Тема: Выявление и количественный учет микроорганизмов
Содержание:
- Выявление и количественный учет микроорганизмов естественных субстратов
- Микробиота воздуха. Оценка качества воздуха по микробиологическим показателям
- Микробиота воды. Санитарная оценка воды по микробиологическим показателям
- Эпифитная микробиота зерна
- Биологические методы в интегрированной защите растений
Выявление и количественный учет микроорганизмов естественных субстратов
Микроорганизмы распространены в природе повсеместно: в почве, водоемах, воздухе, на различных поверхностях, в теле человека и животных. Они встречаются на расстоянии 20 км от земли и в глубинах океанов.
Одним из наиболее благоприятных субстратов для микроорганизмов является почва. Количество микроорганизмов в 1 г почвы исчисляется сотнями миллионов, даже миллиардами клеток. Особенно многочисленны и разнообразны микроорганизмы вокруг корневых систем (ризосферы) и на поверхности корней (ризоплане) растений. Численность и качественный состав почвенной микрофлоры зависят от типа и агротехнической обработки почвы, вида и возраста растений, времени года и ряда других факторов.
Методами высева на плотные и жидкие питательные среды учитываются только жизнеспособные клетки микроорганизмов. Если хотят выделить и учесть как можно более широкий круг микроорганизмов, населяющих данный субстрат, используют метод Коха и при этом подбирают по составу такую среду, на которой способны развиваться микроорганизмы с различными свойствами.
Метод высева на плотные среды (метод Коха). Сущность метода заключается в высеве определенного объема исследуемой суспензии на плотную питательную среду в чашки Петри и последующем подсчете выросших колоний. При этом считают, что каждая колония является результатом размножения одной клетки.
Чашечный метод широко используется для определения количества жизнеспособных микроорганизмов в почве и других естественных субстратах. Он позволяет учесть не только численность микроорганизмов в субстрате, но и оценить их разнообразие по морфологии колоний. Следует помнить, что результаты определения этим способом численности микроорганизмов, образующих цепочки или другие скопления клеток, будут всегда несколько занижены.
Микробиота почвы. Санитарная оценка почвы
Почва – благоприятная среда для обитания и размножения различных микроорганизмов. В состав микробных биоценозов почвы входят бактерии, грибы, простейшие и бактериофаги. Микроорганизмы почвы участвуют в круговороте веществ в природе, минерализации органических отбросов, самоочищении почвы. Существенную роль в формировании микробного биоценоза почвы играют высшие растения, насекомые и животные.
Содержание микроорганизмов в почве зависит от ее химического состава, влажности, температуры, рН и других показателей.
Почва населена различными микроорганизмами. Среди них азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter, клубеньковые бактерии рода Rhisobium, нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии, грибы, серо- и железобактерии, актиномицеты, гнилостные бактерии и др. В плодородной почве обнаружены энтеробактерии, псевдомонады, бациллы и клостридии. Эти микроорганизмы изменяют рН почвы в кислую сторону, и в ней начинают развиваться молочнокислые бактерии, дрожжи, грибы и др. микроорганизмы.
Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы не входят в состав микробных биоценозов почвы и через определенное время погибают, чему способствуют неблагоприятные условия обитания, отсутствие необходимых питательных веществ, а также антагонизм почвенных бактерий.
Количество микроорганизмов в почве достигает огромных величин. В 1 грамме целинных почв насчитывается 0,5-2,0 в окультуренных – 2-3 и более миллиардов микробов. Вес сухой массы их достигает 0,1-0,3 т/га и более. Больше всего микроорганизмов в поверхностных горизонтах почвы (10 см). Книзу количество их убывает; на глубине нескольких метров почва относительно стерильна. Наиболее благоприятна для микробиологических процессов температура от 20 до 40°С. В хорошо обработанной окультуренной почве микроорганизмов больше, чем в необработанной; их больше в пресных нейтральных и известковых почвах и меньше в засоленных.
Образцы почвы, отобранные для изучения, освобождают от крупных частиц, просеивают через стерильное сито с диаметром отверстий не более 3 мм, тщательно перемешивают и из общей смеси для разведения отбирают навеску 10 грамм, которую вносят в колбу с 90 мл стерильной водопроводной воды. Содержимое колбы энергично взбалтывают в течение 3-5 минут до получения равномерной взвеси. После 1,5-2-минутного отстаивания из приготовленной взвеси (1:10) стерильной пипеткой берут 1 мл болтушки и вносят в пробирку с 9 мл стерильной воды. Получают разведение 1:100. После хорошего перемешивания в течение 1 минуты и отстаивания в течение 30 секунд из пробирки берут 1 мл взвеси стерильной пипеткой и переносят во вторую пробирку с 9 мл стерильной воды. Получают разведение 1:1000. Аналогичным образом переносят 1 мл взвеси из второй пробирки в третью, из третьей в четвертую и т.д., получая нужные десятикратные разведения (рис 25).
Заготовив разведения, приступают к глубинному посеву. Из каждой пробы почвы должно быть использовано для посева не менее двух различных разведений в зависимости от предполагаемого содержания микробов в почве. Перед посевом содержимое пробирок тщательно перемешивают. Затем стерильной пипеткой набирают 1 мл суспензии и переносят на дно стерильной чашки Петри.
Из каждого разведения должен быть сделан посев минимум на две чашки. Чашки с почвенной взвесью заливают 20 мл расплавленного и охлажденного до 45°С мясо-пептонного агара. Осторожным покачиванием чашки перемешивают почвенную болтушку с питательной средой. После застывания агара чашки помещают вверх дном в термостат с температурой 30 –35°С на 24-48 часа, а затем выдерживают 1-2 суток при комнатной температуре. На крышке чашки предварительно указывается номер группы, фамилия студента и степень разведения почвенной взвеси.
Количество микроорганизмов, содержащихся в 1 грамме почвы, определяют по количеству выросших в чашке колоний. Для подсчета необходимо брать такие разведения, при которых на чашках вырастает от 50 до 150 колоний.
Микроорганизмы распространены в природе повсеместно: в почве, водоемах, воздухе, на различных поверхностях, в теле человека и животных. Они встречаются на расстоянии 20 км от земли и в глубинах океанов.
Одним из наиболее благоприятных субстратов для микроорганизмов является почва. Количество микроорганизмов в 1 г почвы исчисляется сотнями миллионов, даже миллиардами клеток. Особенно многочисленны и разнообразны микроорганизмы вокруг корневых систем (ризосферы) и на поверхности корней (ризоплане) растений. Численность и качественный состав почвенной микрофлоры зависят от типа и агротехнической обработки почвы, вида и возраста растений, времени года и ряда других факторов.
Методами высева на плотные и жидкие питательные среды учитываются только жизнеспособные клетки микроорганизмов. Если хотят выделить и учесть как можно более широкий круг микроорганизмов, населяющих данный субстрат, используют метод Коха и при этом подбирают по составу такую среду, на которой способны развиваться микроорганизмы с различными свойствами.
Метод высева на плотные среды (метод Коха). Сущность метода заключается в высеве определенного объема исследуемой суспензии на плотную питательную среду в чашки Петри и последующем подсчете выросших колоний. При этом считают, что каждая колония является результатом размножения одной клетки.
Чашечный метод широко используется для определения количества жизнеспособных микроорганизмов в почве и других естественных субстратах. Он позволяет учесть не только численность микроорганизмов в субстрате, но и оценить их разнообразие по морфологии колоний. Следует помнить, что результаты определения этим способом численности микроорганизмов, образующих цепочки или другие скопления клеток, будут всегда несколько занижены.
Микробиота почвы. Санитарная оценка почвы
Почва – благоприятная среда для обитания и размножения различных микроорганизмов. В состав микробных биоценозов почвы входят бактерии, грибы, простейшие и бактериофаги. Микроорганизмы почвы участвуют в круговороте веществ в природе, минерализации органических отбросов, самоочищении почвы. Существенную роль в формировании микробного биоценоза почвы играют высшие растения, насекомые и животные.
Содержание микроорганизмов в почве зависит от ее химического состава, влажности, температуры, рН и других показателей.
Почва населена различными микроорганизмами. Среди них азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter, клубеньковые бактерии рода Rhisobium, нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии, грибы, серо- и железобактерии, актиномицеты, гнилостные бактерии и др. В плодородной почве обнаружены энтеробактерии, псевдомонады, бациллы и клостридии. Эти микроорганизмы изменяют рН почвы в кислую сторону, и в ней начинают развиваться молочнокислые бактерии, дрожжи, грибы и др. микроорганизмы.
Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы не входят в состав микробных биоценозов почвы и через определенное время погибают, чему способствуют неблагоприятные условия обитания, отсутствие необходимых питательных веществ, а также антагонизм почвенных бактерий.
Количество микроорганизмов в почве достигает огромных величин. В 1 грамме целинных почв насчитывается 0,5-2,0 в окультуренных – 2-3 и более миллиардов микробов. Вес сухой массы их достигает 0,1-0,3 т/га и более. Больше всего микроорганизмов в поверхностных горизонтах почвы (10 см). Книзу количество их убывает; на глубине нескольких метров почва относительно стерильна. Наиболее благоприятна для микробиологических процессов температура от 20 до 40°С. В хорошо обработанной окультуренной почве микроорганизмов больше, чем в необработанной; их больше в пресных нейтральных и известковых почвах и меньше в засоленных.
Образцы почвы, отобранные для изучения, освобождают от крупных частиц, просеивают через стерильное сито с диаметром отверстий не более 3 мм, тщательно перемешивают и из общей смеси для разведения отбирают навеску 10 грамм, которую вносят в колбу с 90 мл стерильной водопроводной воды. Содержимое колбы энергично взбалтывают в течение 3-5 минут до получения равномерной взвеси. После 1,5-2-минутного отстаивания из приготовленной взвеси (1:10) стерильной пипеткой берут 1 мл болтушки и вносят в пробирку с 9 мл стерильной воды. Получают разведение 1:100. После хорошего перемешивания в течение 1 минуты и отстаивания в течение 30 секунд из пробирки берут 1 мл взвеси стерильной пипеткой и переносят во вторую пробирку с 9 мл стерильной воды. Получают разведение 1:1000. Аналогичным образом переносят 1 мл взвеси из второй пробирки в третью, из третьей в четвертую и т.д., получая нужные десятикратные разведения (рис 25).
Заготовив разведения, приступают к глубинному посеву. Из каждой пробы почвы должно быть использовано для посева не менее двух различных разведений в зависимости от предполагаемого содержания микробов в почве. Перед посевом содержимое пробирок тщательно перемешивают. Затем стерильной пипеткой набирают 1 мл суспензии и переносят на дно стерильной чашки Петри.
Из каждого разведения должен быть сделан посев минимум на две чашки. Чашки с почвенной взвесью заливают 20 мл расплавленного и охлажденного до 45°С мясо-пептонного агара. Осторожным покачиванием чашки перемешивают почвенную болтушку с питательной средой. После застывания агара чашки помещают вверх дном в термостат с температурой 30 –35°С на 24-48 часа, а затем выдерживают 1-2 суток при комнатной температуре. На крышке чашки предварительно указывается номер группы, фамилия студента и степень разведения почвенной взвеси.
Количество микроорганизмов, содержащихся в 1 грамме почвы, определяют по количеству выросших в чашке колоний. Для подсчета необходимо брать такие разведения, при которых на чашках вырастает от 50 до 150 колоний.
Рис. 25. Схема метода серийных разведений
Из суммы колоний, выросших на двух чашках, выводят среднеарифметическое число и производят пересчет на число бактерий, содержащихся в одном 1 грамме почвы.
При проведении текущего санитарного надзора за состоянием почвы осуществляют краткий санитарно-микробиологический анализ, который заключается в определении общей бактериальной обсемененности и титра кишечной палочки. Общая бактериальная обсемененность характеризует загрязнение почвы органическими веществами, а присутствие в ней бактерий группы кишечной палочки свидетельствует об уровне фекального загрязнения почвы. Титр кишечной палочки загрязненных участков почвы составляет от 0,001 до 0,00001 грамм, а чистых – 1 грамм и более.
При проведении текущего санитарного надзора за состоянием почвы осуществляют краткий санитарно-микробиологический анализ, который заключается в определении общей бактериальной обсемененности и титра кишечной палочки. Общая бактериальная обсемененность характеризует загрязнение почвы органическими веществами, а присутствие в ней бактерий группы кишечной палочки свидетельствует об уровне фекального загрязнения почвы. Титр кишечной палочки загрязненных участков почвы составляет от 0,001 до 0,00001 грамм, а чистых – 1 грамм и более.
Микробиота воздуха. Оценка качества воздуха по микробиологическим показателям
Воздух является неблагоприятной средой для развития микроорганизмов, что обусловлено недостатком питательных веществ и влаги, а также бактерицидным действием солнечных лучей. Поэтому количественный и видовой состав микрофлоры воздуха зависит от ряда факторов: климатических, метеорологических, сезонных, общего санитарного состояния местности и др. Наиболее часто в воздухе встречаются споры аэробных палочек рода Bacillus, пигментированные (окрашенные) штаммы бактерий (родов Sarcina, Staphylococcus и др.), а также грибы (родов Penicillium, Aspergillus и др.), дрожжи Rhodotorula.
Санитарно-гигиеническое состояние воздуха оценивают по двум микробиологическим показателям: общей бактериальной обсемененности и содержанию гемолитических стрептококков и стафилококков (санитарно-показательные микроорганизмы воздуха). В 1 м3 воздуха производственных помещений не допускается содержания более 500 клеток микроорганизмов в зимнее время года и 1500 летом. По содержанию гемолитических стрептококков и стафилококков судят о присутствии в воздухе болезнетворных микробов. В 1 м3 воздуха не должно содержаться более 16 гемолитических стрептококков и стафилококков.
О микробном загрязнении воздуха судят по микробному числу – количеству микробов в 1 м3 воздуха. Для ориентировочного определения микробного числа воздуха используют метод Коха. Чашку Петри с мясо-пептонным агаром оставляют открытой в течение 5-10 минут. Затем ее закрывают и инкубируют в течение двух суток при 37°С. Результаты учитывают путем подсчета числа выросших колоний, исходя из того, что на площадь чашки в 100 см2 в течение 5 минут оседают микробы, содержащиеся в 10 литрах воздуха.
Воздух является неблагоприятной средой для развития микроорганизмов, что обусловлено недостатком питательных веществ и влаги, а также бактерицидным действием солнечных лучей. Поэтому количественный и видовой состав микрофлоры воздуха зависит от ряда факторов: климатических, метеорологических, сезонных, общего санитарного состояния местности и др. Наиболее часто в воздухе встречаются споры аэробных палочек рода Bacillus, пигментированные (окрашенные) штаммы бактерий (родов Sarcina, Staphylococcus и др.), а также грибы (родов Penicillium, Aspergillus и др.), дрожжи Rhodotorula.
Санитарно-гигиеническое состояние воздуха оценивают по двум микробиологическим показателям: общей бактериальной обсемененности и содержанию гемолитических стрептококков и стафилококков (санитарно-показательные микроорганизмы воздуха). В 1 м3 воздуха производственных помещений не допускается содержания более 500 клеток микроорганизмов в зимнее время года и 1500 летом. По содержанию гемолитических стрептококков и стафилококков судят о присутствии в воздухе болезнетворных микробов. В 1 м3 воздуха не должно содержаться более 16 гемолитических стрептококков и стафилококков.
О микробном загрязнении воздуха судят по микробному числу – количеству микробов в 1 м3 воздуха. Для ориентировочного определения микробного числа воздуха используют метод Коха. Чашку Петри с мясо-пептонным агаром оставляют открытой в течение 5-10 минут. Затем ее закрывают и инкубируют в течение двух суток при 37°С. Результаты учитывают путем подсчета числа выросших колоний, исходя из того, что на площадь чашки в 100 см2 в течение 5 минут оседают микробы, содержащиеся в 10 литрах воздуха.
Микробиота воды. Санитарная оценка воды по микробиологическим показателям
Вода является благоприятной средой для развития многих микроорганизмов. В состав микрофлоры воды входят сапрофиты: флуоресцирующие бактерии, микрококки, реже встречаются бактерии рода Bacillus. Содержание в воде микроорганизмов зависит от содержания в ней органических веществ. Степень обсеменения воды организмами характеризуется понятием сапробность воды – это совокупность живых существ, обитающих в водах, загрязненных органическими веществами животного или растительного происхождения.
Количество микроорганизмов в 1 см3 воды может варьироваться в широких пределах – от единиц до миллионов. Вода открытых водоемов более богата сапрофитными микроорганизмами, чем воды подземных источников. В речной воде встречаются гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серо- и железобактерии и др.
Вода не является благоприятной средой для размножения болезнетворных микроорганизмов, однако многие из них сохраняются и выживают в ней определенное время.
Санитарная оценка воды по микробиологическим показателям
О безопасности воды в эпидемиологическом отношении судят по результатам ее санитарно-бактериологического исследования. Микробиологические показатели питьевой водопроводной воды нормированы ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». Общая бактериальная обсемененность (микробное число) не более 100 клеток в 1 г, коли-титр – не менее 300 мл, коли-индекс – не более 3.
Коли-титр – наименьший объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка.
Коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 дм3 воды.
Вода является благоприятной средой для развития многих микроорганизмов. В состав микрофлоры воды входят сапрофиты: флуоресцирующие бактерии, микрококки, реже встречаются бактерии рода Bacillus. Содержание в воде микроорганизмов зависит от содержания в ней органических веществ. Степень обсеменения воды организмами характеризуется понятием сапробность воды – это совокупность живых существ, обитающих в водах, загрязненных органическими веществами животного или растительного происхождения.
Количество микроорганизмов в 1 см3 воды может варьироваться в широких пределах – от единиц до миллионов. Вода открытых водоемов более богата сапрофитными микроорганизмами, чем воды подземных источников. В речной воде встречаются гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серо- и железобактерии и др.
Вода не является благоприятной средой для размножения болезнетворных микроорганизмов, однако многие из них сохраняются и выживают в ней определенное время.
Санитарная оценка воды по микробиологическим показателям
О безопасности воды в эпидемиологическом отношении судят по результатам ее санитарно-бактериологического исследования. Микробиологические показатели питьевой водопроводной воды нормированы ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». Общая бактериальная обсемененность (микробное число) не более 100 клеток в 1 г, коли-титр – не менее 300 мл, коли-индекс – не более 3.
Коли-титр – наименьший объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка.
Коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 дм3 воды.
Эпифитная микробиота земли
На поверхности зерна обитает разнообразная микробиота. Часть микроорганизмов попадает из ризосферы, часть заносится с пылью и насекомыми. Однако на зерне, как и на всей поверхности растений, развиваются лишь некоторые микроорганизмы так называемые эпифиты. Эпифитные микроорганизмы, размножающиеся на поверхности стеблей, листьев и семян растений, получили название микроорганизмов филлосферы. Эпифиты питаются продуктами экзосмоса растений. Условия жизни эпифитных бактерий своеобразны. Они довольствуются небольшими запасами питательных веществ на поверхности растений, устойчивы к высоким концентрациям фитонцидов, выдерживают периодические колебания влажности.
Поэтому численность их невелика и видовой состав довольно постоянный. Более 90% эпифитных микроорганизмов составляют гнилостные бактерии. В основном эпифитная микробиота представлена неспороносными бактериями. Большую часть бактериального населения зерна составляют неспороносные палочки рода Pseudomonas. активно развивающиеся на поверхности растений. Особенно часто встречается Pseudomonas herbicola (Erwinia herbicola), образующая на плотных средах золотисто-желтые колонии. Встречаются также Pseudomonas fluorescens, микрококки, молочнокислые бактерии, дрожжи. Бациллы и микроскопические грибы составляют небольшой процент.
В определенных условиях эпифитные микроорганизмы могут быть полезны для растений, так как препятствуют проникновению паразитов в ткани растения. При хранении зерна эпифитные микроорганизмы могут играть отрицательную роль. В зрелом зерне вода находится в связанном состоянии и недоступна микроорганизмам. На таком зерне они находятся в состоянии анабиоза (покоя).
На развитие микроорганизмов на зерне, а следовательно, на сохранность последнего решающее влияние оказывают: влажность, температура, степень аэрации, целостность зерна и состояние его покровных тканей. На зерне с повышенной влажностью микроорганизмы размножаются тем быстрее, чем выше температура.
Развитие микробиологических процессов в хранящемся зерне с повышенной влажностью приводит к заметному, а иногда и к очень значительному повышению температуры. Это явление получило название термогенеза.
Для определения микроорганизмов, обитающих на поверхности зерна (эпифитной микрофлоры), используют следующую методику: 5 грамм зерна помещают в колбу с 50 мл стерильной водопроводной воды и 2-3 грамм песка, колбу взбалтывают в течение 10 мин и из полученной вытяжки готовят разведения. Из каждой колбы берут по 1 мл суспензии соответствующего разведения в чашку Петри, и в каждую чашку Петри наливают расплавленный и охлажденный до 50°С МПА для культивирования сапрофитных бактерий и агар Чапека – для культивирования плесневых грибов.
На поверхности зерна обитает разнообразная микробиота. Часть микроорганизмов попадает из ризосферы, часть заносится с пылью и насекомыми. Однако на зерне, как и на всей поверхности растений, развиваются лишь некоторые микроорганизмы так называемые эпифиты. Эпифитные микроорганизмы, размножающиеся на поверхности стеблей, листьев и семян растений, получили название микроорганизмов филлосферы. Эпифиты питаются продуктами экзосмоса растений. Условия жизни эпифитных бактерий своеобразны. Они довольствуются небольшими запасами питательных веществ на поверхности растений, устойчивы к высоким концентрациям фитонцидов, выдерживают периодические колебания влажности.
Поэтому численность их невелика и видовой состав довольно постоянный. Более 90% эпифитных микроорганизмов составляют гнилостные бактерии. В основном эпифитная микробиота представлена неспороносными бактериями. Большую часть бактериального населения зерна составляют неспороносные палочки рода Pseudomonas. активно развивающиеся на поверхности растений. Особенно часто встречается Pseudomonas herbicola (Erwinia herbicola), образующая на плотных средах золотисто-желтые колонии. Встречаются также Pseudomonas fluorescens, микрококки, молочнокислые бактерии, дрожжи. Бациллы и микроскопические грибы составляют небольшой процент.
В определенных условиях эпифитные микроорганизмы могут быть полезны для растений, так как препятствуют проникновению паразитов в ткани растения. При хранении зерна эпифитные микроорганизмы могут играть отрицательную роль. В зрелом зерне вода находится в связанном состоянии и недоступна микроорганизмам. На таком зерне они находятся в состоянии анабиоза (покоя).
На развитие микроорганизмов на зерне, а следовательно, на сохранность последнего решающее влияние оказывают: влажность, температура, степень аэрации, целостность зерна и состояние его покровных тканей. На зерне с повышенной влажностью микроорганизмы размножаются тем быстрее, чем выше температура.
Развитие микробиологических процессов в хранящемся зерне с повышенной влажностью приводит к заметному, а иногда и к очень значительному повышению температуры. Это явление получило название термогенеза.
Для определения микроорганизмов, обитающих на поверхности зерна (эпифитной микрофлоры), используют следующую методику: 5 грамм зерна помещают в колбу с 50 мл стерильной водопроводной воды и 2-3 грамм песка, колбу взбалтывают в течение 10 мин и из полученной вытяжки готовят разведения. Из каждой колбы берут по 1 мл суспензии соответствующего разведения в чашку Петри, и в каждую чашку Петри наливают расплавленный и охлажденный до 50°С МПА для культивирования сапрофитных бактерий и агар Чапека – для культивирования плесневых грибов.
Биологические методы в интегрированной защите растений
В структуре интегрированной защиты растений все большее значение приобретает биологический метод борьбы, который исключает отрицательное воздействие на природную среду. Интерес к биологическому методу защиты растений возрастает в связи с экологизацией землепользования, заботой человечества об охране окружающей среды, рациональным использованием природных ресурсов. Преимуществом биологического метода перед другими, прежде всего перед химическим, является то, что его субъектом, средством борьбы с вредными объектами, являются живые организмы – энтомофаги, энтомопатогенные микроорганизмы, микроорганизмы-антагонисты и продукты их жизнедеятельности, как правило, не представляющие никакой опасности для природы, людей, сельскохозяйственной продукции.
По функциональному назначению биологические средства защиты подразделяют на две группы:
Биологические методы могут, а иногда и должны сочетаться с другими методами: химическими, агротехническими, физическими и др.
Важным направлением в биометоде является охрана и активизация полезной деятельности природной популяции энтомофагов, которые способны систематически и долговременно сокращать численность фитофагов в среднем на 40%.
В различных агроценозах полевых культур и садово-ягодных насаждений обитает огромное число энтомофагов: паразитов и хищников, а также полезных грибов и бактерий, которые являются естественными биологическими регуляторами численности вредителей. Это многочисленные виды хищных жужелиц, божьих коровок, стафилинид, златоглазок, журчалок, хищных галиц, клопов, многочисленных паразитических насекомых, пауков, муравьев и других энтомофагов и акарифагов. Достаточно сказать, что у каждого вредителя в агроценозе насчитывается до 50 видов хищников и паразитов, которые значительно сдерживают размножение вредных видов.
Наиболее заметна роль хищных жужелиц в ограничении численности многих вредителей в посевах различных культур. Эти хищные насекомые уничтожают личинок, куколок и яйца многих вредителей. Жужелицы бывают активны на посевах в течение всей вегетации, особенно в июне-августе. Одна взрослая жужелица уничтожает за сутки 5 личинок старшего возраста и 30 личинок младших возрастов колорадского жука, или до 10 ложногусениц рапсового пилильщика, или до 100 личинок галиц. По данным И.Ф.Павлова, на полях насчитывается в среднем 5 особей на 1 м2 различных видов жужелиц, вследствие чего они могут существенно снижать численность таких вредителей, как: щелкуны, клубеньковые долгоносики, гессенская и шведская мухи и другие вредители.
Один жук семиточечной божьей коровки за сутки уничтожает до 70 тлей. Существует несколько видов хищных жуков из семейства кокцинеллид. Так, самая мелкая божья коровка стеторус за сутки уничтожает более 40 особей паутинных клещей. Эти энтомофаги значительно сокращают численность вредителей в период вегетации.
Значительно снижают плотность популяции трипсов, цикад, тлей журчалки или сирфиды. Эти насекомые из отряда двукрылых развиваются в 2-3 поколениях и постоянно присутствуют в агроценозах культурных растений, и каждая личинка этих хищников уничтожает до нескольких тысяч названых вредителей за свою жизнь.
Кроме этих хищников на полях существует огромное количество пауков, муравьев, златоглазок, мягкотелок, стафилинид и других хищников, которые питаются вредителями, тем самым сдерживая их численность. К паразитам относятся мухи-тахины, теленомусы, мухи фазии.
Охрана и создание благоприятных условий для полезной деятельности энтомофагов является актуальным вопросом в защите растений. Наличие на полях естественных нектароносов (даже в небольшом количестве) позволяет полезным видам осуществлять дополнительное питание в стадиях размножения без больших затрат времени и энергии на поиск цветущих растений вне поля. В связи с этим в последние годы экологи обращают внимание на то, что присутствие в агроэкосистемах цветущих сорняков на уровне ниже ЭПВ повышает эффективность энтомофагов и считается целесообразным.
В структуре интегрированной защиты растений все большее значение приобретает биологический метод борьбы, который исключает отрицательное воздействие на природную среду. Интерес к биологическому методу защиты растений возрастает в связи с экологизацией землепользования, заботой человечества об охране окружающей среды, рациональным использованием природных ресурсов. Преимуществом биологического метода перед другими, прежде всего перед химическим, является то, что его субъектом, средством борьбы с вредными объектами, являются живые организмы – энтомофаги, энтомопатогенные микроорганизмы, микроорганизмы-антагонисты и продукты их жизнедеятельности, как правило, не представляющие никакой опасности для природы, людей, сельскохозяйственной продукции.
По функциональному назначению биологические средства защиты подразделяют на две группы:
- микробиологические препараты на основе бактерий, грибов, вирусов, предназначенные для борьбы с вредителями (биоинсектициды) и болезнями (биофунгициды) растений;
- энтомофаги и акарифаги – паразитические и хищные насекомые и клещи, используемые для ограничения фитофагов.
Биологические методы могут, а иногда и должны сочетаться с другими методами: химическими, агротехническими, физическими и др.
Важным направлением в биометоде является охрана и активизация полезной деятельности природной популяции энтомофагов, которые способны систематически и долговременно сокращать численность фитофагов в среднем на 40%.
В различных агроценозах полевых культур и садово-ягодных насаждений обитает огромное число энтомофагов: паразитов и хищников, а также полезных грибов и бактерий, которые являются естественными биологическими регуляторами численности вредителей. Это многочисленные виды хищных жужелиц, божьих коровок, стафилинид, златоглазок, журчалок, хищных галиц, клопов, многочисленных паразитических насекомых, пауков, муравьев и других энтомофагов и акарифагов. Достаточно сказать, что у каждого вредителя в агроценозе насчитывается до 50 видов хищников и паразитов, которые значительно сдерживают размножение вредных видов.
Наиболее заметна роль хищных жужелиц в ограничении численности многих вредителей в посевах различных культур. Эти хищные насекомые уничтожают личинок, куколок и яйца многих вредителей. Жужелицы бывают активны на посевах в течение всей вегетации, особенно в июне-августе. Одна взрослая жужелица уничтожает за сутки 5 личинок старшего возраста и 30 личинок младших возрастов колорадского жука, или до 10 ложногусениц рапсового пилильщика, или до 100 личинок галиц. По данным И.Ф.Павлова, на полях насчитывается в среднем 5 особей на 1 м2 различных видов жужелиц, вследствие чего они могут существенно снижать численность таких вредителей, как: щелкуны, клубеньковые долгоносики, гессенская и шведская мухи и другие вредители.
Один жук семиточечной божьей коровки за сутки уничтожает до 70 тлей. Существует несколько видов хищных жуков из семейства кокцинеллид. Так, самая мелкая божья коровка стеторус за сутки уничтожает более 40 особей паутинных клещей. Эти энтомофаги значительно сокращают численность вредителей в период вегетации.
Значительно снижают плотность популяции трипсов, цикад, тлей журчалки или сирфиды. Эти насекомые из отряда двукрылых развиваются в 2-3 поколениях и постоянно присутствуют в агроценозах культурных растений, и каждая личинка этих хищников уничтожает до нескольких тысяч названых вредителей за свою жизнь.
Кроме этих хищников на полях существует огромное количество пауков, муравьев, златоглазок, мягкотелок, стафилинид и других хищников, которые питаются вредителями, тем самым сдерживая их численность. К паразитам относятся мухи-тахины, теленомусы, мухи фазии.
Охрана и создание благоприятных условий для полезной деятельности энтомофагов является актуальным вопросом в защите растений. Наличие на полях естественных нектароносов (даже в небольшом количестве) позволяет полезным видам осуществлять дополнительное питание в стадиях размножения без больших затрат времени и энергии на поиск цветущих растений вне поля. В связи с этим в последние годы экологи обращают внимание на то, что присутствие в агроэкосистемах цветущих сорняков на уровне ниже ЭПВ повышает эффективность энтомофагов и считается целесообразным.
Для размножения и повышения видового состава энтомофагов в агроэкосистемах важно учитывать их биоэкологические признаки:
1) раздражителем, привлекающим энтомофагов, нередко служат цветущие растения, а не фитофаги;
2) энтомофаги подчиняются «правилу выбора хозяина». Они выбирают для откладки яиц тот же вид хозяина, на (в) котором они развивались сами.
Стимуляция видового состава и размножения энтомофагов проводится путём сохранения или выращивания в агроэкосистеме их кормовых растений: фацелии, гречихи, подсолнечника, эспарцета, люцерны, клевера, вики. Питание нектаром и пыльцой необходимо энтомофагам для полового созревания самок хищников, повышения их плодовитости и выживаемости.
Наряду с естественными энтомофагами существует метод интродукции хищников и паразитов в популяции вредителей. Для этого создаются условия искусственного выращивания энтомофагов.
Наиболее распространенным на сегодняшний день является яйцеед трихограмма, который в СНГ применялся на площади около 15 млн га в борьбе с совками, луговым мотыльком. Трихограмму размножают в биолабораториях и выпускают на поле 20-11 тыс/га в период начала массовой откладки яиц. Взрослые особи трихограммы находят яйцо совок и откладывают в них своё яйцо. Такой способ называется сезонная колонизация.
В США для борьбы с тлей успешно используют семиточечную божью коровку, у которой за сезон одна ее личинка уничтожает 300-600, а имаго – 2000 тлей.
В защищенном грунте, где применение пестицидов ограничено или запрещено, особое значение имеет массовое разведение и использование хищного клеща Phytoseulus persimilis против паутинного клеща, Enkarsia formosa – паразита тепличной белокрылки, клеща Amblycis cucumeris – хищника табачного трипса. Применение методик разведения этих энтомофагов, предложенных Г.А. Бегляровым, на протяжении многих лет способствовало сохранению и получению экологически чистой продукции в теплицах.
Не меньшее значение для защиты растений имеют микробные препараты, активным ингредиентом которых являются микроорганизмы или продукты их жизнедеятельности. Они являются компонентами природных биоценозов, что объясняет их безопасность для окружающей среды, человека, теплокровных животных, птиц, рыб и полезной энтомофауны.
Основные достоинства микробиологических средств защиты растений:
Так, на основе более 30 серотипов кристаллообразующей споровой бактерии Bacillus thuringiensis (БТ) в СНГ и за рубежом созданы биопрепараты: энтобактерин, денробациллин, битоксибациллин, гомелин, новодор, инсектин, дипел, турингин – 1 и турингин – 2, децимид, лепидоцид, БИП и другие. По масштабам применения препараты этого вида соизмеримы с синтетическими инсектицидами. В СНГ ими обрабатывали около 2 млн га посевов в защите от 80 видов вредных насекомых. Их эффективность зависит от оптимальных сроков применения, исходной численности вредных объектов и температурных условий среды. Эти препараты не отпугивают насекомых, так как не имеют специфического запаха, не опасны для теплокровных животных и не повреждают растения. Такие препараты, как дендробациллин используются против каждого поколения вредителей американской белой бабочки, плодожорки, колорадского жука по 1-2 опрыскивания растений в период вегетации через 7-8 дней. Битоксибациллин предназначен для защиты сельскохозяйственных, лесных и лекарственных культур от колорадского жука, паутинного клеща, гусениц капустной совки, капустной и репной белянок, капустной моли, огневки, яблонной и плодовой моли, боярышницы, листоверток, шелкопрядов, пядениц, лугового мотылька и др. Энтобактерин применяется для обработки парковых культур против листовёртки, пилильщика, пяденицы, лепидоцид – против гусениц младшего возврата американской белой бабочки., шелкопрядов, пядениц, листовёрток.
1) раздражителем, привлекающим энтомофагов, нередко служат цветущие растения, а не фитофаги;
2) энтомофаги подчиняются «правилу выбора хозяина». Они выбирают для откладки яиц тот же вид хозяина, на (в) котором они развивались сами.
Стимуляция видового состава и размножения энтомофагов проводится путём сохранения или выращивания в агроэкосистеме их кормовых растений: фацелии, гречихи, подсолнечника, эспарцета, люцерны, клевера, вики. Питание нектаром и пыльцой необходимо энтомофагам для полового созревания самок хищников, повышения их плодовитости и выживаемости.
Наряду с естественными энтомофагами существует метод интродукции хищников и паразитов в популяции вредителей. Для этого создаются условия искусственного выращивания энтомофагов.
Наиболее распространенным на сегодняшний день является яйцеед трихограмма, который в СНГ применялся на площади около 15 млн га в борьбе с совками, луговым мотыльком. Трихограмму размножают в биолабораториях и выпускают на поле 20-11 тыс/га в период начала массовой откладки яиц. Взрослые особи трихограммы находят яйцо совок и откладывают в них своё яйцо. Такой способ называется сезонная колонизация.
В США для борьбы с тлей успешно используют семиточечную божью коровку, у которой за сезон одна ее личинка уничтожает 300-600, а имаго – 2000 тлей.
В защищенном грунте, где применение пестицидов ограничено или запрещено, особое значение имеет массовое разведение и использование хищного клеща Phytoseulus persimilis против паутинного клеща, Enkarsia formosa – паразита тепличной белокрылки, клеща Amblycis cucumeris – хищника табачного трипса. Применение методик разведения этих энтомофагов, предложенных Г.А. Бегляровым, на протяжении многих лет способствовало сохранению и получению экологически чистой продукции в теплицах.
Не меньшее значение для защиты растений имеют микробные препараты, активным ингредиентом которых являются микроорганизмы или продукты их жизнедеятельности. Они являются компонентами природных биоценозов, что объясняет их безопасность для окружающей среды, человека, теплокровных животных, птиц, рыб и полезной энтомофауны.
Основные достоинства микробиологических средств защиты растений:
- высокая специфичность и одновременно широкий спектр действия;
- высокая экологичность;
- возможность решения с помощью микробиологических средств защиты растений проблемы устойчивости популяций насекомых-вредителей и фитопатогенов к химическим пестицидам.
Так, на основе более 30 серотипов кристаллообразующей споровой бактерии Bacillus thuringiensis (БТ) в СНГ и за рубежом созданы биопрепараты: энтобактерин, денробациллин, битоксибациллин, гомелин, новодор, инсектин, дипел, турингин – 1 и турингин – 2, децимид, лепидоцид, БИП и другие. По масштабам применения препараты этого вида соизмеримы с синтетическими инсектицидами. В СНГ ими обрабатывали около 2 млн га посевов в защите от 80 видов вредных насекомых. Их эффективность зависит от оптимальных сроков применения, исходной численности вредных объектов и температурных условий среды. Эти препараты не отпугивают насекомых, так как не имеют специфического запаха, не опасны для теплокровных животных и не повреждают растения. Такие препараты, как дендробациллин используются против каждого поколения вредителей американской белой бабочки, плодожорки, колорадского жука по 1-2 опрыскивания растений в период вегетации через 7-8 дней. Битоксибациллин предназначен для защиты сельскохозяйственных, лесных и лекарственных культур от колорадского жука, паутинного клеща, гусениц капустной совки, капустной и репной белянок, капустной моли, огневки, яблонной и плодовой моли, боярышницы, листоверток, шелкопрядов, пядениц, лугового мотылька и др. Энтобактерин применяется для обработки парковых культур против листовёртки, пилильщика, пяденицы, лепидоцид – против гусениц младшего возврата американской белой бабочки., шелкопрядов, пядениц, листовёрток.
Против вредных насекомых успешно применяются микробиопрепараты на основе энтомопатогенных грибов. Они вызывают у вредных насекомых такие заболевания, как мускардиноз, цефалоспориоз, аспергиллез, энтомофтороз. В настоящее время в нашей стране производятся боверин, ашерсония, вертициллин, которые используются против вредной черепашки, личинок колорадского жука, свекловичного долгоносика, яблонной моли, яблонной плодожорки, лугового и стеблевого мотыльков, а также табачного трипса на огурцах в теплицах.
Перспективными препаратами являются недавно открытые авермектины и никомицины. Авермектины продуцируются Streptomyces avermitillis, почвенными актиномицетами, препараты на их основе эффективны против насекомых, клещей и нематод. В практику внедряется препарат вертимек. Препарат обладает контактным и кишечным нервно-паралитическим действием, блокирует передачу нервных сигналов к двигательным центрам. В дозах ниже полулетальных токсин оказывает стерилизующее действие. Продолжительность защитного действия – около 30 дней, так как устойчив к инсоляции и смыву дождями. Никомицины – продуценты актиномицета Streptomyces tentae – обладают фунгицидным и инсектицидным действием, являются антибиотиками. Они эффективны как ингибиторы биосинтеза хитина.
Перспективны также препараты на основе вирусов. Энтомопатогенные вирусы размножаются в клетках насекомых и вызывают их гибель. В Российской Федерации для практического применения по типу инсектицидов рекомендованы следующие препараты:
В будущем, возможно, будут широко использоваться возбудители протозойных болезней – одноклеточные микроскопические животные (Protozoa), которые поражают насекомых в природе. В США уже есть успешные примеры использования возбудителя микроспоридиоза (Nosema pyrausta и Macrocentrus grandii) против стеблевого мотылька и против капустной совки.
За рубежом для борьбы с насекомыми используются препараты на основе энтомопатогенных нематод, которые вызывают заболевания членистоногих. Особенно эффективны эти препараты против чешуекрылых и колорадского жука.
В последние три десятилетия в нашей стране и за рубежом интенсивно ведутся исследования, направленные на поиск новых способов борьбы с вредителями, которые основаны на генетических и физиологических механизмах регуляции поведения и жизнедеятельности насекомых. К ним относятся феромоны насекомых – вещества, вырабатываемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами и вызывающие специфическую ответную реакцию у воспринимающих их особей того же вида. Принципиальное отличие феромонов от химических пестицидов состоит в том, что они не оказывают отравляющего действия, а выполняют в организме и в популяции насекомых сигнальную роль. Феромоны влияют на многие виды поведения: привлекают представителей другого пола (половые), отпугивают особей от определенных мест (феромоны тревоги), заставляют насекомых собираться вместе (агрегационные), служат для мечения территории проживания (следовые) и другие.
Феромоны насекомых в защите растений применяют:
1) для прогноза численности вредителей и установления оптимальных сроков применения химических инсектицидов;
2) для выявления очагов ограниченно распространенных карантинных вредителей;
3) для непосредственной борьбы с вредными насекомыми методом отлова в ловушки, содержащие феромоны совместно с химическим инсектицидом или хемостерилянтом, либо методом дезориентации, нарушая химическую связь между особями разного пола, путем насыщения парами феромонов атмосферы над сельскохозяйственными угодьями.
В настоящее время во всем мире изучено около 700 видов половых феромонов. В нашей стране синтезированы и испытаны активные соединения более чем для 70 видов насекомых. Рекомендованы к применению феромоны для многих опасных вредителей: плодожорок, щелкунов, листоверток, молей, калифорнийской щитовки, озимой и восклицательной совок, яблонной моли, стеблевого мотылька и других. В основном феромоны применяются для выявления и учета вредителей, но в будущем их можно будет использовать и для непосредственной борьбы с ними.
Перспективными препаратами являются недавно открытые авермектины и никомицины. Авермектины продуцируются Streptomyces avermitillis, почвенными актиномицетами, препараты на их основе эффективны против насекомых, клещей и нематод. В практику внедряется препарат вертимек. Препарат обладает контактным и кишечным нервно-паралитическим действием, блокирует передачу нервных сигналов к двигательным центрам. В дозах ниже полулетальных токсин оказывает стерилизующее действие. Продолжительность защитного действия – около 30 дней, так как устойчив к инсоляции и смыву дождями. Никомицины – продуценты актиномицета Streptomyces tentae – обладают фунгицидным и инсектицидным действием, являются антибиотиками. Они эффективны как ингибиторы биосинтеза хитина.
Перспективны также препараты на основе вирусов. Энтомопатогенные вирусы размножаются в клетках насекомых и вызывают их гибель. В Российской Федерации для практического применения по типу инсектицидов рекомендованы следующие препараты:
- вирин-экс (против гусениц капустной совки),
- вирин КШ, ГСШ, ПШМ (против различных видов шелкопрядов),
- вирин ГЯП (против гусениц яблонной плодожорки),
- вирин ХС и ОС (для борьбы с хлопковой совкой и озимой совкой).
В будущем, возможно, будут широко использоваться возбудители протозойных болезней – одноклеточные микроскопические животные (Protozoa), которые поражают насекомых в природе. В США уже есть успешные примеры использования возбудителя микроспоридиоза (Nosema pyrausta и Macrocentrus grandii) против стеблевого мотылька и против капустной совки.
За рубежом для борьбы с насекомыми используются препараты на основе энтомопатогенных нематод, которые вызывают заболевания членистоногих. Особенно эффективны эти препараты против чешуекрылых и колорадского жука.
В последние три десятилетия в нашей стране и за рубежом интенсивно ведутся исследования, направленные на поиск новых способов борьбы с вредителями, которые основаны на генетических и физиологических механизмах регуляции поведения и жизнедеятельности насекомых. К ним относятся феромоны насекомых – вещества, вырабатываемые и выделяемые в окружающую среду живыми организмами и вызывающие специфическую ответную реакцию у воспринимающих их особей того же вида. Принципиальное отличие феромонов от химических пестицидов состоит в том, что они не оказывают отравляющего действия, а выполняют в организме и в популяции насекомых сигнальную роль. Феромоны влияют на многие виды поведения: привлекают представителей другого пола (половые), отпугивают особей от определенных мест (феромоны тревоги), заставляют насекомых собираться вместе (агрегационные), служат для мечения территории проживания (следовые) и другие.
Феромоны насекомых в защите растений применяют:
1) для прогноза численности вредителей и установления оптимальных сроков применения химических инсектицидов;
2) для выявления очагов ограниченно распространенных карантинных вредителей;
3) для непосредственной борьбы с вредными насекомыми методом отлова в ловушки, содержащие феромоны совместно с химическим инсектицидом или хемостерилянтом, либо методом дезориентации, нарушая химическую связь между особями разного пола, путем насыщения парами феромонов атмосферы над сельскохозяйственными угодьями.
В настоящее время во всем мире изучено около 700 видов половых феромонов. В нашей стране синтезированы и испытаны активные соединения более чем для 70 видов насекомых. Рекомендованы к применению феромоны для многих опасных вредителей: плодожорок, щелкунов, листоверток, молей, калифорнийской щитовки, озимой и восклицательной совок, яблонной моли, стеблевого мотылька и других. В основном феромоны применяются для выявления и учета вредителей, но в будущем их можно будет использовать и для непосредственной борьбы с ними.
На практике это осуществляется с помощью феромонных ловушек различной конструкции. Дно ловушки покрывается тонким слоем долго не высыхающего клея типа «Пестификс» или «Липофикс» и вставляется диспенсер (испаритель), пропитанный феромоном. Самцы реагируют на ничтожно малое количество природного феромона, исчисляемое сотнями молекул. Прилетев на запах синтетического полового феромона, аналогичного естественному, самцы фиксируются клеевой поверхностью ловушки. Феромонные ловушки позволяют более точно выявлять вредителя и определять численность его популяции, устанавливать фенологию имагинальной стадии определенного вида. Использование таких ловушек обеспечивает достаточно высокую степень достоверности прогноза, и благодаря этому появляется возможность снижения объемов применения инсектицидов до 25% и более, что экономит около 5 тыс. т пестицидов и снижает пестицидную нагрузку на агроценоз. Использование синтетических половых феромонов возможно также и для непосредственного подавления популяций отдельных вредных видов.
Перспективным направлением использования синтетических половых феромонов (СПФ) является дезориентация самцов или нарушение феромонной связи между особями разного пола. При использовании различных диспенсеров (микрокапсулы, отрезки резины и частицы из различных материалов) путем равномерного распределения их в определенном биотопе нарушаются естественные процессы ориентации самцов на природные феромоны самок, что вызывает снижение частоты спаривания и общего репродуктивного потенциала популяции. Этот метод эффективен и широко используется за рубежом в борьбе с хлопковой молью, хлопковым долгоносиком, сливовой и восточной плодожорками.
Искусственное управление ходом развития, размножения, поведения насекомых, а точнее нарушение естественного течения этих процессов возможно путем использования РРР – регуляторов роста, развития и размножения насекомых, обладающих свойствами природных гормонов насекомых. Сейчас выделены 2 группы гормонов, которые способны нарушать процессы линьки (ювеноиды), метаморфоз, посредством ингибирования процессов хитинообразования (ингибиторы синтеза хитина). И те, и другие биологически активные вещества (БАВ) вызывают у насекомых различные морфологические отклонения, делая их нежизнеспособными, обладают стерилизирующим действием. Препараты димилин, матч (ингибиторы синтеза хитина) и инсегар (ювеноид) высокоэффективны против большой группы чешуекрылых в плодовых садах.
Все перечисленные БАВ могут быть использованы для искусственного управления развитием насекомых, динамикой их численности.
Регуляторы роста, развития, поведения, размножения насекомых являются аналогами природных биологически активных веществ, выделяемых железами внутренней секреции. Их использование в практике защиты растений отражает принципиально новый путь, обеспечивающий сочетание высокой эффективности защиты растений с сохранением полезных элементов биоценоза и усилением их эффективности, что полностью соответствует требованиям по охране природной среды.
В настоящее время существует достаточно богатый арсенал средств биологической защиты растений от грибных и бактериальных болезней растений. Среди них наибольшее практическое применение нашло несколько препаратов на основе бактерий антагонистов-фитопатогенов, в основном, из родов Pseudomonas и Bacillus, а также грибов триходермы (планриз, Агат-25К, фитоспорин-М и др.), триходермин. В ближайшее время список биологических средств в борьбе с болезнями растений значительно расширится, так как в научных учреждениях страны ведется поиск новых видов биопродуцентов для создания биологических препаратов на основе различных грибов, бактерий и вирусов.
В основе биологического метода защиты растений от фитопатогенов лежат природные явления сверхпаразитизма и антибиоза (антагонизм, фунгистазис, супрессивность), которые регулируют взаимоотношения между сапрофитной, паразитной и патогенной микробиотой. Поэтому наибольший практический интерес представляют микроорганизмы-антагонисты и гиперпаразиты фитопатогенов. Они способны снижать вредоносность отдельных фитопатогенов, не уничтожая полностью их популяцию в агроценозе. Наиболее значительна роль антибиоза в ризоплане – зоне вокруг корней и корневых волосков, входящей в состав ризосферы.
Считается весьма перспективным направлением использование почвенных бактерий-антагонистов – продуцентов сидерофоров и биопрепаратов на их основе. Эти бактерии легко интродуцируются в ризоплану разных растений, продуцируют сидерофоры (флуоресцирующие пигменты-акцепторы катиона железа) и антибиотики, подавляя тем самым развитие фитопатогенов. Связывание железа сидерофорами приводит к железодефициту у патогенов и их конкурентному исключению из ризопланы.
В последнее время разрешены для широкого применения следующие препараты из числа флуоресцирующих псевдомонад (ФП): на основе Pseudomonas fluorescens (штамм АР-33) – препарат планриз, интеграл Ж для протравливания семян зерновых от корневых гнилей и семян капусты от черной ножки и сосудистого бактериоза. Этот препарат может использоваться также для опрыскивания капусты и картофеля в период вегетации для снижения болезней. На основе Pseudomonas aureofaciens (штамм Н16) и продуктов метаболизма разрешен к применению препарат агат-25К, ТПС. Протравливание семян зерновых культур этим препаратом позволяет снизить пораженность растений некоторыми видами головни, корневыми гнилями, снежной плесенью, а опрыскивание в период вегетации картофеля – пораженность фитофторозом и альтернариозом, яблони – паршой, черной смородины – американской мучнистой росой. Механизм действия данных препаратов заключается как в непосредственном антагонистическом действии в отношении фитопатогенов, так и в стимуляции природных иммунных реакций растений. Доказана возможность использования этих препаратов для повышения антистрессовой активности растений при действии различных неблагоприятных факторов среды.
Наибольшее практическое значение из почвенной группы биопрепаратов имеет триходермин на основе Trichoderma lignorum, штамм ТВД-93 (споровая масса гриба и антибиотики: триходермин, веридин, глиотоксин). Этим препаратом опрыскивают огурцы в защищенном грунте против корневых гнилей, в декоративном цветоводстве им опрыскивают высаженные черенки гвоздики против фузариозного увядания.
Перспективным направлением использования синтетических половых феромонов (СПФ) является дезориентация самцов или нарушение феромонной связи между особями разного пола. При использовании различных диспенсеров (микрокапсулы, отрезки резины и частицы из различных материалов) путем равномерного распределения их в определенном биотопе нарушаются естественные процессы ориентации самцов на природные феромоны самок, что вызывает снижение частоты спаривания и общего репродуктивного потенциала популяции. Этот метод эффективен и широко используется за рубежом в борьбе с хлопковой молью, хлопковым долгоносиком, сливовой и восточной плодожорками.
Искусственное управление ходом развития, размножения, поведения насекомых, а точнее нарушение естественного течения этих процессов возможно путем использования РРР – регуляторов роста, развития и размножения насекомых, обладающих свойствами природных гормонов насекомых. Сейчас выделены 2 группы гормонов, которые способны нарушать процессы линьки (ювеноиды), метаморфоз, посредством ингибирования процессов хитинообразования (ингибиторы синтеза хитина). И те, и другие биологически активные вещества (БАВ) вызывают у насекомых различные морфологические отклонения, делая их нежизнеспособными, обладают стерилизирующим действием. Препараты димилин, матч (ингибиторы синтеза хитина) и инсегар (ювеноид) высокоэффективны против большой группы чешуекрылых в плодовых садах.
Все перечисленные БАВ могут быть использованы для искусственного управления развитием насекомых, динамикой их численности.
Регуляторы роста, развития, поведения, размножения насекомых являются аналогами природных биологически активных веществ, выделяемых железами внутренней секреции. Их использование в практике защиты растений отражает принципиально новый путь, обеспечивающий сочетание высокой эффективности защиты растений с сохранением полезных элементов биоценоза и усилением их эффективности, что полностью соответствует требованиям по охране природной среды.
В настоящее время существует достаточно богатый арсенал средств биологической защиты растений от грибных и бактериальных болезней растений. Среди них наибольшее практическое применение нашло несколько препаратов на основе бактерий антагонистов-фитопатогенов, в основном, из родов Pseudomonas и Bacillus, а также грибов триходермы (планриз, Агат-25К, фитоспорин-М и др.), триходермин. В ближайшее время список биологических средств в борьбе с болезнями растений значительно расширится, так как в научных учреждениях страны ведется поиск новых видов биопродуцентов для создания биологических препаратов на основе различных грибов, бактерий и вирусов.
В основе биологического метода защиты растений от фитопатогенов лежат природные явления сверхпаразитизма и антибиоза (антагонизм, фунгистазис, супрессивность), которые регулируют взаимоотношения между сапрофитной, паразитной и патогенной микробиотой. Поэтому наибольший практический интерес представляют микроорганизмы-антагонисты и гиперпаразиты фитопатогенов. Они способны снижать вредоносность отдельных фитопатогенов, не уничтожая полностью их популяцию в агроценозе. Наиболее значительна роль антибиоза в ризоплане – зоне вокруг корней и корневых волосков, входящей в состав ризосферы.
Считается весьма перспективным направлением использование почвенных бактерий-антагонистов – продуцентов сидерофоров и биопрепаратов на их основе. Эти бактерии легко интродуцируются в ризоплану разных растений, продуцируют сидерофоры (флуоресцирующие пигменты-акцепторы катиона железа) и антибиотики, подавляя тем самым развитие фитопатогенов. Связывание железа сидерофорами приводит к железодефициту у патогенов и их конкурентному исключению из ризопланы.
В последнее время разрешены для широкого применения следующие препараты из числа флуоресцирующих псевдомонад (ФП): на основе Pseudomonas fluorescens (штамм АР-33) – препарат планриз, интеграл Ж для протравливания семян зерновых от корневых гнилей и семян капусты от черной ножки и сосудистого бактериоза. Этот препарат может использоваться также для опрыскивания капусты и картофеля в период вегетации для снижения болезней. На основе Pseudomonas aureofaciens (штамм Н16) и продуктов метаболизма разрешен к применению препарат агат-25К, ТПС. Протравливание семян зерновых культур этим препаратом позволяет снизить пораженность растений некоторыми видами головни, корневыми гнилями, снежной плесенью, а опрыскивание в период вегетации картофеля – пораженность фитофторозом и альтернариозом, яблони – паршой, черной смородины – американской мучнистой росой. Механизм действия данных препаратов заключается как в непосредственном антагонистическом действии в отношении фитопатогенов, так и в стимуляции природных иммунных реакций растений. Доказана возможность использования этих препаратов для повышения антистрессовой активности растений при действии различных неблагоприятных факторов среды.
Наибольшее практическое значение из почвенной группы биопрепаратов имеет триходермин на основе Trichoderma lignorum, штамм ТВД-93 (споровая масса гриба и антибиотики: триходермин, веридин, глиотоксин). Этим препаратом опрыскивают огурцы в защищенном грунте против корневых гнилей, в декоративном цветоводстве им опрыскивают высаженные черенки гвоздики против фузариозного увядания.
Из группы антагонистов-фитопатогенов для обработки посевного и посадочного материала в практике используется препарат фитолавин – 300 на основе Streptomyces griseus и S.lavendulae, который обладает бактериальным, фунгицидным, иммуно- и ростстимулирующим действием. Использование данного препарата при предпосевном замачивании семян снижает пораженность томатов бактериальным увяданием, а при опрыскивании растений томатов и рассады капусты повышает их устойчивость к бактериальному увяданию, бактериозам, черной ножке. Обработка этим препаратом клубней картофеля перед посадкой снижает вредоносность черной ножки, а опрыскивание перед бутонизацией – фитофтороза и антракноза.
Высокая эффективность против многих болезней отмечается у препаратов-антагонистов: интеграл Ж, фитоспорин-М и бактофит, полученных на основе различных штаммов бактерий Bacillus subtilis и продуктов их метаболизма. Интеграл Ж при предпосевной обработке семян или опрыскивании посевов зерновых в фазу кущения способствует снижению пораженности растений пшеницы корневыми гнилями, снежной плесенью, мучнистой росой; ячменя – корневыми гнилями.
Предпосевная обработка клубней картофеля этим препаратом подавляет фитофтороз и ризоктониоз, а опрыскивание в период вегетации эффективно уничтожает фитофтороз на картофеле и томатах, мучнистую росу и бактериоз на огурцах, паршу на яблоне, антракноз на черной смородине и серую гниль на землянике. Аналогичное действие против многих заболеваний отмечается и у фитоспорина и бактофита.
Против фомопсиса и белой гнили на подсолнечнике, а также корневых гнилей, ржавчины и септориоза на пшенице эффективен препарат вермикулен, полученный на основе гриба Penicillium vermiculatum (споровомицелиальная масса).
Таким образом, биологические препараты на основе грибов, бактерий, вирусов и продуктов их жизнедеятельности позволят значительно снизить применение химических фунгицидов при защите с.-х. культур от многих видов фитопатогенов.
Существуют экологически безопасные биосредства и для борьбы с сорняками. К сорнякам относят те виды растений, присутствие которых в данном агроценозе существенно снижает урожайность культурных растений. Они обусловливают 1/3 от всех потерь урожая с.-х. культур. Всего известно более 30 тыс. видов сорняков, но только около 1800 вызывают ощутимые потери урожая, из них самых злостных – около 200 видов. Борьба с ними ведется в основном с помощью агротехнических приемов и гербицидов. Однако некоторые сорняки данными методами трудно уничтожить, а в некоторых случаях применение гербицидов ограничивается санитарно-гигиеническими нормами (в курортных и водоохранных зонах). Вследствие этого биологический метод может занять важное место в системе борьбы с сорной растительностью.
Для биологического подавления сорняков используются специализированные на питании определенными видами сорных растений насекомые-гербифаги. Так, например, для борьбы с лантаной сводчатой применяют нескольких видов насекомых (червец ортезия, клоп из сем. Кружевниц, семенная муха). Вследствие уничтожения этого вида насекомыми-гербифагами распространение многолетнего колючего кустарника было значительно ограничено. Еще более удачным примером биологической борьбы с сорняками является подавление размножения сорняков из рода опунция в Австралии, где к 1920 г. ими было занято более 24 млн га. Из Америки были завезены насекомые, которые питаются этим сорняком, и к 1933 г. последний очаг его был ликвидирован. Наиболее эффективной оказалась кактусовая огневка кактобластес. В Индии и Индонезии этот сорняк был уничтожен с помощью завезенного из Австралии ранее акклиматизировавшегося там червеца Комстока, а в ЮАР проблему с опунцией решила кактусовая огневка.
Пример с подавлением зверобоя обыкновенного, который в США заселил пастбища на больших площадях, также говорит об эффективности гербифагов – насекомых, питающихся сорняками. Особенно эффективными были 2 вида листоедов из рода Chrysomela L. Только по штату Калифорния экономический эффект от применения гербифагов составил 51 млн долларов.
В нашей стране удачным примером борьбы с сорняками с помощью гербифагов является уничтожение цветкового паразита заразихи с помощью местного гербифага – мухи фитомизы (Phytomyza orobanchia Kalt). Подсчитано, что при использовании фитомизы обработка 1 га посевов обходится в 30 раз дешевле, чем прополка.
Борьба с повиликой с помощью суспензий спор гриба альтернарии – Alternarja cuscutacjdae Rudak также является доказательством эффективности биологического метода.
Из 38 видов выявленных гербифагов наиболее эффективными явились горчаковая нематода, горчаковая галловая пестрокрылка, почковая горчаковая галлица и горчаковый клещ. Перспективными гербифагами горчака розового и софоры лисохвостной оказались 2 вида галлообразующих клещей эриофид, а также паутинный клещ Tetranychus desertorum Banks, который подавляет размножение опунции в Австралии.
Для борьбы с софорой лисохвостной успешно применяются цветковая галлица и цветковый галловый клещ, образующий галлы на генеративных органах цветков.
Очень вредоносным сорняком повсеместно в европейской части бывшего Союза является амброзия полыннолистная. Для борьбы с ней был отобран комплекс из 30 видов специфических гербифагов. Наиболее эффективными оказались листоеды, листовые слоники, листовертки, совки, галлицы, пестрокрылки и ложнослоники. Кроме насекомых и клещей экспериментально доказана высокая патогенность ржавчинных грибов.
Естественных врагов, которые используются для борьбы с сорняками, существует немало. Это насекомые из 6 отрядов: отряд равнокрылых (подотряд кокцид), отряд жуков (семейство златок, листоедов, усачей, долгоносиков, ложнослоников), отряд чешуекрылых (семейство листоверток, огневок, совок), отряд перепончатокрылых (семейство толстоножек), отряд двукрылых (семейство галлиц, минирующих мух, пестрокрылок).
Среди насекомых-гербифагов наиболее эффективными являются те, которые скрытно питаются на корнях, стеблях, генеративных органах. В меньшей степени используются листогрызущие.
Немало успешных примеров использования рыб в борьбе с сорной растительностью водоемов. Так, для очистки от водной растительности, а также наземных растений – камыша, осоки, затопляемых во время половодья, – в бывшем Союзе использовался белый амур. На острове Сардинии в водохранилище, заросшем сорными растениями, были эффективно применены карпы.
В последние годы значительно расширены исследования по использованию в борьбе с сорняками фитопатогенных микроорганизмов, которые, по мнению канадских ученых, имеют преимущество перед другими биоагентами. Кроме того, изучается возможность использования токсинов бактериального и грибного происхождения, так как они обладают высокой избирательностью и быстротой инактивации в почве.
В США в качестве биологических средств борьбы против 30 видов вредоносных сорняков изучается 21 вид грибов. К настоящему времени накоплено много информации об использовании биометода против двудольных и однодольных сорняков. У пырея обнаружено более 90 видов фитопатогенов, у овсюга – 20, у проса куриного – 30.
Еще в 1934 г. отечественный ученый Е.Е.Фомин выявил эффективность фузариоза в борьбе с заразихой, причем подсолнечник этим грибом не поражался.
Во многих странах ведутся активные поиски фитотоксинов в борьбе с сорняками. Так, в Японии разработан метод промышленного производства препарата биалафос, который обладает широким спектром действия. Он создан на основе производных аминокислот, продуцируемых актиномицетами. В ФРГ создан препарат глюфосинат, или баста.
К сожалению, в нашей стране микогербициды и препараты на основе микробных метаболитов не применяются. Однако ведется активный поиск биоагентов в борьбе с сорняками, которые будут интегрироваться с другими методами защиты.
Таким образом, биометод является мощным рычагом управления агроэкосистемами. Реализация возможностей биологического метода – это залог успеха управляющего действием человека в регуляции процессов, обеспечивающих оптимальное фитосанитарное состояние агробиоценозов. При этом важно понимать, что биологические средства предназначены не для полного истребления популяции вредного вида, а лишь для снижения ее плотности с целью сокращения наносимого вреда до приемлемого уровня.
Высокая эффективность против многих болезней отмечается у препаратов-антагонистов: интеграл Ж, фитоспорин-М и бактофит, полученных на основе различных штаммов бактерий Bacillus subtilis и продуктов их метаболизма. Интеграл Ж при предпосевной обработке семян или опрыскивании посевов зерновых в фазу кущения способствует снижению пораженности растений пшеницы корневыми гнилями, снежной плесенью, мучнистой росой; ячменя – корневыми гнилями.
Предпосевная обработка клубней картофеля этим препаратом подавляет фитофтороз и ризоктониоз, а опрыскивание в период вегетации эффективно уничтожает фитофтороз на картофеле и томатах, мучнистую росу и бактериоз на огурцах, паршу на яблоне, антракноз на черной смородине и серую гниль на землянике. Аналогичное действие против многих заболеваний отмечается и у фитоспорина и бактофита.
Против фомопсиса и белой гнили на подсолнечнике, а также корневых гнилей, ржавчины и септориоза на пшенице эффективен препарат вермикулен, полученный на основе гриба Penicillium vermiculatum (споровомицелиальная масса).
Таким образом, биологические препараты на основе грибов, бактерий, вирусов и продуктов их жизнедеятельности позволят значительно снизить применение химических фунгицидов при защите с.-х. культур от многих видов фитопатогенов.
Существуют экологически безопасные биосредства и для борьбы с сорняками. К сорнякам относят те виды растений, присутствие которых в данном агроценозе существенно снижает урожайность культурных растений. Они обусловливают 1/3 от всех потерь урожая с.-х. культур. Всего известно более 30 тыс. видов сорняков, но только около 1800 вызывают ощутимые потери урожая, из них самых злостных – около 200 видов. Борьба с ними ведется в основном с помощью агротехнических приемов и гербицидов. Однако некоторые сорняки данными методами трудно уничтожить, а в некоторых случаях применение гербицидов ограничивается санитарно-гигиеническими нормами (в курортных и водоохранных зонах). Вследствие этого биологический метод может занять важное место в системе борьбы с сорной растительностью.
Для биологического подавления сорняков используются специализированные на питании определенными видами сорных растений насекомые-гербифаги. Так, например, для борьбы с лантаной сводчатой применяют нескольких видов насекомых (червец ортезия, клоп из сем. Кружевниц, семенная муха). Вследствие уничтожения этого вида насекомыми-гербифагами распространение многолетнего колючего кустарника было значительно ограничено. Еще более удачным примером биологической борьбы с сорняками является подавление размножения сорняков из рода опунция в Австралии, где к 1920 г. ими было занято более 24 млн га. Из Америки были завезены насекомые, которые питаются этим сорняком, и к 1933 г. последний очаг его был ликвидирован. Наиболее эффективной оказалась кактусовая огневка кактобластес. В Индии и Индонезии этот сорняк был уничтожен с помощью завезенного из Австралии ранее акклиматизировавшегося там червеца Комстока, а в ЮАР проблему с опунцией решила кактусовая огневка.
Пример с подавлением зверобоя обыкновенного, который в США заселил пастбища на больших площадях, также говорит об эффективности гербифагов – насекомых, питающихся сорняками. Особенно эффективными были 2 вида листоедов из рода Chrysomela L. Только по штату Калифорния экономический эффект от применения гербифагов составил 51 млн долларов.
В нашей стране удачным примером борьбы с сорняками с помощью гербифагов является уничтожение цветкового паразита заразихи с помощью местного гербифага – мухи фитомизы (Phytomyza orobanchia Kalt). Подсчитано, что при использовании фитомизы обработка 1 га посевов обходится в 30 раз дешевле, чем прополка.
Борьба с повиликой с помощью суспензий спор гриба альтернарии – Alternarja cuscutacjdae Rudak также является доказательством эффективности биологического метода.
Из 38 видов выявленных гербифагов наиболее эффективными явились горчаковая нематода, горчаковая галловая пестрокрылка, почковая горчаковая галлица и горчаковый клещ. Перспективными гербифагами горчака розового и софоры лисохвостной оказались 2 вида галлообразующих клещей эриофид, а также паутинный клещ Tetranychus desertorum Banks, который подавляет размножение опунции в Австралии.
Для борьбы с софорой лисохвостной успешно применяются цветковая галлица и цветковый галловый клещ, образующий галлы на генеративных органах цветков.
Очень вредоносным сорняком повсеместно в европейской части бывшего Союза является амброзия полыннолистная. Для борьбы с ней был отобран комплекс из 30 видов специфических гербифагов. Наиболее эффективными оказались листоеды, листовые слоники, листовертки, совки, галлицы, пестрокрылки и ложнослоники. Кроме насекомых и клещей экспериментально доказана высокая патогенность ржавчинных грибов.
Естественных врагов, которые используются для борьбы с сорняками, существует немало. Это насекомые из 6 отрядов: отряд равнокрылых (подотряд кокцид), отряд жуков (семейство златок, листоедов, усачей, долгоносиков, ложнослоников), отряд чешуекрылых (семейство листоверток, огневок, совок), отряд перепончатокрылых (семейство толстоножек), отряд двукрылых (семейство галлиц, минирующих мух, пестрокрылок).
Среди насекомых-гербифагов наиболее эффективными являются те, которые скрытно питаются на корнях, стеблях, генеративных органах. В меньшей степени используются листогрызущие.
Немало успешных примеров использования рыб в борьбе с сорной растительностью водоемов. Так, для очистки от водной растительности, а также наземных растений – камыша, осоки, затопляемых во время половодья, – в бывшем Союзе использовался белый амур. На острове Сардинии в водохранилище, заросшем сорными растениями, были эффективно применены карпы.
В последние годы значительно расширены исследования по использованию в борьбе с сорняками фитопатогенных микроорганизмов, которые, по мнению канадских ученых, имеют преимущество перед другими биоагентами. Кроме того, изучается возможность использования токсинов бактериального и грибного происхождения, так как они обладают высокой избирательностью и быстротой инактивации в почве.
В США в качестве биологических средств борьбы против 30 видов вредоносных сорняков изучается 21 вид грибов. К настоящему времени накоплено много информации об использовании биометода против двудольных и однодольных сорняков. У пырея обнаружено более 90 видов фитопатогенов, у овсюга – 20, у проса куриного – 30.
Еще в 1934 г. отечественный ученый Е.Е.Фомин выявил эффективность фузариоза в борьбе с заразихой, причем подсолнечник этим грибом не поражался.
Во многих странах ведутся активные поиски фитотоксинов в борьбе с сорняками. Так, в Японии разработан метод промышленного производства препарата биалафос, который обладает широким спектром действия. Он создан на основе производных аминокислот, продуцируемых актиномицетами. В ФРГ создан препарат глюфосинат, или баста.
К сожалению, в нашей стране микогербициды и препараты на основе микробных метаболитов не применяются. Однако ведется активный поиск биоагентов в борьбе с сорняками, которые будут интегрироваться с другими методами защиты.
Таким образом, биометод является мощным рычагом управления агроэкосистемами. Реализация возможностей биологического метода – это залог успеха управляющего действием человека в регуляции процессов, обеспечивающих оптимальное фитосанитарное состояние агробиоценозов. При этом важно понимать, что биологические средства предназначены не для полного истребления популяции вредного вида, а лишь для снижения ее плотности с целью сокращения наносимого вреда до приемлемого уровня.