Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis – почвенная, спорообразующая, грамположительная, энтомопатогенная прокариотическая бактерия, подвижная за счет перитрихиальных жгутиков, расположенных по всей поверхности клетки бактерии. Бактерии Bacillus thuringiensis – перитрихи^[9].

Bacillus thuringiensis – аэробная бактерия с температурным диапазоном роста от +5°C до +45°C^[9].

На питательном агаре

. Bacillus thuringiensis, выращенная на питательном агаре дает положительную реакцию с яичным желтком, гидролизует казеин, желатин, крахмал, использует в качестве источника углерода цитрат, расщепляет тирозин, фенилаланин не дезаминируется^[9].

Большинство штаммов Bacillus thuringiensis использует сахарозу и другие сахара. Bacillus thuringiensis серотипы israelensis сахарозу не ферментируют^[9].

Кристаллические включения

. Основная особенность штаммов Bacillus thuringiensis – образование белковых кристаллических включений на стадии споруляции^[4]. Бактерия продуцирует эллипсоидные эндоспоры, содержащие кристаллический или δ-токсин. Кристаллические включения состоят из белков Cry с молекулярной массой от 30 до 140 кДа. Данные белки кодируются генами cry^[9].

Кроме кристаллических включений, штаммы этой бактерии синтезируют ряд ферментов и токсинов, обеспечивающих для возможность широкой адаптации к различным естественным условиям обитания^[9].

Штаммы Bacillus thuringiensis

Распространение

. Bacillus thuringiensis встречается в природе повсеместно:

в почве, причем обитает в различных типах;
на поверхности растений;
в опавших листьях;
в телах насекомых, как живых, так и мертвых^[4].

Изоляты Bacillus thuringiensis обнаруживаюся в большинстве стран мира на различных континентах^[4]. В частности, Bacillus thuringiensis в мерзлой почве Магаданской области неподвижны и жгутиков не образуют. Выделенные бактерии характеризовались тем, что у них кристалл не отделялся от споры. Этот вид бактерий обнаружился в 80% почвенных образцов. Выделенные из почвы бактерии B. thuringiensis формировали неплотные колонии, в которых развивались длинные цепочки из сотен клеток со спорами и кристаллами (размер от 0.4 до 0.9 мкм). В составе параспоральных включений преобладали белки молекулярной массой: 120, 80, 45, 43, 40 и 18 кДа^[8].

На сегодняшний день выделено и идентифицировано по физиолого-биохимическим и серологическим свойствам 132 природных штамма Bacillus thuringiensis^[9].

Чувствительные виды вредителей

Действие на вредные организмы

Bacillus thuringiensis (ВТ, Bt) – энтомопатогенная бактерия. Благодаря разнообразию природных и лабораторных штаммов, спектр поражаемых видов очень велик. Некоторые штаммы проявляют активность против фитопатогенных грибов^[4].

Механизм действия

. Согласно классификации IRAC, штаммы бактерии Bacillus thuringiensis относятся к Группе 11 Микробные разрушители средней кишки насекомых/ Microbial disruptors of insect midgut membranes^[11].

Механизм действия Bacillus thuringiensis основан на взаимодействии белковых токсинов с рецепторами на мембране средней кишки насекомых, что вызывает разрушение ее и образование пор (дыр), открывающих бактериям доступ в гемолимфу. Это приводит к ионному дисбалансу, септицемии и гибели насекомых^[11].

Таким образом, эффект действия ВТ и его специфичность к хозяину определяют либо параспоральные токсины, содержащие белковые кристаллы (Cry и Cyt), продуцируемые бактериями в стационарной фазе или растворимые токсины Vip и Sip, секретируемые вегетативными клетками. Одновременно установлено действие многочисленных нетоксиновых факторов вирулентности, включающие металлопротеазы, хитиназы, аминополиоловые антибиотики и фрагменты, имитирующие нуклеотиды^[4].

Вышеперечисленный набор факторов вирулентности в разной степени и в разных сочетаниях действует на различные виды насекомых. Бактерии вызывают заболевания, сопровождающиеся септицемией (форма сепсиса, возникающая при попадании бактерий в кровяное русло), при которой гемолимфа, ее фагоцитарные и неспецифические механизмы иммунитета не в состоянии подавлять размножение микроорганизмов, беспрерывно в нее проникающих. Клетки пораженных тканей разрываются и бактерии в еще больших количествах попадают в гемолимфу, усиливая септицемию^[4].

Симптомы поражения. При попадании с листьями растений в организм гусениц (личинок), вещество вызывает у вредителей кишечный токсикоз (угнетение секреции пищеварительных ферментов и нарушений функций кишечника). Повреждения, нанесенные кишечному тракту, первоначально нарушают способность гусеницы переваривать пищу и вызывают приостановку питания. Аппетит насекомых снижается через несколько часов после проникновении препарата в тело вредителя^[5].

Активированный в кишечном тракте токсин вызывает повреждение внутренней оболочки кишечника гусеницы, в результате чего нарушается осмотическое равновесие, приводящее к просачиванию щелочного содержимого кишечника в полость ее тела. Споры прорастают, в полости тела размножаются бактерии, формируется септицемия, в исходе наступает гибель гусениц, которая происходит через 1–4 дня^[7]^[5]^[1].

Var. thuringiensis обладает энтомоцидным и овицидным действием^[5]^[1],
Var. Kurstaki не имеет таких свойств, но нарушает течение нормальных физиологических процессов у представителей старших поколений: вызывает появление уродливых куколок, нарушает способность имаго к репродукции^[1].

Поражаемые виды

. Бактерия Bacillus thuringiensis и ее штаммы характеризуются значительной вирулентностью по отношению ко многим видам насекомых. Воздействие штаммов часто видоспецифично. Поражаются виды семейств: Тли настоящие, Паутинные клещи, Листовертки, Пяденицы, Медведицы, Огневки настоящие, Огневки узкокрылые, Белянки, Галлицы, Слепняки, Пилильщики хвойные, Листоеды, Волнянки, Моли выемчатокрылые, Акролепии, Моли-малютки, Коконопряды, Ночницы^[3].

Примерный перечень чувствительных видов представлен в списке, расположенном справа.

Резистентность

. Уникальность механизма действия бактерий Bacillus thuringiensis обеспечивает отсутствие перекрёстной резистентности к соединениям других групп классификации IRAC^[11].

Существует опасность формирования устойчивых популяций вредителей непосредственно к тому или иному штамму бактерии или, вырабатываемым этим штаммом токсинам^[10].

Подробнее о резистентности к Bacillus thuringiensis в статье «Бактериальные инсектициды», в разделе «Действие на вредные организмы», расположеной тут.

Профилактика резистентности

– в статье «Бактериальные инсектициды», в разделе «Действие на вредные организмы», расположенной тут.

Фитотоксичность

. Бактериальные инсектициды в большинстве случаев не проявляют фототоксичных свойств^[6].

для медицинского, санитарного
и бытового применения:

Применение

Bacillus thuringiensis штаммы – используют как действующее вещество инсектицидов^[4].

Инсектициды с действующим веществом штаммы Bacillus thuringiensis содержат в своем составе спорово-кристаллический комплекс бактерий, с небольшой примесью остатков питательной среды и метаболитов. В составе препаратов микроорганизмы сохраняют жизнеспособность, средства выпускаются в порошке или других формах^[4].

В сельском хозяйстве

. Препараты с действующим веществом штаммы Bacillus thuringiensis зарегистрированы для борьбы с вредителями картофеля (картофельная моль), капусты и других овощных культур (капустная моль, репная белянка и капустная белянка, огневки узкокрылые (гусеницы 1-2 возраста), капустная совка), яблони, сливы, абрикоса, черешни, груши и других плодовых деревьев (американская белая бабочка (гусеницы 1-3 возраста), плодовая и яблонная моли (гусеницы 1-3 возраста), пяденицы, златогузки, коконопряды, волнянки, листовертки (гусеницы 1-3 возраста)^[3].

С полным перечнем пестицидов, разрешенных к использованию на территории России, можно ознакомиться в блоке справа от данного текста.

В личном приусадебном хозяйстве

. В личных подсобных хозяйствах зарегистрированы препараты против вредителей капусты, свеклы, моркови (капустная совка, луговой мотылек), плодовых культур (яблоневая плодожорка)^[3].

Баковые смеси

. Средства на основе бактерий совместимы с другими химическими пестицидами и биологическими препаратами в баковых смесях^[2].

Токсикологические свойства и характеристики

Бактериальные препараты в рекомендуемых дозах безопасны для полезных насекомых, малоопасны для птиц, теплокровных животных, рыб и человека. Bacillus thuringiensis, var. Kurstaki токсичен для тутового и дубового шелкопряда^[5]^[1].

Классы опасности

. По токсичности для человека Bacillus thuringiensisvar. Kurstaki относится к 4 классу, Bacillus thuringiensis var. thuringiensis – ко 2 и3^[3].

Для пчел токсичность Bacillus thuringiensisvar. Kurstaki принадлежит к 3 и 4, Bacillus thuringiensis var. thuringiensis – к 1 и 3 классам^[3].

Препараты с действующим веществом Bacillus thuringiensis по токсичности для человека относятся к 4 классу опасности (Биоcлип БТ, П) и 3В классу (Биоcтоп, Ж)^[3].

Гигиенические нормативы

содержания пестицидов в объектах окружающей среды в статьях – «Bacillus thuringiensis subsp. Thuringiensis ИПМ-1140», «Bacillus thuringiensis var. kurstaki», «Bacillus thuringiensis var. thuringiensis», «Bacillus thuringiensis var. Thuringiensis штамм В-501», «Полипептид».

Получение

Препараты с действующими веществами спорово-кристаллический комплекс штаммов бактерии Bacillus thuringiensis производятся методом глубинного культивирования с последующим концентрированием культуральной жидкости и стандартизацией препарата^[2].

История

1901 год – японский ученый Шигетан Ишивата выделил бактерию из мертвых гусениц тутового шелкопряда, погибших от «болезни сотто» (болезни внезапного коллапса). Данное заболевание было причиной массовой гибели шелкопряда на территории Японии и прилегающих регинов. Ишивато именовал бактерию Bacillus sotto^[4].

1911 год – немецкий ученый Эрнст Берлинер выделил штамм из мертвых личинок мельничной огневки, взятых на мельнице в Тюрингии. Бактерия получила наименование Bacillus thuringiensis. При изучении бактерии Берлинер рядом со спорой обнаружил кристаллические включения^[4].

1953 году Кристофер Ханнаем обнаруженные включения назвал «параспорными кристалами». Одновременно продемонстрировано инсектицидное действия включений и определен их белковый состав^[4].

1938 год, Франция – произведен первый коммерческий инсектицид, основанный на действии Bacillus thuringiensis. Он использовался для борьбы с амбарными огневками^[4].

В начале 50-х годов, в России было организовано производство Энтобактерина – первого в СССР бактериального инсектицида. Производили его на Бердском и Степногорском заводах^[4].

В США коммерческие препараты Bt-бактерий были запущены в производство в 1958 году^[4].

Литературные источники:

1. Белов Д.А. Химические методы и средства защиты растений в лесном хозяйстве и озеленении: Учебное пособие для студентов. –М.: МГУЛ, 2003. – 128 с
2. Биологический инсектицид Лепидоцид в защите леса. Буклет ООО ПО «СИББИОФАРМ», 2007;
3. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2024 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)
4. Долженко Т.В. Бактериальные инсектоакарициды для защиты растений: изучение и перспективы применения, Plant Biology and Horticulture: theory, innovation.2021. №3 (160), Энтомология и фитопатология, стр 50 – 61.
5. Погозий И.Т., Яценко В.Г. и др. Эффективность и безопасность бактериального препарата битоксибациллина против листогрызущих вредителей сада. Сборник научных трудов «Технология защиты сельско-хозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков». Киев: Издательство УСХА, 1991
6. Старчевский И., Самойлов Ю. Исследование производства и применения в защите растений биологических препаратов. Информационный бюллетень ВПРС МООБ/Международная организация по биологической борьбе с вредными животными и растениями. СПб, 2002, №3;
7. Указания по применению лепидоцида концентрированного в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур/ Гос.комиссия по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками при МСХ СССР и др. М.: 1984.
8. Ходырев В.П., Дубовский И.М., Поленогова О.В. Характеристика новой культуры Bacillus thuringiensis, выделенной из мерзлотной почвы Магаданской области, Известия РАН. Серия биологическая, 2020, № 6, стр. 586–595
9. Leon L Rabinovitch, Adriana Vivoni, Vilmar Machado, Neiva Knaak Bacillus thuringiensis Characterization: Morphology, Physiology, Biochemistry, Pathotype, Cellular, and Molecular Aspects, Molecular Aspects In book: Bacillus thuringiensis and Lysinibacillus sphaericus (pp.1-18), June 2017 DOI: 10.1007/978-3-319-56678-8_1
10. Myriam Siegwart, Benoit Graillot, Christine Blachere Lopez, Samantha Besse, Marc Bardin, Philippe C. Nicot, Miguel Lopez-Ferber, Resistance to bio-insecticides or how to enhance their sustainability: a review. Front. Plant Sci., 19 June 2015 Sec. Plant Pathogen Interactions Volume 6 - 2015

Источники из сети интернет:

11. Irac-online.org.

Изображения (переработаны):

12.

Bt, by AJ Cann, по лицензии CC BY-NC-SA

Пестициды, содержащие Bacillus thuringiensis

ПОИСК ПО ПЕСТИЦИДАМ