Результат интеллектуальной деятельности: Применение хлорогеновой кислоты в качестве синергиста инсектицидов на основе энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensis

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к защите растений от насекомых вредителей, и может быть использовано для биологического контроля численности колорадского жука Leptinotarsa decemlineata.

Одним из наиболее опасных вредителей картофеля в России является колорадский жук Leptinotarsa decemlineata Say (Coleoptera, Chrysomelidae), потери урожая клубней от которого нередко превышают 30%. По уровню численности и вредоносности его относят к числу супердоминантных вредоносных видов насекомых. В связи с этим получение высоких и стабильных урожаев картофеля практически невозможно без применения научно обоснованных систем защитных мероприятий. По данным, представленным в международной базе данных, колорадский жук приобрел устойчивость к 51 препарату из различных классов инсектицидов в 46 регионах мира. Развитие резистентности к инсектицидам в популяциях колорадского жука приводит к увеличению норм расхода препаратов и количества обработок. Это увеличивает себестоимость конечной продукции, приводит к загрязнению окружающей среды, нарушению равновесия в биоценозах вообще и агроценозах в частности.

Большее распространение для контроля численности колорадского жука получили биопрепараты на основе экзотоксина бактерий В. thuringiensis, который является наиболее опасным для окружающих объектов, поскольку показан терратогенный эффект по отношению к насекомым и токсин способен проникать через покровы членистоногих. Известен штамм В. thuringiensis var. thuringiensis - продуцент промышленного препарата на основе экзо и эндотоксина бактерий - битоксибациллина.

Недостаток штамма В. thuringiensis var. thuringiensis - низкая патогенность в отношении колорадского жука и использование экзотоксина. В основном, для увеличения эффективности биопрепарата проводят селекцию штаммов для повышения энтомоцидной активности в отношении колорадского жука. Например, штамм 16Т100/18, полученный в 2012 году путем селекции штамма В. thuringiensis 16Т100 (Патент РФ №2559548, 2015).

В настоящее время социальные требования к получению экологически чистой растениеводческой продукции предусматривают развитие биологических методов защиты растений, в том числе необходимо совершенствование уже существующих биопрепаратов на основе энтомопатогенных микроорганизмов. Бактерии Bacillus thuringiensis (БТ) являются наиболее широко представленной основой многих биологических инсектицидов во всем мире для защиты растений от насекомых вредителей сельского и лесного хозяйства, а также переносчиков заболеваний опасных для человека.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является усниновая кислота, используемая как синергист инсектицидов на основе энтомопатогенных микроорганизмов (патент РФ №2328493, 2008). Усниновая кислота выступает синергистом биопрепаратов на основе грибов, а также биопрепарата Битоксибациллин, в основе которого эндо и экзотоксин бактерий Bacillus thuringiensis.

Недостаток прототипа - использование экзотоксина бактерий в отношении личинок колорадского жука. Экзотоксин представляет собой термоустойчивый токсин нуклеотидной природы, который бактерии синтезируют в внешнюю среду при размножении; он является опасным для нецелевых насекомых и клещей, поскольку токсин способен проникать через покровы членистоногих и вызывать тератогенный эффект.

Еще одним близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению являются модификации усниновой кислоты, которые показали высокую эффективность при совместном использовании с энтомопатогенными грибами и бактериями против личинок колорадского жука (патент РФ №2448464, 2012).

Недостаток данного прототипа - использование смеси грибов и бактерий против колорадского жука, а также использование химически модифицированной усниновой кислоты (фторпроизводные усниновой кислоты), которые являются химически токсичными веществами.

Задачей изобретения является безопасный и эффективный синергист инсектицидов на основе энтомопатогенных бактерий В. thuringiensis для контроля численности колорадского жука. Поставленная задача решается применением хлорогеновой кислоты формулы 1 в качестве синергиста инсектицидов на основе энтомопатогенных бактерий В. thuringiensis.

Вторичные метаболиты (ВМ) растений являются биологически активными соединениями, которые содержатся в каждом растении. Многообразие взаимоотношений растений и насекомых включает в себя как антагонистическое действие ВМ на организм насекомого, так и адаптацию насекомых - фитофагов к аллелохемикам кормовых растений. Антагонистическое действие ВМ растений на организм насекомого заключается в том, что ВМ могут оказывать на фитофагов прямое токсическое действие с летальным исходом или вызывать у них различную степень расстройства пищеварительной, нервной, половой, кровеносной и других физиологических систем. Значение веществ вторичного обмена в защите растений от фитофагов может усиливаться после разрушения растительной клетки. Помимо токсичного действия, ВМ могут вызывать антинутриентный и репелентный эффект. Среди известных ВМ растений наиболее распространенным классом веществ, играющим ведущую роль в защите против фитофагов, являются фенольные соединения. Для фенолов описана способность связывать питательные вещества, понижать активность пищеварения насекомых, а также выступать в роли токсинов, что может приводить к снижению массы личинок и куколок, плодовитости имаго, а также к увеличению смертности. Один из основных механизмов токсичности фенолов заключен в их способности окисления до хинонов с образованием активированных кислородных метаболитов. Развитие бактериальной инфекции сопровождается развитием окислительного "стресса", соответственно, использование прооксиданта совместно с бактериями позволит повысить токсичность биопрепарата для насекомых. Хлорогеновая кислота, распространенный о-дегидрооксифенол, который продуктами своего окисления негативно влияет на насекомых.

Синергетические свойства хлорогеновой кислоты изучались на личинках колорадского жука природных популяций (Leptinotarsa decemlineata Say), собранных в районах НСО, на участках, свободных от обработок инсектицидами. Насекомых содержались при 28°С, с 12/12 часовым световым режимом, на естественном корме (свежесрезанная ботва картофеля), в вентилируемых пластиковых контейнерах. Для заражения насекомых использовались бактерии Bacillus thuringiensis ssp. tenebrionis. Инфицирование насекомых бактериями проводилось пероральным способом, путем нанесения суспензии спор и кристаллического эндотоксина или только эндотоксина бактерий на поверхность листьев картофеля. Обработанные листья помещали в контейнер с насекомыми.

Для оценки влияния хлорогеновой кислоты на развитие инфекционного процесса проводилась совместная обработка корма насекомых бактериями и хлорогеновой кислотой. Хлорогеновая кислота растворялась в воде в концентрации 5 мг/мл, затем добавлялась к суспензии спор и кристаллического эндотоксина бактерий. Полученная суспензия использовалась для нанесения на поверхность листьев для скармливания насекомым. В контрольном варианте использовалась обработка листвы стерильной водой. Кроме того, отдельные варианты листвы были обработаны только хлорогеновой кислотой или только суспензией бактерий.

Эффективность использования хлорогеновой кислоты в качестве синергиста для биопрепаратов на основе бактерий Bacillus thuringiensis продемонстрировано полученными результатами.

Пример 1. При совместном скармливании хлорогеновой кислоты в концентрации 5 мг/мл и бактерий В. thuringiensis в титре 5*10⁸ личинкам колорадского жука L. decemlineata третьего возраста было зарегистрировано достоверное (р<0,05) увеличение процента смертности, по сравнению с насекомыми, зараженными только бактериями В. thuringiensis (Табл. 1). При совместном скармливании хлорогеновой кислоты в концентрации 5 мг/мл и бактерий В. thuringiensis в титре 10⁹ личинкам колорадского жука L. decemlineata третьего возраста было зарегистрировано достоверное (р<0,05) увеличение процента смертности, по сравнению с насекомыми, зараженными только бактериями В. thuringiensis (Табл. 1). В контроле и варианте со скармливанием только хлорогеновой кислоты гибель отсутствовала.

Пример 2. В серии экспериментов с использованием очищенного от спор эндотоксина бактерий В. thuringiensis совместно с хлорогеновой кислотой было установлено, что хлорогеновая кислота обладает свойством существенно увеличивать чувствительность насекомых к эндотоксину бактерий. Показано, что при совместном скармливании очищенного эндотоксина бактерий В. thuringiensis в титре 10⁸, 2*10⁸, и 10⁹ и хлорогеновой кислоты в концентрации 5 мг/мл личинкам колорадского жука L. decemlineata третьего возраста было зарегистрировано достоверное (р<0,05) увеличение процента смертности, по сравнению с насекомыми, зараженными только бактериями В. thuringiensis (Табл. 2). В контроле и варианте со скармливанием только хлорогеновой кислоты гибель отсутствовала. Сильный синергетический эффект в варианте с самым низким титром эндотоксина бактерий и хлорогеновой кислоты свидетельствует о высоком потенциале для использования хлорогеновой кислоты в качестве агента, повышающего эффективность биопрепаратов на основе бактерий.

Таким образом, при применении хлорогеновой кислоты в качестве синергиста биопрепаратов на основе бактерий Bacillus thuringiensis:

- увеличивается процент смертности личинок колорадского жука по сравнению с отдельным заражением спорами и эндотоксином бактерий Bacillus thuringiensis;

- увеличивается процент смертности личинок колорадского жука по сравнению с отдельным заражением эндотоксином бактерий Bacillus thuringiensis;

Преимущества использования хлорогеновой кислоты в качестве синергиста инсектицидов на основе бактерий Bacillus thuringiensis в том, что хлорогеновая кислота - вещество природного происхождения, а поэтому безопасна для человека, полезных животных, не накапливается в получаемой продукции и окружающей среде, а так же в ее способности повышать чувствительность насекомых к бактериям Bacillus thuringiensis.