Ентомопатогенні препарати на основі бактерій

Препарати, які виробляються для сільського господарства, діляться на 3 групи: ентомопатогенні препарати; бактеріальні добрива; антибіотики.

Вітчизняне біотехнологічне виробництво випускає 3 групи ентомопатогенних препаратів:

1. Бактеріальні препарати на основі Bacillus thuringiensis – ентобактерин-3, дендробацилін, інсектин, токсобактерин.

2. Грибний препарат боверин на основі гриба Beauveria bassiana.

3. Препарати на основі вірусів ядерного поліедра (вірин-енш, вірин-экс й ін.).

Всі мікробні патогени випускаються у вигляді змочувальних порошків, паст, рідше – гранул, емульсії спор і кристалів. При безпосередньому застосуванні передбачається використання різних добавок у вигляді розчинників, проклеювачів, які сприяють підвищенню їхньої ефективності. Найбільш поширеними серед промислових мікробних патогенів є бактеріальні препарати. Їхніми відмінними рисами є висока вірулентність стосовно комах-шкідників, безпека для навколишньої флори й фауни, досить висока швидкість впливу на шкідників й ін. У цей час виробляються препарати проти більше 160 видів комах.

Із всіх ентомопатогенних бактерій найбільш досліджені грампозитивні бактерії Bac.thuringiensis. Вони не тільки убивають комах, потрапляючи усередину, але й продукують ряд токсичних продуктів. Серед цих токсичних продуктів виділяють 4 компоненти:

– α-екзотоксин, або фосфоліпаза С, – продукт ростучих клітин бактерій. Токсичну дію ферменту пов'язують із індукованою нею реакцією розпаду незамінних фосфоліпідів у тканинах комах, що призводить до загибелі останніх.

– β-екзотоксин – накопичується в культуральній рідини при рості клітин. Уважають, що молекула β-токсину складається з нуклеотиду, зв'язаного через рибозу й глюкозу з алослизевою кислотою. Його дія, мабуть, обумовлена інактивацією нуклеотидази й Днк-днк-залежної-Рнк–полімерази, зв'язаних з АТФ, що призводить до припинення синтезу РНК. У порівнянні з іншими токсинами діє повільніше, в основному при переході від одного циклу розвитку до іншого. За спостереженнями, β-екзотоксин – мутаген, який вражає генетичний апарат особин.

– γ-екзотоксин – маловивчений компонент, неідентифікований фермент (або група ферментів).

– δ-ендотоксин – параспоральний кристалічний ендотоксин. Утворюється в процесі споруляції бактерії в протилежній від спороформуючої частині бактерії. На завершальній стадії спороутворення токсин набуває форми 8-гранного кристалу. Кристали складаються з білка, амінокислотний склад якого близький для різних штамів. Доведено, що кристалічний білок у кишечнику сприйнятливих комах розпадається на молекули протоксину. Протоксин під дією протеіназ розпадається на токсичні фрагменти. Розходження в сприйнятливості деяких видів комах до дії кристалів, очевидно, пов'язане із присутністю спеціальних кишкових протеаз, що здійснюють гідроліз кристалів in vivo. Такими протеазами володіють не всі комахи, звідси й вибірковість дії δ-токсину. Щоб комаха загинула, кристали повинні потрапити до її організму. Після поглинання кристалів гусениці перестають харчуватися. Первинним місцем дії δ-токсину є середній відділ кишечнику.

Залежно від реакції на кристали комахи діляться на три групи: характерний загальний параліч; параліч середнього відділу кишечнику; реакція на препарат у цілому: загибель у результаті проростання спор й наступне розмноження бактерій.

Бактерії Bac. thuringiensis антагоністичні до 130 видів комах. Найбільший ефект досягається при застосуванні препаратів цієї групи проти листоїдних шкідників. Найпоширеніші препарати на основі різних варіацій Bac. thuringiensis: ентобактерин, інсектин, алестин, екзотоксин, токсобактерин, дендробацилін, бітоксибацилін.

Промислове виробництво ентомопатогенних бактерій полягає в глибокому культивуванні. При цьому ставиться завдання одержання максимального титру клітин у культуральній рідині й нагромадження токсину. Вимоги до промислових штамів ентомопатогенних бактерій: приналежність штаму до певного серотипу, висока вірулентність і продуктивність на промислових середовищах, стійкість до комплексу фагів і т.д. Технологія виробництва включає всі стадії, типові для будь-якого біотехнологічного виробництва. Температуру культивування на всіх стадіях підтримують постійною (28 – 30°С), тривалість ферментації становить 35 – 40 годин. Використовують дріжджі-полісахаридне середовище, яке містить у відсотках: кормові дріжджі – 2 – 3; кукурудзяне борошно – 1 – 1,5; кашалотовий жир – 1. Перед початком культивування рН становить близько 6,3, до кінця ферментації – підвищується до 8,0 – 8,5, що може призвести до руйнування кристалів на більш дрібні фрагменти й ускладнити їх виділення. Щоб запобігти цьому, культуральну рідину перед переробкою підкислюють до 6,0 – 6,2. Культивування закінчують при ступені споруляції 90 – 95% і титрі спор не менш 10⁹ в 1 мл. Після сепарації культуральної рідини одержують пасту вологістю 85% з виходом близько 100 кг на 1 кубометр культуральної рідини й титром порядку 20×10⁹ спор в 1 грамі. Фугат можна використати для подальшого виготовлення поживного середовища але не більше 1 – 2 разів, тому що в культуральній рідині накопичуються речовини, які гальмують розвиток культури. Фугат знаходить своє застосування також як сировина при виробництві кормових дріжджів, що забезпечує скорочення промислових стоків і знижує витрату води.

Пасту перемішують протягом напівгодини для однорідного розподілу спор і кристалів і відбирають проби на перевірку титру, вологості, вірулентності, наявності фагів.

Кінцевий продукт – змочувальний порошок або стабілізована паста. Перший одержують шляхом висушування зволоженої пасти (ліофілізація). Готовий препарат фасують по 20 кг у чотиришарові крафт-мішки з поліетиленовою вкладкою. Другий – внесенням у пасту КМЦ. При змішуванні молекули КМЦ сорбують білкові кристали й спори, заряджаючи їх негативно, що сприяє рівномірному розподілу активного початку по всьому обсязі й збільшенню строку зберігання. Готовий препарат – грузла рідина кремового або ясно-сірого кольору, без запаху, що не замерзає при зберіганні. Препарат призначений для боротьби із садово-городніми шкідниками, ефективний проти 60 видів комах. Застосовують шляхом обприскування рослин водною емульсією в період активного росту шкідника. Основна маса шкідників гине протягом 2 – 10 днів. На 1 га витрачають: для овочевих культур 1 – 3 кг, садових – 3 – 5 кг.