Эколого-биологическая роль энтомопатогенных бактерий лесных биоценозов Монголии, их трофические потребности

Вредная деятельность многих насекомых приносила и приносит колоссальные убытки народному хозяйству. Насекомые — вредители уничтожают садовые и полевые культуры, лесные массивы, являются переносчиками различных заболеваний домашних животных и человека, вредят в различных отраслях народного хозяйства и в быту. Все это потребовало разработки различных методов борьбы с этими вредителями с целью ограничения их деятельности или полного уничтожения. Методы борьбы с вредными насекомыми делят на химические, механические, физические и биологические. Из всех категорий истребительных мероприятий наибольшее значение приобрел химический метод борьбы. Это объясняется тем, что сравнительно небольшим ассортиментом ядохимикатов можно погубить разнообразные группы вредных насекомых, приносящих ущерб в самых различных отраслях деятельности человека.

Однако в последнее время, в связи с широким применением ядовитых веществ в борьбе с вредными насекомыми сельского хозяйства, обнаружились весьма серьезные отрицательные стороны их применения: уничтожение, помимо вредных насекомых, их антагонистов-хищников и паразитовпривыкание насекомых к их действиюаккумуляция их в организме животных и передача их по пищевой цепочке другим животным, накопление в окружающей среде, вредность для человека и теплокровных животных.

В последнее время после значительного спада вновь возрождается интерес к биологической защите. Разновидностью биологического метода защиты считается метод использования для борьбы с вредными насекомыми различных микроорганизмов.

Знаменитые работы JI. Пастера, посвященные болезням шелковичных червей, вызванным микроорганизмами, положили начало развитию микробиологического метода борьбы (Pasteur, 1870).

В последние годы внимание ученых обращено на изучение различных энтомопатогенных микроорганизмов — вирусов, бактерий, грибов, простейших, как эффективных и безопасных агентов защиты растений. Большое внимание уделяется разработке микробиологического метода борьбы с таким опасным вредителем хвойных лесов Сибири и Дальнего Востока, как сибирский шелкопряд.

Леса Монголии занимают около 15 млн. га (около 8% всей территории), из которых на лиственницу приходится около 49,3%. Леса интенсивно вовлекаются в промышленную эксплуатацию. К истощению лесных ресурсов приводят пожары и вредные насекомые.

В лесах Монголии широко распространены такие вредители, как сибирский шелкопряд, античная волнянка, пяденица Якобсона. Они поедают хвою деревьев, уничтожая тем самым большие лесные массивы. Эти вредители широко распространены в лесах Хэнтэйского хребта, Богда-Ула и Центрального аймака, нагорного Хангая.

Основным методом борьбы с хвоелистогрыущими вредителями леса в Монголии является химический, который имеет ряд отрицательных факторов. Лесные массивы Монголии приурочены к населенным пунктам, поэтому химикаты, применяемые против насекомых-вредителей, особенно опасны для человека и теплокровных животных.

Поэтому разработка микробиологических средств защиты в условиях Монголии является актуальной.

В результате проведенных исследований выделены местные штаммы кристаллообразующих бацилл, показана их высокая эффективность против вредных насекомых.

В лесных биоценозах Монголии собраны для бактериального анализа 560 гусениц сибирского шелкопряда и античной волнянки, из которых выделено 50 штаммов кристаллообразующих бацилл. Для работы были отобраны 17 штаммов Bacillus thuringiensis. Как отмечал Э. К. Африкян (1973), для азиатского континента характерно преобладание штаммов 4 серотипа — Вас. thuringiensis subsp. dendrolimus. Для всех этих штаммов характерно наличие кристаллов кубической и ромбической формы, которые, попав в кишечник насекомого, вызывают паралич, растворяясь под действием щелочной среды кишечника.

Данная работа посвящена изучению штаммов кристаллофорных бацилл, выделенных из погибших гусениц насекомых, собранных в лесных биоценозах Монголии.

Цель исследований. Поиск и отбор высоковирулентных штаммов Bacillus thuringiensis для их дальнейшего использования в качестве продуцентов микробиологических средств защиты.

Задачи исследований.

1. Определение серологических свойств исследуемых штаммов;

2. Определение морфо-культуральных признаков;

3. Изучение влияния различных температурных режимов на процесс споруляции и инклюзиообразования исследуемых штаммов;

4. Определение биологической активности на гусеницах насекомых;

5. Изучение трофических потребностей исследуемых штаммов.

Практическая значимость. В результате обследования очагов массового размножения насекомых в биоценозах Монголии выделены и отобраны активные, высоковирулентные штаммы, изучены их трофические потребности для подбора компонентов питательной среды.

Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в 4 работах. Положения диссертации докладывались на Байкальском международном студенческом форуме «Безопасное развитие регионов» (Иркутск, 1996), на XI съезде Русского энтомологического общества (Санкт-Петербург, 1997), на юбилейной конференции Госкомприроды Иркутской области (Иркутск, 1998), на региональной научно-практической конференции Биоразнообразие микроорганизмов Восточно-Сибирского региона и их научно-практическое использование (Иркутск, 1999).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В данной работе освещено изучение микробиологических характеристик штаммов группы Bacillus thuringiensis, выделенных из лесных биоценозов Монголии. Проведены эксперименты по изучению культуральных, физиолого-биохимических свойств 17 штаммов группы Bacillus thuringiensis. По серологическим характеристикам 13 штаммов (М-5, М-12, М-15, М-16, М-17, М-31, М-34, М-35, М-39, М-87−4, М-84−4, М-2−10, М-48−9-7) отнесены к Bacillus thuringiensis subsp. dendrolimusдва штамма (М-25, М-27) — к Bacillus thuringiensis subsp. galleriaeдва штамма (М-35−8-1, М-35−14−5) — к Bacillus thuringiensis subsp. alesti.

По размеру колоний штаммы разделены на три группы:

1) мелкие — размер колоний от 3 до 12 мм (М-31, М-34, М-87−4, М-84−4);

2) средние — размер от 8 до 15 мм (шт. М-5, М-12, М-15, М-16, М-17, М-25, М-27, М-35, М-39, М-48−9-7, М-35−14−5);

3) крупные — размер от 15 до 17 мм (М-2−10, М-35−8-1).

Результаты физиолого-биохимических реакций, проведенных на исследуемых штаммах, сравнивали с ключом, предложенным в 1962 г. французскими учеными Баржак и Бонфуа (Barjac H. de, Bonnefoi А., 1962). При сопоставлении можно заметить, что выделенные из биоценозов Монголии штаммы, обладают большей лецитиназной активностью, что, по Туманову, является признаком высокой биологической активности. Интересно отметить, что штамм М-16 имеет сычужный фермент, образуя плотный сгусток в молоке.

Штаммы серотипа alesti М-35−8-1, М-35−14−5 образуют на солевой среде розовый пигмент, а на картофеле штамм М-35−14−5 образует желтый пигмент, а М-35−14−5 — розовый пигмент.

При определении биологической активности были взяты штаммы М-25, М-35−8-1, М-12. Для контроля был взят штамм К-78 (регенерация типового штамма № 49 subsp. dendrolimus). Объектом определения биологической iZ€ активности были взяты непарный шелкопряд, зимняя пяденица и крапивница. Все исследуемые штаммы показали высокую биологическую активность.

Гибель тест-насекомых была 90−100%.

При изучении биологии микроорганизмов важное место занимает вопрос о составе питательных сред. Для эксперимента были взяты зерноотходы как источники азота, а в качестве источника углерода использованы глюкоза и мелассы.

На средах, содержащих различные зерноотходы, обогащенные глюкозой, у исследуемых штаммов больший выход спор, чем на средах, не содержащих глюкозу (табл. 17). Для опыта были взяты 4 штамма: М-25 (subsp. galleriae), М-35−8-1 (subsp. alesti), М-12 и М-15 (subsp. galleriae). Наиболее высокий титр (накопление микробных тел) дали штаммы на средах с отрубями и мучкой ячменной, обогащенной глюкозой. При определении потребления глюкозы (табл. 18) важное место занимает вид отхода. Наиболее полно потребляют глюкозу штаммы на средах, содержащих отруби и мучку ячменную. Штамм М-35−8-1 (subsp. alesti) на среде с мучкой ячменной потребляет моносахарид в большом количестве (0,21%). Наименьшее потребление глюкозы наблюдается на средах, содержащих серую мельничную пыль и лузгу ячменную.

Все штаммы, включая и контроль К-78, на среде с мучкой ячменной хорошо усваивает глюкозу.

В ходе эксперимента глюкоза была заменена мелассой, которая преимущественно состоит из сахарозы. Были взяты три вида зерноотходов (отруби, кормовая мучка ячменная, серая мельничная пыль). Штаммы трех серотипов: М-25 (subsp. galleriae), М-12 (subsp. dendrolimus), М-35−8-1 (subsp. alesti) выращивали на питательной среде с добавлением зерноотходов. По таблице 20 видно, что при увеличении зерноотхода с 1 до 2% у штамма М-25 (subsp. galleriae) на отрубях идет увеличение спорообразования (до 73%), а на кормовой мучке снижается (с 43,7 до 14,3%). На 2% серой мельничной пыли спорообразование увеличивается с 26,3 до 36,7%. При увеличении зерноотходов до 3% идет снижение спорообразования на всех средах. Для штамма М-35−8-1 (зиЬэр. акБЙ) при увеличении отрубей с 1 до 2% спорообразование увеличивается с 69 до 75%, на отрубях — с 30 до 38%. При увеличении зерноотхода с 2 до 3% на отрубях накопление спор увеличивается до 45,5%, тогда как на кормовой мучке и серой мельничной пыли идет снижение спорообразования.

Для штамма М-12 (эиЬзр. с1епс1гоНтш) при увеличении отрубей с 1 до 2% идет увеличение спорообразования (с 70 до 81,2%), на кормовой мучке и серой мельничной пыли увеличение с 51,5 до 66,7% и с 35,7 до 46,0% соответственно. При увеличении зерноотходов до 3% идет снижение спорообразования. На отрубях спорообразование составило 56,5%, на серой мельничной пыли — 22,5%, на кормовой мучке- 48,5%.

При изменении количества зерноотходов с 1 до 3% идет изменение накопления титра микробных тел.

Для штамма М-25 (эиЬзр. ?а11епае) при увеличении отрубей с 1 до 2% титр увеличивается почти в 2 раза (с 656 млн. спор/мл до 1038 млн. спор/мл), на серой мельничной пыли титр с 536 млн. спор/мл до 778 млн. спор/мл, на кормовой мучке — с 506 млн. спор/мл до 972 млн. спор/мл.

Для штаммов М-35−8-1 (зиЬзр. аЬэй) и М-12 (зиЬБр. с^пёгоНтш) титр увеличивается на средах с 2% зерноотходов, а при 3% - снижается. Самый высокий титр культуры дают на средах с 2% отрубей и кормовой мучкой ячменной.

Если сравнить накопление микробных тел на средах с зерноотходами, содержащих глюкозу и мелассу, то можно заметить, что при замене глюкозы мелассой титр на всех видах зерноотходов увеличивается. Это связано со сложным составом мелассы, содержащей дисахариды. Как мы знаем, источники углеродного питания влияют на процесс спорообразования, накопление титра микробных тел.

Таким образом, самой оптимальной питательной средой, на которой идет высокое накопление титра и большой выход спор являются: для штаммов М-25 (subsp. galleriae) и М-12 (subsp. dendrolimus) среда с 2% содержанием отрубей, а для М-35−8-1 (subsp. alesti) — среда с 2% содержанием кормовой мучки ячменной.