. Purification and characterization of a lipopeptide produced by Bacillus thuiingiensis CMB26. J. Appl. Microbiol., 2004, 97: 942-949 (doi: 10.nn/j.1365-2672.2004.02356.x).
28. Stein T. Bacillus subtilis antibiotics: structures, syntheses and specific functions. Molecular Microbiology, 2005, 56(4): 845-857 (doi: 10.11n/j.1365-2958.2005.04587.x).
29. Zhou Y., Choi Y., Sun M., Yu Z. Novel role of Bacillus thuiingiensis to control plant diseases. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2008, 80(4): 563-572 (doi: 10.1007/s00253-008-1610-3).
30. Kim P.I., Ryu J., Kim Y.H., Chi Y.-T. Production of biosurfactant lipopetides Iturin A, fengycin and surfactin A from Bacillus subtilis CMB32 for control of Colletotiichum gloeo-spoiioides. J. Microbiol. Biotechnol., 2010, 20(1): 138-145.
31. Yanez-Mendizabal V., Zeriouh H., Vinas I., Torres R., Usall J., de Vicente A., P e rez-Garc i a A., Teixid o N. Biological control of peach brown rot (Monilinia spp.) by Bacillus subtilis CPA-8 is based on production of fengycin-like lipopeptides. Europ. J. Plant Pathol., 2012, 132: 609-619 (doi: 10.1007/s10658-011-9905-0).
32. Elkahoui S., Dj e balin N., Karkouch I., Hadj Ibrahim A., Kalai L., Bachkouel S., Tabbene O., Limam F. Mass spectrometry identification of antifungal lipopeptides from Bacillus sp. BCLRB2 against Rhizoctonia solani and Scleiotinia scleiotioium. Appl. Biochem. Microbiol., 2014, 50(2): 161-165 (doi: 10.1134/S0003683814020082).
33. Ассатурова А.М. Перспективные штаммы бактерий — продуценты микробиопрепаратов для снижения вредоносности фузариоза на подсолнечнике. Автореф. канд. дис. СПб—Пушкин, 2009.
34. Каме не к Л.К., Камене к Д.В., Тюльпинева А.А., Терпиловский М.А. Действие дельта-эндотоксина Bacillus thuiingiensis в отношении фитопатогенных грибов родов Phytophthoia и Fusaiium. Биотехнология, 2008, 5: 76-83.
35. Кандыбин Н.В., Смирнов О.В., Барбашова Н.М. Новый энтомоцидный препарат со специфическим действием на жесткокрылых. Мат. Всерос. науч.-практ. совещания. Пущино, 1994: 179-181.
36. Гришечкина С.Д., Смирнов О.В., Кандыбин Н.В. Фунгистатическая активность различных подвидов Bacillus thuiingiensis. Микология и фитопатология, 2002, 36(1): 58-62.
37. Котова В.В. Методические указания по изучению вредоносности корневой гнили яровой пшеницы и ячменя и методы расчета потерь от болезней. Л., 1979.
38. Сидорова С.Ф., Попов В.И. Методические указания по изучению вертициллезно-го и фузариозного увядания сельскохозяйственных растений. Л.—Пушкин, 1980.
39. Власов Ю.И., Гаврилова Е.А., Минкевич И., Чумаков А.Е. Основные методы фитопатологических исследований. М., 1974.
40. Лошакова Н.И., Крылова Т.В., Кудрявцева Л.П. Методические указания по фитопатологической оценке устойчивости льна-долгунца к болезням. Торжок, 2006.
41. Тупеневич С.М., Хохряков М.К., Чумаков А.Е. Рекомендации по борьбе с корневыми гнилями пшеницы и ячменя. Л., 1962.
42. Методические указания по оценке селекционного материала на устойчивость к фитофторозу, ризоктониозу, бактериальным болезням и механическим повреждениям. М., 1980.
43. Смирнов О.В., Бородавко Н.Б., Гришечкина С.Д. Бацикол в защите капусты от крестоцветных блошек. Тез. докл. 1-го Всерос. съезда по защите растений. СПб, 1995: 367-368.
44. Смирнов О.В. Патотипы Bacillus thuiingiensis и экологические основы их использования в защите растений. Автореф. докт. дис. СПб—Пушкин, 2000.
45. Гришечкина С.Д. Эффективность микробиологического препарата Bacillus thuiingiensis Н10 на землянике. Мат. Межд. науч.-практ. конф. «Агротехнический метод защиты растений». Краснодар, 2013: 313-316.
46. Гришечкина С.Д., Кузнецова А.В. Бацикол против гречишного долгоносика. Защита и карантин растений, 2012, 3: 28-29.
47. Анисимов А.И., Доброхотов С.А., Гришечкина С.Д. Эффективность микробиологических препаратов в борьбе с основными вредителями овощных, ягодных культур и картофеля в Ленинградской области. Мат. Межд. конф. «Инфекционная патология членистоногих». СПб—Пушкин, 2012: 9-11.
48. Кандыбин Н.В., Смирнов О.В., Гришечкина С.Д., Столова О.В., Красавина Л.П. Испытание микробиологического препарата бацикол на цветах против трипсов (Thysanopteia). Мат. VII съезда Российского энтомологического общества. СПб, 1997: 177-178.
49. Гришечкина С.Д., Смирнов О.В., Кандыбин Н.В. Перспективы применения Bacillust huiingiensis против некоторых фитопатогенных грибов. Тез. докл. 2-го Всерос. съезда по защите растений. СПб, 2005: 155-157.
50. Г р и ш е ч ки н а С.Д., С м и р н о в О.В. Вегетационная и полевая оценка антифунгаль-ного эффекта Bacillust huiingiensis. Вестник защиты растений, 2010, 3: 44-50.
51. Гришечкина С.Д., Лошакова Н.И. Эффективность микробиопрепарата на осно-
692
ве ВТ в борьбе с фузариозным увяданием льна. Агро XXI, 2013, 10-12: 18-19.
52. Гришечкина С.Д. Эффективность Bacillus thuiingiensis Ню в борьбе с гельминтоспо-риозной корневой гнилью зерновых культур. Мат. Межд. науч.-практ. конф. «Защита растений в современных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур». Крас-нообск, 2013: 112-114.
53. Цветкова В.П., Штерн ши с М.В., Гришечкина С.Д. Проявление полифункциональной активности бацикола на картофеле. Мат. Межд. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии применения биологических средств защиты растений в производстве органической сельскохозяйственной продукции». Краснодар, 2014: 301-305.
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной Поступила в редакцию микробиологии, 17 июня 2015 года
196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3, e-mail: [email protected]
Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2015, V. 50, № 5, pp. 685-693
MECHANISM AND ACTIVITY SPECTRUM OF MICROBIOLOGICAL PREPARATION BATSIKOL WITH PHYTOPROTECTIVE ACTION
S.D. Grishechkina
All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, Federal Agency of Scientific Organizations, 3, sh.
Podbel’skogo, St. Petersburg, 196608 Russia, e-mail [email protected]
Acknowledgements
Supported by Ministry of Education and Sciences of the Russian Federation (Agreement No 14.604.21.0024, RFMEFI60414X0024).
Received June 17, 2015 doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.685eng
Abstract
Various groups of agents are involved in biological crop protection to control pests and diseases. Of them, Bacillus genus possessing activity against harmful insects and phytopathogens is most promising and widely used. In this, the biologicals based on Bacillus thuiingiensis (Bt) dominate. More than 70 varieties of Bt have been identified. These bacteria can survive for a long time after treatment. Preparations based on three Bt serovars (A, B, C) are mostly used for insects’ biocontrol. Serovar A Bt subspecies can form crystal endotoxins which are active against Lepidoptera; serovar B Bt subspecies attack the larvae of mosquitoes and black flies, and phytophagous Diptera; and serovar C Bt subspecies are active against Coleoptera beetles. A new serovar F (fungi) of this bacillus was identified. Physiological and biochemical properties of Bacillus thuringiensis provide the assimilation of nutrient substrates and antibiosis against biocenosis partners. Batsikol, the biological preparation based on B. thuiingiensis var. darmstadiensis (H10) with entomopathogenic action, was created at All-Russian Research Institute of Agricultural Microbiology (St. Petersburg). Batsikol contains components of culture liquid, spores, insecticidal and fungicidal exo- and endotoxins, due to which it possesses multifunctional properties. The article presents the mechanisms of entomopathogenic and antifungal action of microbial preparations based on Bt. Results of testing Batsikol effectiveness against various pests and diseases in field trials and vegetation experiments are shown. Liquid form of biological product was used in the study (spore titer of 3.5x109/ml). Field and vegetation tests were carried out in 1994-2013 in different regions of Russia (Leningrad, Novosibirsk, Volgograd region, North Ossetia, Stavropol and Primorsky regions). Batsikol was sprayed against phytophagous pests on vegetating plants. The efficacy against pests varied from 50 to 100 %. Different modes of application against phytopathogen were tested according to the type of parasitism and environmental characteristics of fungi (i.e., spraying, irrigation, seed treatment). In field experiments the efficacy of spraying strawberry plants against gray mold was 60-74 %. Soil watering was used against Fusarium wilt on tomatoes and flax with efficacy of 74-87 % and 34-42 %, respectively. When seeds were treated prior to sowing the efficacy was 66-71 % in case of soaking barley seeds against root rot, and 40-45 % while soaking potato tubers against damping-off. Based on the tests conducted with Batsikol in different regions of Russia, the spectrum of its activities against wide range of phytophagous pests and pathogenic fungi was revealed on different crops. The obtained data expand the understanding of Bt biology and, in particular, the action spectrum against various pests and diseases dangerous for many cultivated plants. Presented materials allow considering Bacillus thuringiensis as the basis of microbiological preparations with a multifunctional activity. The obtained data will allow expanding the scope of its application, and it will help to improve ecological situation.
Keywords: Bacillus thuiingiensis, Batsikol, phytophagous insects, phytophathogenic fungi, biological efficiency.
693
