Влияние бактериальных препаратов и выделенных из них энтомоцидных экзотоксинов на развитие проростков хвойных

ВЛИЯНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ И ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ НИХ ЭНТОМОЦИДНЫХ ЭКЗОТОКСИНОВ НА РАЗВИТИЕ ПРОРОСТКОВ хвойных

И. ШАБАНИАН, преподаватель Курдистанского университета, Санандадж, Иран,

O.E. ВОРОНИНА, ст. н. с. института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН, А.Л. БУЛГАКОВ, аспирант МГУЛа,

Я.М. ГЛУБИШ, доцент МГУЛа

В последние десятилетия проблеме влияния хозяйственной и иной деятельности человека на среду обитания придается все большее значение. Применение химических препаратов нарушает сложившиеся связи в биоценозе, и влияет на него отрицательно, с экологической точки зрения. Для исключения негативных последствий влияния химических средств защиты растений были разработаны новые пестициды- биологические, считающиеся экологически безопасными.

В лесном хозяйстве России и за рубежом биологический способ защиты растений, с применением бактериальных энтомо-цидных препаратов, является преобладающим. В России наиболее широко используются бактериальные препараты битоксиба-циллин (БТБ) и лепидоцид (ЛПД) (Малоква-сова, 2000). Продуцентом БТБ является бак-териия Bacillus thuriensis subsp thuringiensis, а ЛПД Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki. Несмотря на более чем 20-летнюю современную историю разработки и создания бактериальных препаратов, влияние препарата БТБ и ЛПД на растения изучено еще недостаточно. При этом о последствиях применения бактериальных инсектицидов на растениях известно не много (Воронина, 2001). Цель данной работы заключалась в установлении особенностей ВЛИЯНИЯ ЭНТОМОЦИДНЫХ бактериальных препаратов и выделенных из них экзотоксинов на посевные качества и развитие проростков хвойных.

Материалы и методика

Для изучения влияния бактериальных препаратов на растения использовались инсектициды, применяемые в лесном хозяйст-

ве для борьбы с насекомыми: битоксибацил-лин (БТБ) и лепидоцид (ЛПД).

Битоксибациллин (БТБ) разработан российским НИИ сельскохозяйственной микробиологии на основе штамма Bacillus thuringiensis subsp. thuringensi,s выделенного в Крыму. Лепидоцид (ЛПД) создан бывшим Всесоюзным проектно-конструкторским НИИ прикладной микробиологии на основе Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki. По действующему началу он аналогичен американскому препарату дипел (Малоквасова, 2000). Считается, что энтомопатогенными компонентами ЛПД являются споры микроорганизмов и кристалический эндотоксин белковой природы.

В проведенной работе использовались семена лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и ели европейской (Picea abies L.) полученные из ООО фирмы Агбина (Москва). Эти виды имеют обширный евроазиатский ареал.

Семена стерилизировали 15%-ным водным раствором КМПО4 в течение 50 мин, промывали водопроводной водой и проращивали на перлите с добавлением растворенной в воде суспензии битоксибациллина и лепидоцида разной концентрации (3 и 6 г/л). Для определения влияния бактериальных препаратов на развитие проростков хвойные растения выращивали под пленкой при постоянной влажности, непрерывном освещении лампами накаливания (1,4 клк) и температуре 20-24°С. В течение процесса развития семян учитывали число появившихся корешков, гипокотилей, и семядольных листьев, и сбрасывание семенной обо-

лочки. Показатели посевных качеств семян оценивались по ГОСТ 13056,6-97. Полученные данные обрабатывали статистически.

Результаты и обсуждение

Прорастание и развитие семян состоит из ряда процессов, начинающихся с поглощения воды и завершающихся проклевы-ванием корешка, прорастанием гипокотиля через покровы семени. Нормально развитый зародыш семян исследуемых видов имеет зачаточный корешок, гипокотиль, подсемя-дольное колено, семядоли и почечку. Окруженная зачаточными семядолями почечка представлена конусом нарастания, в нижней части которого находится меристематиче-ские бугорки - зачатки ювенильных хвоинок. После появления всходов семядоли остаются закрытыми семенной оболочкой в течение 3-14 дней, что защищает эндосперм от высыхания и дает возможность проростку использовать питательные вещества эндосперма. Образовавшиеся под чехликом, в темноте, зеленые клетки гипокотиля и семядолей, после освобождения от семенной оболочки, начинают фотосинтезировать.

Всхожесть семян - способность семян прорастать и давать нормально развитые проростки при определенных условиях за установленный ГОСТом для каждой породы срок (Родин, 2002). Для лиственницы сибирской, сосны обыкновенной и ели европейской - он определяется в 15 суток. (По ГОСТу 13056,6 - 97), а энергия прорастания

- способность семян давать нормальные проростки за установленный ГОСТом более короткий, чем для определения всхожести, срок. Для сосны обыкновенной и ели европейской он определяется в 10, а для лиственницы сибирской 7 суток. Битоксибацил-лин содержит два энтомоцидных экзотоксина ^-экзотоксин (/?-ЭТ) нуклеотидной природы, и урациловой энтомоцидной метаболит (УЭМ) (Ефимцев и др., 2002) а также энтомоцидный дельта - токсин белковой природы. Лепидоцид, наряду с дельта- эндотоксином, как стало известно (Ефимцев и др., 1989), содержит также УЭМ. Недавно

было установлено, что УЭМ представляет собой азотистое основание нуклеотида -урацил, но несколько измененное.

Исследование включало одновременное изучение биологического состояния основных видов хвойных и его изменение под влиянием широко применяемых энтомоцидных бактериальных препаратов. Впервые проведено сравнительное исследование по влиянию стандартных заводских препаратов и выделенных из них экзотоксинов Р-ЭТ и УЭМ. При этом извлекаемые экзотаксины, в отличие от препаратов, были освобождены от остатков питательной среды, наполнителя (мела), спор и кристаллического эндотоксина. Это позволило оценить влияние энтомоцидных экзотоксинов на растения.

На этапе оценки воздействия энтомоцидных компонентов биопрепаратов была проведена и количественная оценка содержания каждого из экзотоксинов в использованном водном растворе.

Изучение всхожести и энергии прорастания, закупленных для опыта семян трех видов хвойных, показало, что они соответствуют средним показателям (табл. 1, контроль). Влияние биопрепаратов на параметры первичного развития семян (табл. 1) проявилось достоверно и зависели от дозы и особенностей /?-ЭТ и УЭМ в БТБ или только УЭМ в ЛПД и меньше от видовых особенностей хвойных.

Рекомендуемые заводом производителем дозы БТБ (6 г/л) угнетали, развитие семян. Необходимо отметить (табл.1), что действие лепидоцида мало отличалось от битоксибациллина. Это являлось доказательствам того, что в «экологически чистом» препарате ЛПД содержатся метаболиты по характеру действия на растения мало отличающиеся от содержащихся в БТБ. Понижение концентрации БТБ и ЛПД (3 г/л) оказывало стимулирующее воздействия на процесс развития семян. Изучение дальнейшего развития семян и проростков показало, что тенденция негативного влияния доз 6 г/л препарата БТБ сохранилась.

Таблица 1

Оценка стандартных* показателей качества семян хвойных и влияние на них бактериальных энтомоцидных препаратов

[репарат Вид хвойных Показатели качества семян Концентрация БТБ и лепидоцида, г/л Достоверность различия между вариантами**

Uh Контроль 3 6 К-3 К-6 3-6

Энергия прорастания 59±0,85 (100) 64±1,08 (108)*** 52±1,25 (88) ДЦ д ДД

ffi К Larix sibirica Всхожесть 75±2,12 (100) 83±1,22 (111) 59±3,24 (79) Д ДД ДД

sä 3 Pinus Энергия прорастания 48±1,33 (100) 5б±1,38 (117) 47±1,75 (98) Д н ДД

VO s и 2 sylvestris Всхожесть 65±1,47 (100) 66±2,17 (102) 49±1,58 (75) Н ДЦ ДД

s РЭ Picea Энергия прорастания 56±1,1 (100) 57±1,58 (102) 46±1,32 (82) Н ДД ДД

abies Всхожесть 70±2,39 (100) 69±2,21 (99) 59±1,44 (84) н Д д

Энергия прорастания 59±0,85 (100) 64±1,75 (108) 53±1,87 (90) н н д

Larix sibirica Всхожесть 75±2,12 (100) 82± 1,47 (109) 64±2,46 (85) н д ДД

et к я § Pinus Энергия прорастания 48±1,38 (100) 55±1,75 (115) 48±1,65 (100) д н н

s с и ч sylvestris Всхожесть 65±1,47 (100) 73±2,46 (112) 59±1,31 (91) н н ДД

Picea Энергия прорастания 56±1,1 (100) 5712,1 (101) 54±1,8 (96) н н н

abies Всхожесть 70±2,39 (100) 69±1,38 (99) 60±1,65 (86) н Д д

"Показатели качества семян оценивались по ГОСТу 13056,6-97.

**По г-тесту Стьюдента; Д - достоверно (Р = 95 %), (1расч. > Гтабл.); ДД - достоверно (Р = 99 %), (грасч. >

^табл )' Н — НеДОСТОВерНО (^расч. — ^табл.)*

♦♦♦Процент к контролю.

С учетом рекомендаций завода изготовителя по применению препаратов, когда обработка должна повторятся (2-3 раза), обнаруженные эффекты должны выглядеть более рельефно. Несмотря на имеющиеся сведения о том, что споры сами не являются фактором вирулентности насекомых (Ефим-цев и др., 1989), оставались сомнения в возможном влиянии других неизвестных компонентов препарата БТБ на растения.

В связи с этим были проведены опыты по выделению только экзотоксинов из БТБ и изучено их влияние на проростки лиственницы (рис. 1). Сопоставление их с ре-

зультатами, полученными по влиянию БТБ на развитие семян лиственницы показало, что действующим на проростки растений началом БТБ являются /?-ЭТ и УЭМ. Сопоставление кинетических кривых регистрируемых параметров контроля показало их почти полное совпадение. Однако изменения, связанные с ингибированием процессов развития, были яснее выражены при использовании выделенных экзотоксинов, нежели препаратов. Практически полное совпадение кинетических кривых всех измеряемых параметров с контролем (рисунок), при низких концентрациях (3 г/л) БТБ, по имеющимся

данным (Воронина, 2000), может определяться различным взаимодействием между /?-ЭТ и УЭМ в растворе. Биологический эффект определяется как концентрацией экзотоксинов, так и степенью взаимодействия между основаниями /?-ЭТ и УЭМ (Ефимцев и др., 2002). Он менее выражен в среде (пре-

парате), содержащей массу примесей. Большее снижение показателей развития проростков лиственницы при действии выделенных экзотоксинов, по сравнению с результатами, полученными на препаратах, свидетельствует о ведущей роли /?-ЭТ и УЭМ в этом процессе.

згюо

90 80 70 Н 60 50 -! 40 30 20 10 0 3

3*100 90 80 70 60 50 -40 -30 20 10 0

—|-------------(------------,

11 13 15

6 8 10 12 14 16 18 20

Сутки

а? 100 л 90 80 70  60 -50 40 30 20 10 0

Сутки 5? 100 1 90

т—

5

9 11 13 15

Сутей

"1----------Г ' ~Г

8 10 12 14 16 18 20

Сутки

Рис.1. Развитие проростков лиственницы сибирской

1 Контроль-----7,2 мг /? - экзотокина (/?-ЭТ)+16,8 мг урацилового энтомоцидного

метаболита (УЭМ), содержащихся в 3 г БТБ, растворённых в 1 л воды.-----14,4 мг р -

экзотокина (р-ЭТ)+33,6 мг урацилового энтомоцидного метаболита (УЭМ), содержащихся в 6 г БТБ, растворённых в 1 л воды.

I - появление корешка; II - появление гипокотиля; III - появления семядолей; IV - сбрасывание семенной оболочки. Показатели представлены в процентах, от общего числа семян в варианте. Использовано 300 семян в каждом варианте опыта. Условия выращивания проростков: г = 23-26 °С; освещенность 1,4х104люкс; влажность постоянная (под плёнкой). Всхожесть семян 75±2,12 %

Сопоставление параметров кинетики развития ели и сосны, более близких друг к другу видов, нежели лиственница, показало, что на их форму влияет один и тот же фактор. Полученные результаты по воздействию БТБ на развитие семян ели и сосны указывают на влияние одного и того же фактора. С другой стороны отличие в форме кинетических кривых свидетельствует о различиях в протекании этих процессов даже у близких видов.

Литература

1. Африкиан Э.К. Бактериальные инсектициды и их применение // Изв. АН СССР. -1970. - Т. 1. - С. 175-199.

2. Воронина O.E. Экологические аспекты производства и применения энтомоцидных бактериальных препаратов // Тез. Всерос. конф. «Научные аспек-

ты экологических проблем России». СПб.: Гид-рометоиздат, 2001. - 277 с.

3. ГОСТ 13056,6-97. Межгосударственный стандарт. Семена деревьев и кустарников. Метод определения всхожести. - Минск, 1998

4. Ефимцев Е.И., Буров ГЛ., и др. Экзогенные метаболиты Bacillus thuringiensis адениновой природы и воздействие р-экзотоксина на фотосинтезирующие организмы // Научные труды МЛТИ .-М.-Вып.211. 1989.-С. 19-38.

5. Ефимцев Е.И., Буров Г.П., Воронина O.E. Особенности кинетики накопления энтомоцидных экзотоксинов Bacillus thuringiensis subsp. thuringiensis во время ферментации при производстве биток-сибациллина // Прикладная биохимия и микробиология. Том 38, № 5,- 2002.- С. 540-547.

6. Малоквасова Т.С. Руководство по защите лесов Дальнего востока от хвое - листогрызущых насекомых с помощью бактериальных препаратов // Хабаровск , 2000,- 47 с.

7. Родин А.Р. Лесные культуры: Учебник для вузов // М.: МГУЛ, 2002.-268 с.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОДОХРАНИЛИЩ, ОБРАЗОВАВШИХСЯ НА ЛЕСНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Е.М. ЦАРЕВ, доцент МарГТУ, к. т. н

Гидротехнические сооружения, строительство которых развернулось в конце 40-х

- начале 50-х годов в нашей стране на базе широкого использования богатейших водных ресурсов, вызвали кардинальные изменения гидрологических условий водных путей, в корне изменили ландшафтную картину территорий, а также хозяйственную деятельность населения, проживающего рядом с этими объектами.

Водохранилища выстроенных за этот период ГЭС достигли очень больших размеров. Площадь водного зеркала доходит до 3000 км2, а в отдельных случаях до 6000 км2 и более. В затапливаемой зоне этих водохранилищ оказались большие площади, покрытые лесными насаждениями (табл. 1). Одни водохранилища (Зейское, Усть-Илимское, Богучанское и др.) находятся в многолесных районах с большим количеством великолепных строевых хвойных деревьев, другие - в районах, не богатых ле-

сом, где оказавшиеся в затоплении лесные массивы составляют большую часть лесопокрытой площади [1].

Водохранилища первой группы, расположенные в районах Сибири и севера Европейской части России, граничат с лесными массивами, где запасы товарной древесины в десятки раз превышают древесные запасы на подлежащей затоплению территории.

Проектами обычно предусматривалось два вида работ, сопутствующих подготовке ложа водохранилища: лесосводка, или вырубка товарного леса, и лесоочистка, выполняемая различным способом, с полной очисткой и корчевкой пней, с подрезкой их на уровне земли или с оставлением пней определенной высоты.

Единых положений, регламентирующих во всех деталях размеры и порядок вырубки леса, характер лесоочистных работ и площадь, на которой они должны производиться, не существовало.