Біологічні інсектициди — нематоди проти шкідників сільгоспкультур

Комахи набувають резистентності набагато швидше, ніж виробники агрохімікатів встигають розробити нову ефективну формулу. Через це екологічні вимоги до вирощування сільгоспкультур щороку зростають. Залишається впроваджувати альтернативні заходи захисту. Наприклад, застосування нематод.

Пробіглися мурашки по шкірі від згадування нематод? Сподіваємося, що ні. Адже тут зібралися серйозні люди, які в робочому процесі бачили як богомол повертає голову на 180°, а потім допомагає нищити клопа-черепашку.

У природі немає нічого корисного і шкідливого, всі організми є необхідними елементами в  загальній трофічній ланці, каже фахівець-нематолог Андрій Ковтун. Не виключенням є й нематоди, окремі представники яких приносять велику користь, зокрема у контролі ґрунтових шкідників як хрущі, дротяники, несправжні дротяники (мідляки, чорнотілки, ковалики), личинки озимої совки, пупарії мух. Ефективні ці нематоди також проти трипсів, біланів, пильщиків, плодожерок тощо. Загалом ентомопатогенні нематоди здатні уражувати близько 1000 видів шкідників сільськогосподарських і декоративних культур з понад 100 родин.

Читайте також: Совка озима: розвиток, шкодочинність та захист від шкідника

Дослідженням нематод пан Андрій займається з 2016 року. Почалося все з любові до рослин, які він планував вивчати у природних біоценозах. 

«Але одного разу я познайомився зі звітом фундаментальних досліджень Інституту захисту рослин НААН, де фахівці розкривали тематику екологічної групи ентомопатогенних нематод. Вона мене дуже зацікавила, адже до цього я знав про нематод, які можуть паразитувати на комахах, тільки з університетського курсу паразитології», — поділився він.

Аспект, який зацікавив тоді ще майбутнього науковця, — симбіотичний зв'язок нематод і бактерій. 

Патогенність ентомонематод обумовлена симбіотичними бактеріями

Після того, як у 30-х роках минулого століття в світі відбулося відкриття ентомопатогенних нематод і з'явилися практичні підходи до їх використання, у 70-х роках дослідники виявили, що патогенність цих нематод зумовлена симбіозом із грамнегативними видами бактерій родини Enterobacteriaceae. 

Цікаво, що ці види бактерій, які притаманні нематодам, досі не виявлені у вільному стані у ґрунті.

Ці бактерії є конспецифічними для видів нематод та існують в їхніх спеціальних епітеліальних пухироподібних утвореннях кишки (т.з. везикули), або безпосередньо в сегментах просвіту кишкового тракту. Без них нематоди не можуть ініціювати патологічний процес в організмі комахи-хазяїна. Максимум, що потенційно можуть зробити нематоди без бактерій-симбіонтів, це, проникаючи в тіло комахи, спричинити механічне пошкодження тканин та органів тіла комахи.

Екологічна група ентомонематод надзвичайно велика. Для захисту рослин найбільший інтерес становлять нематоди ряду Rhabditida з двох родин: Steinernematidae (налічує близько 100 видів) та Heterorhabditidae (близько 20 видів). Спектр комах-хазяїв для ентомопатогенних нематод із цих двох родин надзвичайно широкий, оскільки вони є полігостальними організмами і на відміну від, наприклад, трихограми не мають вузької специфічності до певного виду чи інших таксонів надвидового рангу (роду, родини) комах.

В Україні наразі ідентифіковано 5 видів ентомопатогенних нематод, чотири — з родини Steinernematidae і один вид з родини Heterorhabditidae, каже Андрій Ковтун. При цьому генетично-молекулярним методом підтверджено 4 види: Steinernema carpocapsae, Steinernema feltiae, Steinernema arenarium та Heterorhabditis bacteriophora.

«Є ще один «вид», який я ідентифікував, але суто за морфолого-морфометричними параметрами — Steinernema ex gr. «glaseri», — додав фахівець.

Як біоагенти в захисті рослин зазвичай використовують види Steinernema carpocapsae, Steinernema feltiae і Heterorhabditis bacteriophora.

Життєвий цикл нематод: як відбувається ураження комахи-хазяїна

Життєвий цикл нематод складається з двох основних періодів — період інвазійної личинки і вільноживучої стадії (дорослих особин). 

Інвазійна личинка, яка є власне носієм інфекції, знаходиться у ґрунті. Розвиток личинок у дорослих особин (самиць і самців) відбувається вже в тілі жертви — комахи-хазяїна. І там же розвивається два-три покоління. Особливість нематод родини Heterorhabditidae в тому, що перше покоління в них представлено самицями-гермафродитами, а в другому поколінні уже з'являються самці. Загалом же кількість поколінь залежить від розміру комахи-хазяїна, її ваги і жирового тіла, а також від абіотичних факторів.

Цікаво, що тактика щодо пошуку комахи-хазяїна у нематод залежно від виду різна. Одні види активно мігрують — на 2-3 см в день (т.зв. «крейсерська» поведінка). Інші — вичікують свою жертву (т. зв. «ніктація»). Але небезпека для комах-шкідників в обох випадках однаково висока.

«Як правило, представники родини Steinernematidae уражають комах-хазяїв пасивно. Інвазійна личинка потрапляє до тіла комахи разом з їжею або через анальний отвір. Тоді як зараження нематодами родини Heterorhabditidae може відбуватися як пасивно, так і активно, тому що їхні личинки мають дорсальний кутикулярний «зуб», який дозволяє пробурювати кутикулу комахи в міжсегментних мембранах. За моїми попередніми оцінками місцеві ізоляти роду Heterorhabditis є менш активними, що стосується патогенності, в порівнянні з представниками роду Steinernema», — поділився Андрій Ковтун.

Сам процес ураження відбувається так: в тілі комахи-хазяїна інвазійні личинки «відригують» бактерії у її гемоцель. Внаслідок зараження бактеріями комаха гине протягом 24-48 годин від септицемії, а личинки нематод харчуються вмістом її тіла.

Застосування нематод у контролі шкідників сільгоспкультур

Вносити напрацьовану суспензійну культуру нематод або препарати на основі нематод із приготуванням водної суспензії можна за допомогою будь-яких обприскувачів або зрошувальної системи. З цим складнощів немає, хоча ефективність при різних способах внесення у кожному окремому випадку може варіювати. Єдиного стандарту для методів внесення наразі не існує, тому застосовують різні підходи, ефективність яких була уже підтверджена експериментально і вважається задовільною. 

Але є обмеження щодо вологості ґрунту і сонячної інсоляції. Оскільки види Steinernema carpocapsae, Steinernema feltiae, Steinernema arenarium та Heterorhabditis bacteriophora виявлені у спекотних аридних умовах степу, в Миколаївській області, Одеській і Криму, температурний діапазон, який вони толерують, досить таки широкий — за температур від 8°C до 30°C нематоди нормально себе почувають. Однак, оптимальним для їхнього розвитку вважається температурний діапазон 13-25°C. 

Нематоди надзвичайно чутливі до ультрафіолету, тому сонячна інсоляція для них є згубною (особливо при застосуванні проти шкідників на відкритій листковій поверхні). Внесення нематод краще всього проводити в ранні ранкові години або вечірні. Наразі науковцями ведуться дослідження щодо захисного ефекту різних протекторів (зокрема похідні параамінобензойної кислоти) від дії УФ-випромінювання на нематод.

Щодо вологості ґрунту, то для розвитку нематодам потрібні помірні умови, не нижче 75%. З метою підвищення їх ефективності, за можливості потрібно рясно поливати ґрунт/субстрат до внесення нематод і після, бажано ще протягом кількох діб після внесення. Зробити це можна за допомогою обприскувача або шляхом зрошення.

Хоча ентомопатогенні методи характеризуються доволі високою сумісністю із великою чисельністю пестицидів, надмірне хімічне навантаження на ґрунт діє негативно. Яким чином? Знищенням потенційної харчової бази, тобто комах. Адже, нематоди підтримують свою популяцію тільки розмножуючись у комасі-хазяїні, за відсутності комахи-хазяїна та несприятливих факторів вони перебувають у стані сплячки (анабіозу) у ґрунті. Це варто врахувати у плануванні схеми захисту із залученням ентомонематод.

Вносити препарати на основі ентомонематод доцільно навесні у квітні-травні, а також восени протягом серпня-вересня. Норма застосування може варіювати в дозах від 0,5 до 2 млн. живих личинок нематод на 1 м² у залежності від сільгоспкультури, типу агроценозу, стадії розвитку і чисельність популяції цільового шкідника.

«Перед тим як застосовувати ізолят ентомопатогенних нематод в інтегрованій системі захисту рослин треба спочатку дослідити в лабораторних умовах, чи сприйнятлива до ураження потенційна комаха-хазяїн, як швидко відбувається ураження, яка смертність і продуктивний потенціал (вихід інвазивних личинок)», — радить Андрій Ковтун.

Ентомопатогенні нематоди можуть стати рятівниками для ноутільщиків

У прагненні зберегти структуру ґрунту і підвищити його родючість аграрії, які працюють за технологіями мінімального обробітку no-till і strip-till, нерідко мають проблему ґрунтових шкідників у полі. І в цьому випадку ентомопатогенні нематоди стануть у пригоді, знижуючи популяцію таких небезпечних та економічно значущих шкідників, як дротяники, хрущі і совки.

Адже патогенність ентомонематод більшою мірою проявляється на комахах, життєвий цикл яких пов'язаний з ґрунтом, що ускладнює контроль їхньої чисельності. Крім цього, нематоди ефективні у контролі приховано-живучих комах, які розвиваються у стовбурах і в листках, а також кліщів. 

Цікавою альтернативою ці корисні нематоди можуть стати і для органічних господарств, а також у плодово-ягідній галузі. 

До слова, у багаторічних насадженнях природна частота трапляння ентомопатогенних нематод більша, ніж у полях. При цьому більше заселення науковці відмічають у старих насадженнях. 

Світлини та відео про життя і роботу агрономів в Instagram SuperAgronom_

Ідентифікація нематодозів у комах, або Як зрозуміти, що ентомонематоди спрацювали?

Головна ознака, яка свідчить про успіх застосування ентомопатогенних нематод у полі, — це наявність хворих комах-хазяїв. 

Попри те, що комахи в цілому уражуються великим спектром різноманітних мікроорганізмів (бактерії, віруси, протозої, гриби, паразитичні комахи), нематодози можна легко відрізнити від решти патологій. Фахівець-нематолог Андрій Ковтун каже, є три ознаки зовнішньої ідентифікації. У першу чергу це колір тіла. 

Після того, як інвазійна личинка інфікує комаху-хазяїна, вона випускає симбіотичні бактерії, під дією яких у комахи змінюється колір кутикули тіла. Якщо комах уражено нематодами з родини Heterorhabditidae, вони набувають яскраво червоного кольору. Якщо комаха уражена нематодами родини Steinernematidae, то градація кольору буде від сірого до жовтуватого.

«Одного разу в моїй роботі я спостерігав змішану нематодну інфекцію, коли комаха одночасно була уражена представниками двох родів нематод. У цьому випадку я припускаю, що градація кольору залежить від більшої кількості бактерій, які з’явилися за одиницю часу, конкретного представника. Але це швидше виняток, ніж правило. До того ж, ці бактерії є вузькоспеціалізованими симбіонтами, тому навіть без застосування морфологічно-морфометричних знань можна з доволі високою вірогідністю сказати, якого роду нематоди уразили комаху», — пояснив пан Андрій.

Цікаво, що сама нематода «працює» приховано, а видають її присутність симбіотичні бактерії, носієм яких вона виступає. Вони інфікують комах, вони ж і видають своїх симбіотичних «спільників».  

Друга ознака нематодозів — відсутність будь-якого специфічного запаху. Наприклад, якщо хвороба комахи бактеріальної природи, то, як правило, присутній надзвичайно виражений гнильний запах. 

Третя ознака — зміна консистенції тіла. Тіло комахи, як правило, стає гумоподібним. Для прикладу, якщо комаха уражена грибами, її тіло муміфікується, стає сухим і згодом на ньому проростають спори гриба рожевого чи білого кольору (у випадку ураження грибом роду Beauveria), або зеленого (мускардини). 

Додатковою ознакою для ідентифікації нематодозів у шкідників можна також вважати відсутність специфічних посмертних поз, як це відбувається, наприклад, при ураженні вірусами.

«Коли я вивчав представників з обох родин, я зіткнувся з тим, що зовнішній вигляд комахи давав підстави стверджувати, що вона була уражена нематодами з роду Heterorhabditis, але всередині їх виявлено не було. Я припустив, що, до тіла комахи-хазяїна могли потрапити одна-дві слабопатогенні інвазійні личинки, які випустити в її гемоцель свої бактерії, а далі активувалася імунна система комахи і відбулася «інкапсуляція» з подальшою «меланізацією» патогена. Тобто, активно включилась імунна система комах і поборола нематоду, але не врятувала саму комаху, так як бактерії уже запустили патологічний процес», — навів приклад пан Андрій.

Таким чином візуально ідентифікувати присутність нематод у комах досить легко, а вже для визначення виду потрібен лабораторний аналіз.

Ефективність ентомопатогенних нематод не гірша інсектицидного препарату

У своїх дослідженнях пан Андрій вивчав ефективність місцевого ізоляту ентомопатогенних нематод Steinernema carpocapsae, виділеного у плодоносних насадженнях Київщини, у контролі травневого хруща. Для порівняння він застосував контроль (дистильова вода) і препарат Ентонем виробництва Koppert Biological Systems, створений на основі ентомонематод виду Steinernema feltiae. Тобто, обидва біологічних агенти як у препараті Ентонем, так і в аборигенному ізоляті, відносяться до одного роду однієї родини, але до різних видів.

Дослідження проводилося в лабораторних умовах за штучного інфікування личинок західного травневого хруща 2-3 віку суспензією патогенів з розрахунку 100 інвазійних личинок на одну комаху.

Досліджували два основні параметри: % смертності комах-шкідників з інтервалом у 24 години і репродукційний потенціал ентомопатогенних нематод (здатність нематоди розвиватися в тілі загиблого хазяїна та продукувати інфекційні личинки). У результаті дослідження фахівець виявив, що ефективність аборигенного ізоляту була майже такою ж, як і у препарату Ентонем.

«У варіантах із використанням біопестициду Ентонем 100% смертність наступала швидше, що, за моїми припущеннями, обумовлено видовою особливістю нематод. Ми також припускаємо, що має місце їх покращення різними генетичними маніпуляціями шляхом застосування селекції, генної інженерії. А що стосується репродукційного потенціалу ентомонематод, то показники в обох варіантах були майже рівноцінними. Наприклад, в середньому за застосування аборигенного ізоляту Steinernema carpocapsae був вихід біля 92 000 інвазійних личинок з однієї комахи. А у препарату Ентонем — 110 000. Ми робили облік щодекади і встановили, що найбільший вихід інвазійних личинок був у другу-третю декади місяця. Тобто, в цілому комерційний продукт не значно перевищує наш аборигенний ізолят за досліджуваними показниками, — розповів пан Андрій.

І хоча це дослідження проводилося в лабораторних умовах, Андрій Ковтун мав можливість перевірити ефективність виділеного ізолята в польових умовах на базі Інституту садівництва НААН, і навіть порівняти його з Ентонемом і інсектицидом Бі-58 (диметоат, 400 г/л) у контролі сливової плодожерки і сливової товстоніжки.

Культивували ізолят ентомопатогенних нематод в умовах in vivo на личинках воскової молі Galleria mellonella, яка має виражену чутливість до зараження нематодами. Потім вносили ізолят у приштамбовий круг, на проекцію діаметру крони модельних дерев, і отримали ефективність на рівні з інсектициднимм засобом Бі-58. Відсоток уражених плодів сливовою плодожеркою після обробки Бі-58 знизився до рівня 4,1%, після обробки препаратом Ентонем та місцевим ізолятом Steinernema — 5%; у випадку сливової товстоніжки цей показник складав 22,5% (Бі-58) проти 13,3% (Ентонем та місцевий ізолят Steinernema).

Комерційних препаратів на основі нематод в Україні немає, але є передумови для їхньої появи

В країнах ЄС та США є ряд компаній, які активно розмножують культуру нематод у промислових і напів промислових масштабах як методами in vivo на різних комахах-хазяїнах, так і методами in vitro в біореакторах на рідких поживних середовищах. 

Серед лідерів компаній-виробників біопестицидів на основі ентомонематод у Європі є: Е-nema GmbH, BASF, Helix (Німеччина); Andermatt Biocontrol, Boden Niitzlinge (Швейцарія); Koppert (Нідерланди). У Сполучених Штатах Америки: Asa Jung Laboratory, BioLogic, Hydro-Gardens, M&R Durango, ORTHO Biosafe, Biovector, Exhibit, XGNAT, Sanoplant, Proactant та ін.

На українському ринку є такі продукти як вище зазначений Ентонем на основі виду Steinernema feltiae і Сциарид нідерландської компанії Koppert. Перший рекомендований для використання в зелених насадженнях міст і в закритому ґрунті, другий — у грибних господарствах. Крім того, є ще такі препарати виробника як Капсанем і Терранем (на основі нематод S. carpocapsae), NemAttackSf (S. feltiae) тощо.

Читайте також: Нематоди — підступні шкідники, з якими складно боротися

В Україні напрям ентомопатогенних нематод слабо розвинений. Вивчення даної групи гельмінтів було зосереджено в трьох установах: Інституті зоології ім. І. І. Шмальгаузена НАН України, Інституті захисту рослин НААН і Національному університеті біоресурсів і природокористування (НУБіП). Наразі ці роботи призупинені або повністю зупинені, зокрема, у Інституті зоології та Інституті захисту рослин, дещо відновлені у НУБіП. В Інституті зоології вивчалися питання таксономії і систематики, існування цих нематод у природних біоценозах, тобто більшою мірою теоретичний, фауністичний підхід. Дослідження фахівців Інституту захисту рослин спрямовані у практичну площину, а саме пошуці ентомонематод в різних агроценозах, відборі патогенних ізолятів для використання їх як цільових біоагентів проти комах-фітофагів. Однак, комерційних препаратів на основі ентомопатогенних нематод в Україні ще не створено, хоча передумови для цього і напрацювання вже є. 

Тож, бажаємо успіхів українським науковцям і очікуємо на новинку серед біопрепаратів!

©Меланія Несмачна, SuperAgronom.com

Ми у Telegram

Тримай руку на пульсі важливих агрономічних новин та подій