Возможности микробиологической борьбы с вредителями

20.06.2014

Приведенные выше соображения показывают, что микробиологические агенты должны эффективно действовать против естественно многочисленных популяций вредных насекомых, зачастую в совершенно отличных искусственных условиях, созданных человеком. Они должны стать или новыми летальными факторами окружающей среды, или естественными агентами, завезенными в географические районы, недавно зараженные вредителями или агентами, не страдающими от действия химических инсектицидов и поэтому особо ценными для программ интегрированной борьбы.
Такие агенты могут быть использованы в форме микробиологических инсектицидов или путем интродукций, способствующих установлению энзоотического состояния и стойкому сохранению патогена в новых условиях среды. Это различие в способах использования зависит от способностей микроорганизмов. Организмы, намеченные для интродукции, должны расселяться из относительно небольших количеств инокулума и сохраняться, не нарушая естественных процессов в природе. Организмы, неспособные расселяться и устойчиво сохраняться, приходится регулярно и в больших количествах применять в качестве «микробиологических инсектицидов».
Опыт, накопленный при применении макробиологического и химического методов борьбы, наряду с известными свойствами микробиологических агентов помог выявить желательные признаки патогенных организмов, намеченных к использованию в программах борьбы с вредителями (см. таблицу). К сожалению, ни один микроорганизм не обладает всеми нужными признаками. Однако многим из них присущи сочетания признаков, делающие их годными для интродукции, в то время как другие обладают иными сочетаниями признаков, требующимися для микробиологических инсектицидов. До второй мировой войны усилия концентрировались в основном на интродукции, но позже упор был перенесен на «микробиологические инсектициды». В этом, вероятно, нет ничего необычного. Интродукция микроорганизмов, вероятно, наиболее близка к классическому методу макробиологической борьбы, особенно когда патогенные организмы доставляют в новые географические области. Таким же путем можно использовать возбудителей болезней различных видов насекомых, которые могут оказаться более вирулентными для зарубежных хозяев, и уже имеющихся возбудителей, улучшенных путем отбора в лабораторных условиях. Прогресс, достигнутый за последнее время в тепличном растениеводстве, продемонстрировал ценность интродукции новых летальных факторов в окружающую среду.

Ценность микробиологических агентов часто в большой мере зависит от того, как действуют на них ядохимикаты. С началом химической эры внимание, естественно, должно было обратиться на «микробиологические инсектициды», имеющие много общих черт с химическими. Желательно, однако, сохранить равновесие, отдавая должное как интродукции, так и «микробиологическим инсектицидам».
Каждая большая группа патогенных организмов обладает свойственным ей потенциалом в микробиологической борьбе. И каждая получит оценку, исходя из свойств, перечисленных в таблице, и составленную по возможности при сравнимых подходах. Так, изучение существующей в природе микробиологической регуляции помогает предвидеть, чего можно ожидать от искусственно вводимой регуляции. Интродукцию патогенных организмов можно сравнивать с их использованием в качестве микробиологических инсектицидов; в конечном итоге микробиологический инсектицид можно сравнивать с химическим. К пригодным для этой цели микроорганизмам относятся бактерии, вирусы, грибы, простейшие и риккетсии. Хотя, строго говоря, нематоды не относятся к микроорганизмам, их часто рассматривают как патогенные организмы, особенно потому, что некоторые из них (связаны с энтомопатогенными бактериями. В некоторых отношениях, например по способности ряда видов отыскивать хозяев в некоторые периоды их жизненных циклов, нематод можно рассматривать как формы, промежуточные между тиличными микро- и макробиологическими агентами регуляции численности насекомых.
Хотя насекомых могут поражать многие микробиологические агенты, различные экологические группы насекомых в разной степени поражаются теми или иными типами агентов. Так, например, живущие колониями и питающиеся на поверхности растений гусеницы некоторых бабочек и личинки пилильщиков особенно сильно подвержены бактериальным и вирусным заболеваниям, возбудителей которых они заглатывают с зараженными листьями. Для грибных болезней они, как правило, менее уязвимы, поскольку в местообитаниях, где они питаются, длительные периоды высокой влажности, необходимой для прорастания грибных спор, менее вероятны. С другой стороны, короеды, которые не питаются корой, зараженной с поверхности бактериями или вирусами, быстро погибают от энтомопатогенных грибов, хорошо растущих во влажных условиях их ходов. Экологические барьеры, препятствующие искусственному созданию эпизоотий, распространены очень широко, и они должны быть учтены раньше, чем будет сделана попытка использовать микроорганизмы в каждом конкретном случае. Особое внимание следует уделять двум группам вредителей; 1) растительноядным сосущим насекомым и термитам — группам насекомых, биология которых особенно важна при определении осуществимости микробиологической регуляции; 2) насекомым, имеющим медицинское значение, особенно интенсивно изучаемым за последнее время, и клещам, обычно встречающимся вместе с вредными насекомыми и проявляющим явную тенденцию становиться опасными при применении инсектицидов с широким спектром действия.
Обнаруживают все больше и больше энтомопатогенных организмов, вырабатывающих токсины и занимающих важное место в новейших исследованиях. Конечно, имеется возможность синтеза и использования этих токсинов в чистом виде в качестве специфичных инсектицидов. «Микробиологические инсектициды» можно разделить на две группы — содержащие живые организмы и состоящие только из токсинов. Три главы настоящей книги специально посвящены токсинам, которые имеют много общих черт с кишечными ядами.
Изменчивость — это особая проблема, влияние которой при микробиологическом способе борьбы сказывается гораздо сильнее, чем при большинстве других способов борьбы. В дополнение к обычным при всех способах борьбы формам изменчивости, таким, как изменение в восприимчивости насекомых и несовершенное распределение пестицида, здесь проявляются другие ее формы, обусловленные сложностью взаимоотношений хозяина и патогена, образованием токсинов и тем, что возбудители болезней — живые существа и, следовательно, изменчивы. Эта изменчивость не только затрудняет стандартизацию патогенных препаратов, но и делает ее чрезвычайно важной, когда нужно добиться заданной эффективности борьбы.
Применение патогенных организмов в качестве «микробиологических инсектицидов» требует больших количеств активного агента, а следовательно, его производство должно быть относительно несложным, а стабильность препарата при хранении — хорошей. Для интродукции требуются меньшие количества патогенного агента. Способ его производства зависит от способности организма расти на искусственных средах, т. е. in vitro. При наличии такой способности его часто можно легко получать, пользуясь новейшей технологией промышленного производства терапевтических антибиотиков. В противном случае патогена необходимо разводить in vivo, т. е. в живом хозяине или заменяющем его организме. Такой метод требует совершенно иной технологии и поэтому будет рассмотрен отдельно. Производство патогенных организмов in vivo стало возможным в основном благодаря современным методам многолетнего разведения свободных от болезней насекомых, часто на искусственных кормах, разработанных для гусениц бабочек.
Какой бы из двух методов производства ни применялся, вопросы стандартизации препарата и поддержания штаммов являются для «их общими. Методы и принципы, разработанные для составления химических инсектицидов, можно применять и к микроорганизмам, хотя в результате игнорирования некоторых принципов возникали удивительные ошибки. Кроме того, использование патогенных организмов связано с некоторыми особыми проблемами рецептуры, поскольку микроорганизмы должны оставаться живыми и для них опасны такие факторы, которые не влияют на большинство ядохимикатов, например, ультрафиолетовые лучи, температура и давление при разломе порошковидных препаратов. Сохранение штаммов имеет важное значение, особенно для организмов, склонных утрачивать вирулентность при повторных пересевах in vitro. Изменчивость, мутабильность и, в некоторых случаях, подверженность генетическим перекомбинациям могут явиться преимуществом патогенного организма перед ядохимикатами, поскольку благодаря этому возможно улучшение действующего начала. Кроме того, залогом эффективности микробиологического метода является постоянное обнаружение новых видов и штаммов, которые следует сохранять как фонд материала, доступного для всех. К счастью, за последнее время разработано много новых способов сохранения микроорганизмов.
Человек всегда в разной степени соприкасался с насекомыми и их болезнями. Насекомые, паразитирующие на человеке и теплокровных животных или связанные (как, например, комнатная муха) с его жилищем, являются важными переносчиками болезней людей. Некоторые из возбудителей этих болезней способны размножаться в теле насекомых и таким образом их можно также рассматривать как патогенных для насекомых. В настоящей книге все организмы, вызывающие болезни теплокровных животных и нормально переносимые насекомыми, будут считаться возбудителями болезней более крупного хозяина, а организмы, вызывающие болезни насекомых, но нормально безвредные для высших животных — патогенными для насекомых. Такое же различие можно провести и в отношении болезней растений, переносимых насекомыми. Все аспекты безвредности микробиологической борьбы с вредителями для человека и для полезных животных должны быть изучены с точки зрения патогенности и токсичности. Среди полезных животных наибольшая опасность угрожает, вероятно, одомашненным насекомым и агентам микробиологической борьбы, поэтому все подобные возможности необходимо тщательно исследовать.
При микробиологическом методе борьбы возможны различные взаимодействия. Болезнь может вызывать не один, а несколько микроорганизмов, особенно если факультативный, т. е. лишенный первичной инвазионной способности, патоген закрепляется в хозяине в результате деятельности первичного патогена. Патогены могут также синергически взаимодействовать с ядохимикатами. Другая, довольно сложная, но, возможно, осуществимая форма микробиологической борьбы заключается в уничтожении с помощью антибиотиков симбиотических микроорганизмов, необходимых для вредных насекомых.
В связи с частым возникновением устойчивости к ядохимикатам не следует игнорировать способность вредителей приобретать устойчивость также и к микробиологическим агентам, тем более, что выражение «устойчивость к болезням» используется во всех областях патологии.
Значение экологии для микробиологической борьбы так же велико, как и для макробиологической, особенно при установлении исходных данных, и более важно, чем при химическом способе борьбы. Болезнь влияет на большинство сторон жизни насекомого на всех стадиях его развития, в том числе на способность использовать пищу, на плодовитость и на устойчивость к неблагоприятным климатическим факторам. Борьбу с вредителями приходится обычно предпринимать исходя главным образом из условий среды или требований культуры. На некоторых культурах опасно даже небольшое число выживших вредителей, в то время как на других (или в лесах) допустимо оставление даже значительных популяций. А если требуется сохранить интродуцированных патогенов, то выживание некоторой доли вредителей может быть желательным. Эту концепцию можно развить дальше на основе опыта макробиологической борьбы, показавшего, что там, где на интенсивных и ценных культурах приходится ограничивать применение ядохимикатов, наилучшие результаты получают, если сначала интродуцировать вредителя, чтобы обеспечить равномерное расселение макробиологического агента. Тогда можно предсказать характер колебаний численности популяции на всей площади под культурой. Однако, несмотря на некоторые поразительные примеры эффективности этого метода, английские фермеры крайне неохотно соглашались применять его на практике. В некоторых случаях можно было бы использовать этот метод и в отношении микроорганизмов, но тогда снова пришлось бы преодолеть недоверие фермеров.
Как бы то ни было приемлемость какого-либо метода борьбы для массового применения в основном зависит от экономики, и ни одно исследование по микробиологической борьбе не может считаться полным без оценки этого сложного вопроса. Трудности обусловлены тем, что в противоположность ядохимикатам, которые применяются против вредителей и в разных ситуациях и, таким образом, обеспечивают широкие рынки сбыта, «биологические инсектициды» применяются обычно против немногих видов или для решения местных проблем борьбы с вредителями. Из микробиологических инсектицидов препараты Bacillus thuringiensis уже привлекли внимание промышленников, поскольку производство их оказалось достаточно прибыльным. Круг хозяев этой бактерии относительно велик, и список восприимчивых видов чешуекрылых, а следовательно, и ее промышленный потенциал быстро возрастают. Узкоспецифичные микробиологические инсектициды могут не обеспечить достаточно широкий и устойчивый рынок сбыта для привлечения капитала и обеспечения приемлемой прибыли на него. Поэтому производство «микробиологических инсектицидов» и микроорганизмов, используемых для интродукции, зависит от правительственных или общественных дотаций того или иного рода. Разработка и использование этих препаратов связаны с экономикой на уровне общины и поэтому сталкиваются с социальными проблемами. Развитие микробиологического метода сильно выиграло бы от международного сотрудничества, особенно в области научных исследований.
Правильное планирование имеет первостепенное значение для будущего, поэтому во всех разделах книги различные вопросы обсуждаются с учетом этого момента.
Какая бы роль ни принадлежала в будущем микробиологическому методу, он всегда должен быть основан на точной идентификации патогенов; это имеет такое же, а может быть, и более важное значение, чем идентификация энтомофагов, тем более, что патогены способны изменяться, заражая различные виды хозяев, а также и при культуре in vitro. По идентификации микроорганизмов накоплена масса информации, которая до сих пор не сведена в одно целое. Имеющиеся сведения в большинстве касаются крупных групп микроорганизмов и рассеяны в статьях специалистов. Эта попытка предпринята для того, чтобы помочь неспециалисту установить причину заболевания, обнаруженного у насекомого, а специалисту по одной группе микроорганизмов — справиться с определением представителей другой группы (поскольку исследователей, знакомых с большим числом групп, очень немного) и, таким образом, проделать работу, которая может представить интерес и для его собственных исследований. Искусство диагностики в большой мере зависит от личного опыта исследователя, и мы пытались включать этот опыт всюду, где было возможно.