Энтомопатогенные грибы и производство препарата "Боверин"

Реферат посвящён изучению биологического разнообразия и особенностей жизненного цикла энтомопатогенных грибов. Описываются представители энтомофторовых, лабульбениевых, монилиевых грибов, кордицепсов, энтомопатогенных гифомицетов. Также в работе рассматриваются микробиологические средства защиты растений на основе энтомопатогенных грибов, приводится история разработки и получения данных препаратов, в качестве примера приведено описание производства препарата "Боверин" из гриба Beauveria bassiana. ...

Энтомопатогенными грибами, или грибами-энтомофагами, называются грибы, которые живут на поверхности или внутри тела насекомых и других членистоногих как первичные паразиты, непосредственно вызывая болезнь и гибель своих хозяев. Этим они отличаются от энтомофитных грибов, которые произрастают на покровах тела насекомых, не причиняя им вреда, и энтомофильных грибов, которые растут только на мёртвых насекомых как сапротрофы.

Энтомопатогенные грибы с точки зрения биологии представляют собой весьма специфическую и интересную группу живых организмов. Сюда относятся представители различных систематических групп грибов, они встречаются среди четырёх из семи современных классов грибов. Наибольшее число видов, представляющих практический интерес для биологической защиты сельскохозяйственных растений, относится к классам зигомицетов и дейтеромицетов.

Представители рода Cordiceps были исследованы раньше других энтомопатогенных грибов. Они распространены по всему миру и поражают представителей нескольких отрядов насекомых: жуков, полужесткокрылых (клопов), двукрылых, бабочек и перепончатокрылых. Только 3 вида кордицепсов паразитируют на пауках.253365topРис. 3. Стромы гриба из рода Cordiceps на поражённом кузнечике.Особенности жизненного цикла и размножения многих представителей рода Cordiceps, а также возможность использования данных грибов в борьбе с вредными насекомыми, к сожалению, остаются малоизученными.Для грибов рода Cordiceps характерно образование склероция внутри тела заражённого насекомого с последующим развитием стромы из мумуфицированных, пронизанных гифами гриба тканей хозяина. Размеры и форма стром кордицепсов очень разнообразны. Они могут быть очень длинными, нитевидными, как у кордицепса удлинённого (Cordiceps elongata), цилиндрическими, булавовидными или головчатыми. Размеры стромы вариьруют от 1,5-2,5 мм до 10-15 см и более в высоту. Наиболее крупные стромы, составляющие до 20-30 см в высоту, образует кордицепс Гунна (Cordiceps gunnii). Окраска стромы бывает самой разнообразной: беловатой, серой, жёлтой, оранжевой, красной, коричневой, зелёной и чёрной.Наиболее распространённым и известным является вид кордицепс военный (Cordiceps militaris), который развивается на личинках и куколках бабочек, зимующих в почве, а также жуках.Кордицепс китайский (Cordiceps chino), обитающий в Китае на личинках бабочек семейства тонкопрядов, образует цилиндрические или веретеновидные стромы чёрного цвета, выходящие всегда из головы насекомого и достигающие 4-7 см в длину. В сухом виде эти стромы используются в пищу и как лекарственное средство в народной медицине. 1.4. ГифомицетыПорядок гифомицеты (Hyphomycetales) относится к дейтеромицетам, или несовершенным грибам (Deuteromyces, Fungi Imperfecti), и объединяет грибы, у которых конидии формируются на конидиеносцах непосредственно на поверхности субстрата без образования каких-либо вместилищ для спор. В порядок гифомицетов входят 4 семейства, в составе трех из которых (монилиевых, стильбелловых и туберкуляриевых) есть энтомопатогенные грибы. При этом в состав семейства монилиевых входят наиболее распространенные энтомопатогенные грибы.В отличие от узкоспециализированных паразитических грибов, например энтомофторовых грибов, большинство энтомопатогенных гифомицетов отличается широкой специализацией. Это означает, что они не требуют специфических питательных веществ и могут расти и развиваться на разных субстратах животного и растительного происхождения.Среди представителей семейства стильбелловых (Stilbaceae) известны энтомопатогенные виды родов гирзутелла (Hirsutella) и гименостильбе (Hymenostilbe). Некоторые представители этих видов являются конидиальной стадией сумчатых грибов, в частности рода Cordiceps. Кроме насекомых, они поражают пауков и клещей.Грибы семейства стильбелловых характеризуются образованием на пораженных насекомых длинных выростов, называемых коремии, представляющих собой сросшиеся конидиеносцы. Коремии в виде цилиндра или булавы выходят из различных участков тела хозяев: из сочленений ног, кончика брюшка; иногда рассеяны вдоль тела в виде маленьких бугорков. Конидии возникают на верхушке коремии, где свободные концы конидиеносцев, обособляясь друг от друга, образуют своеобразную головку коремии. Конидии одноклеточные, бесцветные, одиночные, веретеновидные, изогнутые, цилиндрические, узкоовальные.Особую группу энтомопатогенных гифомицетов представляют собой грибы рода аспергилл (Aspergillus). Эти грибы в основном являются типичными сапротрофами. При определённых условиях (например, на ослабленных насекомых) аспергиллы способны развиваться в теле живых насекомых. В процессе развития они выделяют токсины, что вызывает заболевание аспергиллёз и гибель насекомого с типичными симптомами. Наиболее часто поражение аспергиллами наблюдается у представителей саранчёвых. Несомненный интерес в качестве энтомопатогенных грибов представляют грибы рода фузариум (Fusarium). Они являются сапротрофами и фитопатогенными грибами, но в определённых условиях представители рода Fusarium способны вызывать специфические заболевания вредных насекомых (фузариозы).Также к энтомопатогенным грибам относятся некоторые представители рода пеницилл (Penicillium).1.5. Монилиевые грибыСемейство монилиевых (Moniliales) относитася к порядку гифомицетов, входящих в состав дейтеромицетов. В состав семейства входят широко распространенные возбудители болезней ряда видов вредных насекомых. Наиболее изученными можно считать грибы из родов метаризиум (Metarrhizium), боверия (Beauveria) и пециломицес (Paecilomyces).Впервые гриб из рода боверия – боверия бассиана (В. bassiana) – был описан итальянцем А. Басси в 1835 г. Он изучал болезнь гусениц тутового шелкопряда. Погибшие гусеницы были сморщенными и сухими, покрытыми белым налетом спор и гифов гриба, что делало их похожими на засахаренные фрукты. Поэтому данная болезнь насекомых получила название белой мускардины (от французкого слова «мускардина», означающего «засахаренный фрукт»). Басси доказал, что возбудителем болезни является гриб, который способен передаваться от одних особей к другим. Позднее выяснилось, что возбудитель белой мускардины может паразитировать на многих других видах насекомых, в том числе и на вредителях сельскохозяйственных культур, таких как колорадский жук, картофельная коровка, луговой и кукурузный мотылек. По своему географическому распространению гриб Beauveria bassiana может быть отнесен к космополитам. Полагают, что этот гриб может развиваться повсюду, где есть насекомые и где обеспечиваются подходящие климатические условия для его жизнедеятельности. Он поражает около 190 видов вредоносных насекомых. При отсутствии в экосистеме основного хозяина, гриб Beauveria bassiana может развиваться на дополнительных хозяевах. Широкое распространение гриба обеспечивается переносом мицелия и спор живыми насекомыми и клещами, обладающими к нему иммунитетом.Другой представитель рода боверия – гриб боверия тонкая (В. tenellа) – паразитирует преимущественно на жуках, таких как майский хрущ, картофельная коровка. От В. bassiana этот вид отличается более пушистым мицелием и удлиненной формой конидий. Среди энтомопатогенных грибов этого порядка представляет большой интерес возбудитель зеленой мускардины — гриб метаризиум (Metarrhizium anisopliae), впервые найденный и описанный в качестве паразита хлебного жука И. И. Мечниковым. Metarrhizium anisopliae выделяет токсины, обладающие специфическим воздействием в отношении насекомых. Исследованы два токсина этого гриба – деструксин А и В, установлен их химический состав. Возбудитель зеленой мускардины поражает более 200 224790topРис. 4. Белая мускардина на колорадском жуке (возбудитель – Beauveria bassiana).видов насекомых, в основном жуков, и является весьма перспективным для разработки средств защиты растений на его основе.Интересно отметить, что энтомопатогенные грибы рода боверия и некоторые другие гифомицеты становятся жертвами сверхпаразитизма: на их мицелии в свою очередь паразитируют другие сумчатые грибы. Так, В. bassiana в естественных условиях поражается сумчатым грибом Melanospora parasitica.Грибы рода цефалоспориум (Cephalosporium) связаны паразитическими отношениями с вредителями цитрусовых – кокцидами и щитовками. Гриб Cephalosporium lecanii широко распространен в нашей стране в субтропических районах на многих видах ложнощитовок. При поражении грибом тело щитовок покрывается белым или желтовато-белым налетом, который образует плотный щиток в виде белого ореола вокруг тела насекомого.Среди прочих родов семейства монилиевых, имеющих значение в ограничении численности насекомых-вредителей, стоит отметить грибы рода вертицилиум (Verticillium). Особое значение имеет гриб Verticillium lecanium, обнаруженный на личинках и взрослых особях тепличной белокрылки и некоторых видах тлей. Сейчас этот гриб используется для производства микробиологического препарата вертициллина, применяемого для борьбы с тепличной белокрылкой.2. Микробиологические средства защиты растений на основе энтомопатогенных грибовПрименение синтетических химических соединений в качестве средств защиты культурных растений от насекомых-вредителей наряду с их высокой эффективностью имеет ряд недостатков. К ним относятся появление вредителей, организм которых устойчив к действию того или иного препарата, уничтожение помимо вредоносных полезных насекомых и микроорганизмов, влияние на биохимические процессы в организме растений, животных и людей. Многие пестициды и инсектициды с трудом поддаются разложению в природных условиях и способны накапливаться в окружающей среде, приводя к её загрязнению.В связи с этим в настоящее время весьма актуален вопрос применения биологических средств борьбы с фитопатогенными организмами. Биологические методы защиты растений можно разделить на макробиологические, которые подразумевают использование паразитических и хищных членистоногих, и микробиологические, в которых используются микроорганизмы. Для защиты культурных растений от насекомых-вредителей, а также грызунов, применяются микробиологические средства защиты, которые можно разделить на такие 3 группы: вирусные, бактериальные и грибные препараты.Грибные микробиологические препараты по сравнению с бактериальными и вирусными препаратами обладают рядом преимуществ:энтомопатогенные грибы отличаются большой скоростью развития в организме насекомого;поражение насекомого происходит не только путём попадания через пищевой тракт, но и путём прорастания мицелия гриба через его внешние покровы; грибы-энтомофаги в виде спор могут длительное время присутствовать на обработанной территории без потери способности к заражению;насекомое поражается не только на личиночной и взрослой стадии, но и в стадии куколки. Биологический механизм воздействия на насекомое грибного препарата на основе гифомицетов начинается с прикрепления споры к наружным покровам насекомого и прорастания споры в полость его тела через кожные покровы. Наиболее интенсивно такое проникновение осуществляется через промежутки между сегментами. При попадании в тело насекомого грибная спора сначала прорастает в гифу, затем разрастается в мицелий, от которого отделяются гифальные тельца, или конидии, составляющие инфекционную единицу энтомопатогенного гриба. При благоприятных условиях образование конидий происходит на поверхности кутикулы наружных покровов насекомого. Выросшие на кожном покрове конидии прикрепляются к кутикуле с помощью специальных образований – апрессорий (вздутия на концах ростовых трубок), которые проникают в тело насекомого. Оказавшись в теле насекомого, конидии циркулируют в его гемолимфе, давая начало развитию мицелия гриба. Рост энтомопатогенного гриба продолжается до тех пор, пока все внутренние органы и ткани не будут разрушены. Впоследствии могут образовываться конидиеносцы, которые прорывают кутикулу и полностью обволакивают мертвое насекомое.2.1. История получения грибных микробиологических препаратовКультивирование мускардинных и близких к ним энтомопатогенных грибов имеет более чем столетнюю историю и берёт начало с конца XIX века. Обоснование возможности получения грибных микробиологических препаратов были заложены в классических работах И. И. Мечникова и И. М. Красильщика. И. И. Мечниковым был найден возбудитель зеленой мускардины – гриб метаризиум (Metarrhizium anisopliae), который был им впервые описан в качестве паразита хлебного жука. Можно с полным правом считать, что открытие этого гриба и последующие эксперименты, связанные с его массовым размножением и заражением хлебного жука и свекловичного долгоносика, проведенные И. И. Мечниковым совместно с И. М. Красильщиком, положили начало разработке микробиологического метода борьбы с вредоносными насекомыми во всем мире.12 февраля 1886 г в Одессе на заседании VI энтомологического областного съезда И. М. Красильщиком был сделан доклад «О фабричном производстве заразных грибков с целью распространения их среди вредных насекомых». В докладе были освещены основные проблемы, с которыми ему пришлось столкнуться при организации первых попыток промышленного выращивания энтомопатогенных грибов:1) разработка простых технологических операций, которые могли бы осуществляться неквалифицированными рабочими;2) сооружение огромных плоских металлических чанов;3) предупреждение заражения культуральной среды посторонними микроорганизмами. Упомянутые трудности были блестяще решены в работах И. М. Красильщика. За четыре месяца на небольшом экспериментальном заводе, построенном в 1884 г в имении Бобринского в Смеле, было произведено 54 кг спор Metharrhizium anisopliae.