3.1 Дельта-эндотоксин, или параспоральный кристаллический эндотоксин
Образуется одновременно со спорой в противоположной части тела бактерии. Сначала он имеет форму бесформенного комочка, постепенно превращаясь в правильный восьмингранник. Остатки стенок клетки бактерии (спорангия) после созревания споры и кристалла подвергаются автолизу и оба образования освобождаются.
Кристаллы по химическому составу представляют белковое соединение, в состав которого входит 17,5% азота и почти или совсем не содержится фосфора. Известно 17....18 аминокислот, входящих в состав кристалла. Кристаллы слабо устойчивы к действию температуры. Прогревание при 80... 100° С в течение 30….40 мин разрушает его структуру и инактивирует токсические свойства. В связи с этим его часто называют термолабильный эндотоксин. Кристаллы нерастворимы в воде и некоторых органических растворителях, но теряют свою токсичность при обработке крепкими кислотами и спиртами и еще в большей степени — щелочами. Белок кристалла переходит в раствор при высокой щелочности среды. Для варианта тюрингиензис рН в этом случае составляет 11,8. (Бондаренко Н.В. 1978г)
В кишечнике восприимчивых насекомых реакция щелочная, но ниже показателя рН, необходимого для растворения кристалла. Так, в переднем и среднем отделах кишечника у тутового, непарного и кольчатого шелкопрядов, восприимчивых к действию кристаллического эндотоксина, рН составляет 8,9. Предполагают, что гидролиз кристаллов происходит под влиянием протеолитических ферментов. При этом что эндотоксин сам по себе не токсичен для насекомых и представляет собой протоксин, который под действием определенных протеаз желудочного сока превращается в токсическое вещество. Этими протеазами обладают не все насекомые, с чем и связана избирательность действия токсина. Свидетельствует то обстоятельство, что у гусениц восклицательной и озимой совок с уровнем рН более высоким (9,5-9,6) чем у указанных выше шелкопрядов, кристаллы растворяются в кишечной среде, а у капустной совки (рН 10,2) кристаллы не растворяются, в обоих случаях отравления гусениц не происходит.
Типичными симптомами действия кристаллического эндотоксина на восприимчивых насекомых является паралич кишечника, прекращение питания в течение первого часа после заглатывания токсина и развитие общего паралича, приводящего, например, гусениц капустной белянки к гибели в течение 48 ч.
Испытывая действие бактерий варианта галлерия, относящегося к V серотипу, не образующему термостабильного экзотоксина (бета-экзотоксина), на 88 видах насекомых из 8 отрядов разделили их на 4 группы, различающиеся по степени восприимчивости.
· 1-ая группа - чешуекрылые, обладающие высокой восприимчивостью и полностью погибавшие в лабораторном опыте. К ним относятся некоторые виды из сем, настоящих молей, молей-пестрянок, горностаевых молей, выемчатокрылых молей, листоверток, нимфалид и белянок.
· 2-ая группа - представители семейств чешуекрылых, гибель гусениц которых из здоровой популяции не превышала 40...70%. Они относятся к семейству огневок, коконопрядов, пядениц, хохлаток и медведиц.
· 3-я группа - практически невосприимчивые гусеницы совок (кроме совки-гаммы) и пилильщиков.
· 4-ая - паразитические перепончатокрылые, которые во взрослой фазе были устойчивыми к бактериям. Гибель их личинок зависела от срока обработки хозяина и фазы развития паразита и устойчивые — представители прямокрылых, равнокрылых, жесткокрылых.
3.2 Бета-экзотоксин, или термостабильный экзотоксин
Представляет собой также очень важный компонент метаболизма бактериальной клетки. По химической природе он близок к нуклеотидам — аденину или урацилу, а некоторые исследователи причисляют его к структурным аналогам аденозинтрифосфорной кислоты. Кристаллической природы не имеет. Токсин накапливается в культуральной жидкости после отделения от нее спор и кристаллов бактерии. Свое название этот токсин получил за сравнительно хорошую стабильность при высокой температуре: активность сохраняется при автоклавировании в течение 15 мин при 120° С.
Вещество термостабильного экзотоксина растворимо в воде, устойчиво к действию щелочи, гидролизуется кислотами, выдерживает нагревание при 110° С в течение 4 ч. При дефосфорилировании химическим или ферментативным путем становится нетоксичным для насекомых.
Термостабильный экзотоксин наиболее эффективен против личинок восприимчивых насекомых. Он вызывает специфические задержки линьки насекомых и тератологическое действие на взрослых насекомых, развивающихся из личинок, получивших сублетальную дозу токсина. Тератологическое действие сказывается неодинаково на разных насекомых. Например: у капустной белянки происходит атрофия хоботка, в результате чего полностью исключается возможность питания имаго. У колорадского жука исчезают щупики нижней губы, а кончик язычка вытягивается, образуя непарный придаток. На члениках булавы усиков развиваются коготки, сходные с коготками на лапках. Несмотря на это колорадский жук продолжает питаться с помощью мандибул, остающихся почти неизмененными. Как показали исследования А. Бюржерона, указанные деформации передаются по наследству. Более чувствительны к токсину личинки, в меньшей степени — зародыши в яйцах, куколки и взрослые насекомые. (Бондаренко Н.В 1978).
Экзотоксин обладает более широким спектром действия, чем кристаллический эндотоксин. Он токсичен не только для чешуекрылых (в том числе совок), но и для прямокрылых, некоторых жуков, двукрылых, а из представителей других групп организмов для паутинного клеща и парамеций.
3.3 Альфа-экзотоксин, или фосфолипаза С, или лецитиназа С
Является продуцентом растущих клеток бактерий. Предполагается, что этот фермент вызывает распад незаменимых фосфолипидов в тканях насекомых, приводя их к гибели. Токсичная для насекомых лецитиназа отмечена как у кристаллоносных, так и некристаллоносных бактерий. Лецитина за активна при рН кишечника в пределах 6,6...7,4 и повреждает у восприимчивых насекомых клетки кишечника, способствуя проникновению бактерий в полость тела.
Глава 4. Бактериальные препараты
Наибольшее практическое значение в деле организации борьбы с насекомыми-вредителями как выше было сказано имеет бактерия:
В. fburingiensis, она составляет основу современной промышленности по производству бактериальных, инсектицидов. В. thuringiensis объединяет разновидности спорообразующих бактерий, вырабатывающих особые энтомоцидные токсины, обладающие высокой активностью по отношению к насекомым. Эти токсины могут быть двух видов: кристалловидный и растворимый.
В нашей стране и за рубежом из В. thuringiensis в промышленных масштабах изготовляют ряд препаратов, предназначенных для борьбы с вредными насекомыми. Из зарубежных препаратов известны:
· биотрол
· турицид
· агритрол
· бактан
· дипел
· бактоспейн
Мировое производство препаратов из В. thuringiensis в 1979 г. составляло более 1200 т., что позволяет обработать площадь посевов в несколько миллионов гектаров.
В США инсектициды на основе В. thuringiensis производятся компанией «Сельскохозяйственные продукты Монсанто» (Monsanto). AgriculturalProducts»). Фермеры в течение двадцати лет используют эти препараты для защиты таких культур, как капуста, хлопчатник, бобы, картофель.
В России созданы, применяются или проходят испытание следующие препараты:
· битоксибациллин
· лепидоцид
Они поражают свыше 200 видов вредных насекомых. Промышленное изготовление бактериального препарата энтобактерина осуществляется в нашей стране еще с 1959 г.
Бактериальные инсектициды обычно выпускаются в виде порошка. Это удобная для транспортировки, хранения и использования форма. Против ряда вредителей, применяются гранулированные и инкапсулированные формы бактериальных препаратов. Так, например, для борьбы с кукурузным мотыльком успешно используются препараты, в гранулах с кукурузной мукой.
Для повышения эффективности бактериальных инсектицидов употребляются различные добавки — растекатели, прилипатели или распылители. Препараты содержат споры бактерий и кристаллы эндотоксина, а в некоторых случаях (препарат битоксибациллин) и термостабильныи токсин с помощью которого удается расширить спектр действия препаратов. Эти препараты можно комбинировать с сублетальными дозами химических инсектицидов, а именно некоторых карбаматов, фосфорорганических препаратов, пиретроидов, с препаратами энтомопатогенных вирусов, о которых говорилось выше. В нашей стране дендробациллин, энтобактерин, инсектин, гомелин, битоксибациллин используют в смеси с хлорофосом, золоном, фосфамидом, севином, бензофосфатом, фозолоном, метатионом, метафосом, полидофеном, рогором, карбофосом против непарного и кольчатого шелкопрядов, яблонной и капустной молей, плодожорок, боярышниковой и розанной листоверток, хлопковых и капустных совок, боярышницы, шелкопряда-монашенки, комплекса пядениц, дубовой листовертки, лугового мотылька, красногрудой пьявицы, бересклетовой и японской восковой ложнощитовок, шишковой огневки. Химические добавки в ряде случаев повышают эффективность биопрепаратов на 20—30% или не изменяют ее. Причины отсутствия эффекта при добавлении к биопрепаратам ядохимикатов еще не выяснены, однако в целом ряде случаев отмечено отрицательное влияние химических добавок на жизнеспособность спор В. thuringiensis (в случае фосфорорганических инсектицидов, алдрина, гепта-хлора). Вместе с тем ряд препаратов оказался совместимым с бактериями. Эти препараты могут быть рекомендованы к использованию при осуществлении интегрированной защиты растений от вредных насекомых (ортен, дилокс, ланнот, цетран, димелин).(Иванов А., Кузманова И, Камберов Е.1990г).
С целью повышения эффективности бактериальных препаратов пытаются использовать особые клеящие вещества. Производственную проверку успешно прошел прилипатель поливинилацетат и дрожжевая бражка в концентрации 1 %. Добавление к препарату В. thuringiensis фермента хитиназы, ускоряющего гидролиз хитинового покрова насекомых, ускоряет гибель еловой листовертки. Помимо хитиназы хороший эффект дает димелин, который подавляет образование хитина у гусениц и удлиняет межлиночный период. Наряду с В. thuringiensis для борьбы с вредными насекомыми могут быть использованы и некоторые другие бактерии. Так, например, культуры В. popilliae являются эффективным средством борьбы с японским жуком — опасным вредителем, поражающим около 300 видов растений. Бактерия вызывает так называемую молочную болезнь вредителя. Для практических надобностей бактерии выращивают непосредственно в организме личинок японского жука. Погибших личинок вносят в почву, где споры бактерий в течение длительного времени сохраняют жизнеспособность и вирулентность. Детальное изучение биологических особенностей этих бактерий позволит успешно культивировать их на искусственных питательных средах и изготовлять бактериальные инсектициды в больших количествах. Они могут быть использованы для борьбы с вредными жуками и другими насекомыми, против которых ныне используемые средства малоэффективны.