Энтомопатогенные грибы: как боверия и метаризиум естественным образом контролируют насекомых‑вредителей

Применение энтомопатогенных грибов связано с контролем насекомых‑вредителей в сельском хозяйстве на основе немеханических методов. Энтомопатогенные грибы постепенно приобретают всё более важную роль в устойчивом сельском хозяйстве, поскольку представляют биологическое средство борьбы с насекомыми‑вредителями, дополняя использование химических инсектицидов. Этапы процесса биологической инфекции этих природных видов грибов у насекомых включают прикрепление к кутикуле, проникновение, колонизацию внутри организма и в конечном итоге — гибель насекомого. Среди наиболее изученных видов, применяемых в качестве биологических агентов в программах сельскохозяйственного и биологического управления вредителями, — два вида рода Beauveria: B. bassiana и B. tenella, а также два вида рода Metarhizium: M. anisopliae и M. hofstaetteri.

В отличие от традиционных инсектицидов, которые в основном воздействуют на конкретные биохимические и физиологические пути, первым этапом заражения у насекомого является контакт с его внешней поверхностью — именно там происходит взаимодействие с энтомопатогенным грибком. Этот процесс имеет особое значение для растениеводов, агрономов, специалистов по биологическому контролю, учёных, занимающихся сельскохозяйственными исследованиями, а также для тех, кто работает в рамках интегрированной защиты растений (IPM), и для студентов и всех, кто интересуется применением микробных средств биологического контроля.

Энтомопатогенные грибы — это группа грибов, поражающих насекомых.

Значения

Энтомопатогенные грибы — это грибы, которые естественным образом заражают насекомых и членистоногих, приводя их к гибели. Они обнаруживаются в сельскохозяйственных почвах, лесах, на поверхности растений и в природных экосистемах; предполагается, что они участвуют в регулировании численности насекомых‑вредителей. Эти грибы играют важную экологическую роль и особенно полезны в биологическом контроле вредителей, поскольку являются ключевым компонентом естественного взаимодействия между микроорганизмами и насекомыми.

Эти грибы могут использоваться в рамках интегрированных программ биологической защиты растений в качестве микробных инсектицидов, поскольку они являются биологическими агентами борьбы с вредителями. Они передаются насекомым при прямом контакте, поэтому им не обязательно потреблять обработанную растительную массу.

Почему важны Beauvaria bassiana и Metarhizium anisopliae

Как BEAUVERIA BASSIANA уничтожает насекомых? Два важных вида грибов, которые были изучены и разработаны для биологической защиты в рамках интегрированной системы управления вредителями, — это BEAUVERIA BASSIANA и процесс заражения METARHIZIUM ANISOPLIAE. Известно, что они обладают широким спектром действия против самых разнообразных сельскохозяйственных вредителей и могут применяться в программах биологической защиты в рамках ИУВ.

BEAUVERIA BASSIANA известна как биологический агент борьбы с надземными насекомыми‑вредителями, а METARHIZIUM ANISOPLIAE — как биологический агент, особенно важный для контроля почвенных насекомых. Однако из‑за их различных экологических особенностей механизм заражения BEAUVERIA BASSIANA оказывается эффективным при разработке стратегий биологической защиты для конкретных сочетаний культур и вредителей.

Каковы этапы, происходящие в процессе заражения насекомых энтомопатогенными грибами?

Наиболее убедительным объяснением действия этих грибов служит процесс заражения, рассматриваемый как часть жизненного цикла грибов. Когда споры грибов проникают в восприимчивое насекомое, в этом процессе участвует ряд биологических и механических стадий.

Шаг 1: Выявлено место адгезии спор к кутикуле насекомого

Первая стадия наступает, когда внешний защитный слой тела насекомого — кутикула — подвергается воздействию споры гриба. Прилипание играет ключевую роль: без него гриб не смог бы прорасти и вызвать инфекцию, пока не отсоединится от своего хозяина.

Споры используют поверхностные молекулы, а также белки, связанные с адгезией, для выбора и прикрепления к соответствующей поверхности насекомого. Прикреплённая спора может либо прорастать, либо не прорастать в зависимости от экологических факторов — относительной влажности и температуры.

Один из механизмов заражения BEAUVERIA BASSIANA, при котором насекомые подвергаются воздействию гриба без его проглатывания, — это контактно‑зависимый механизм. Крайне важно понять эту первую стадию заражения BEAUVERIA BASSIANA, чтобы глубже разобраться в механизме инфицирования этим грибом.

Шаг 2: Создание гидравлического инструмента для проникновения заключалось в формировании аппрессория.

Одними из наиболее уникальных особенностей грибковых инфекций являются образование специфических структур, способствующих проникновению гриба через кутикулу насекомого. После прорастания ростковая трубка может трансформироваться в аппрессорий — специализированную инфекционную структуру грибкового происхождения, связанную с процессом проникновения.

По мере развития аппрессория она заполняется веществами (глицерином), повышающими внутреннее тургорное давление. Это давление позволяет грибу развивать значительную механическую силу в месте контакта с поверхностью насекомого. В результате может образоваться проникающий шип, способный пробить кутикулу.

Этот процесс свидетельствует о том, что активация токсичного химического вещества в организме насекомого — не единственный способ, с помощью которого грибы могут контролировать это насекомое. Вероятно, механическое воздействие, создаваемое телом гриба, вызывающего инфекцию, играет важную роль в преодолении физического барьера насекомого.

Шаг 3: Разрежьте кутикулу насекомого

Насекомая кутикула состоит из множества структур, таких как хитин и белки. Гриб осуществляет это за счёт механического давления, а также путём ослабления и разрушения кутикулярного материала с помощью ферментов, которые он выделяет для расщепления кутикулы.

Хитиназы — это ферменты, способные расщеплять хитин, а протеазы — белки, входящие в состав кутикулы. Эти ферменты, действуя совместно с механической силой проникающей структуры, помогают грибу проникнуть в организм хозяина.

В заключение можно отметить, что биохимическая и ферментативная активность в сочетании с механическим воздействием является характерной особенностью грибковой инфекции. Это также свидетельствует о том, что данная инфекция не обязательно должна быть обусловлена обязательным проглатыванием возбудителя и объясняет способность энтомопатогенных грибов заражать вредителей при внешнем контакте.

Шаг 4: Колонизация тела насекомого

Проникнув сквозь кутикулу, грибок проникает во внутреннюю полость тела насекомого — гемокоэль. При этом ему предстоит преодолеть или обойти иммунную систему насекомого. 
Гриб образует специальные структуры — гифовые тела, которые переносятся и размножаются в организме насекомого в зависимости от вида гриба и его хозяина. По мере нарастания грибной биомассы нарушаются нормальные жизненные процессы хозяина.

Кроме того, гриб может продуцировать метаболиты, обладающие стрессогенным, дестабилизирующим и летальным воздействием на хозяина. Однако в большинстве случаев общее течение инфекции целесообразнее рассматривать как следствие проникновения, ферментативной активности, взаимодействия с иммунной системой и внутреннего роста гриба, а не как результат действия одного единственного токсина.

Как только споры образуются и начинается новый цикл заражения, они проходят те же этапы. Эти споры проходят те же стадии, когда начинается новый цикл заражения.

Гриб может продолжать развиваться в теле хозяина и после его гибели (в зависимости от условий окружающей среды). На поверхности погибшего хозяина образуются новые споры, которые могут распространяться и попадать на других насекомых, восприимчивых к заражению.

Это создаёт условия для возникновения дополнительных инфекций. Однако влияние других факторов — таких как экологические условия, плотность хозяев, штамм гриба и способность спор выживать вне хозяина — оказывает весьма значительное воздействие на естественное распространение.

Механическое проникновение столь эффективно — почему?

Энтомопатогенные грибы обладают существенным биологическим преимуществом перед инсектицидами, которые действуют главным образом через приём внутрь или посредством воздействия на биохимическую мишень, — они способны механически проникать в ткани насекомого. Поскольку заражение происходит с поверхности, грибы могут снижать продуктивность вредителя независимо от того, является ли он жукоядным, сосущим сок растений или развивающимся в почве.

Это особенно верно для прокалывающе‑сосущих насекомых, таких как тли и белокрылки, которые могут потреблять меньшее количество обработанной растительной ткани по сравнению с жующими насекомыми. Однако инфекция может быть вызвана непосредственным контактом грибного патогена с кутикулой насекомого.

Прогрессирование инфекционного процесса также может обеспечить преимущества в рамках биологической защиты растений, направленной на борьбу с вредителями. Традиционные пестициды часто действуют по определённым механизмам, и при их последовательном применении на протяжении нескольких поколений у популяций может развиться устойчивость к этим препаратам. Хотя развитие устойчивости к микробным агентам — возможный сценарий, такая устойчивость должна учитываться в рамках ответственного подхода к биологической защите растений, который предусматривает несколько биологических стадий, через которые проходит грибковая инфекция.

BEAUVERIA BASSIANA против METARHIZIUM ANISOPLIAE: в чём разница?

Это не означает, что каждый вид будет успешно развиваться лишь в определённой среде. Установлено, что оба гриба проявляют активность в отношении ряда различных групп насекомых; их пригодность будет зависеть от штамма гриба, формы препарата, целевого вида насекомого, культуры, условий окружающей среды и механизма действия.

Микробиомы насекомых при грибковой инфекции

В последнее время были проведены исследования, которые углубили понимание взаимодействий между энтомопатогенными грибами и микробиомами насекомых. Внутренние органы и поверхность тела насекомых ассоциируются с широким спектром микроорганизмов. Эти микроорганизмы способны модифицировать иммунорегуляторную систему хозяина и, возможно, изменять его восприимчивость к грибковой инфекции.

Поверхностная микробиота может обеспечивать определённую форму резистентности к колонизации за счёт конкуренции с грибными спорами или изменения условий среды вблизи поверхности кутикулы насекомого. Кишечные микроорганизмы у насекомых влияют на его питание, иммунитет и физиологические реакции, что, в свою очередь, может отражаться на развитии патогенов.

В этой связи будет изучено влияние нарушения микробиома насекомых на степень распространённости грибковой инфекции, а также роль микробиома в биологическом контроле, что может открыть перспективы для улучшения сложившейся ситуации. Более глубокое понимание методов редактирования антимикробных пептидов или других микробных технологий в конечном счёте может способствовать разработке новых, более целенаправленных стратегий биологического контроля.

Успехи этих разработок подчёркивают, насколько важны взаимодействия между микробным агентом, насекомым‑хозяином, растительной средой и растительным микробным сообществом для эффективного применения логических средств борьбы с вредителями.

Энтомопатогенные грибы для применения в устойчивом сельском хозяйстве

Энтомопатогенные грибы обладают потенциалом для включения в различные системы сельскохозяйственного производства. В качестве логичных средств борьбы с вредителями они могут применяться как в сочетании с культурными, механическими, биологическими и химическими методами управления, так и без них.

Грибные агенты биологического контроля Могут использоваться в программах интегрированной защиты растений не только для расширения спектра действующих веществ, но и для обеспечения разнообразия стратегий управления вредителями. Они также применимы в системах органического земледелия, где в рамках биологической программы борьбы с вредителями предусматривается использование допустимых биологических средств.

Ещё одно применение, которое могло бы быть актуальным в местных условиях, — использование теплиц, поскольку производители имеют возможность достаточно эффективно регулировать температурный и влажностный режимы, а также состояние посевов и уровень заселённости вредителями. Грибные патогены могут играть роль в управлении отдельными популяциями вредителей при благоприятных условиях как в окружающей среде, так и в системе ведения сельскохозяйственных культур, например, в полевых культурах и лесном хозяйстве.

BEAUVERIA BASSIANA или METARHIZIUM ANISOPLIAE: биологические инсектицидные растворы от Novobac

Процесс заражения BEAUVERIA BASSIANA и METARHIZIUM ANISOPLIAE необходимо будет сравнить, и для этого первоначальное решение должно приниматься с учётом вредителя и его среды обитания. BEAUVERIA BASSIANA может стать подходящим природным средством борьбы со многими наземными насекомыми‑вредителями, включая тли, белокрылки и другие восприимчивые виды. Насекомые‑вредители, обитающие в почве (например, личинки жуков), а также другие насекомые, живущие в корневой зоне, возможно, лучше поддаются контролю с помощью METARHIZIUM ANISOPLIAE.

При применении для овощных культур в защищённом грунте необходимо учитывать местоположение вредителей, уровень влажности, температуру, структуру кроны растений и степень покрытия. В полевых культурах ключевыми факторами являются свойства почвы, биология вредителей, осадки и сроки обработок.

Биологические инсектицидные решения Novobac , с использованием микробных технологий, может быть интегрирован в различные схемы управления вредителями. Не всегда наилучшим решением является применение какого‑либо конкретного вида грибов повсеместно; скорее следует подбирать вид и метод биологической защиты с учётом конкретного вредителя, культуры, условий окружающей среды и программы интегрированной защиты растений.

Заключение

Биологический контроль вредителей способен осуществляться за счёт продвинутого механизма инфицирования — вместо химической токсичности, — обеспечиваемого энтомопатогенными грибами. Большинство грибных патогенов используют комплекс биологических процессов для заражения восприимчивых насекомых, включая прикрепление спор, развитие аппрессориев, механическое проникновение, ферментативное разрушение, уклонение от флагеллярного восприятия и/или иммунной системы, внутреннюю колонизацию и спорообразование.

Процесс заражения BEAUVERIA BASSIANA и механизм заражения METARHIZIUM ANISOPLIAE помогают производителям и агрономам принимать более обоснованные решения о том, когда применять микробные методы борьбы с вредителями. Использование этих грибов в качестве альтернативы традиционным инсектицидным препаратам не является универсальным решением, однако они могут стать важными биологическими средствами при условии их надлежащего применения с учётом биологических особенностей насекомых‑вредителей и экологических условий.

Благодаря продолжающимся исследованиям в области микробиологии грибов, микробиомов насекомых, микробных метаболитов и технологий разработки микробных препаратов эти биологические пестициды приобретут ещё большее значение для устойчивого сельского хозяйства. Они наиболее эффективны в сочетании с другими инструментами интегрированной защиты растений — такими как мониторинг, агротехнические мероприятия, управление устойчивостью к вредителям и прочие средства борьбы с вредителями — что позволяет формировать более комплексную и действенную программу управления вредителями.

Ссылка:

• Мудрончекова, Сильвия, Мариан Мазань и Марек Немчович. «Виды энтомопатогенных грибов BEAUVERIA BASSIANA (Бальс.) и METARHIZIUM ANISOPLIAE (Метш.) — эффективные микоинсектициды для биологической борьбы с Ips typographus (Л.).» Журнал микробиологии, биотехнологии и пищевых наук, 2.6 (2013): 2469–2472.
• Гуль, Хафиза Тахира, Шафкат Саид и Ф. З. Ахмад Хан. «Энтомопатогенные грибы как эффективная мера борьбы с насекомыми‑вредителями: обзор». Прикладная наука в сфере бизнеса и экономики, т. 1, № 1 (2014): с. 10–18.