Фунгіциди на основі бактерій — природна протидія фітопатогенам

Діючі речовини пестицидів як аналоги природних речовин

Сергій Хаблак

Багато діючих речовин засобів захисту були спочатку знайдені у природі у рослин, бактерій, грибів, а потім за їх прикладом синтезовані штучні речовини, на основі яких створені синтетичні препарати. Так, піретроїдам, які є аналогами природних піретринів, дали таку назву через їх схожість за хімічною формулою і механізмом дії з природними піретринами, одержуваними з ромашок роду Pyrethrum. Піретрини — група природних інсектицидів, що містяться у квітках багаторічних трав родини Айстрові (Складноцвіті) з родів Pyrethrum, Chrysanthemum та Tanacetum, найбільший вміст — у квітках Піретрума цинерарієлистого — Pyrethrum cinerariifolium, більш відомого під назвою «далматська ромашка».

Раніше піретрини широко застосовували для боротьби з комахами, проте нині їх практично повністю витіснили синтетичні піретроїди, які є значно активнішими та фотостабільнішими за природні піретрини. Синтетичні піретроїди з'явилися на світовому пестицидному ринку на початку 1970-х років. Проте піретрини знаходять застосування як екологічно безпечні засоби для боротьби з ектопаразитами (педикульоз, коростяний кліщ, фтиріаз тощо), а також у виробництві протимоскітних тліючих спіралей. По суті, істотної різниці в хімічних формулах і сайтах клітинної дії природних і синтетичних інсектицидів та інших засобів захисту не має.

Інші інсектициди — природні інгібітори синтезу хітину — були знайдені в канадській бальзамічній ялині, з якої виготовляли папір. Їх було виділено та ідентифіковано як ювабіон і дигідроювабіон. Ці природні речовини, що синтезуються в деревах і слугують засобом для захисту від пошкоджень шкідниками, виявилися аналогами фарзелінової кислоти. Розшифровка їхнього складу дала змогу синтезувати низку аналогічних продуктів, що мають різну активність.

У 60-ті роки виявлено гормон, що регулює линьку комах, — екдизон, а потім його аналог — екдистерон, який міститься в деревині тиса й у звичайній папороті. Пізніше з одного виду складноцвітих рослин було виділено гормон, що має антиювенільну активність, і синтезовано велику кількість хімічних сполук, що володіють ювенільною активністю, які умовно ділять за хімічними ознаками на 13 груп. Кожна з цих груп характеризується певною специфічністю дії на різні види і систематичні групи комах. Діючими речовинами, що порушують гормональні процеси в організмі комах, які забезпечують синтез хітину, є бупрофезин, дифлубензурон, люфенурон, новалурон, трифлумурон, циромазин.

Гормон екдистерон, що регулює линьку комах, міститься в деревині тиса

Попередниками синтетичних неонікотиноїдів були природні нікотини, одержувані шляхом настоювання тютюну і махорки. Діюча речовина бенсултап інсектициду Банкол була отримана на базі нейротоксину, виділеного з морських кільчастих черв'яків. Авермектини (інсектициди природного походження) продукуються ґрунтовими мікроорганізмами — ґрунтовим грибком Streptomyces avermitilis.

Перші природні стробілурини були виділені з гриба Strobilurus tenacellus. Стробілурини — антибіотики, що продукуються різними мікроорганізмами. Вони належать до похідних бета-метоксиакрилової кислоти. Характеризуються високою фунгіцидною активністю, але використання їх у захисті рослин неможливе через низьку фотохімічну стабільність і високу летючість.

Вивчення структури природних стробілуринів дало змогу створити новий клас синтетичних фунгіцидів, які є біологічно активними аналогами природних речовин, що володіють високою стійкістю і фунгіцидною активністю, а також новим механізмом дії, пов'язаним із порушенням електронного транспорту в комплексі III мітохондріальної мембрани, що призводить до пригнічення клітинного дихання. Комплекс III (убіхінон — цитохром с-оксидоредуктаза) — проміжна ланка в ланцюзі дихальних ферментів бактерій і мітохондрій еукаріотів. Він каталізує перенесення електронів від убіхінону до цитохрому С. Стробілурини високоактивні проти широкого спектру грибів, які належать до аско-, базидіо-, дейтеро- та ооміцетів. Відомі фунгіциди (крім алюмінію фосетилу) ефективні проти збудників борошнистої або несправжньої борошнистої роси, а стробілурини — проти як одних, так і інших патогенів. Азоксистробін — аналог природних метаболітів грибів Strobilurins, Oudemansins.

Фунгіцидні препарати на основі бактерій

Нині бактеріальні препарати проти хвороб рослин в основному виробляють на основі бактерій двох родів — Pseudomonas і Bacillus.

Бактерії роду Pseudomonas. Найвідоміші сапротрофні псевдомонади, що заселяють ризосферу, є природними регуляторами фітопатогенних мікроорганізмів. До них відносять Pseudomonas fluorescens Mig., P. putida (Trevisan) Mig., P. aureofaciens Kluyver та інші види. Ці бактерії добре засвоюють різні органічні субстрати, характеризуються швидким ростом, продукують антибіотики, бактеріоциди і сидерофори, а також стимулятори росту рослин. Завдяки цим властивостям псевдомонади проявляють антагоністичну дію на фітопатогени і стимулюють ріст рослин. Серед антибіотиків, що продукуються псевдомонадами, виявлено феназин-1-карбонову кислоту, похідні флороглюцину (піролнітрин та ін.). 

Бактерія Pseudomonas fluorescens (Фото: wikimedia.org)

Слід зазначити, що піролнітрин, виділений з P. руrrосіnіа, давно використовують у захисті рослин. Проте ця речовина виявилася нефотостабільною. Однак штучно синтезовані його фотостабільні аналоги — фенприклоніл і флудиоксоніл, які широко застосовують як фунгіциди.

Важливу роль в обмеженні чисельності фітопатогенних мікроорганізмів відіграють продуковані псевдомонадами сидерофори — сполуки, які транспортують залізо. Їхня важлива особливість — здатність утворювати стабільні комплекси з тривалентним залізом. Зв’язуючи іони тривалентного заліза в ґрунті, сидерофори позбавляють багато видів фітопатогенних грибів необхідного елемента живлення, що призводить до припинення розвитку останніх. Найвідоміший сидерофор — псевдобактин (піовердин), інгібує розвиток фітопатогенів: Rhizoctonia solani, Sclerotinia sclerotiorum, Phytophthora megasperme та інших грибів, а також деяких бактерій, наприклад, Erwinia carotovora. Псевдомонади продукують сидерофори лише в умовах дефіциту заліза. Ці дані свідчать про перспективність створення біопрепаратів на основі флуоресціюючих псевдомонад Pseudomonas fluorescens Mig. На сьогодні найвідоміші такі препарати: Планриз, Агат-25К, Псевдобактерин, Гаупсин та ін.

На основі бактерій Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas aureofaciens виготовляють такі бактеріальні біофунгіциди: Біозлак, Псевдобактерин-2, Бізар, Біонорма Pseudomonas, Планориз ВЛ, Планриз, Агат-25К.

Біопротруйник Біозлак виготовляють на основі бактерій Pseudomonas auerofaciens. Цей штам бактерії здатний продукувати антибіотик флороглюцин, який і придушує розвиток багатьох збудників хвороб хлібних злаків. Обробка насіння злакових культур препаратом підвищує стійкість рослин до фітопатогенів. Найбільш ефективно препарат діє проти збудників кореневих гнилей, септоріозу, гельмінтоспоріозів тощо. Застосовують препарат у день сівби або за один день до висівання насіння напівсухим способом з нормою витрати 1,0-1,5 л/т.

Препарат Псевдобактерин-2 виготовляють на основі бактерій Pseudomonas auerofaciens. Крім живих клітин бактерій, до активної основи препарату входять продукти їх життєдіяльності (сідерофори, ферменти гібереліноподібні РРР). Препарат призначений для захисту польових та овочевих культур від грибних і бактеріальних хвороб. Застосовують для передпосівної обробки насіння та обприскування рослин у будь-яку фазу розвитку культури. Норми витрати: передпосівна обробка насіння — зернові колосові культури, картопля — 1 л/т, овочеві культури — 0,1 л/кг; обприскування рослин — зернові колосові, буряки цукрові — 0,5 л/га, картопля, овочеві культури, яблуня, груша — 1,0 л/га; виноградники — 2,0 л/га.

Біофунгіцид Бізар, що складається з бактерії Pseudomonas auerofaciens, рекомендовано для захисту зернових і плодових (яблуня) культур від комплексу хвороб способом обприскування з нормою витрати 4-6 л/га. Препарат підвищує імунітет до біотичних чинників.

Біологічні бактеріальні фунгіциди

Бактерії роду Bacillus. З аеробних споротвірних бактерій найбільше значення як біологічний агент проти фітопатогенів має Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn (синонім Bacillus amyloliquefaciens). В останні роки отримано дані про можливість використання в захисті рослин від хвороб також Bacillus mycoides F1 і Bacillus cereus Frankl. Ці дані становлять великий інтерес у зв’язку з перспективою використання бактеріальних агентів для одночасного знищення комах-шкідників рослин і фітопатогенів.

Бактерії В. subtilis — найпродуктивніші представники роду Bacillus за синтезом антибіотиків (більше 70). Деякі з цих антибіотиків пригнічують ріст фітопатогенних мікроорганізмів, і на основі окремих штамів цієї бактерії виробляють біопрепарати: Фітоспорин, Фітоцид, Фітодоктор та ін.

Бактерія Bacillus subtilis (Фото: wikipedia.org)

Бактерія Serratia marcescens Bizio, відома раніше як збудник хвороб комах, має антагоністичні властивості стосовно окремих фітопатогенів. Крім того, установлено антигрибну активність бактерій-симбіонтів ентомопатогенних нематод. Деякі ізоляти бактерії Xenorhabdus nematophilis з нематодою Steinernema carpocapsae і Xenorabdus bovienu зі S. feltiae цілком інгібували ріст і розвиток таких фітопатогенів, як Botrytis cinerea, Pythium colorathum, P. ultimum та ін.

На основі бактерії Bacillus subtilis розроблені такі бактеріальні біофунгіциди: ФітоХелп, МікоХелп, Спектрал, Фітодоктор (Спорофіт), Фітоцид, Флорабацилін, Серенада АСО,  Інтеграл ПРО. Біонематоцид Кларіва 156 створено на основі бактерії Pasteuria nishizawae.

Препарат ФітоХелп на основі бактерій Bacillus subtilis та біологічно активних продуктів їх життєдіяльності (ферменти, вітаміни, фунгітоксини) захищає рослини від грибних та бактеріальних хвороб, проявляє антистресову дію до несприятливих погодних умов і негативного впливу пестицидів. Застосовують препарат способом передпосівної обробки насіння і обприскування рослин у період вегетації. Зернові і зернобобові культури: передпосівна обробка насіння — 0,5-1,5 л/т, обприскування рослин — 0,5-0,6 л/га; олійні культури: передпосівна обробка насіння — 3,0 л/т, обприскування рослин — 0,5-0,6 л/га; овочеві культури: передпосівна обробка насіння — 2,5 л/т, обприскування рослин — 0,25-0,5 л/га; картопля: обробка бульб перед садінням — 1,0 л/т, обприскування рослин — 0,5-1,0 л/га.

Біофунгіцид МікоХелп, що складається суміші бактерій Bacillus subtilis, Azotodacter, Enterobacter, Enterococcus та грибів Trichoderma lignorum, Tr. viride та біологічно-активних продуктів їх життєдіяльності, ефективний проти кореневих та стеблових гнилей овочевих та інших культур, збудниками яких є гриби Rhizoctonia, Pythium, Verticillium, Sclerotinia, Fusarium та ін. Застосовують способом обприскування рослин проти цих хвороб з нормою витрати 0,1-0,5 кг/га та для прискорення розкладання рослинних решток і оздоровлення ґрунту — обприскування ґрунту зі стернею чи іншими рослинними рештками — 0,1-0,5 кг/га.

Сергій Хаблак, агроном, д.б.н., співробітник Інституту харчової біотехнології та геноміки

Далі буде.

Читати також: Вплив мікробіологічних препаратів на живлення кукурудзи та родючість ґрунту — результати досліджень БТУ-ЦЕНТР і Кернел

Найбільша спільнота СуперАгрономів у Facebook