doi: 10.15389/agrobiology.2026.3.403rus
УДК: 632.937.15
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 24-16-00284.
ИНСЕКТИЦИДНЫЕ И ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ШТАММЫ
Bacillus thuringiensis: МИРОВАЯ ПРАКТИКА И РАЗРАБОТКИ
ВНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
(обзор)
С.Д. ГРИШЕЧКИНА1, К.С. АНТОНЕЦ1, 2, А.А. НИЖНИКОВ1, 2 ✉
В связи с потребностью в экологически чистой продукции актуально использование микробиологических препаратов для защиты растений от вредителей и болезней. В мировой практике наиболее востребованы инсектицидные биопрепараты на основе энтомопатогенных бактерий Bacillusthuringiensis (Bt), обладающих селективным действием в отношении определенных групп насекомых, безопасных для хордовых и окружающей среды. Идентифицировано около 100 различных подвидов и серовариантов Bt. Для биоконтроля насекомых в агроценозах используют преимущественно биопрепараты на основе трех патоваров. Патовар А — штаммы Bt, активные против насекомых из отряда Lepidoptera. Патовар В — штаммы Bt,действующие против личинок кровососущих комаров, мошек и растительноядных комаров из отряда Diptera. Патовар С — штаммы Bt, поражающие Coleoptera(l. Palma с соавт., 2014; Y. Bel с соавт., 2022). Также выявлен патовар F (fungi), проявляющий активность против грибов (О.В. Смирнов с соавт., 2010). Кроме того, некоторые штаммы активны против нематод (A.C. Kotze c соавт., 2005), клещей (M.A. Hassanain с соавт., 1997) и моллюсков (A.M. Abd El-Ghany c соавт., 2017). Наряду с инсектицидными, штаммы Bt могут обладать антибактериальными, фунгицидными и ростостимулирующими свойствами (M.N. Islam с соавт., 2019; A.M. Mohammad с соавт., 2013; I.V. Maksimov с соавт., 2015). Bt способны продуцировать разнообразные белковые элиситоры, которые могут активировать природные защитные реакции растений на воздействие вредных организмов и вырабатывать иммунитет к ним. Действие Bt на вредителей обусловливается энтомотоксическим, энтомопатогенным и метатоксическим эффектами за счет наличия кристаллов эндотоксина, других энтомоцидных белков, минорных факторов вирулентности и спор (Н.В. Кандыбин с соавт. 2009; Y.V. Malovichko с соавт., 2019). Не все токсины Btпредставляют собой белки. Так, термостабильный водорастворимый b-экзотоксин (турингиезин) имеет нуклеотидную природу (J. Farkaš с соавт., 1977; S. Espinasse с соавт., 2002). Действуя как синергист в комплексе со спорами и кристаллами, экзотоксин усиливает энтомоцидный эффект (A. Bravo с соавт., 2007). К числу бактериальных факторов вирулентности относятся ферменты: хитиназы, лицитиназы, фосфатазы, целлюлазы, металлопротеазы и др. (S. Honda с соавт., 2017; O. Lozeva с соавт., 2002; Y.V. Malovichko с соавт., 2019). Активность токсинов усиливается за счет ряда вторичных метаболитов. Антифунгальная и антибактериальная активность связана с продукцией Btлитических ферментов, таких как протеазы и хитиназы, лизирующих клеточные стенки фитопатогенов (L. Xiao с соавт., 2009; D.J. Seo с соавт., 2012). Усиление активности происходит, в том числе, за счет образования суфраксинов, фенгицинов и итуринов, а также липопептидных антибиотиков (P.I. Kim с соавт., 2010; F. Achimou с соавт., 2000). Фиторегуляторная активность осуществляется за счет образования сидерофоров и фитогормонов (В.С. Масленникова, 2023; А.М. Тимофеева с соавт., 2022) Благодаря продукции разнообразных соединений, обусловливающих хозяйственно ценные свойства, Bt стали наиболее широко используемой в мире основой биологических пестицидов. Во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии (ФГБНУ ВНИИСХМ) на основе новых штаммов Bt, выделенных и охарактеризованных сотрудниками, созданыпрототипы уникальных биологических препаратов, обладающих полифункциональными свойствами (инсектицидными, антифунгальными и ростостимулирующими) (С.Д. Гришечкина с соавт., 2019), ведется поиск и изучение новых штаммов, детальные исследования структуры их геномов (A.E. Shikov с соавт., 2024). Применение препаратов на основе этих штаммов будет способствовать получению экологически чистой продукции, охране окружающей среды и расширению ассортимента микробиологических средств защиты растений, а также сферы их применения. Они могут составить конкуренцию химическим пестицидам не только с точки зрения экологической безопасности, но и по экономическим показателям. Настоящий обзор посвящен сравнительному анализу хозяйственно ценных свойств штаммов Bt селекции ФГБНУ ВНИИСХМ и оценке их потенциала для растениеводства и биотехнологии.
Ключевые слова: микробиологические биопрепараты, Bacillus thuringiensis, инсектицидная активность, фунгицидная активность, фиторегуляторная активность, элиситоры, защита растений, вредители, фитопатогены.
S.D. Grishechkina1, K.S. Antonets1, 2, A.A. Nizhnikov1, 2 ✉
Due to the need for environmentally friendly products the use of microbiological preparations to protect plants from pests and diseases is very important. In the world practice, the most popular biological preparations are those based on the entomopathogenic bacteria Bacillus thuringiensis (Bt), which have a selective effect on certain groups of insects, safe for chordates and the environment. About 100 subspecies and serovars of Bt have been identified. For biocontrol of insects in agrocenoses, biopreparations based on 3 pathovars are mainly used. The Pathovar A is present by strains that are active against insects from the order Lepidoptera. The Pathovar B comprises Bt strains that are active against the larvae of blood-sucking mosquitoes, midges, and herbivorous mosquitoes from the order Diptera. The Pathovar C involves Bt strains that affect Coleoptera species (L. Palma et al., 2014; Y. Bel et al., 2022). The Pathovar F (fungi) has also been identified, which exhibits activity against fungi (O.V. Smirnov et al., 2010). In addition, some strains of this bacterium are active against nematodes (A.C. Kotze et al., 2005), mites (M.A. Hassanain et al., 1997), and mollusks (A.M. Abd El-Ghany et al., 2017). Along with insecticidal properties, strains of this species may have antibacterial, fungicidal, and growth-promoting properties (M.N. Islam et al., 2019; A.M. Mohammad et al., 2013; I.V. Maksimov et al., 2015). Bt bacteria are capable of producing a wide range of protein-based elicitors that can activate natural plant defense responses to the effects of harmful organisms, and develop plant immunity to them. The effect ofBt on pests is due to entomotoxic, entomopathogenic and metatoxic effects caused by the endotoxin protein crystals, other entomocidal proteins, minor virulence factors, and spores (N.V. Kandybin et al., 2009; Y.V. Malovichko et al., 2019). Not all Bt toxins are proteins; for example, the heat-stable water-soluble b-exotoxin (thuringiesin) has the nucleotide nature (J. Farkaš et al., 1977; S. Espinasse et al., 2002). Acting as a synergist in combination with the sporocrystalline complex, the exotoxin enhances the entomocidal effect (A. Bravo et al., 2007). Bacterial toxins include enzymes, namely chitinases, lecithinases, phosphatases, cellulases, metalloproteases, etc. (S. Honda et al., 2017; O. Lozeva et al., 2002; Y.V. Malovichko et al., 2019). A number of secondary metabolites enhance the activity of toxins. Antifungal and antibacterial activity is associated with the production of Btlytic enzymes, such as proteases and chitinases, which lyse the cell walls of plant pathogens (L. Xiao et al., 2009; D.J. Seo et al., 2012). Additionally, increased activity occurs due to sufraxins, fengycins and iturins, as well as lipopeptide antibiotics (P.I. Kim et al., 2010; F. Achimou et al., 2000). Phytoregulatory activity is due to the formation of siderophores and phytohormones (V.C. Maslennikova, 2023; А.М. Timofeeva et al., 2022). Due to the production of such a wide range of various compounds that determine economically valuable properties, Bt has become the most widely used producer of biological pesticides in the world. At the All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology (ARRIAM), prototypes of unique biological preparations with multifunctional properties (insecticidal, antifungal, and growth-stimulating) have been created based on new Bt strains isolated and characterized by our researchers (S.D.Grishechkina et al., 2019). Currently, screening and characterization of novel strains as well as detailed sequencing and analysis of their genomes are performed (A.E. Shikov et al., 2024). The use of preparations based on these strains will contribute to the production of environmentally friendly products, environmental protection, and expansion of the range of microbiological plant protection products, as well as the scope of their application. They can compete with chemical pesticides not only in terms of environmental safety, but also in terms of economic indicators. This review is dedicated to a comparative analysis of the agriculturally valuable properties of Bt strains selected at ARRIAM, and to the assessment of their potential for plant growing and biotechnology.
Keyword: biopesticides, Bacillus thuringiensis, insecticidal activity, fungicidal activity, plant growth regulation, elisitors, plant protection, pests, plant pathogens.
.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
