Уфимские учёные придумали, как, заражая растения бактерией Bacillus subtilis, способствовать сокращению численности вредителя. Этот способ прост, изящен и к тому же намного экологичнее применяемых сегодня химикатов.
«Когда мы говорим об экосистемах, то обычно имеем в виду отношения между основными их участниками. Но при этом необходимо понимать, что каждому из них свойственна своя собственная микрофлора, — сказала ведущий научный сотрудник лаборатории физиологической генетики Института биохимии и генетики РАН (Уфа) доктор биологических наук Галина Васильевна Беньковская на межрегиональной конференции «Паразитологические исследования в Сибири и на Дальнем Востоке» в Институте систематики и экологии животных СО РАН. — К сегодняшнему дню уже разработано достаточно много средств биологического контроля численности фитофагов. Однако при их использовании обычно никогда не задумываются, что вносимый в систему биологический агент (в нашем случае — микроорганизмы) может каким-то образом взаимодействовать с тем растением, на которое он попадает. Ещё меньше помнят: микрофлора, заселяющая эти растения, влияет на колорадского жука. И конечно, совсем на последнем месте мысли о том, что эндосимбионты насекомого и микрофлора растений способны вступать в какие-то отношения друг с другом. В нашем исследовании мы попытались прояснить эти вопросы».
Эндосимбионт — микроорганизм, живущий внутри другого организма (хозяина) и приносящий ему пользу.
Эндофиты — микроорганизмы (грибы, бактерии), живущие внутри растений; часто обладают антипатогенным эффектом, который используется на практике.
Известно, что патогенный для колорадского жука гриб Beauveria bassiana (белая мускардина) обладает способностью проникать в ткани растений и существовать в них в качестве эндофита. Такие же свойства выявлены для бактерии Bacillus subtilis (штамм 26 Д), но о её патогенных для насекомых свойствах пока ничего особенного известно не было. Учёные из Института биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН задались целью, во-первых, проверить способность микроорганизмов колонизировать картофель, а во-вторых, посмотреть, как они взаимодействуют с эндосимбионтами колорадского жука.
Для начала в лаборатории биохимии иммунитета растений под руководством профессора Игоря Владимировича Максимова вырастили стерильные пробирочные растения картофеля (нужна была уверенность: там действительно нет никакой лишней микрофлоры). Затем их в ещё достаточно юном возрасте заражали в прикорневой зоне спорами либо одной только мускардины, либо штаммом Bacillus subtilis, либо и тем и другим.
Спустя три недели, после того как растение уже заняло весь объём пробирки, его верхние части, которые никак не соприкасались с зоной заражения, срезались. Их в стерильной посуде предлагали объекту: в одном опыте — взрослым перезимовавшим особям колорадского жука, собранным в природе, в другом — его личинкам.
«Когда мы давали эти заражённые растения насекомым, нам было интересно: как те реагируют на них? Взрослые особи не показали, что как-то чувствуют разницу», — отметила Галина Васильевна.
Спустя трое суток после кормления исследователи проверили слюну жука и посмотрели, есть ли у него реакция на присутствующие в растении микроорганизмы? Оказалось, ферменты, которые обычно считаются маркерными для иммунного ответа насекомого, продемонстрировали повышенную активность. Другой фермент, являющийся показателем работы нейроэндокринной системы жука, дал интенсивный ответ в тех вариантах, где присутствовал гриб. Спустя три недели, осуществив биохимический анализ «крови» насекомых, учёные обнаружили признаки явственного патологического процесса. В результате наблюдалось достаточно заметное снижение жизнеспособности взрослого колорадского жука.
В серии экспериментов на личинках было видно, что они чувствительны к присутствию микрофлоры у картофеля, и активность их питания на растениях с бациллой заметно упала уже в первые сутки после кормления. А спустя четыре дня, после того как личинки приняли эту пищу, удалось наблюдать вполне очевидные симптомы заражения.
«В бактериологическом тесте мы попытались выяснить, в чём же дело. Потому что от Bacillus subtilis, честно говоря, такого сильного действия на микрофлору жука никто увидеть не ожидал, — говорит Галина Беньковская. — Исследование показало: не патогенный в общем-то для насекомого микроорганизм оказывается невероятно сильным возмутителем спокойствия. Судя по всему, одним из механизмов такого его действия является нарушение баланса между разными видами эндосимбионтных бактерий, установившегося в кишечнике колорадского жука. Таким образом, мы подтвердили часть своих предположений: эта микрофлора способна не только колонизировать растения, но и распространять своё действие на пытающегося его съесть фитофага».
Кроме того, что у этих выводов очевидное фундаментальное значение, они, надеются учёные, будут иметь и вполне реальный практический выход. Возможно, удастся прийти к созданию достаточно селективных средств контроля численности колорадского жука, основанных именно на применении микроорганизмов, колонизирующих кормовые растения фитофагов.
«Меня всё время убеждали, что это насекомое заражается грибами только через дыхальца, а у насиполучилось показать, что оно вполне может заболеть, съев растение, заселенное микроорганизмами», — комментирует исследовательница.
Как утверждают учёные, дозы бактерий, использованные для заражения растений и смертельные для жука, не должны быть опасными ни для человека, ни для других растений и животных, что делает их чрезвычайно экологичным средством борьбы с фитофагами.
Конечно, в реальной жизни колорадскими жуками, как и другими вредителями никто заниматься не будет.