МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИЯХ ФИТОСАНИТАРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА (обзор)

Фитосанитарная оптимизация агроэкосистем должна быть основана на использовании комплекса полифункциональных биопрепаратов на основе штаммов микробов — антагонистов возбудителей болезней, продуцентов биологически активных веществ и энтомопатогенных микроорганизмов для контроля вредных членистоногих и возбудителей болезней (В.Д. Надыкта с соавт., 2010; Rohini с соавт., 2016; М. Ghorbanpour с соавт., 2017). Для защиты растений наиболее перспективны штаммы микроорганизмов, которые обладают не только прямым целевым действием на вредные объекты, но и повышают болезнеустойчивость растений, опосредованно защищая их за счет фиторегуляторной активности штаммов-продуцентов (И.И. Новикова, 2016). Целостная концепция микробиологической защиты предполагает разработку и применение биопрепаратов на основе живых культур энтомопатогенных микроорганизмов и микробов-анта-гонистов, обладающих профилактическим и пролонгированным действием, а также препаративных форм на основе метаболитных комплексов для быстрого снижения плотности популяций фитопатогенов (И.И. Новикова с соавт., 2016). Методология создания полифункциональных биопрепаратов для защиты растений основана на использовании технологичных штаммов с высокой биологической активностью, безопасных для человека и теплокровных животных. Показано, что роль энтомопатогенных вирусов, микроспоридий, бактерий и грибов в динамике численности насекомых-фитофагов определяется типом патогенеза (облигатный или факультативный). При внутриклеточном облигатном паразитизме бакуловирусов и микроспоридий отмечены массовые эпизоотии у непарного шелкопряда (Lymantria dispar Linnaeus), листоверток (сем. Tortricidae Latreille), капустной белянки (Pieris brassicae Linnaeus), лугового и кукурузного мотыльков (Loxostege sticticalis Linnaeus и Ostrinia nubilalis Hübner), рыжего соснового (Neodiprion sertifer Geoffroy) и черного хлебного (Cephus pygmeus Linnaeus) пилильщиков, сибирского шелкопряда (Dendrolimus sibiricus Tschetverikov), хлопковой (Helicoverpa armigera Hübner)и серой зерновой совки(Apamea anceps Denis & Schiffermüller) (И.В. Исси, 1986; A. Vey с соавт., 1989; А.Н. Фролов с соавт., 2008; В.А. Павлюшин с соавт., 2013). Регулирующая роль энтомофторозов наиболее ярко проявляется у различных видов тлей и некоторых видов саранчовых (Г.Р. Леднев с соавт., 2013). При факультативном паразитизме, который характерен для энтомопатогенных грибов из родов Beauveria, Metarhizium, Lecanicillium и др. (E. Quessada-Moraga с соавт., 2004), а также бактерий группы Bacillus thuringiensis (Н.В. Кандыбин, 1989) и представителей рода Xenorhabdus, важнейший фактор в реализации вирулентных свойств — токсигенность в отношении насекомых-хозяев (M. Faria с соавт., 2007). Выявлена роль гидролитических ферментов (хитиназ, липаз, протеаз), токсинов, а также факторов антифагоцитарной защиты в реализации признака вирулентности энтомопатогенных грибов. Микробиологическая защита растений от болезней основана на использовании штаммов с высокой конкурентоспособностью, синтезирующих комплексы гидролаз и биологически активных соединений и эффективно колонизирующих подходящие экологические ниши (И.В. Максимов с соавт., 2015; И.И. Новикова, 2016; И.И. Новикова с соавт., 2016). Ряд активных соединений, образуемых ризосферными микроорганизмами, обладают элиситорной активностью и запускают механизмы индуцированной устойчивости (J.W. Kloepper с соавт., 2009; N. Ohkama-Ohtsu с соавт., 2010). Биологическая эффективность биопрепаратов, разработанных во Всероссийском НИИ защиты растений, в отношении развития и распространенности основных вредоносных заболеваний сельскохозяйственных культур достигает 60-90 %, что обеспечивает повышение продуктивности на 20-25 % и улучшение качества растениеводческой продукции (И.И. Новикова, 2017). Основные задачи микробиологической защиты растений включают расширение перспективных для создания новых биопрепаратов видов и штаммов микроорганизмов, разработку оптимальных для использования в разных экологических условиях новых препаративных форм, а также разработку систем биологической и интегрированной защиты растений на основе сочетания биопрепаратов разного целевого назначения с учетом состава фитопатогенных комплексов и фитосанитарной ситуации в целом (Н.А. Белякова с соавт., 2013).

Ключевые слова: биопрепараты, биологическая эффективность, энтомопатогенные микроорганизмы, микробы-антагонисты, вредные членистоногие, фитопатогенные грибы, фитопатогенные бактерии, препаративные формы, биоактивные комплексы, элиситоры.

Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и улучшение качества урожая — наиболее актуальные проблемы современного растениеводства, которые могут быть решены за счет эффективной оптимизации фитосанитарного состояния агроэкосистем на основе применения экологически малоопасных средств защиты растений. К ведущим показателям адаптивности и эффективности сельского хозяйства относятся природоохранный эффект, ресурсо- и энергоэкономичность агротехнологий, обеспечивающих оптимизацию среды обитания полезных организмов и повышение устойчивости агробиоценозов (1-3). В последнее десятилетие существенно переосмыслены стратегия и тактика фитосанитарной оптимизации агроэкосистем с использованием экологически малоопасных средств защиты растений и инновационных технологий их применения. Общая концепция защиты растений как научной дисциплины — это разработка подходов к конструированию интенсивных и экологически устойчивых агроэкосистем на основе оптимизации трофических связей и других механизмов биоценотической регуляции.

Цель нашего обзора — на основе анализа результатов фундаментальных и прикладных исследований охарактеризовать состояние и современные тенденции развития микробиологической защиты растений в Российской Федерации и за рубежом.

В настоящее время происходит глубокая трансформация структурно-функциональной организации агроэкосистем различных типов вследствие антропогенного воздействия (4, 5). В агробиоценозах (как монодоминантных системах) отмечено повышение плотности популяций и вредоносности ряда видов фитопатогенов, вредных членистоногих и сорных растений, при этом интенсивно формируются группы доминантных и супердоминантных видов. Все чаще отмечаются случаи их массового размножения, расширяются зоны вредоносности, активизируются микроэволюционные процессы в популяциях. На фоне общего снижения разнообразия биологических сообществ эти факторы ухудшают фитосанитарное состояние посевов, что становится проблемой мирового масштаба.

Интенсификация антропогенного воздействия неизбежно приводит к существенным изменениям в педосфере — одной из главных фаз биосферного круговорота, который обеспечивает трансформацию ассимилированного при фотосинтезе атмосферного углерода. В частности, отмечены ослабление и редукция естественных биосферных функций почвы — трансформации почвой вещества и энергии, роли защитного и буферного биогеоценотического экрана, а также фитосанитарного эффекта (6, 7). Уменьшение внесения органических удобрений, отказ от севооборотов и переход к монокультуре вызвали ускоренную дегумификацию почв, обеднение почвенных микробиоценозов, снижение естественной супрессивности почвы и накопление почвенной инфекции. Следствием этого стало снижение саморегуляции устойчивости агроэкосистем и фитосанитарная дестабилизация.

Растения в биогеоценозах представляют собой ядро сложных биологических консорций, которые включают разнообразные группы гетеротрофов, в том числе специфический микробиоценоз фитопатогенных видов, их антагонистов и гиперпаразитов. Биоценотический процесс, в котором участвуют организмы каждого трофического уровня, определяет устойчивость и фитосанитарное благополучие агроэкосистемы. Важнейшая часть биологической защиты в целом — это основанная на биоценотических принципах микробиологическая защита растений от болезней и фитофагов. Использование биологического разнообразия энтомопатогенных микроорганизмов, микробов-антагонистов и гиперпаразитов возбудителей болезней растений с полифункциональным типом действия на фитопатогенные виды и растения составляет основу технологий микробиологической защиты.

В фитосанитарной оптимизации агроэкосистем существенное значение имеют насекомые-фитофаги. Среди 80 видов насекомых, снижающих объем и качество урожая, выделяют обособленные сверхдоминантные виды, находящиеся в состоянии так называемого экологического взрыва, который характеризуется существенным расширением ареалов и зон вредоносности. К таким видам относятся саранчовые (сем. Acridoidea MacLeay), клоп вредная черепашка(Eurygaster integriceps Puton), колорадский жук (Leptinotarsa decemlineata Say), луговой мотылек (Loxostege sticticalis Linnaeus), хлопковая совка (Helicoverpa armigera Hübner), хлебная жужелица (Zabrus tenebrioides Goeze) и др. Борьба с ними потребовала увеличения интенсивности химических обработок, что привело к появлению в России около 40 резистентных популяций насекомых-фитофагов. В динамике численности насекомых заметную роль играют энтомопатогенные микроорганизмы (вирусы, микроспоридии, бактерии, грибы, нематоды), вызывающие массовые эпизоотии насекомых-хозяев или снижение численности вредителей (большей частью во время перезимовки) на 15-30 %. Например, энтомофтороз итальянского пруса (Calliptamus italicus Linnaeus), перелетной саранчи (Locusta migratoria Linnaeus) и гороховой тли (Acyrthosiphon pisum Harris) поражает до 100 % численности популяции. Регулярно возникающий микроспоридиоз капустной белянки (Pieris brassicae Linnaeus) практически свел на нет ее вредоносность в Северо-Западном регионе Российской Федерации, что отмечается и в настоящее время (8, 9). Однако низкая частота возникновения эпизоотий и узкий набор облигатных энтомопатогенов не позволяют рассчитывать на постоянный и стабильный фитосанитарный эффект в агроэкосистемах. Эффективную защиту от насекомых-фитофагов могут обеспечить биопрепараты на основе отселектированных высоковирулентных и технологичных штаммов-продуцентов (10, 11).

Фундаментальные исследования по инфекционной патологии насекомых (Всероссийский НИИ защиты растений, Институт систематики и экологии животных СО РАН, Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, Всероссийский НИИ биологической защиты растений) позволили продвинуться в понимании механизмов патогенеза при поражении насекомых энтомопатогенными вирусами, микроспоридиями, бактериями и грибами. Так, установлена роль гидролитических ферментов (хитиназ, липаз, протеаз), токсинов, факторов антифагоцитарной защиты в реализации вирулентности энтомопатогенных грибов (Beauveria bassiana, Metharrizium anisopliae, Verticillium lecanii) при поражении ими насекомых (10, 11). Вирулентность у грибов носит полидетерминантный характер и определяется способностью спор прорастать на кутикуле насекомого-хозяина, активностью образования ферментов, обеспечивающих проникновение патогена через кутикулу, скоростью накопления биомассы гриба в полости тела и синтезом токсинов. Генетико-селекционное улучшение штаммов по вирулентности базируется на указанном наборе признаков.

Роль энтомопатогенов в динамике численности насекомых-фито-фагов обусловливается особенностями взаимоотношений хозяина и паразита. В конечном счете, тип патогенеза (облигатный или факультативный) определяет, регулируется ли численность популяций насекомых-вредите-лей, или происходит обычное снижение плотности популяции фитофагов. Так, при внутриклеточном облигатном паразитизме бакуловирусов и микроспоридий, которые хорошо адаптированы для переживания во внешней среде с последующим постоянным персистированием в природных популяциях насекомых, наблюдается высокая частота эпизоотий у непарного шелкопряда (Lymantria dispar Linnaeus), листоверток (Tortricidae Latreille), капустной белянки(P. brassicae), лугового (Loxostege sticticalis Linnaeus) и кукурузного (Ostrinia nubilalis Hübner) мотыльков (12-14). Массовые эпизоотии вирозов отмечены у рыжего соснового и черно-желтого пилильщиков, сибирского шелкопряда, хлопковой и серой зерновой совки (11).

Энтомофторовые грибы, относящиеся к облигатным патогенам на-секомых, проникают в тело хозяина через кутикулу и паразитируют в органах и тканях без внедрения в клетки с длительностью патогенеза до 14 сут. Наиболее ярко регулирующая роль энтомофторозов проявляется в отношении различных тлей (гороховая тля A. pisum) и некоторых видов саранчовых (итальянский прус(C.italicus), мароккская саранча (Dociostaurus maroccanus Thunberg) и перелетная саранча (L. migratoria). Отличительная особенность взаимоотношений хозяина и паразита при облигатном паразитизме — отсутствие ярко выраженных симптомов токсикоза, что указывает на низкий синтез токсинов при вирозах, микроспоридиозах и энтомофторозах насекомых (12-14).

При факультативном паразитизме, который характерен для энтомопатогенных грибов из родов Beauveria, Metarhizium, Lecanicillium, Conidiobolus и Isaria, а также бактерий группы Bacillus thuringiensis и представителей рода Xenorhabdus, важнейший фактор в реализации вирулентных свойств — токсигенность в отношении насекомых-хозяев. Большая часть энтомопатогенных грибов (B. bassiana, M. anisopliae, L. muscarium и Conidiobolus obscurus) проникают в тело насекомых-хозяев через кутикулу или дыхальца, при этом ростковые гифы секретируют протеазы, липазы и хитиназы для ускоренной деградации покровов. Далее в полости тела больных насекомых формируются гифальные тела, появляется зародышевый мицелий и продуцируются токсины, ускоряющие патогенез и гибель хозяина. Токсины указанных грибов представлены низкомолекулярными циклическими пептидами (15), органическими кислотами, гликопротеинами и другими метаболитами. Возбудители мускардинозов образуют боверицин, боверолид, варфарин и пиридоверин. Показано, что токсин B. bassiana бассиакридин высокоактивен в отношении личинок перелетной саранчи (L. migratoria). Важно отметить, что патогенез личиночных стадий сопровождается интенсивной меланизацией тканей, причем фагоцитарная защита не эффективна: при образовании гранулем элементы гриба образуют растущие гифы из клеточных агрегаций (16).

Детально изучено патогенное действие грамположительной спорообразующей почвенной бактерии B. thuringiensis (Bt), круг насекомых-хозяев которой достигает сотни видов. При пероральном заражении в кишечнике насекомых под воздействием протеаз происходит лизис белкового кристалла и активация протоксина, что приводит к гибели хозяина (17). Характерно, что при бактериозе биотрофная фаза практически не наблюдается, а основное накопление бактериальных клеток в теле хозяина происходит постмортально. Основную роль в токсигенности группы Bt играют белковые d-эндотоксины, которые кодируются генами cry и cyt, расположенными на плазмидах Bt. Известно более 100 генов δ-эндотоксинов Bt (18). В реализации признака вирулентности Bt участвуют и другие энтомотоксины, а именно α-, β- и γ-экзотоксины (18).

На основе штаммов-продуцентов Bt разработаны промышленные биопрепараты, которые обеспечивают основной объем микробиологической защиты растений от насекомых-фитофагов. В настоящее время общее количество микоинсектицидных препаратов на основе штаммов B. bassiana, M. anisopliae, Isaria fumosorosea и L. muscarium достигло 171 наименований, из которых 75 % представлены на мировом рынке средств защиты растений (19, 20). Получены препаративные формы на основе отселектированных штаммов энтомопатогенных грибов из рода Lecanicillium, поражающих сосущих насекомых (оранжерейная белокрылка Trialeurodes vaporariorum Westwood), тлей (Aphidoidea Latreille) и др. (20 биопрепаратов). На основе токсигенного штамма Lecanicillium muscarium разработаны опытные партии биопрепарата Вертициллин М (ФГБНУ ВИЗР, Россия), эффективного при защите тепличных культур от белокрылок (Aleyrodidae Westwood), тлей (Aphidoidea Latreille), трипсов (Thripidae Stevens) и тетраниховых клещей (Tetranychidae Donnadieu) (20).

При разработке современных технологий защиты растений особое внимание уделяется биоинсектицидам на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (21, 22). Известны актиномицетные отечественные препараты на основе природного макролидного авермектинового комплекса Фитоверм®, КЭ (ООО НБЦ «Фармбиомед», Россия), Агровертин (новое название Акарин; ЗАО «Агроветсервис», Россия), инсектицидный препарат Спинтор™ 240, СК (SpinTor™, «Dow AgroSciences Vertriebsgesell-schaft m.b.H.», Австрия) на основе спиносада, содержащего в составе активного комплекса макроциклические лактоны группы спинозинов (23, 24). На основе актиномицетов созданы препараты стрептозонин, оссамицин и дезоксиоссамицин, действующее вещество которых относится к спирокетальным макролидам, с высокой инсектоакарицидной активностью (25). Из широко известных инсектоакарицидов микробной природы можно отметить группу милбемицинов (25), близких по свойствам к авермектинам, а также специфический ингибитор синтеза хитина никкомицин (26). Для успешной реализации антирезистентной программы защиты растений, а также с учетом особенностей главных агентов биологической борьбы — энтомофагов, ассортимент средств защиты должен включать широкий набор эффективных, экологически безопасных и совместимых с энтомофагами биопрепаратов разной химической природы. Поэтому продолжается активный поиск новых штаммов микроорганизмов, которые продуцируют метаболиты с широким спектром инсектоакарицидного действия.

Изучение распространенности стрептомицетов, синтезирующих ве-щества с инсектицидными свойствами, в почвах разных климатических зон позволяет вести более целенаправленное выявление и отбор штаммов для разработки на их основе новых биопрепаратов (27). В почвах, собранных в Индии, Китае, Египте, Вьетнаме, на Украине и в Западной Сибири, проводится скрининг штаммов стрептомицетов с инсектоакарицидной активностью. Как показали наши многолетние исследования, максимальное видовое разнообразие продуцентов инсектоакарицидов встречается в черноземных и дерново-подзолистых неокультуренных почвах Западной Сибири (28). Государственная коллекция микроорганизмов, патогенных для растений и их вредителей (ГКМ ВИЗР) (WFCC WDCM № 760, http://www.ckp-rf.ru/usu/200616/), сейчас насчитывает более 1000 актиномицетов — продуцентов биологически активных веществ (БАВ) различной химической природы.

С использованием разработанной модели ступенчатого скрининга культур на широком наборе тест-насекомых и клещей в ВИЗР разработан ряд биопрепаратов, безопасных для теплокровных животных и человека и совместимых с энтомофагами. В условиях Ленинградской области, в Таджикистане, Белоруссии и Грузии опытные партии биопрепарата Алейцид (28) на основе штамма Streptomyces aurantiacus 0775 (действующее вещество 9-диметил-пиерицидин) показали высокую эффективность в отношении вредных сосущих членистоногих, в том числе всех стадий развития оранжерейной белокрылки (T. vaporariorum). Опытные партии биопрепарата Индоцид на основе штамма Strepstomyces loidensis П-56, выделенного из почв Индии, активны против различных видов тлей (Aphididae Latreille) и трипсов (Thripidae Stevens), а также обыкновенного паутинного клеща(Tetranychus urticae C.L. Koch). По химическому составу инсектицидные компоненты метаболитного комплекса штамма относятся к депсипептидам типа остреогрицина. Опытные партии препарата Гербен, разработанного в ВИЗР на основе штамма S. herbaricolor S-100, вызывали 60-100 % гибель бахчевой (Aphis gossypii Glover), персиковой (Myzodes persicae Sulz.), пятнистой оранжерейной (Neomyzus circumflexus Buckton), бобовой (Aphis fabae Scopoli), и гороховой (A. pisum) тли, а также обыкновенного паутинного клеща (T. urticae) (28, 29).

Полезные микроорганизмы ризо- и филлосферы находятся в постоянных динамических ассоциативных взаимоотношениях с растениями (30). Наибольшее значение для биоконтроля популяций фитопатогенных видов имеют бактерии из родов Pseudomonas, Bacillus, Streptomycesи Serratia (31-33). Механизмы взаимодействий растений и микроорганизмов, приводящие к подавлению плотности популяций фитопатогенных видов, сложны и многообразны (34-36). Защита растений основана на использовании штаммов микроорганизмов с высокой конкурентоспособностью, которые могут синтезировать комплексы гидролаз и биологически активных соединений и эффективно колонизировать подходящие экологические ниши (37-39). Многие активные соединения, продуцируемые ризосферными микроорганизмами, обладают элиситорной активностью и запускают механизмы индуцированной устойчивости (40-42).

Важнейшее значение в реализации биологической активности микробов — антагонистов фитопатогенных видов имеет синтез антибиотиков из разных химических классов (пептиды, макролиды, полиеновые соединения, аминогликозиды и т.д.) (43). Антибиотики способны нарушать синтез белка и компонентов клеточной стенки, функционирование мембран, а также ингибировать активность оксидаз. Например, феназин, образуемый псевдомонадами, подавлял рост Fusarium oxysporum и Gaeumannomyces graminis, влияя на окислительно-восстановительный потенциал в клетках грибов, тогда как 2,4-диацетилфлороглюцин ингибировал прорастание зооспор Pythium spp., лизируя мембраны (43). Метаболиты штаммов рода Bacillus (белки, пептидные и полиеновые антибиотики, циклические липопептиды, фенольные соединения и цианид) активны в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также фитопатогенных грибов различных родов (Fusarium, Alternaria, Drechlera, Colletotrichum, Verticillium, Phoma, Phomopsis, Sclerotinia, Puccinia и многих других) (43, 44). Существенное значение в формировании механизма действия микробов-антагонистов имеет образование хитиназ, глюканаз, протеаз и липаз, лизирующих клеточные стенки фитопатогенных микромицетов и вызывающих деградацию эффекторных молекул фитопатогенов, в основном пептидов (45). Особое положение как продуценты полифункциональных биофунгицидов, синтезирующих богатые комплексы гидролаз, занимают микромицеты Trichoderma spp. Ониобладают высокой гиперпаразитарной и антагонистической активностью, а также активностью против фитопатогенных почвообитающих микромицетов (за счет выработки антибиотиков и ферментов), повышают болезнеустойчивость растений, оказывают фиторегуляторный эффект, улучшают утилизацию азота, стимулируя развитие бактерийрода Azotobacter и клубеньковых бактерий. Следует отметить, что штаммы Trichoderma участвуют в разложении сложных органических полимеров, обогащая почву доступными для растения питательными веществами (45).

Существенное значение для обеспечения комплексного защитного действия имеет способность полезных микроорганизмов ризо- и филлосферы синтезировать метаболиты с гормональными и сигнальными функциями, влияющие на рост и устойчивость растений. Среди обнаруженных природных регуляторов роста — абсцизовая (АБК), жасмоновая и салициловая кислоты, цитокинины, гиббереллины, ауксины (46-48). Показано, что многие штаммы бактерий родов Azospirillium, Pseudomonas, Bacillus и др. могут синтезировать ауксины, активизирующие развитие корневой системы, что позволяет растениям ускоренно проходить фазы развития, чувствительные к заражению (49-51). Штаммы рода Bacillus способны к образованию гиббереллинов (52). Представители родов Bacillus, Rhizobium, Arthtrobacter, Azotobacter, Azospirillium, Pseudomonas продуцируют цитокинины. Инокуляция растений продуцирующими цитокинин штаммами B. subtilisприводит к существенному повышению содержания хлорофилла и цитокининов, вследствие чегоувеличивается биомасса корневой системы и надземной части (53). Способность к образованию АБК обнаружена у представителей родов Bacillus, Pseudomonas, Azospirillum, Brevibacterium и Lysinibacillus. Иными словами, под влиянием полезной микрофлоры может происходить оптимизация эндогенного гормонального баланса растений (54-56).

Для повышения болезнеустойчивости растений и обеспечения защиты от болезней важное значение имеет оптимизация минерального питания. Многие ризосферные микроорганизмы способны солюбилизировать фосфаты такими метаболитами, как органические кислоты и фосфатазы (56-59). При этом активная роль растений в растительно-микробных взаимодействиях сохраняется (60, 61). Следует особо отметить, что БАВ, синтезируемые микроорганизмами, обладают элиситорными свойствами и активируют механизмы системной индуцированной устойчивости в растениях (62, 63).

Многие бактериальные детерминанты (MAMPs, microbe-associated molecular patterns), в частности антибиотики, сидерофоры, метаболиты гормональной природы, биосурфактанты, липополисахариды, флагеллин, а также летучие органические соединения индуцируют защитные реакции растений (59, 60).

Биосурфактанты, образуемые штаммами родов Pseudomonas и Bacillus,— это циклические липопептиды трех семейств (итурины, сурфактины и фенгицины). Уменьшая коэффициент поверхностного натяжения воды и формируя гели, они повышают доступность труднорастворимых гидрофобных соединений для корневой системы (64, 65). Микробные липопептиды защищают растения от внедрения патогенов, а клетки бактерий — от неблагоприятных факторов среды, образуя биопленки на поверхности ризопланы. Благодаря способности биопленки менять проницаемость или разрушать структуру цитоплазматической мембраны, связываясь с липидным бислоем, фенгицины и итурины проявляют антигрибную активность, а сурфактины — антивирусную, антимикоплазную и антибактериальную (66, 67). Фенгицин и итурин образуют в мембране поры, а сурфактин растворяет ее (68, 69). Сурфактин и фенгицин стимулируют формирование вторичных метаболитов, повышая активность ферментов липоксигеназного пути, вследствие чего обладают элиситорной активностью (70). Показано, что штаммы рода Pseudomonas способны к образованию липопептидов четырех семейств (амфизины, сирингомицины, толаазины и вискозины). Масситолид А из группы вискозинов, образуемый штаммом P. fluorescens SS101, проявляет прямой антагонизм в отношении Phytophthora infestans и индуцирует болезнеустойчивость растений томата (71).

Основной механизм действия сидерофоров — конкуренция за Fe3+ между полезной ризосферной микрофлорой и фитопатогенными видами. Однако показано, что сидерофоры могут индуцировать в растениях устойчивость (72). Псевдобацин из штамма Bacillussp. SLS18 подавлял развитие F. oxysporum в бедных железом почвах, псевдобацин из штамма P. putida WCS 358 ингибировал развитие Ralstonia solanacearum на эвкалипте, из B. cinerea — на томате, Erwinia carotovora — натабаке (73). Напротив, штаммы, не образующие псевдобацин, не обладали способностью индуцировать системную болезнеустойчивость в растениях. Псевдобацин из P. flu-orescens WCS 374 индуцировал системную устойчивость против пирикуляриоза риса, вызываемого аскомицетом Magnaporthe oryzae, активируя образование фенольных соединений, Н2О2 в эпидермисе и укрепляя клеточную стенку растений в зоне инфицирования (74).

Таким образом, к настоящему времени накоплен значительный объем научных данных о физиолого-биохимических и экологических особенностях микроорганизмов, обитающих в ризо- и филлосфере, а также механизмах их антагонистической активности (75, 76).

Стратегия отбора перспективных штаммов-продуцентов и разработки технологий получения препаративных форм для оптимизации фитосанитарного состояния основных агроэкосистем, обеспечения гарантированного защитного эффекта, повышения урожайности и улучшения качества продукции определяется результатами фундаментальных исследований. Учеными ФГБНУ ВИЗР предложена оригинальная парадигма системы защиты растений с учетом многофакторности и разнообразия фитосанитарных объектов на фоне многолетней фитосанитарной дестабилизации. Эта парадигма базируется на управлении динамикой численности вредоносного состава, иммунитете сельскохозяйственных культур, использовании селективных и полифункциональных средств защиты растений, учете закономерностей функционирования паразитоценозов, растительно-микробных сообществ (77) и применима для интенсивного растениеводства, условий защищенного грунта и органического земледелия. Эта парадигма стала логическим продолжением исследований научных школ по микробиологической защите растений, энтомологии, фитопатологии и микологии, которые сформировались в ВИЗР в 1930-х годах под влиянием ведущих биологических научных школ Ленинграда и Москвы и связаны с именами Е.Н. Павловского, Г.Я. Бей-Биенко, А.В. Знаменского, И.В. Васильева, Н.Ф. Мейера, Л.С. Зимина, А.А. Ячевского, Н.А. Наумова, К.М. Степанова, М.С. Дунина, В.П. Поспелова. Многолетние исследования позволили теоретически обосновать перспективность использования микробов-анта-гонистов и энтомопатогенных видов для управления численностью популяций фитопатогенных микроорганизмов и вредных членистоногих с целью фитосанитарной оптимизации агроэкосистем (78). Разработаны концептуальные подходы к созданию и применению в защитных агротехнологиях двух типов полифункциональных биопрепаратов. Препараты первого типа обеспечивают прямое подавление размножения популяций фитопатогенных видов, второго — повышают болезнеустойчивость растений и оптимизируют их физиологическое состояние. Биопрепараты, разработанные на основе живых культур микроорганизмов, обладают профилактическим и пролонгированным действием и представляют собой стратегическую основу микробиологического контроля фитопатогенных видов. Биопрепараты, основанные на активных метаболитных комплексах штаммов, могут применяться тактически для быстрого подавления численности активно размножающихся видов, например мучнисто-росяных и ржавчинных грибов. Методология создания этих полифункциональных биопрепаратов основана на использовании технологичных и безопасных для теплокровных животных и человека штаммов с высокой комплексной биологической активностью по ряду признаков (бактерицидная, фунгицидная, антивирусная, фиторегуляторная активность, вирулентность, токсигенность) (78). Перспективные штаммы должны обладать высокой экологической пластичностью и конкурентоспособностью, а также способностью синтезировать сложные комплексы веществ с высокой целевой биологической активностью. При выборе продуцента необходимо учитывать технологичность штамма, а именно способность утилизировать доступные и дешевые субстраты, устойчивость к различным режимам концентрирования и высушивания, сохранение целевой биологической активности и жизнеспособности в разных препаративных формах.

Экологическая пластичность и высокий адаптационный потенциал позволяют штаммам микроорганизмов эффективно сдерживать нарастание плотности популяций фитопатогенов в течение длительного периода времени. Е.Л. Головлевым (79) введено понятие «экологическая тактика», которое можно охарактеризовать как особенности реакций микроорганизмов на изменение условий среды и типы поведения в одинаковых средах, число которых может быть очень велико. Стратегия микроорганизма складывается из комбинации экологических тактик. Существенную роль в обеспечении динамической устойчивости микробиоценозов почвы играют пластичные в экологическом отношении виды родов Streptomyces и Bacillus,которые доминируют в различных почвенных экосистемах (черноземах, серых лесных почвах, солончаках и т.д.) (79). Штаммы бацилл в оптимальной среде обитания показывают параметры роста, характерные для r-стратегов. Напротив, при неблагоприятных условиях они образуют эндогенные споры, как L-стратеги. Кроме того, в насыщенных микробных сообществах ризо- и филлопланы бациллы проявляют К-стратегию. Актиномицеты также могут демонстрировать смешение К- и L-стратегий. По нашему мнению, именно бациллы и актиномицеты некоторых родов наиболее перспективны для интродукции в агроэкосистемы с целью длительного контроля популяций фитопатогенов.

Полифункциональность перспективных штаммов-продуцентов связана с образованием сложных комплексов БАВ с разной целевой активностью, обусловленной длительной эволюцией почвообитающих микроорганизмов в насыщенной среде обитания в условиях жесткого естественного отбора. Понятие «метастабильность фенотипа», сформулированное Е.Л. Головлевым (80), подразумевает фенотипическую изменчивость в рамках постоянного генотипа, которую можно рассматривать как способ адаптации к изменяющейся среде обитания и результат специфической формы естественного отбора, действующего в этих условиях. Метастабильность фенотипа эволюционно возникла как способ стабилизации вида, а не генерации разнообразия и дальнейшей дивергенции (80). Наибольшей конкурентоспособностью в процессе адаптогенеза обладают виды микроорганизмов, способные к образованию широкого спектра вторичных метаболитов. Для разработки полифункциональных биопрепаратов наибольший интерес представляют именно такие виды и штаммы.

Представители родов Bacillus и Streptomyces широко используются в различных областях биотехнологического производства вследствие разнообразия метаболических процессов и низкой патогенности штаммов. Штаммы бацилл и стрептомицетов высокотехнологичны и в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к штаммам-продуцентам при получении биопрепаратов для интродукции в агробиоценоз и контроля плотности популяций фитопатогенов. Представители рода Bacillus — одна из самых разнообразных и распространенных групп микроорганизмов (33, 35, 37). Они образуют разнообразные БАВ, в основном белковой природы, играющие важную роль в процессах индукции болезнеустойчивости растений (36, 38). Актиномицеты — также ценные объекты промышленной биотехнологии, продуценты антибиотиков и биологически активных веществ. Эффективность расселения спор, устойчивость к высушиванию и временному отсутствию питательных веществ определяют широкое распространение актиномицетов в природе и их высокую технологичность (81). Одна из наиболее многочисленных групп актиномицетов — штаммы рода Streptomyces (82). Помимо синтеза гидролаз, для формирования супрессивности почвы большое значение имеют пептидные, макролидные и полиеновые антибиотики, образуемые стрептомицетами (83). Несмотря на то, что актиномицеты давно и широко используются в медицине и ветеринарии, их применение в сельском хозяйстве ограничено. Следует отметить, что среди почти 14000 известных активных вторичных метаболитов микроорганизмов около 9000 продуцируются актиномицетами, 80 % которых относятся к роду Streptomyces (81). В этой связи очевидно, что физиолого-биохимические особенности актиномицетов определяют целесообразность их использования как продуцентов специфических биологически активных соединений для защиты растений.

В настоящее время доля биопрепаратов на мировом рынке пестицидов составляет пока чуть более 2 %, но их применение в последние годы увеличивается на 20 % в год, тогда как производство химических пестицидов ежегодно увеличивается только на 3 %. Более 75 % мирового производства биопестицидов принадлежит США и ЕС. У крупнейших компаний «Valent Bioscience» (США), «Certis» (США), «Koppert Biological Systems» (Нидерланды), «Pasteuria Bioscience» (США), «Isagro» (Италия), «Terra Nostra Technology» (Канада) объемы ежегодных продаж средств биозащиты составляют от 100 млн USD. На мировом рынке 90 % всех коммерческих биопестицидов основано на использовании различных видов и штаммов B. thuringiensis. Затем по степени коммерциализации идут энтомопатогенные нематоды, биопрепараты на основе ряда видов микромицетов и только затем — бактериальные биопрепараты на основе микробов-антагонистов. Крупнейший производитель пестицидов — компания «Bayer AG» (Германия) выпускает коммерческие биофунгициды Sonata® на основе штамма Bacillus pumilus QST 2808, а также препарат Rhapsody® и три формы препарата Serenade®, в которых используется штамм Bacillus subtilis QST 713 (https://www.agroxxi.ru). В России для защиты растений от болезней широко используются биопрепараты Фитоспорин (ООО «Башинком»), Бактофит (ООО ПАО «Сиббиофарм»), Ризоплан (ООО “Биопестициды) и ряд других.

В Государственной коллекции микроорганизмов, патогенных для растений и их вредителей (ГКМ ВИЗР) общее число штаммов в настоящее время достигает 8120 единиц хранения. В результате скрининга сформирована коллекция, включающая более 200 активных штаммов разной таксономической принадлежности, перспективных для создания биопрепаратов для защиты растений от вредителей и болезней. На их основе разработаны и зарегистрированы (совместно ФГБНУВИЗР и ЗАО «АБТ-груп») различные препаративные формы шести полифункциональных биопрепаратов для защиты сельскохозяйственных культур от болезней и повышения урожайности — Гамаир, Алирин-Б, Витаплан, Трихоцин, Стернифаг и Глиокладин.

Биопрепарат Алирин-Б (штамм B. subtilis В-10) предназначен для защиты растений от грибных заболеваний. Штамм синтезирует полипептидные и полиеновые антибиотики, а основное активное вещество алирин В1 отнесено в группу бактериоцинов (84). Штамм B. subtilis М-22 — основа биопрепарата Гамаир, эффективного против микозов и бактериозов; он образует полипептид гамаир А, близкий к бациллину и отнесенный к подгруппе 1А (медиоцидина), а также гексаеновые антибиотики разной структуры гамаир В, С и Д (85).

Получены лабораторные образцы и опытные партии ряда новых биопрепаратов на основе наиболее активных штаммов, показана их высокая биологическая эффективности на ряде сельскохозяйственных культур. Перспективный штамм Streptomyces felleusS-8 синтезирует антибиотик оригинального строения алириномицин С, который отнесен к подгруппе основных макролидов типа карбомицина-циррамицина и обладает высокой активностью в отношении фитопатогенных микромицетов (86). Штаммы S. chrysomallus P-21 и S. globisporus Л-242 продуцируют разнообразные соединения с высокой фунгицидной, фиторегуляторной и противовирусной активностью. Штамм S. chrysomallus P-21 образует оригинальный полипептидный антибиотик хризомал А, который отнесен к пептидолактонам треонинового типа. Оба штамма продуцируют также гептаеновые ароматические антибиотики из группы полиэфиров. Глоберин и хризомал С отнесены к подгруппе ароматических гептаеновых полиенов (87). Полиеновые антибиотики связываются с определенными компонентами поверхностных оболочек грибов и обладают избирательным мембранотропным действием. Согласно классификации, оригинальные антибиотики хризомал С и глоберин отнесены к подгруппе леворин-партрицин-трихомицин. Установлено, что хризомал С наиболее близок к леворину, глоберин — к партрицину (88).

Инновационное направление в защите сельскохозяйственных культур — использование полифункциональных препаративных форм на основе различных штаммов-продуцентов БАВ, что позволяет существенно повысить биологическую эффективность биопрепаратов и расширить спектр их действия. К таким формам относится биопрепарат Витаплан, СП на основе штаммов B. subtilis ВКМ В-2604D и B. subtilis ВКМ В-2605D. Штамм B. subtilis ВКМ В-2605D образует близкий к бациллину полипептид, а также гексаеновые антибиотики, один из которых отнесен к подгруппе медиоцидина. Штамм B. subtilis ВКМ В-2604D синтезирует антибиотики различной структуры (полипептидный антибиотик из группы бактериоцинов и полиеновый антибиотик) (84, 85).

Проведенные исследования позволили обосновать перспективность использования микроорганизмов — продуцентов антибиотиков для разработки полифункциональных препаративных форм, предназначенных для защиты растений от фитопатогенов, а также оценить роль вторичных микробных метаболитов различного химического строения в механизме комплексной активности штаммов-продуцентов. Тем не менее отбор стабильного высокоактивного штамма — необходимое, но не достаточное условие для разработки эффективных технологий микробиологической защиты. Ключевая проблема — создание высокотехнологичных препаративных форм с учетом биологических особенностей штамма-продуцента, обеспечивающих длительную жизнеспособность клеток и биологическую активность в процессе хранения и использования в системах защиты растений (89).

Сводные данные многолетних испытаний биологической эффективности в отношении болезней зерновых, овощных, плодово-ягодных, культур, картофеля и сахарной свеклы в условиях сельскохозяйственного производства представлены в таблице (90-92).

Таким образом, в России создано 40 биопрепаратов для защиты растений. С учетом производителей из других стран микробиологическая защита сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков обеспечивается 300 биопрепаратами, что, безусловно, составляет значительный ресурс для фитосанитарной оптимизации агроэкосистем и достижения экологической безопасности в растениеводстве (93). Защитные биопрепараты эффективно интегрируются в зональные системы комплексной защиты зерновых, картофеля и овощных культур в различных регионах Российской Федерации. Завершены работы по созданию систем биологической защиты овощных и декоративных культур в теплицах, в которых достигнуто эффективное сочетание биопрепаратов и массово разводимых энтомофагов (94).

Итак, достижение устойчивого защитного эффекта при применении биопрепаратов зависит от наличия постоянного мониторинга вредных и полезных популяций в агробиоценозе; обязательных профилактических обработок биопрепаратами с защитной и фиторегуляторной активностью; совпадения оптимальных условий для развития энтомофагов и высокой вирулентности штаммов — продуцентов биопрепаратов; эффективности биологического комплекса в отношении болезней и вредных членистоногих и перевод в состояние депрессированного размножения быстроразмножающихся видов; технологической совместимости энтомофагов, биопрепаратов и других элементов биологической защиты. Ассортимент биопрепаратов должен расширяться как за счет привлечения новых родов, видов и штаммов-продуцентов, так и посредством усовершенствования препаративных форм для разных экологических условий. В системах биологической и интегрированной защиты сельскохозяйственных культур эффективны комплексные полифункциональные биопрепараты, специализированные по целевому назначению и применяемые с учетом как состава вредных видов, так и фитосанитарной ситуации в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ghorbanpour M., Omidvari M., Abbaszadeh-Dahaji P., Omidvar R., Kariman K. Mechanisms underlying the protective effects of beneficial fungi against plant diseases. Biological Control, 2018, 117: 147-157 (doi: 10.1016/j.biocontrol.2017.11.006).
2. Надыкта В.Д., Волкова Г.В., Долженко В.И. Биологическая защита растений — основа фитосанитарной стабилизации агроэкосистем и экологического земледелия. Защита и карантин растений, 2010, 11: 9-11.
3. Rohini, Gowtham H.G., Hariprasad P., Singh S.B., Niranjana S.R. Biological control of Phomopsis leaf blight of brinjal (Solanum melongena L.) with combining phylloplane and rhizosphere colonizing beneficial bacteria. Biological Control, 2016, 101: 123-129 (doi: 10.1016/j.biocontrol.2016.05.007 ).
4. Павлюшин В.А., Фасулати С.Р., Вилкова Н.А., Сухорученко Г.И., Нефедова Л.И. Антропогенная трансформация агроэкосистем и ее фитосанитарные последствия. СПб, 2008.
5. Павлюшин В.А., Вилкова Н.А., Сухорученко Г.И., Нефедова Л.И.Формирование агроэкосистем и становление сообществ вредных видов биотрофов. Вестник защиты растений, 2016, 2(88): 5-15.
6. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М., 1987.
7. Полянский А.М., Головченко А.В., Полянская Л.М., Звягинцев Д.Г. Новые критерии для оценки специфики бактериальных комплексов различных почв. Микробиология, 2002, 71(5): 675-680.
8. Павлюшин В.А., Якуткин В.И., Таволжанский В.Н. Фитосанитарная оптимизация агроэкосистем Белгородской области. Вестник защиты растений, 2016, 1(87): 14-22.
9. Павлюшин В.А., Иващенко В.Г. Интенсификация растениеводства и эколого-продукционный баланс агроэкосистем: снижение плодородия почв и фитосанитарная дестабилизация. Вестник защиты растений, 2017, 3(93): 5-16.
10. Борисов Б.А., Серебров В.В., Новикова И.И., Бойкова И.В. Энтомопатогенные аскомицеты и дейтеромицеты. В сб.: Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты. М., 2001: 352-427.
11. Леднев Г.Р., Долгих В.В., Павлюшин В.А. Стратегии паразитизма энтомопатогенных микроорганизмов и их роль в снижении численности фитофагов. Вестник защиты растений, 2013, 3: 3-17.
12. Исси И.В. Микроспоридии как тип паразитических простейших. В кн.: Микроспоридии. Серия: Протозоология. Л., 1986, т. 10: 6-135.
13. Фролов А.Н., Малыш Ю.М., Токарев Ю.С. Особенности биологии и прогнозирования динамики численности лугового мотылька (PyraustasticticalisL.) в период его низкой численности в Краснодарском крае. Энтомологическое обозрение, 2008, 87(2): 291-302.
14. Павлюшин В.А., Исси И.В., Токарев Ю.С. Энтомопатогенные микроспоридии (Eukaria: Opisthokonta: Microsporidia): возможности применения против вредных насекомых. Вестник защиты растений, 2013, 2: 3-12.
15. Vey A., Riba G. Toxines insecticides issues de champignons entomopathogenes. Etat actuel des conaissances dutilsation de leurs activites. C. K. Acad. Agr., 1989, 75(6): 143-149.
16. Quessada-Moraga E., Vey A. Bassiacridin, a protein toxic for locusts secreted by the entomopathogenis fungus Beauveria bassiana. Mycol. Res., 2004, 108: 441-452 (doi: 10.1017/S0953756204009724).
17. Кандыбин Н.В. Бактериальные средства борьбы с грызунами и вредными насекомыми: теория и практика. М., 1989.
18. Augustyniak J., Dabert M., Wypijewski K. Transgenes in plants: protection against viruses and insects. Acta Physiologiae Plantarum, 1997, 19(4): 561-569 (doi: 10.1007/s11738-997-0054-1).
19. Faria M., Wraight S.P. Mycoinsecticides and mycoacaricides: a comprehensive list with worldwide coverage and international classification of formulation types. Biological Control, 2007: 43(3): 237-256 (doi: 10.1016/j.biocontrol.2007.08.001).
20. Митина Г.В., Козлова Е.Г., Пазюк И.М. Влияние биопрепарата вертициллина М на основе экстракта энтомопатогенного гриба Lecanicilliummuscariumи его инсектицидных метаболитов на энтомофагов защищенного грунта. Вестник защиты растений, 2018, 2(96): 25-32.
21. Sharma M., Dangi P., Choudhary M. Actinomycetes: source, identification, and their applications. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences (IJCMAS), 2014, 3(2): 801-832.
22. Aggarwal N., Thind S.K., Sharma S. Role of secondary metabolites of Actinomycetes in crop protection. In: Plant growth promoting actinobacteria: A new avenue for enhancing the productivity and soil fertility of grain legumes /G. Subramaniam, S. Arumugam, V. Rajendran (eds.). Springer, Singapore, 2016: 99-121 (doi: 10.1007/978-981-10-0707-1_7 ).
23. Méndes W.A., Valle J., Ibarra J.E., Cisneros J., Penagos D.I., Williams T. Spinosad and nucleopolyhedrovirus mixtures for control of Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) in maize. Biological Control, 2002, 25(2): 195-206 (doi: 10.1016/S1049-9644(02)00058-0).
24. Kirst H.A. The spinosyn family of insecticides: realizing the potential of natural products research J. Antibiot. (Tokio), 2010, 63(3): 101-11 (doi: 10.1038/ja.2010.5).
25. Baker G.H., Dorgan R.J., Everett J.R., Hood J., Poulton M.E. A novel series of milbemicin antibiotics from Streptomyces strain E225. II. Isolation, characterisation, structure elucidation. J. Antibiot. (Tokyo), 1990, 43(9): 1069-1076 (doi: 10.7164/antibiotics.43.1069).
26. Джафаров М.Х., Василевич Ф.И., Мирзаев М.Н. Получение авермектинов: биотехнологии и органический синтез (обзор). Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(2): 199-215 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.2.199rus).
27. Бойкова И.В. Биологические особенности стрептомицетов — основы новых инсектицидных биопрепаратов. Автореф. кан. дис. СПб, 1998.
28. Бойкова И.В., Павлюшин В.А. Актиномицеты — основа новых биопрепаратов для защиты растений от вредных членистоногих. Информационный бюллетень ВПРС МОББ, 2002, 33: 102-113.
29. Бойкова И.В., Козлова Е.Г., Анисимова О.С., Кононенко А.В. Индоцид и гербен — перспективные биопрепараты для закрытого грунта. Защита и карантин растений, 2007, 9: 40-41.
30. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агроэкосистем будущего. СПб, 2009.
31. Doornbos R.F., van Loon L.C., Bakker P.A.H.M. Impact of root exudates and plant defense signaling on bacterial communities in the rhizosphere. a review. Agronomy for Sustainable Development, 2012, 32(1): 227-243 (doi: 10.1007/s13593-011-0028-y).
32. Pieterse C.M.J., Zamioudis C., Berendsen R.L., Weller D.M., van Wees S.C.M., Bakker P.A.H.M. Induced systemic resistance by beneficial microbes. Annual Review of Phytopathology, 2014, 52: 347-375 (doi: 10.1146/annurev-phyto-082712-102340).
33. Compant S., Duffy B., Nowak J., Clément C., Barka E.A. Use of plant growth-promoting bacteria for biocontrol of plant diseases: principles, mechanisms of action, and future prospects. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(9): 4951-4959 (doi: 10.1128/AEM.71.9.4951-4959.2005).
34. Beneduzi A., Ambrosini A., Passaglia L.M.P. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): their potential as antagonists and biocontrol agents. Genet. Mol. Biol., 2012, 35(4, suppl. 1): 1044-1051 (doi: 10.1590/S1415-47572012000600020).
35. Kumar P., Dubey R.C., Maheshwari D.K. Bacillus strains isolated from rhizosphere showed plant growth promoting and antagonistic activity against phytopathogens. Microbiological Research, 2012, 167(8): 493-499 (doi: 10.1016/j.micres.2012.05.002).
36. Ye Y.F., Li Q.Q., Fu G., Yuan G.Q., Miao J.H, Lin W. Identification of antifungal substance (Iturin A2) produced by Bacillus subtilis B47 and its effect on southern corn leaf blight. J. Integr. Agric., 2012, 11(1): 90-99 (doi: 10.1016/S1671-2927(12)60786-X).
37. Dunlap C.A, Schisler D.A, Bowman M.J, Rooney A.P. Genomic analysis of Bacillus subtilis OH 131.1 and co-culturing with Cryptococcus lavescens for control of Fusarium head blight. Plant Gene, 2015, 2: 1-9 (doi: 10.1016/j.plgene.2015.03.002).
38. Новикова И.И. Биологическое разнообразие микроорганизмов — основа для создания новых полифункциональных биопрепаратов для фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. Вестник защиты растений, 2016, 89(3): 120-122.
39. Новикова И.И., Попова Э.В., Бойкова И.В., Павлюшин В.А., Тютерев С.Л. Роль интродуцированных микробов-антагонистов фитопатогенных микромицетов в повышении супрессивности почвы. Защита и карантин растений, 2016, 8: 35-43.
40. Yang L., Quan X., Xue B., Goodwin P.H., Lu S., Wang J., Wei D., Wu C. Isolation and identification of Bacillus subtilis strain YB-05 and its antifungal substances showing antagonism against Gaeumannomyces graminis var. tritici. Biological Control, 2015, 85: 52-58 (doi: 10.1016/j.biocontrol.2014.12.010).
41. Максимов И.В., Веселова С.В., Нужная Т.В., Сарварова Е.Р., Хайруллин Р.М. Стимулирующие рост растений бактерии в регуляции устойчивости растений к стрессовым факторам. Физиология растений, 2015, 62(6): 763-775 (doi: 10.7868/S0015330315060111).
42. Tan S.Y., Jiang Y., Song S., Huang J.F., Ling N., Xu Y.C., Shen Q.R. Two Bacillus amyloliquefaciens strains isolated using the competitive tomato root enrichment method and their effects on suppressing Ralstonia solanacearum and promoting tomato plant growth. Crop Protection, 2013, 43: 134-140 (doi: 10.1016/j.cropro.2012.08.003).
43. Duffy B., Schouten A., Raaijmakers J.M. Pathogen self-defense: mechanisms to counteract microbial antagonism. Annual Review of Phytopathology, 2003, 41: 501-538 (doi: 10.1146/annurev.phyto.41.052002.095606).
44. Аринбасарова А.Ю., Баскунов Б.П., Меденцев А.Г. Низкомолекулярный антимикробный пептид из Trichoderma cf. Rifai ВКМF-4268D. Микробиология, 2017, 86(2): 258-260 (doi: 10.7868/S0026365617020057).
45. Benítez T., Rincón A.M., Limón M.C., Codón A.C. Biocontrol mechanisms of Trichoderma strains. International Microbiology,2004, 7(4): 249-260.
46. Sivasakthi S., Kanchana D., Usharani G., Saranraj P. Production of plant growth promoting substance by Pseudomonas fluorescens and Bacillus subtilis isolates from paddy rhizosphere soil of Cuddalore district, Tamil Nadu, India. International Journal of Microbiological Research, 2013, 4(3): 227-233 (doi: 10.5829/idosi.ijmr.2013.4.3.75171).
47. Bakker P.A.H.M., Pieterse C.M.J., van Loon L.C. Induced systemic resistance by fluorescent Pseudomonas spp. Phytopathology, 2007, 97(2): 239-243 (doi: 10.1094/PHYTO-97-2-0239).
48. Van Loon L.C. Plant responses to plant growth-promoting rhizobacteria. European Journal of Plant Pathology, 2007, 119: 243-254 (doi: 10.1007/s10658-007-9165-1).
49. Porcel R., Zamarreño Á.M., García-Mina J.M., Aroca R. Involvement of plant endogenous ABA in Bacillus megaterium PGPR activity in tomato plants. BMC Plant Biology, 2014, 14: 36 (doi: 10.1186/1471-2229-14-36).
50. Kilian M., Steiner U., Krebs B., Junge H., Schmiedeknecht G., Hain R. FZB24® Bacillus subtilis — mode of action of microbial agent enhancing plant vitality. Pflanzenschutz-Nachrichten Bayer, 2000, 1/00(1): 72-93.
51. Dobbelaere S., Vanderleyden J., Okon Y. Plant growth-promoting effects of diazotrophs in the rhizosphere. Critical Reviews in Plant Sciences, 2003, 22(2): 107-149 (doi: 10.1080/713610853).
52. Arkhipova T.N., Prinsen E., Veselov S.U., Martynenko E.V., Melentiev A.I., Kudoyarova G.R. Cytokinin producing bacteria enhance plant growth in drying soil. Plant and Soil, 2007, 292(1): 305-315 (doi: 10.1007/s11104-007-9233-5).
53. Belimov A.A., Dodd I.C., Safronova V.I., Dumova V.A., Shaposhnikov A.I., Ladatko A.G., Davies W.J. Abscisic acid metabolizing rhizobacteria decrease ABA concentrations in planta and alter plant growth. Plant Physiology and Biochemistry, 2014, 74: 84-91 (doi: 10.1016/j.plaphy.2013.10.032).
54. Cohen A.C., Travaglia C.N., Bottini R., Piccoli P.N. Paticipation of abscisic acid and gibberellins produced by endophytic Azospirillum in the alleviation of drought effects in maize. Botany, 2009, 87(5): 455-462 (doi: 10.1139/B09-023).
55. Kumar P., Dubey R.C., Maheshwari D.K. Bacillus strains isolated from rhizosphere showed plant growth promoting and antagonistic activity against phytopathogens. Microbiological Research, 2012, 167(8): 493-499 (doi: 10.1016/j.micres.2012.05.002).
56. de Werra P., Péchy-Tarr M., Keel C., Maurhofer M. Role of gluconic acid production in the regulation of biocontrol traits of Pseudomonas fluorescens CHA0. Applied and Environmental Microbiology, 2009, 75: 4162-4174 (doi: 10.1128/AEM.00295-09).
57. Final Screening Assessment of Bacillus megaterium strain ATCC 14581. Environment and Climate Change Canada. Health Canada, February, 2018.
58. Курдиш И.К., Чуйко Н.В., Бега З.Т. Хемотаксисные и адгезивные свойства Azotobacter vinelandii и Bacillus subtilis. Прикладнаябиохимияимикробиология, 2010, 4(1): 58-63.
59. Junior I.T., Schafer J.T., Corrêa B.O., Funck G.D., Moura A.B. Expansion of the biocontrol spectrum of foliar diseases in rice with combinations of rhizobacteria. Revista Ciência Agronômica, 2017, 48(3): 513-522 (doi: 10.5935/1806-6690.20170060).
60. Ohkama-Ohtsu N., Wasaki J. Recent progress in plant nutrition research: cross-talk between nutrients, plant physiology and soil microorganisms. Plant and Cell Physiology, 2010, 51(8): 1255-1264 (doi: 10.1093/pcp/pcq095).
61. Kloepper J.W., Gutierrez-Estrada A., McInroy J.A.Photoperiod regulates elicitation of growth promotion but not induced resistance by plant growth-promoting rhizobacteria. Canadian Journal of Microbiology, 2009, 53(2): 159-167 (doi: 10.1139/w06-114).
62. Verhagen B.W.M., Trotel-Aziz P., Couderchet M., Höfte M., Aziz A. Pseudomonas spp.-induced systemic resistance to Botrytis cinerea is associated with induction and priming of defense responses in grapevine. Journal of Experimental Botany, 2010, 61(1): 249-260 (doi: 10.1093/jxb/erp295).
63. Ongena M., Henry G., ThonartP. The role of cyclic lipopeptides in the biocontrol activity of Bacillus subtilis. In:Recent developments in management of plant diseases (Plant pathology in the 21st century), vol. 1 /U. Gisi, I. Chet, M.L. Guillino (eds.). Springer, Dordrecht, 2010: 59-69 (doi: 10.1007/978-1-4020-8804-9_5).
64. Meena K.R., Kanwar S.S. Lipopeptides as the antifungal and antibacterial agents: applications in food safety and therapeutics. BioMed Research International, 2015, 2015: Article ID 473050 (doi: 10.1155/2015/473050).
65. Falardeau J., Wise C., Novitsky L., Avis T.J.Ecological and mechanistic insights into the direct and indirect antimicrobial properties of Bacillus subtilis lipopeptides on plant pathogens. Journal of Chemical Ecology, 2013, 39: 869-878 (doi: 10.1007/s10886-013-0319-7).
66. Cawoy H., Mariutto M., Henry G., Fisher C., Vasilyeva N., Thonart P., Dommes J., Ongena M.Plant defense stimulation by natural isolates of Bacillus depends on efficient surfactin production. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2014, 27(2): 87-100 (doi: 10.1094/MPMI-09-13-0262-R).
67. Henry G., Deleu M., Jourdan E., Thonart P., Ongena M.The bacterial lipopeptide surfactin targets the lipid fraction of the plant plasma membrane to trigger immune-related responses. Cellular Microbiology, 2011, 13(11): 1824-1837 (doi: 10.1111/j.1462-5822.2011.01664.x).
68. Patel H., Tscheka C., Edwards K., Karlsson G., Heerkotz H. All-or-none membrane permeabilization by fengycin-type lipopeptides from Bacillus subtilis QST713. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 2011, 1808(8): 2000-2008 (doi: 10.1016/j.bbamem.2011.04.008).
69. Ongena M., Jourdan E., Adam A., Paquot M., Brans A., Joris B., Arpigny J.‐L., Thonart P.Surfactin and fengycin lipopeptides of Bacillus subtilis as elicitors of induced systemic resistance in plants. Environmental Microbiology,2007,9(4): 1084-1090 (doi: 10.3389/fmicb.2019.02327).
70. De Vleesschauwer D., Höfte M. Rhizobacteria-induced systemic resistance. Advances in Botanical Research, 2009, 51: 223-281 (doi: 10.1016/S0065-2296(09)51006-3).
71. Четвериков С.П., Сулейманова Л.Р., Логинов О.Н. Комплексообразование триглицеридпептидов псевдомонад с корневыми экссудатами растений как механизм воздействия на фитопатогены. Прикладная биохимия и микробиология, 2009, 45(5): 565-570.
72. Luo S., Xu T., Chen L., Chen J., Rao C., Xiao X., Wan Y., Zeng G., Long F., Liu C., Liu Y. Endophyte-assisted promotion of biomass production and metal-uptake of еnergy crop sweet sorghum by plant-growth-promoting endophyte Bacillus sp. SLS18. Applied Microbiology and Biotechnology, 2012, 93(4):1745-1753 (doi: 10.1007/s00253-011-3483-0).
73. Bakker P.A.H.M., Pieterse C.M.J., van Loon L.C.Induced systemic resistance by fluorescent Pseudomonas spp. Phytopathology, 2007, 97(2): 239-243 (doi: 10.1094/PHYTO-97-2-0239)
74. De Vleesschauwer D., Djavaheri M., Bakker P.A.H.M., Höfte M. Pseudomonas fluorescens WCS374r-induced systemic resistance in rice against Magnaporthe oryzae is based on pseudobactin-mediated priming for a salicylic acid-repressible multifaceted defense response. Plant Physiology, 2008, 148(4): 1996-2012 (doi: 10.1104/pp.108.127878).
75. Nikoo F.S., Sahebani N, Aminian H. Induction of systemic resistance and defense-related enzymes in tomato plants using Pseudomonas fluorescens CHAO and salicylic acid against root-knot nematode Meloidogyne javanica. Journal of Plant Protection Research, 2014, 54(4): 383-398(doi: 10.2478/jppr-2014-0057).
76. Lachin Mokhtarnejad, Reza Ghaderi, De Vleesschauwer D., Djavaheri M., Bakker P.A.H.M., Höfte M. Pseudomonas fluorescens WCS374r-induced systemic resistance in rice against Magnaporthe oryzae is based on pseudobactin-mediated priming for a salicylic acid-repressible multifaceted defense response. Plant Physiology, 2008, 148(4): 1996-2012 (doi: 10.1104/pp.108.127878).
77. Павлюшин В.А., Вилкова Н.А., Сухорученко Г.И., Нефедова Л.И. Новая парадигма развития защиты растений. Программы управления фитосанитарным состоянием агроэкосистем. Мат. 9-й Международной научно-практической конференции «Биологическая защита растений — основа стабилизации агроэкосистем». Краснодар, 2016: 504-508.
78. Новикова И.И. Биоценотическое значение микробов-антагонистов в фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. В сб.: Биологические средства защиты растений, технологии их изготовления и применения. СПб—Пушкин,2005: 303-332.
79. Головлев Е.Л. Экологическая стратегия бактерий: специфика проблемы. Микробиология, 2001, 70(4): 437-443.
80. Головлев Е.Л. Метастабильность фенотипа у бактерий. Микробиология,1998, 67(2): 149-155.
81. Биология отдельных групп актиномицетов /Под ред. Н.А. Красильникова. М., 1965.
82. Зенова Г.М., Звягинцев Д.Г., Манучарова Н.А., Степанова О.А., Чернов И.Ю. Актиномицетный комплекс светлого серозема предгорной равнины Копетдага. Почвоведение, 2016, 10: 1214-1217 (doi: 10.7868/S0032180X16100166).
83. Зенова Г.М., Дуброва Н.С., Грачева Т.А., Кузнецова А.И., Степанова О.А., Чернов И.Ю., Манучарова А.С. Актиномицетные комплексы почв Приэльтонья. Вестник Московского университета, 2016, 17(4): 43-46.
84. Шенин Ю.Д., Новикова И.И., Кругликова Л.Ф., Калько Г.В. Характеристика алирина В[1] — основного компонента фунгицидного препарата, продуцируемого штаммом Bacillus subtilis 10-ВИЗР. Антибиотики и химиотерапия, 1995, 40(5): 3-7. 
85. Novikova I.I., Shenin Y.D. Isolation, identification, and antifungal activity of a Gamair complex formed by Bacillus subtilis M-22, a producer of a biopreparation for plant protection from mycoses and bacterioses. Applied Biochemistry and Microbiology, 2011, 47(9): 817-826 (doi: 10.1134/S0003683811090031).
86. Шенин Ю.Д., Новикова И.И., Каминский Г.В., Иванова И.А. Алириномицин С — новый макролидный антибиотик из Streptomyces felleus S-8 ВИЗР. Антибиотики и химиотерапия, 2001, 46(2): 10-16.
87. Новикова И.И., Шенин Ю.Д., Цыпленков А.Е., Фоминых Т.С., Суика П.В., Бойкова И.В. Биологические особенности пептидов и гептаеновых ароматических макролидов, выделенных из Streptomyceschrysomallus Р-21 и S. globisporus Л-242 — штаммов-про-дуцентов полифункциональных биопрепаратов Хризомал и Глоберин для защиты растений от болезней разной этиологии. Вестник защиты растений, 2009, 2: 3-19.
88. Шенин Ю.Д., Новикова И.И., Суика П.В. Выделение и характеристика антибиотиков, продуцируемых Streptomyceschrysomallus P-21 и S. globisporus Л-242. Биотехнология, 2010, 2: 41-53.
89. Новикова И.И. Микробиологическая защита растений — основа фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. Защита и карантин растений, 2017, 4: 3-6.
90. Основные итоги работы Российской академии сельскохозяйственных наук за 2013 год. М., 2014.
91. Отчет отделения сельскохозяйственных наук РАН о выполнении фундаментальных и поисковых научных исследований в 2014 году. М., 2015.
92. Отчет отделения сельскохозяйственных наук РАН о выполнении фундаментальных и поисковых научных исследований в 2014-2016 гг. М., 2017.
93. Штерншис М.В. Тенденции развития биотехнологии микробных средств защиты растений в России. Вестник Томского государственного университета. Биология, 2012, 2(18): 92-100.
94. Белякова Н.А., Павлюшин В.А. Концепция развития биологической защиты растений. Мат. 3-го Всероссийского съезда по защите растений. СПб, 2013, т. 2: 7-10.

ORCID:
Pavlyushin V.A. orcid.org/0000-0002-4727-8750
Boykova I.V. orcid.org/0000-0001-6268-7301
Novikova I.I. orcid.org/0000-0003-2816-2151

Phytosanitary optimization of agroecosystems targeted to control harmful arthropods and plant pathogens should use a complex of multifunctional biologics based on microbial antagonists of pathogens, producers of bioactive substances and entomopathogens (V.D. Nadykta et al., 2010; Rohini et al.; 2016, M. Ghorbanpour et al., 2017). The most promising microbial strains for plant protection are those possessing not only a direct target effect but also the ability to increase plant disease resistance due to phytoregulatory activity (I.I. Novikova, 2016). The holistic concept of microbiological protection involves the development and use of biological products based on living cultures of entomopathogenic microorganisms and antagonistic microbes with preventive and prolonged action, as well as formulations based on metabolite complexes to quickly reduce the density of phytopathogen populations (I.I. Novikova et al., 2016). Creating multifunctional biological products for plant protection is based on technological strains with high biological activity that are safe for humans and warm-blooded animals. It has been shown that the role of entomopathogenic viruses, microsporidia, bacteria and fungi in the dynamics of the number of phytophagous insects is determined by the type of pathogenesis (obligate or facultative). In case of intracellular obligate parasitism of baculoviruses and microsporidia, mass epizootics were observed in unpaired silkworms (Lymantria dispar Linnaeus), leafworms (family Tortricidae Latreille), cabbage whitewash (Pieris brassicae Linnaeus), meadow and corn moths (Loxostege sticticalis Linnaeus, Ostrinia nubilalis Hübner), ginger pine (Neodiprion sertifer Geoffroy) and black bread (Cephus pygmeus Linnaeus) sawflies, Siberian silkworm (Dendrolimus sibiricus Tschetverikov), cotton (Helicoverpa armigera Hübner) and gray grain scoops (Apamea anceps Denis & Schiffermüller) (I.V. Issy, 1986; A. Vey et al., 1989; A.N. Frolov et al., 2008; V.A. Pavlyushin et al., 2013). The regulatory role of Entomophthora infection is most pronounced in various species of aphids and some species of locusts (G.R. Lednev et al., 2013). For facultative parasitism which is characteristic of entomopathogenic fungi of genera Beauveria, Metarhizium, Lecanicillium, etc. (E. Quessada-Moraga et al., 2004), as well as bacteria of Bacillus thuringiensis group (N.V. Kandybin, 1989) and genus Xenorhabdus members, the most important factor of virulence is toxigenicity against host insects (M. Faria et al., 2007). Hydrolytic enzymes (chitinases, lipases, proteases), toxins, and antiphagocytic defense are factors of virulence of entomopathogenic fungi. Microbiological protection of plants from diseases is based on the use of highly competitive strains that synthesize complexes of hydrolases and biologically active compounds and efficiently colonize suitable ecological niches (I.V. Maksimov et al., 2015; I.I. Novikova, 2016; I.I. Novikova et al., 2016). A number of active compounds produced by rhizosphere microorganisms possess elicitor activity and trigger induced resistance (J.W. Kloepper et al., 2009; N. Ohkama-Ohtsu et al., 2010). The effectiveness of biologicals developed at the All-Russian Research Institute of Plant Protection against the main harmful diseases of crops reaches 60-90%, which provides a 20-25 % increase in productivity and improves the quality of crop production (I.I. Novikova, 2017). The plant microbiological protection concept relies on the search for promising producers of novel biologicals among wider range of microbial species and strains, on the design of new formulations optimal in specific environmental conditions, and on biological plant protection and integrated plant protection management which combines biological products for various purposes depending on the specific complex of plant pathogens and the local phytosanitary situation in general (N.A. Belyakova et al., 2013).

Keywords: biologicals, bio-effectiveness, entomopathogenic microorganisms, antagonist microbes, harmful arthropods, plant pathogenic fungi, plant pathogenic bacteria, usable pesticide preparation, bioactive complexes, elicitors.