Теоретические основы и методы биологической защиты сельскохозяйственных растений

Природные механизмы и виды антагонизма

Биологическая защита растений позволяет снизить ущерб от патогенов и вредителей без высокой химической нагрузки. В закрытом грунте этот метод часто становится основным, поскольку возможности применения химии в теплицах сильно ограничены, а для борьбы с бактериозами томата и капусты эффективных химикатов нет. Биопрепараты отличаются сравнительно низкой стоимостью, простотой производства и возможностью изготовления прямо на месте в нужные сроки.

В основе биологического метода лежит управление естественными взаимосвязями между организмами. Все межвидовые контакты делят на сосуществование (симбиоз, синергизм, индифферентность) и антагонизм. Для защиты растений практический интерес представляют именно антагонистические отношения, когда один вид подавляет жизнедеятельность другого. Эти механизмы делятся на несколько основных типов.

• Конкуренция за питание. Более быстрорастущие организмы активно колонизируют субстрат. Например, бактерии рода Pseudomonas быстро усваивают ионы железа и превращают их в сидерофоры, делая недоступными для патогенов.
• Антибиоз. Подавление жизнедеятельности вредных видов за счет выделения в среду токсинов или антибиотиков.
• Паразитизм и гиперпаразитизм. Использование одного микроорганизма другим в качестве источника питания. В полевых условиях грибы рода Darluca (Вайиса) паразитируют на ржавчинных грибах, а грибы рода Ampelomyces — на мучнисто-росяных.
• Хищничество. Уничтожение жертвы перед началом питания, как это делают хищные грибы рода Arthrobotrys.

Применение бактериофагов и вакцинация растений

Использование бактериофагов (вирусов бактерий) против бактериозов растений — перспективное, но малоисследованное направление. Бактериофаги способны поражать не только бактерии, но и некоторые виды грибов. На основе комплекса пяти бактериофагов фитопатогена Pseudomonas syringae, выделенных из почвы и больных растений, был создан лечебно-профилактический препарат Пентафаг. При его применении вирусы внедряются в клетки патогена, размножаются и разрушают их изнутри. После гибели одной бактериальной клетки высвобождается 100–200 новых частиц бактериофага, способных заражать другие клетки.

Другим методом борьбы с вирусными инфекциями является преинокуляция — вакцинация растений слабопатогенными штаммами вирусов. Этот прием позволяет предупредить развитие тяжелых эпифитотий на плантациях. Для защиты восприимчивых к вирусу табачной мозаики (ВТМ) сортов томата в открытом и защищенном грунте применяют вакцинный штамм ВТМ-У-69. Это стабильный естественный штамм, обеспечивающий длительный защитный эффект без проявления симптомов болезни у растений.

• Коммерческих биопрепаратов в мире — более 40
• Выход бактериофагов из одной клетки — 100–200 шт.
• Стабильность вакцинного штамма ВТМ-У-69 — 99,7%

Вакцинация овощных культур против вирусных болезней

Вакцинация ослабленными штаммами защищает тепличные овощи от тяжелого течения вирусных инфекций. Препарат сдерживает развитие болезни без проявления внешних симптомов и снижает концентрацию агрессивных вирусных частиц. До массового внедрения устойчивых гибридов томатов этот метод использовали в промышленных масштабах, ежегодно обрабатывая не менее 100 га теплиц.

Для защиты томатов применяют вакцинный штамм \У-69, который обеспечивает прибавку урожая в среднем на 23 %. Обработка проводится один раз путем опрыскивания сеянцев водным раствором препарата. Технология требует строгого соблюдения сроков и температурного режима.

1. Подготовьте водный раствор вакцинного штамма \У-69 и добавьте в него карборунд № 20 в количестве 15 г/л для лучшего проникновения вакцины.
2. Проведите опрыскивание 8–10-дневных проростков в фазе развернутых семядольных листьев или зачатков настоящих листьев.
3. Завершите обработку не позже чем за 3–4 дня до пикировки рассады.

Похожая технология применяется для защиты огурца в защищенном грунте от вируса зеленой крапчатой мозаики (ВЗКМО). Без защиты эта болезнь, распространяющаяся с семенами и при уходе, уносит от 20 до 45 % урожая. Вакцинация препаратом ВИРОГ-43 на основе стабильного слабопатогенного штамма (генетическая стабильность 98 %) позволяет свести эти потери к минимуму.

Через 10–12 дней после обработки на растениях огурца может проявиться очень слабая мозаика, которая позже полностью исчезает. Концентрация патогена в тканях снижается в 2–5 раз по сравнению с невакцинированными растениями. Более 80 % посадок сохраняют бессимптомность до конца оборота.

Бактериальные биопрепараты на основе псевдомонад

Основу современных бактериальных препаратов против болезней растений составляют бактерии родов Pseudomonas и Bacillus. Сапротрофные псевдомонады (Pseudomonas fluorescens, P. putida, P. aureofaciens) заселяют ризосферу и служат естественными регуляторами почвенных фитопатогенов. Они быстро растут, усваивают органику и активно вырабатывают антибиотики, бактериоцины, сидерофоры и стимуляторы роста.

Среди антибиотиков, выделяемых псевдомонадами, наиболее важны феназин-1-карбоновая кислота, 2,4-диацетилфлороглюцинол и пирролнитрин. На основе пирролнитрина, впервые выделенного в 1964 году из P. pyrrocinia, были созданы известные химические фунгициды — флудиоксонил (препараты группы Максим) и фенприклонил (препараты группы Берет). Сегодня гены синтеза этих антибиотиков клонированы, что открывает путь к созданию еще более эффективных биоагентов.

Важную роль играет способность псевдомонад вырабатывать сидерофоры — соединения, осуществляющие транспорт железа. В условиях дефицита они прочно связывают трехвалентное железо, лишая питания почвенных патогенов. Например, прорастание хламидоспор возбудителя фузариозного увядания Fusarium oxysporum полностью прекращается при концентрации железа в почве 10-7? -10-77 М.

Для повышения эффективности препаратов ученые используют методы генетической модификации. Так, внедрение плазмиды в клетки P. putida позволило бактериям использовать салицилат в качестве источника питания. Это увеличивает популяцию полезных бактерий в прикорневой зоне растений. На основе псевдомонад созданы такие отечественные препараты, как Планриз (ранее известный под названием Ризоплан), Псевдобактерин-2 и Агат-25.

• Прибавка урожая томатов от вакцинации — в среднем 23 %
• Расход карборунда № 20 — 15 г/л
• Стабильность штамма в вакцине ВИРОГ-43 — 98 %
• Титр препарата Планриз — 2 х 10° клеток в 1 мл

Препарат Планриз выпускается в форме культуральной жидкости на основе штамма АР-33 бактерий Pseudomonas fluorescens. Его производят на биофабриках для защиты посадок капусты. Бактерии наносятся на семена, заселяют ризосферу молодого растения и создают защитный барьер за счет выделения антибиотиков, сидерофоров и ростостимулирующих веществ.

При обработке листовой поверхности вегетирующих растений бактерии атакуют клетки эпителия листа и вызывают неспецифическую ответную реакцию растений, которая выражается в выделении фитоалек-синов (вещества, вызывающие общее повышение иммунитета растений). Эта особенность послужила обоснованием для попыток использования препарата планриз в качестве профилактического средства в борьбе с такими заболеваниями как фитофтороз томатов и картофеля, пероноспо-роз и мучнистая роса огурца.

Применение. Рекомендована двукратная обработка в период вегетации при появлении первых признаков болезни. Повторная обработка через 20 дней. Препарат не токсичен и имеет короткий период ожидания (два дня). Планриз можно применять в баковых смесях с инсектицидами: ровикурт, актеллик, амбуш, цимбуш и децис (Джалилов, Корсак, Перебитюк, 1994).

В отечественной литературе имеются многочисленные сообщения о высокой эффективности планриза против фузариоза, мучнистой росы, корневых и прикорневых гнилей, фитофтороза на овощных, плодовых, ягодных и многих других культурах. Однако на этих культурах препарат пока не зарегистрирован. Например, обработка растений огурца против бактериоза в норме 1 л/га сдерживала развитие заболевания в сравнении ° контролем на 30 %. Хорошо зарекомендовал себя препарат произволства Лискинской биофабрики (титр 5 млрд. спор/мл). Его применяли для обработки семян в день посева в норме 20 мл/кг семян. При этом значительно снижается поражённость растений чёрной ножкой и сосудистым бактериозом. При обнаружении первых признаков бактериозов растения обрабатывают 0,1 %-ным рабочим раствором препарата в норме 0,3 л/га. Повторная обработка — через 20 дней. При использовании этого препарата на томатах в норме 0,5-1 л/га была получена высокая биологическая эффективность — 94,7-95,4 %. Для обработки поверхности вегетирующих растений препарат разводят в 500-1000 раз (от 2 до бл на га). Технология применения аналогична использованию контактных препаратов с применением прилипа-телей. Рекомендована обработка растений до проявления болезни. При необходимости возможны повторные опрыскивания, особенно при неблагоприятных погодных условиях 2 ЕЕ | о сосудистый -Н в день посева 0,3 бактериоз Опрыскивание в период Сосудистый и вегетации 0,1%-ным оон спизистый рабочим раствором при -(2) 10 мл/ 10 л воды (Л) бактериозы появлении первых признаков болезни. Повторная обработка через 20 дней Псевдобактерип-2. Ж и Псевдобактерин-2. ПС

Действующее начало. Штамм В$ 1393 бактерий Рзеи4дотопа$ аигео{асепз.

Препаративная форма. Культуральная жидкость с титром препарата 2-3 х ЮМ О” клеток в 1 мл и порошкообразный препарат с титром 2-3 х 10 10'? клеток в 1 мл разработаны в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов РАН (г. Пущине, Московской обл.).

Характеристика препарата. Биологическое Средство защиты растений">средство защиты растений от грибных и бактериальных болезней на основе живых клеток бактерий рода РзеиЧотопа$, обладающее ростостимулирующим влиянием на растения. Биопрепарат разработан в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН

Механизм действия. Эффект защитного действия основан на способности бактерий этого штамма псевдомонад синтезировать антибиотики феназинового ряда, эффективно подавляющие рост многих фито-патогенных грибов.

Применение. При использовании на овощных культурах рабочая жидкость для обработки семян должна содержать не менее 200 тыс. активных клеток, а для полива вегетирующих растений и обработки корней рассады — 20 тыс. активных клеток (соответственно 10% и 107 в 1 мл).

ТАБЛИЦА 17. РЕКОМЕНДАЦИИ по ПРИМЕНЕНИЮ ПРЕПАРАТОВ СЕРИИ ПСЕВДОБАКТЕРИН-2 Список ПЕСТИЦИДОВ и АГРОХИМИКАТ..., 2001 Срок Способ, время обработки, Название препарата Нормы расхода Культура Назначение ожидания особенности применения (кратность) Гельминтосп 9% узари, И | Замачивание семян за 18-24 0,1 л/кг ара часа до посева. Расход — 1 - (-) Огурец корневые ‚0-1,5 лук ГНИЛИ Бурая Опрыскивание в период 10 л/га УР вегетации с интервалом 20 -(2) ПЯТНИСТОСТЬ ней Псевдо-бакте-рин-2, Ж д Гельминтосп Я рузариь И | Замачивание семян за 18-24 0,1 л/кг Узар часа до посева. Расход — - (-) озные 1,0-1,5 л/кг Томат корневые ГНИЛИ Бурая Опрыскивание в период 10 л/га УР вегетации с интервалом 20 -(2) ПЯТНИСТОСТЬ. дней Фузариозные ризоктониозн | Замачивание семян за 18-24 0,1 г/кг ые, часа до посева. Расход — Огурец питиозные 1,0-1,5 л/кг корневые ГНИЛИ Бурая Опрыскивание в период 10 сть вегетации с интервалом 20 -(2) Псевдо-бакте-рин-2, ПС дней. Расход — 1000 л/га Фузариозные ризоктониозн | Замачивание семян за 18-24 0,1 г/кг ые, часа до посева. Расход — питиозные 1,0-1,5 л/кг Томат корневые ГНИЛИ Опрыскивание в период 10 л/га Оливковая вегетации с интервалом 20 (2) ПЯТНИСТОСТЬ м дней. Расход — 1000 л/га

Псевдобактерин-2 рекомендован для предпосевной обработки семян огурца и томата от корневых гнилей и для опрыскивания этих же культур от оливковой пятнистости.

Эффективность и преимущества препарата. Прибавка урожая томата и огурца в закрытом грунте составляет в среднем 15-20 %. Препарат не оказывает отрицательного воздействия на качество получаемой продукции, безвреден для человека и теплокровных животных. Псевдобактерин-2 совместим с хитозаном, в отличие от аналогичных препаратов (агат-25, планриз). Применение псевдобактерина-2 вместе с хитозаном помимо увеличения биологической эффективности препаратов продлевает срок их действия. Для расширения спектра защитного и стимулирующего действия псевдобактерин-2 может использоваться в многокомпонентных смесях с другими биопрепаратами, например штаммами псевдомонад или грибными препаратами на основе триходермина.

Срок хранения препарата 45 суток при температуре 4-5°.

Препараты на основе бактерий р. ВасШиз

Из аэробных спорообразующих бактерий наиболыпее значение как биологический агент подавления численности фитопатогенов имеет ВасШиз зи 5. Сообщается также о возможности использования в защите растений от болезней ВасШиз тусо!4ез и ВасШи$ сегецб.

ВасШиз за 6$ известна под названием сенной палочки, распространена в почве, воде, воздухе. В. зб ИИ$ образует выпуклые колонии ризоидной формы. Хорошо растёт на МПА, пептонно-кукурузном агаре и других средах. Размер клеток 0,7-0,8 х 2-3 мкм. В почве бациллы находятся либо в состоянии спор, либо в виде вегетативных клеток. В. зибЫШ$ являются продуцентом более 70 антибиотиков. Некоторые из них подавляют рост фитопатогенных микроорганизмов.

Бактофит. СП Действующее начало. Живая культура штамма ИПМ 215 Васа за ИИ$ и продуцируемый им антибиотик из группы аминоглюкозидов. Механизм действия. В процессе производства в культуральной жидкости образуется антибиотик, способный тормозить развитие фитопатогенов различной природы: бактерий и грибов. Этот же антибиотик выделяется бактериями в почве, что обеспечивает защитный эффект против почвенных фитопатогенов. Например, в чашке Петри на агаровой среде можно увидеть взаимодействие

ВасШаз заби$ и Ризатит $р., между которыми возникает стерильная зона, куда не проникает мицелий патогенаПрепаративная форма. Смачивающийся порошок с биологической активностью (БА) ЮОООЕАЛ. Разработан в ГНЦ прикладной микробиологии (г. Протвино, Московской обл.) с первоначальным названием — бацифит. Выпускается в виде смачивающегося порошка сероватого или светло-коричневого цвета, со слабым запахом. Содержит прили-патель и стабилизатор, малотоксичен для животных и не оказывает отрицательного действия на растения. Препарат гигроскопичен, поэтому его необходимо хранить в герметично закрытой таре. Гарантийный срок хранения два года при температурах от +30 до -30°.

Применение. Замачивание семян томата и полив рассады до и после пикировки (10 мл/1 л воды) снижает заражённость растений чёрной ножкой на 96 %, а корневых гнилей на 91 %. Рекомендации по применению приведены в табл. 18.