В приведенном ранее списке грибов, связанных с жуком, энтомопатогенными являются В. bassiana, В. tenella, М. anisopliae, P. farinosus, P. fumosoroseus.
Все остальные, описанные до сих пор виды не являются специализированными паразитами насекомых. Из выявленных энтомопатогенных видов наиболее важными для жука оказались два вида В. bassiana и P. farinosus.
Заражение колорадского жука грибами происходит главным образом через покровы тела. Процесс заражения и развития гриба В. Bassiana на личинках IV возраста вредителя описан Шерфенбергом. Согласно его данным, в развитии гриба можно различить паразитическую и сапрофитную фазы. Паразитическая фаза проходит в восприимчивом насекомом.
Споры гриба, попав на поверхность тела личинки колорадского жука, прорастают на протяжении 1—2 дней. Проросток споры, выделяя хитиназу и другие ферменты, разрушает покровы и проникает в полость тела в пределах 12—14 час. Ростковая гифа под гиподермой образует звездчатой формы мицелий, нити которого отчленяют 8—14 мкм длины и 2-3 мкм ширины гифальные тела (называемые разными исследователями гонидиями, бластоспорами, цилиндроспорами). Они попадают в гемолимфу и разносятся по всему телу личинки. Гифальные тела размножаются в гемолимфе делением, а также образованием коротких гиф, отчленяющих новые гифальные тела. В процессе размножения гриб использует питательные вещества из гемолимфы и, частично, из жирового тела, разрушая их клетки с помощью различных ферментов, и выделяет токсичные метаболиты. Гифальные тела, заполняя постепенно гемолимфу, нарушают кровообращение. В результате всего этого на протяжении 12—14 дней наступает гибель личинки вредителя. Этим заканчивается паразитическая фаза развития гриба. После этого гифальные тела разрастаются в удлиненные нити, которые примерно за 12 час. пронизывают органы и ткани, заполняя мицелием все тело погибшей личинки. Последний этап развития в организме уже мертвой личинки рассматривается Шерфенбергом как начало сапрофитной фазы. При отсутствии соответствующей влажности развитие гриба на этом ограничивается. При попадании такой мумифицированной грибом личинки в условия 100%-ной или близкой к ней влажности репродуктивный мицелий прорастает на поверхность тела, где на нем образуются шарообразные конидии 2-3 мкм в диаметре. В зависимости от того, куда попадет образовавшаяся спора, на насекомое или на другой питательный субстрат, происходит развитие гриба по паразитической или по сапрофитной фазе.
Сапрофитная фаза имеет важное значение в сохранении гриба в природе при отсутствии восприимчивого насекомого — хозяина. В этой связи интересно, что при 16 последовательных пересевах на питательной среде вирулентность гриба по отношению к личинкам IV возраста колорадского жука не снижалась — гибель их составляла 100%. Только после этого вирулентность начала постепенно снижаться, но и через 30 пересевов гибель личинок составляла еще 50%.
На основе приведенных данных Шерфенберг считает, что гибель личинок колорадского жука наступает в результате использования питательных веществ гемолимфы, разрушения гемоцитов и выделения токсических метаболитов в период паразитической фазы развития гриба, а не разрушения важных органов, которое наступает только после гибели, с началом сапрофитной фазы. Наличие токсического действия доказано специальным опытом.
Таким же образом происходит заражение и развитие в насекомом грибов Paecilomyces и Metarhizium. Однако в действии на колорадского жука у каждого из них имеются свои особенности, специфичные для разных этапов индивидуального развития вредителя.
Гриб В. bassiana в экспериментальных условиях не оказал патогенного действия на яйца колорадского жука. Из обработанных спорами гриба яйцекладок в опытах Блоньской отродилось 85% личинок, до стадии имаго дошло 75%.
При заражении яиц высококонцентрированной суспензией спор гриба боверии (840 млн/мл) Лаппа и Гораль также не наблюдали их гибели, но на последующей личиночной стадии гибель была значительной— 80—100%. При этом смертность, а также скорость отмирания зависели от фазы эмбрионального развития в момент заражения. При инфицировании яиц в период раннего эмбриогенеза погибало 91—100% личинок в I—III возрасте, а заражение во время завершения эмбрионального развития привело к гибели 80—82% личинок IV возраста и предкуколок.
Возможность удержания высоких концентраций грибной инфекции на растениях мало вероятна, даже при искусственном внесении гриба, и поэтому рассчитывать на ограничение колорадского жука грибом В. bassiana на стадии яйца нет оснований. На постэмбриональных стадиях развития колорадский жук успешно заражается грибом В. bassiana, однако восприимчивость к инфекции зависит от возраста личинки. Это было показано уже первыми работами по изучению действия гриба на колорадского жука.
Так, в исследованиях Хопфа при заражении личинок и молодых жуков гибель их составляла 86—100, а старых жуков погибло только 30%. Крал и Нейбауэр отмечают, что через 14 дней после заражения смертность личинок II—III возрастов составляла 94, а личинок IV возраста — 27,5—65,5%.
В опытах Блоньской при заражении личинок I возраста они погибали полностью на протяжении 6 дней, смертность личинок II возраста составляла 86, III — 84, а IV — 60%. Средняя гибель контрольных личинок разных возрастов равнялась 14%. Смертность зараженных имаго составляла 24 и в контроле — 12%.
Опыты Блоньской показали, что к грибу В. bassiana наиболее устойчивыми являются имаго и личинки IV возраста колорадского жука. Однако как эти, так и другие опыты не позволяют судить о значении количества инфекции в гибели вредителя. В этом отношении представляют интерес исследования Цибульской, в которых инфицирование грибом В. bassiana корма приводило почти к полной гибели личинок I возраста колорадского жука, даже при использовании небольших концентраций спор — 7—14 млн/мл. Личинки начинали погибать уже на 2—3-й день после заражения, и гибель от этих концентраций составляла 91—97,8%, а при инфицировании корма суспензией спор в концентрации 21 млн/мл гибель была 100%. Полная гибель личинок II возраста наблюдалась при инфицировании корма суспензией спор с титром 28 млн/мл. Для того чтобы получить 100%-ную гибель личинок III возраста, была необходима концентрация спор 56 млн/мл, а для полной гибели личинок IV возраста — 70 млн/мл.
Необходимо отметить, что при заражении личинок III и IV возрастов значительная их часть погибает в почве после ухода на окукливание. Так, в зависимости от концентрации спор при заражении личинок III возраста до ухода на окукливание погибло от 6,7 до 46,7% особей, в почве — 53,3—86,7%, а при заражении личинок IV возраста на поверхности погибало 5—18,3, в почве — 75—90% особей вредителя. Опыты Цибульской показывают, что устойчивость личинок старших возрастов к грибу В. bassiana не является абсолютной, так как при увеличении инфекционной нагрузки заболеваемость и гибель личинок может достигать 100%.
Экспериментальное подтверждение положения о значении инфекционной нагрузки можно найти и в опытах, проведенных Гораль и Лаппой. Вариационно-статистический анализ данных по гибели личинок колорадского жука при инфицировании картофеля различными концентрациями суспензии боверина показали, что при последовательном переходе личинок от II возраста в IV, инфекционная нагрузка, необходимая для обеспечения смертности в пределах 90%, должна быть увеличена в 2 раза по сравнению с нагрузкой, необходимой против предшествующего возраста. Расчетные дозировки внесения боверина (титр 6 млрд спор гриба В. bassiana в 1 г) на 1 га картофельного поля для достижения 90%-ной гибели оказались следующими: для личинок II возраста — 1,8, личинок III возраста — 3,6, личинок IV возраста — 7,5 кг. Это означает, что инфекционная нагрузка на 1 см2 должна составить от 108 до 450 тысяч спор гриба В. bassiana в зависимости от возрастного состава популяции колорадского жука.
Вейзер указывает, что при грибных заболеваниях насекомых значение состояния хозяина и влияние дозы возбудителя на развитие болезни проявляются нагляднее, чем при всех других болезнях.
Приведенные выше данные продемонстрировали значение количества грибной инфекции в регулировании численности колорадского жука. Что касается второй стороны вопроса — состояния хозяина — заслуживают внимания исследования по изучению действия гриба В. bassiana совместно со сниженными дозировками инсектицидов. Последние не приводят к значительной смертности колорадского жука, но, ослабляя его физиологическое состояние, способствуют повышению гибели при заражении грибом. В основу такого подхода в исследованиях было взято положение, выдвинутое Теленгой о синергизме энтомопатогенных микроорганизмов и инсектицидов.
В опытах Примак заражение личинок III возраста кормом с инфекционной нагрузкой 15 тыс. спор гриба В. bassiana на 1 см2, а личинок IV возраста с нагрузкой 45 тыс. спор вызывало гибель соответственно 53,0 и 65,4% особей, тогда как от этих же инфекционных нагрузок, но в смеси с пониженной дозировкой ДДТ наблюдалась смертность 86,7 и 96,2% личинок соответственно.
Из приведенных материалов видно, что инфекционная нагрузка, вызывающая смертность около 90% вредителя, в смеси с инсектицидом в 10 раз меньше, чем установленная для такого уровня гибели от одного гриба, без инсектицидной добавки. Возможность такого снижения инфекционной нагрузки вполне приемлема для полевых условий.
Эксперименты, проведенные в Закарпатской и Волынской областях, показали, что внесение боверина (титр 1,5 млрд спор в 1 г) из расчета 1—3 кг/га (15—45 тыс. спор гриба на 1 см2) с добавкой инсектицидов в пониженных концентрациях вызывало 83—98% и даже 100%-ную гибель личинок колорадского жука. Однако в большинстве опытов наблюдался не синергизм, а усиливающее действие гриба инсектицидом. Подобное наблюдалось и в других исследованиях.
При нанесении спор гриба В. bassiana на растения пороговая инфекционная нагрузка, необходимая для гибели колорадского жука, накапливается в организме за определенный период контакта личинки с инфицированным растением. Так, если личинки IV возраста до ухода на окукливание контактировали с инфицированным растением более 3 дней, то гибель их составляла около 96—97, при 2—3-дневном контакте — 77%, а при однодневном только 26,2—58,8%.
Для заражения колорадского жука в полевых условиях важное значение имеет длительность сохранения грибной инфекции на кормовых растениях вредителя. В этом отношении представляют интерес исследования Либетрау, которые показали, что гибель личинок IV возраста при кормлении их листьями картофеля, взятыми с кустов через две недели после инфицирования, снижалась незначительно. Так, если от листьев, используемых для корма в день инфицирования, погибли все личинки, то от взятых спустя 12—15 дней гибель составляла 85—87%; смертность от мускардиноза при тех же условиях опыта снижалась более заметно (с 95 до 52,5%); снижалась также интенсивность отмирания личинок.
Аналогичные результаты получены при кормлении инфицированными листьями картофеля молодых жуков, чувствительность которых к грибу В. bassiana близка к чувствительности личинок IV возраста.
Второй патогенный для колорадского жука гриб Paecilomyces farinosus, в отличие от В. bassiana, оказывал очень сильное действие на яйца колорадского жука. При заражении яиц споровой суспензией (титр 2 млрд спор в 1 мл) уже через 24 часа наблюдалось их почернение с последующим покрытием белой грибницей. Личинки, которые отрождались из яиц, тоже чернели и погибали на протяжении нескольких часов после отрождения.
Из личинок наиболее восприимчивыми к P. farinosus являются личинки III возраста, затем II, а наиболее устойчивы личинки IV возраста. Гибель личинок от этого гриба составляла около 84%. Гриб P. farinosus является также весьма вирулентным для имаго колорадского жука. Смертность зараженных грибом жуков достигала 94%.
Заслуживают внимания исследования вирулентности отдельных штаммов гриба P. farinosus по отношению к личинкам и имаго колорадского жука. Они показали наличие определенной возрастной специфичности в вирулентности между различными штаммами внутри вида P. farinosus, а также между P. farinosus и В. bassiana. Гриб боверия оказался более вирулентным для личинок младших возрастов жука, а P. farinosus поражал личинок старших возрастов наравне с младшими. Одни штаммы P. farinosus были более вирулентны для имаго жука, другие — для личинок.
Наряду с такими различиями во взаимоотношениях этих двух грибов с колорадским жуком интересен факт совместного нахождения P. farinosus и В. bassiana в одной особи жука. Изучение их взаимоотношений показало, что они не являются антагонистами. Более того, совместно выращенные культуры штаммов P. farinosus и В. bassiana вызывали в лаборатории более высокую смертность личинок колорадского жука, нежели выращенные изолированно.
Колорадский жук значительный период жизни связан с почвой. Поэтому представляет интерес выяснить возможность заражения его посредством внесения грибной инфекции в почву. Инфицирование почвы спорами гриба В. bassiana, когда личинки уходили на окукливание, вызывало смертность 34,7% особей вредителя. При одновременном внесении спор гриба с небольшой дозой гексахлорана гибель была почти вдвое выше и составляла 65,4% (от одного ГХЦГ — 18,7%).
Повышенная смертность колорадского жука наблюдалась в период зимовки, при внесении в почву грибов В. bassiana и P. farinosus осенью. Так, в декабре смертность в контроле составляла около 15, при внесении гриба P. farinosus 45, В. bassiana — 55%; в марте в контроле было 30% погибших жуков, при инфицировании почвы P. farinosus она была около 75%, В. bassiana — более 80%; в апреле гибель в контроле повысилась почти до 50%, а в вариантах с осенним внесением гриба P. farinosus смертность достигала 92%, а от В. bassiana она составляла 75%. Внесение в почву смеси этих двух грибов не приводило к повышению смертности жука по сравнению с их внесением раздельно.
Споры грибов в почве сохраняли свою активность на протяжении двух лет. Так, при внесении спор в почву осенью 1971 г. гибель жуков от грибных заболеваний в период зимы 1971/72 гг. составляла около 70°, в контроле — около 40%. В зимний период 1972/73 гг. от В. bassiana погибло почти 90% имаго вредителя, от P. farinosus — около 70%. На третий год смертность находилась на уровне контроля — около 50%. При этом заслуживает внимание также то, что жизнеспособность потомства выживших жуков была пониженной.
Наименьшей была выживаемость жуков при двукратном контакте одних и тех же особей вредителя с инфицированной грибами почвой на протяжении развития одного поколения: при заражении личинок, уходящих на окукливание (1-й контакт) и полученных от них жуков в период их зарывания в почву на зимовку (2-й контакт). В этом случае при инфицировании почвы грибом В. bassiana в период зимовки выжило только 3% жуков. При однократном контакте с инфицированной почвой только жуков, уходящих на зимовку, выживаемость их составила 12,5, при контроле — 92%.
Итак, изучение взаимоотношений между колорадским жуком и энтомопатогенными грибами показывает, что они оказывают патогенное действие на всех этапах индивидуального развития жука. Однако результативность их воздействия как фактора, ограничивающего численность вредителя, зависит от интенсивности инфекции.
Значительная смертность имаго колорадского жука в зимний период свидетельствует о возможности развития энтомопатогенных грибов в широком диапазоне температур. Вепзер указывает в связи с этим, что P. farinosus заражает насекомых и развивается в них даже при температуре выше нуля всего на полградуса. Эта особенность весьма ценна для использования грибов в биологической борьбе с колорадским жуком.