آفت کش های میکروبی

به چند دلیل از جمله مسائل زیست محیطی کاربرد مواد بیولوژیک برای کنترل آفات طی سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. عوامل بیولوژیکی گوناگونی شناخته شده اند که در کنترل آفات موثرند که می توان به باکتری ها، قارچ ها، ویروس ها، نماتودها و پروتوزوئرها  اشاره کرد که آنها را تحت عنوان حشره کش های میکروبی می نامند.  
باکتری ها :از میان عوامل بیماری زا، باکتری ها بیش تر از همه مورد استفاده قرار گرفته اند . در حال حاضر 4 گونه از باکتری های اسپورزا از جنس Bacillus  برای مبارزه با آفات به کار می روند که عبارت اند از :
 Bacillus thuringiensis  یا   Bt
Bacillus  popillae
Bacillus  lentimorbus
Bacillus  sphaericus
Bt پر مصرف ترین حشره کش  بیولوژیکی است. Bt یک باکتری هوازی گرم مثبت است که به طور معمول در طبیعت یافت می شود . اولین بار در سال 1902 از لارو کرم ابریشم جدا شد .
مکانیسم عمل Bt :
Bt در طی اسپوردهی ، پروتئین هایی تولید می کند که به پروتئین های کریستالی و متلاشی کننده سلول موسوم اند. پروتئین های کریستالی که مهم ترین عامل تاثیر گذارهستند ، به شکل دو هرمی و یا مکعبی اند. برای اینکه کریستال   Bt بتواند حشره را از پای درآورد ، باید خورده شود . وقتی این کریستال در محیط قلیایی معده میانی پروانه ها که pH  آن 9- 11 است ، هضم می گردد ، پروتئین هایی به نام دلتا اندوتوکسین که جرم مولکولی آن بین 130-140کیلو دالتون است آزاد می گردد. این پروتئین ها(پروتوکسین ها) توسط پروتئاز روده میانی به توکسین فعال تبدیل می شوند . توکسین فعال شده با سلول های پوششی روده میانی لارو برهم کنش می دهد و به هم پیوستگی غشا را مختل می کند . در حقیقت توکسین بعد از پیوند شدن به پرزهای غشای روده میانی منافذ ریزی را به وجود می آورد . این عمل منجر به متورم شدن سلول و متلاشی شدن آن می شود که فلج دستگاه گوارش و مرگ حشره را به دنبال دارد . دلایل نشان می دهد که احتمالا اثر کریستال بر روی حشره به علت وجود یک سری گیرنده پروتئین در غشای سیتوپلاسمی سلول های پوششی معده حشره است که از پروتئین گلاکوسیلاته تشکیل شده اند . آزمایش ها نشان داده است که توکسین به طور اختصاصی به کیسه های پرزهای حاشیه ای غشا پیوند می شود .
سه فرضیه درباره چگونگی تاثیر کریستال های Bt   روی حشره وجود دارد ، که عبارتند از :
توکسین های Bt  مستقیما ATPase های غشای سیتوپلاسمی را مهار می کنند .
توکسین های Bt نفوذپذیری K+   را افزایش می دهند .
توکسین ها یک منفذ غیر اختصاصی ایجاد می کنند .
توکسین فعال شده از نظر ساختمانی به سه دامنه (بخش) تقسیم می شود . بخش اول پایانه ایست که بخش سمی کریستال را تشکیل می دهد و  شامل چندین قسمت محافظت شده هیدروفوب است . دو بخش دیگر هم وجود دارد که از آمینو اسید تشکیل شده اند . یکی از فرضیه های مهم که غالبا به آن اشاره می شود ، به شرح زیر است :
بخشی از توکسین به گیرنده ای که در سطح غشای معده میانی حشره وجود دارد و دارای کشش زیادی است پیوند می شود . البته بخش کربوهیدراتی گیرنده در این پیوند درگیر نیست . سپس بخش سمی توکسین تغییر شکل داده و وارد غشای سلول می شود . ( شکل ) وارد شدن چند مولکول توکسین به غشای سلول در کنار هم ، یک منفذ را تشکیل می دهند و جریان مولکول های آب  ، یون های فلزی و مولکول های کوچک منجر به ، به هم خوردن توازن اسمزی می شود . این عمل منجر به اختلال در شیب های الکتریکی K+ وpH خواهد شد . در نتیجه توکسین باعث مهار شدن جذب فنیل آلانین که به شیب یون های K+ و Na+ وابسته است می گردد . سلول هایی که تحت تاثیر کریستال توکسین قرار گرفته اند ، به نحو قابل توجهی جریان یون های پتاسیم را از درون روده به داخل همولنف افزایش می دهند و فلج تغذیه ای در اثر افزایش جریان یون پتاسیم ، به داخل همولنف روی می دهد .
Bacillus  thuringiensis   سویه kurstaki  بیشترین مصرف را دارد که برای کنترل لارو پروانه ها به کار می رود .
Bacillus  popillae  لارو سوسک ژاپنی را می کشد و ایجاد یک نوع بیماری در حشرات به نام بیماری شیری (milky spore disease  ) می کند ، یعنی حشره سفید می شود ومی میرد . لارو حشره آلوده در زمستان توسط Bacillus  lentimorbus   قهوه ای رنگ می شود .
قارچ ها :
بیش از 500 گونه از قارچ های مختلف با حشرات در ارتباط بوده و بعضی از آن ها بیماری های مهمی در حشرات ایجاد می کنند . آلودگی حشرات به قارچ ها از طریق جلد صورت می گیرد و کمتر از راه دستگاه گوارش است به همین دلیل تحت تاثیر عوامل محیطی قرار دارند به خصوص در مراحل اولیه نیاز به رطوبت نسبی بالایی است و اسپورهایی که آلودگی اولیه را به وجود می آورند معمولا به اشعه ماورای بنفش و خشکی محیط خیلی حساس هستند . از حشره کش های قارچی می توان به  قارچ های Verticillium  lecanii ،  Beauvria  bassiana، Lagenidium  giganteum و ...  نام برد .
  Beauvria bassiana از حشره کش های قارچی مهم می باشدکه به طور طبیعی در خاک سراسر دنیا وجود دارد . این قارچ موجب بیماری های کشنده در حشرات مختلف به وسیله عمل پارازیتی خود می شود . در محیط کشت به صورت کپک سفید رنگ رشد می کند ، در بیش تر محیط های کشت معمول تولید کنیدی های خشک و پودری در توده های اسپوری متمایز می نماید . بیماری که توسط این قارچ ایجاد می شود بیماری موسکاردین سفید (white muscardine ) نامیده می شود .
مکانیسم عمل  Beauvria bassiana :
هنگامی که اسپورهای میکروسکوپی این قارچ با بدن حشره میزبان تماس بر قرار می کنند ، جوانه می زنند ، به کوتیکول نفوذ می کنند ، درون بدن میزبان رشد می کنند و در انتها حشره را از بین می برند . در نهایت یک کپک سفید روی لاشه ی حشره پدیدار می گردد و سپس اسپورهای جدید را ایجاد می نماید . این قارچ می تواند به عنوان یک حشره کش بیولوژیک برای مهار تعدادی از حشرات نظیر سفید بالک ها ، ملخ ها و... مورد استفاده قرار گیرد .
ویروس ها :
از حشره کش های ویروسی می توان به Baculovirusوcydia pomonella granulovirus  نام برد . Baculovirus مهم ترین گروه ویروس های بیمارگر در حشرات هستند که علاوه بر حشرات می توانند در کنه ها و خرچنگ ها نیز ایجاد بیماری کنند .
  Baculovirus  ها را به 3 گروه NPVS  ( نوکلئوپلی هیدرو ویروس ) ، GVS ( گرانولو ویروس ) و ویروس های بدون پوشش تقسیم می کنند . دو گروه NPVS   وGVS   در ایجاد بیماری زایی در بند پایان از اهمیت ویژه ای برخوردار است .
مکانیسم عمل Baculovirus  :
 Baculovirus  به سوی شاخ و برگ پاشیده می شود . کرم درخت ، Baculovirus  را مصرف می کند . پروتئین  Baculovirus DNA  حل شده و DNA وارد سلول های معده می شود . DNA این ویروس در سلول های معده کرم همانند سازی کرده تا سلول های معده پاره شوند . کرم خوردن را متوقف می کند . DNA  ویروس به کلی منتشر شده و کرم دچار یک عفونت سیستمیک عمومی شده و چند روز بعد می میرد .
پروتوزوئرها :
پروتوزوئرهایی که به عنوان حشره کش استفاده می شودگونه هایی در جنسNosema  و Vairimorpha  هستند ، که از آن ها می توان به Nosema  locustae  اشاره کرد .
نماتودها :
نماتودهایی که برای کنترل آفات استفاده می کنند تنها حشرات یا بندپایان راآلوده می کنند که آن ها را entomogenous nematodes می نامند . Steinernema feltiae و Heterorhabditis heliothidis گونه های رایج هستند که به عنوان حشره کش استفاده می کنند .
مکانیسم عملsp    Steinernema:
گونه های steinernema حشرات میزبان را از طریق وارد شدن به منافذ باز بدن مثل دهان ، مقعد و منافذ تنفسی آلوده می کنند . اگر محیط گرم و مرطوب باشد ، این نماتود ها چرخه زندگی خودشان را بین حشرات آلوده کامل می کنند . همزیستی باکتری ها با entomogenous  nematodes   در واقع سبب مرگ حشرات آلوده می گردد . این نماتود ها به دیواره روده نفوذ کرده و وارد حفره بدن شده و باکتری ها آزاد می شوند و میزبان در اثر سپتی سمی می میرد .
استفاده از حشره کش های شیمیایی مشکلاتی نظیر مقاومت آفات و افزایش آگاهی جوامع بشری نسبت به اثرات سوء زیست محیطی آنها باعث شده که استفاده از این ترکیبات منسوخ یا محدود شود و استفاده از حشره کش های میکروبی بیشتر مورد توجه قرار گیرد . حشره کش های میکروبی دارای مزایا و معایبی است .
مزایای حشره کش های میکروبی :
میکرو ارگانیسمهای استفاده شده در حشره کش های میکروبی برای انسان ، حیات وحش و حشرات غیر هدف بیماری زا نیستند .
فعالیت های سمی اکثر حشره کش های میکروبی روی یک گروه از حشرات اختصاصی هستند .
قابل اختلاط با سموم شیمیایی هستند .
بعضی از میکرو ارگانیسم های بیماری زا در محیط به صورت پایدار باقی می مانند .
معایب حشره کش های میکروبی :
حشره کش های میکروبی به دلیل اینکه دارای میزبان اختصاصی هستند ، این محصولات تعداد کمی از گونه های آفات را تحت تاثیر قرار می دهند .
گرما و خشکی هوا و همچنین اشعه ماورای بنفش ، کارایی حشره کش های میکروبی را کم می کند پس زمان به کار گیری آنها غروب آفتاب است .
فرمولاسیون خاص برای ذخیره سازی نیاز دارند .
هزینه های تولید و مصرف آنها بالا است .