Низшие растения в борьбы с вредителями и
болезнями сельскохозяйственных культур, сорняками
Велика роль
растений (низших и высших) в
уменьшении негативных последствий широкого применения в сельском
хозяйстве пестицидов, по-разному воздействующих на живую клетку. Часто
страдает генетический аппарат. Нарушаются нормальная репликация
(удвоение ДНК при делении клетки) и транскрипция (передача информации с
ДНК на РНК, необходимая для нормального синтеза белка). Так может
возникнуть раковое заболевание. Многие пестициды способны нарушать
проницаемость мембран. Под влиянием загрязняющих веществ происходят
изменения и в белково-ферментном аппарате клетки. Наглядный пример
подобных влияний - последствия преступной войны во Вьетнаме, где были
пущены в ход 50 тыс. т гербицидов с целью отравления растительного мира
на вьетнамской земле. Как считают ученые-медики, именно эти яды, в
частности, "эейджент орандж", стали причиной небывалого в стране числа
заболеваний раком, выкидышей, рождения детей-уродов. Он же вызвал
серьезные нарушения здоровья американских военнослужащих. Этот вывод
содержится в опубликованном исследовании городского отдела
здравоохранения Нью-Йорка и Колумбийского университета. Оно проводилось
в течение пяти лет по заказу "американского легиона". Проверка примерно
7 тыс. ветеранов показала, что у тех, кто находился во Вьетнаме,
гораздо чаще встречаются случаи кожных, онкологических и
сердечно-сосудистых заболеваний. Они больше подвержены язвенной болезни
и гипертонии.
Ядовитые вещества не всегда удается обезвредить, так как они длительное
время сохраняют структуру и не разрушаются. Оказалось, что некоторые
виды бактерий, грибов и одноклеточных пресноводных водорослей,
благодаря наличию специальных ферментов, способны окислять и разрушать
ядохимикаты.
Американские ученые (сельскохозяйственная исследовательская служба
Министерства сельского хозяйства США, Белтсвиль) исследовали разложение
пестицида кумафоса (в бывшем СССР он назывался кораллом) ферментами,
выделяемыми бактериями Flavobacterium, и пестицида карбофурана
ферментами бактерий Achromobacter. Кумафос, как наиболее стабильный
фосфорорганический инсектицид, сохраняется в почве несколько месяцев.
Высокотоксичен и очень опасен для животных: 50% подопытных мышей гибнут
от дозы 55 мг/кг живой массы. Карбофуран - карбаминовый инсектицид,
заменяющий ДДТ, 95% препарата выводится из почвы за 400 дней. Это
сильнодействующее ядовитое вещество в нашей стране запрещено к
применению. Эксперименты показали, что инкубация кумафоса с бактериями
приводит к разложению пестицида до промежуточных соединений, которые
нестойки и быстро распадаются на фосфаты и низкомолекулярные
органические вещества. Achromobacter при инкубации с карбофураном
используют его как основной источник азота для своей жизнедеятельности,
то есть как питательный субстрат. В ходе "поедания" пестицида бактерии
расщепляют его до простейших соединений (амины, углекислый газ и др.).
Ученые работают над созданием штаммов бактерий, более эффективных в
обезвреживании ядохимикатов.
Группа исследователей из отделения биохимии университета штата Мичиган
(США) предложила метод биодеградации галогеноорганических соединений,
таких, например, как печально известные ДДТ и диоксин. Обратив внимание
на способность грибов белой гнили (Phanerochaete chrysosporium)
разрушать сложный природный полимер - лигнин, а также продукты его
хлорирования, они предположили, что некоторые вещества, имеющие сходный
углеродный скелет молекулы, могут также служить субстратами для этих
грибов. Предположение подтвердилось: данная культура грибов способна
разрушать галогенированные ароматические кольца и дехлорировать
алкилгалогениды. Все вещества окислялись с выделением СО2
в течение
30-дневной инкубации. Таким образом, система биологической обработки,
включающая культуру Ph. chrysosporium, может оказаться эффективным
средством для разложения токсичных веществ, трудно поддающихся
биодеградации.
Многие низшие растения с успехом можно применять как естественные
пестициды для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных
культур, сорняками. Интересные результаты получены при использовании
микроорганизмов (бактерий, грибов) и продуктов их жизнедеятельности в
борьбе с вредными насекомыми. Работы начаты еще в период становления
микробиологии, и отечественным ученым принадлежит приоритет в решении
многих вопросов данной перспективной области науки.
Микробы, вызывающие инфекционные заболевания у насекомых-вредителей
полей и садов, оказывают неоценимую услугу земледельцам. Они способны
размножаться в геометрической прогрессии и вызывать эпидемии у
пораженных живых объектов - в этом их принципиальное положительное
отличие от любого вещества. Кроме того, живые препараты не отравляют
природу и "бьют по врагу" намного точнее химических препаратов.
Кратность их применения значительно меньше, чем химических, прежде
всего за счет реинфекции очагов поражения в последующие годы. Насекомые
к ним не привыкают.
Широкое практическое применение нашла бактерия Bacillus turingiensis.
На ее основе создан известный препарат энтобактерин. В
ферментеры
заливают питательную среду с живыми бактериями, которые там
размножаются. Исчерпав запасы питания, каждая бактерия превращается в
спору. Массу сливают из ферментера, высушивают и смешивают с тонко
измельченным каолином. Эта смесь и есть энтобактерин. Он очень
эффективен в борьбе с многими вредителями сельскохозяйственных культур
и лесных древесных пород. Например, потребовалось всего около 10 часов,
чтобы спасти от гибели дубраву в пойме реки Навля. Могучие деревья
стали усыхать из-за нашествия листовертки. Химические средства защиты
ощутимой отдачи не принесли. Тогда дубраву обработали с помощью
сельскохозяйственной авиации раствором энтобактерина. При поедании
листьев, на которые нанесен энтобактерин, насекомые погибают в течение
суток. Если доза оказывается несмертельной, парализованные насекомые
прекращают питание и гибнут через пять-десять дней.
К таким средствам относится и бактериальный препарат битоксибациллин
(БТБ-202). Изготовлен во Всесоюзном НИИ сельскохозяйственной
микробиологии на основе той же спороносной кристаллообразующей бациллы
тюрингиензис в виде порошка светло-коричневого цвета. Действующее
начало - спорокристаллический комплекс и экзотоксин. Битоксибациллин
эффективен против колорадского жука, боярышницы, златогузки, шелкопряда
(кольчатого, соснового, походного, дубового и непарного), лунки
серебристой, волнянки ивовой, американской белой бабочки, молей
(капустной, репной), рапсового пилильщика, паутинного клеща, совок
(капустной, люцерновой, озимой, карадрины хлопковой) и др. БТБ
безвреден для растений, в том числе в период цветения и перед уборкой
урожая. Наиболее эффективен препарат против личинок первого и второго
возраста (колорадский жук). Гибель наступает при его попадании в
организм насекомого вместе с кормом. Отмирание вредителя продолжается и
в период превращения, а также в фазе куколки и имаго. При использовании
доз пониженной концентрации (менее 0,5 %) образуются многочисленные
уродливые особи, которые не могут нормально питаться и спариваться.
Вредители же, благополучно прошедшие все фазы превращения, отличаются
низкими выживаемостью и плодовитостью, усиленной восприимчивостью к
действию химических и биологических инсектицидов. Производство
битоксибациллина налажено на Бердском химзаводе Новосибирской области.
Бактерия Bacillus turingiensis дала начало еще целому ряду препаратов,
выпускаемых под торговыми марками тургицид, дипел и другими названиями
и используемых для защиты плодовых культур от опасного карантинного
вредителя - американской белой бабочки в Японии, во Франции и в ряде
других стран. Эти препараты применяют в период отрождения молодых
гусениц и в начале их активного питания листьями, когда прожорливый
вредитель еще не успел нанести заметного ущерба плодовым деревьям.
Через несколько часов после обработки деревьев водными суспензиями
препаратов гусеницы бабочки перестают питаться и вскоре гибнут.
Казалось бы, возможности данной бактерии уже исчерпаны. Но, применив
метод генной инженерии, ученые модифицировали ее и заставили
вырабатывать вещество, токсичное и для обитающих в почве вредителей. В
лабораториях и полевых опытах такой модифицированной бактерией
обрабатывали перед посевом семена. По мере роста растений она быстро
размножалась в корневой зоне, надежно защищая ее от ряда опасных
почвообитающих вредителей. Теперь бактерия и препараты из нее способны
защищать все растение - и надземную часть, и корневую систему.
