Кіріспе
Бөжәктерге шабуыл жасайтын жіп құрттар тобы. Энтомопатогенді нематодалар (ЭПН) – жәндіктерге өлім келтіретін нематодалардың тобы. "Энтомопатогендік" термині грек тілінен шыққан, онда "энтомон" – жәндік, ал "патогендік" – ауру тудырушы деген мағынаны білдіреді. Олар микробтық патогендер мен жыртқыштар/паразиттер арасындағы биологиялық бақылаудың орталық орнын иеленетін жануарлар. Көптеген басқа паразиттік жіп құрттар тірі организмдерде ауру тудырса (оларды стерильдендіре немесе әлсірете), энтомопатогенді нематодалар тек жәндіктерге ғана жұғады. Энтомопатогенді нематодалар (ЭПН) жұқтырған жәндіктің ішінде паразиттік тіршілік етеді, сондықтан оларды эндопаразиттік деп атайды. Олар топырақта тіршілік ететін көптеген жәндік түрлерін жұқтырады, мысалы, көбелектердің, құмырсқалардың, шыбыштардың және қоңыздардың дернәсілдерін, сондай-ақ қоңыздардың, шегірткелердің және жұлдызкөздердің ересектерін. ЭПН-лер әлемнің әртүрлі экологиялық орталарында кездеседі. Олар өте әртүрлі, күрделі және мамандандырылған. Ең көп зерттелген энтомопатогенді нематодалар – зиянды жәндіктерді биологиялық бақылауда қолдануға болатын Steinernematidae және Heterorhabditidae отбасыларының өкілдері. Олар биологиялық бақылау қасиеттерінің оңтайлы тепе-теңдігіне ие жалғыз жәндік паразиттік нематодалар болып табылады.
Entomopathogenic nematodes (EPN) are a group of nematodes (thread worms), that cause death to insects. The term entomopathogenic has a Greek origin, with entomon, meaning insect, and pathogenic, which means causing disease. They are animals that occupy a bio control middle ground between microbial pathogens and predator/parasitoids. Although many other parasitic thread worms cause diseases in living organisms (sterilizing or otherwise debilitating their host), entomopathogenic nematodes are specific in only infecting insects. Entomopathogenic nematodes (EPNs) live parasitically inside the infected insect host, and so they are termed as endoparasitic. They infect many different types of insects living in the soil like the larval forms of moths, butterflies, flies and beetles as well as adult forms of beetles, grasshoppers and crickets. EPNs have been found all over the world in a range of ecologically diverse habitats. They are highly diverse, complex and specialized. The most commonly studied entomopathogenic nematodes are those that can be used in the biological control of harmful insects, the members of Steinernematidae and Heterorhabditidae. They are the only insect parasitic nematodes possessing an optimal balance of biological control attributes.
Өмірлік цикл
Экономикалық маңыздылығы жоғары болғандықтан, Heterorhabditidae және Steinernematidae тұқымдастарына жататын түрлердің өмірлік циклдері жақсы зерттелген. Филогенетикалық тұрғыдан тығыз байланысты болмаса да, олардың екеуінің де өмір тарихы ұқсас (Poinar 1993). Цикл жұқпалы жасөспірімдерден басталады, олардың жалғыз міндеті – жаңа қожайынды іздеп табу және жұқтыру. Қожайын табылған кезде нематодалар жәндіктің дене қуысына, әдетте табиғи ашылулар (ауыз, анус, спиракулалар) немесе жұқа қабықшалы жерлер арқылы еніп кіреді. (Шапиро Илан, Дэвид И. және Рэнди Гоглер. "Нематодтар") Жәндік ішіне енгеннен кейін, жұқпалы жасөспірімдер өз ішегінен тез көбейетін симбиоздық бактерияны босатады. Бұл бактериялар Xenorhabdus немесе Photorhabdus тұқымдасына жатады, тиісінше Steinerernematidae және Heterorhabditidae үшін, олар 24–48 сағат ішінде қожайынның өліміне себеп болады. Нематодалар бактерияларға пана береді, ал бактериялар қожайын жәндікті өлтіріп, нематодаға қоректік заттармен қамтамасыз етеді. Бұл симбиоз болмаса, ешбір нематода энтомопаразит ретінде әрекет ете алмайды. Нематодалар мен бактериялар бірге сұйыла бастаған қожайынмен қоректенеді және дене ішінде бірнеше буынға көбейіп, J2-ден J4-ке дейін өсу кезеңдерінен өтіп ересекке жетеді. Steinerernematidae-дің жұқпалы жасөспірімдері еркек немесе ұрғашыға айналуы мүмкін, ал Heterorhabditidae өзін-өзі ұрықтандыратын гермафродиттерге айналады, ал келесі буындар екі жынысты да тудырады. Қожайындағы қоректік заттар азайған кезде ересек нематодалар сыртқы ортаға төтеп беруге бейімделген жаңа жұқпалы жасөспірімдерді шығарады. ЭПН-нің өмірлік циклы бірнеше күннің ішінде аяқталады. (Шапиро Илан, Дэвид И. және Рэнди Гоглер. "Нематодтар") Шамамен бір аптадан кейін жүздеген мыңдаған жұқпалы жасөспірімдер пайда болып, жаңа қожайынды іздеп кетеді, сонымен қатар ішкі қожайын ортасынан алынған симбиоздық бактерияларды тасымалдайды (Boemare 2002, Gaugler 2006). Олардың өсуі мен көбеюі бактерияның қожайын денесінде құрған жағдайларына байланысты. Нематода бактериясы қожайынның қорғанысын жеңуге көмектесетін иммундық емес ақуыздарды да өндіреді (Шапиро Илан, Дэвид И. және Рэнди Гоглер. "Нематодтар").
Азық-түлік стратегиясы
Энтомопатогенді нематодалардың азық іздеу стратегиясы түрлер арасында әртүрлі болып келеді, бұл олардың топыраққа таралу тереңдігіне және қожайын таңдауына әсер етеді. Жұқпалы жасөспірімдер қожайынды табу үшін әртүрлі стратегияларды қолданады, олар қоршау және іздеу (Campbell 1997) сияқты түрлерге бөлінеді. Аңды аңдып алу үшін, кейбір Steinernema түрлері никтация жасайды, яғни денелерін топырақтан көтеріп, өте ірі жәндіктерге жабысуға қолайлы жағдай туғызады (Campbell and Gaugler 1993). Көптеген Steinernema денелерін дөңгелек қылып бүгіп, энергия жинақтап, оны босатқанда ауаға секіріп ұша алады (Campbell and Kaya 2000). Ал басқа түрлер іздеу стратегиясын қабылдап, сирек никтация жасайды. Олардың орнына топырақты аралап, әлеуетті қожайындарды іздейді. Осы азық іздеу стратегиялары нематодалардың қай қожайындарды жұқтыруына әсер етеді. Мысалы, Steinernema carpocapsae сияқты аң аулаушылар топырақ бетіндегі жәндіктерді көптеп жұқтырады, ал Heterorhabditis bacteriophora сияқты іздеушілер топырақтың терең қабаттарында тіршілік ететін жәндіктерге жұғады (Campbell and Gaugler 1993).
Бәсеке және қатар өмір сүру
Жәндіктердің ішінде ЭПН-лер түр ішіндегі және түрлер арасындағы бәсекелестікке тап болады. Түр ішіндегі бәсекелестік бір түрге жататын нематодтар арасында, егер қожайынға енетін жұқпалы жас организмдердің саны қол жетімді ресурстардан асып кеткенде пайда болады. Түрлер арасындағы бәсекелестік әртүрлі түрлер ресурстар үшін бәсекелескенде жүзеге асады. Екі жағдайда да жеке нематодтар бір ресурсты тұтыну арқылы бір-бірімен тікелей бәсекелеспейді, бірақ олардың тіршілік қабілетін төмендетеді және бұл қожайынның ішінде бір түрдің жойылуына әкелуі мүмкін (Koppenhofer and Kaya 1996). Тікелей бәсекелестік те болуы мүмкін, онда түрлер тікелей өзара әрекеттеседі. Мысалы, қожайынды бірінші жұқтырған Steinernematid түрі әдетте Heterorhabditid түрін ығыстырып шығарады. Мұндай басымдыққа Xenorhabdus симбиозды бактериясы шығаратын антибиотиктер себеп болуы мүмкін. Бұл антибиотиктер Heterorhabditid-тің симбиозды бактериясының көбеюіне кедергі келтіреді (Kaya and Koppenhofer 1996). Бәсекелестіктен қашу үшін, кейбір жұқпалы жас организмдер қожайынға ену алдында оның сапасын бағалай алады. S. carpocapsae жұқпалы жас организмдері 24 сағаттан астам инфекцияланған қожайындардан, мүмкін өз түрлерінің мутуалды бактерияларының иісіне байланысты, қашықтайды (Grewal et al. 1997). Нематод түрлері арасындағы түрлер арасындағы бәсекелестік қожайыннан тыс жердегі топырақ ортасында да болуы мүмкін. Millar and Barbercheck (2001) енгізілген Steinernema riobrave нематодының шығарылғаннан кейін бір жылға дейін қоршаған ортада тірі қалып, сақталуын көрсетті. S. riobrave эндемикалық H. bacteriophora нематодының табылуын айтарлықтай төмендетті, бірақ оны екі жыл бойы үнемі енгізілгеннен кейін де толығымен ығыстыра алмады. S. riobrave жергілікті нематода S. carpocapsae популяциясына әсер етпеді, бұл олардың бірге тіршілік етуі мүмкін екенін көрсетеді. Нишалық айырмашылықтар нематодтар арасындағы бәсекелестікті шектейді. Әртүрлі азық іздеу стратегиялары екі түрдің бір ортада бірге тіршілік етуіне мүмкіндік береді. Азық іздеудің әртүрлі әдістері нематодтарды кеңістікте бөліп, оларға әртүрлі қожайындарды жұқтыруға мүмкіндік береді. ЭПН-лер де дақтар бойынша таралады, бұл олардың өзара әрекеттесуін шектейді және бірге тіршілік етуді одан әрі қолдайды (Kaya and Koppenhofer 1996).
Халықтың таралуы
Энтомопатогенді нематодалар әдетте кеңістікте және уақытта өзгеріп отыратын, бірақ түрлеріне қарай дағдылы таралумен кездеседі (Льюис, 2002). Мұндай жиынтық таралуға жауапты факторларға мінез-құлық, сондай-ақ нематодаларды ұстаушы саңырауқұлақтар сияқты нематодалардың табиғи жауларының кеңістіктік және уақытша өзгеруі жатады. Нематодалардың таралу мүмкіндігі де шектеулі. Бір қожайыннан көптеген жұқпалы жас организмдер пайда болады, олар да жиынтықтарды құрай алады. ЕҚН-нің дағдылы таралуы топырақтағы қожайындар мен қоректік заттардың тең емес таралуын көрсетеді (Льюис және басқалар, 1998; Стюарт және Гоглер, 1994; Кэмпбелл және басқалар, 1997, 1998). ЕҚН-лер метапопуляция ретінде сақталуы мүмкін, онда жергілікті популяция фрагменттері жойылуға өте сезімтал және асинхронды түрде өзгеруі мүмкін (Льюис және басқалар, 1998). Метапопуляция тұтастай алғанда, отарлау жылдамдығы популяцияның жойылу жылдамдығынан жоғары немесе тең болғанша сақталуы мүмкін (Льюис және басқалар, 1998). Жаңа популяциялардың пайда болуы және дағдылар арасындағы қозғалыс жұқпалы жас организмдердің немесе жұқтырған қожайынның қозғалысына байланысты болуы мүмкін (Льюис және басқалар, 1998). Жақындағы зерттеулер ЕҚН-нің тасымалдау үшін изоподтар мен жер құрттары сияқты қожайын емес жануарларды пайдалануы мүмкін екенін (Eng және басқалар, 2005; Shapiro және басқалар, 1993) немесе олардың қоқыс жегіштер болатынын (San Blas және Gowen, 2008) көрсетеді.
Қоғамдастық экология
Паразиттер өздерінің иелеріне, сондай-ақ олар мен иелері жататын қауымдастықтардың құрылымына маңызды әсер ете алады (Minchella and Scott 1991). Энтомопатогенді нематодалар өсімдіктер мен олардың қожайын жәндіктердің популяциясын, сондай-ақ айналасындағы топырақ жануарлар қауымдастығының түр құрамын қалыптастыруға потенциал ие. Энтомопатогенді нематодалар өздерінің қожайын жәндіктерінің популяциясына жекелеген дарақтарды өлтіру және тұтыну арқылы әсер етеді. ЕҚН-ның көбірек мөлшері егістік ортасына қосылғанда, әдетте, белгілі бір концентрацияда, қожайын жәндіктердің саны байқалатын деңгейде төмендейді (Campbell et al. 1998, Strong et al. 1996). Ауыл шаруашылығы осы жайтты пайдаланады, ал EPN-ді көптеп шашу арқылы цитрус, жусан, газон және жеміс ағаштарындағы топырақ жәндіктерінің зиянкестерінің популяциясын тиімді бақылауға болады (Lewis et al. 1998). Егер энтомопатогенді нематодалар жәндіктердің тамырды жейтін популяциясын басып тастаса, олар өсімдіктерді жайылым қысымынан босату арқылы жанама түрде пайда әкеледі. Бұл – азық тізбегінің жоғарғы деңгейіндегі тұтынушылардың (нематодалар) төменгі деңгейдегі ресурстардың (өсімдіктердің) санына әсер ететін трофикалық каскадтың мысалы. Өсімдіктер өздерінің шөп жейтін жауларының әсерінен пайда көре алады деген идея биологиялық бақылау принципіне негізделген. Сәйкесінше, EPN биологиялық зерттеулерінің көп бөлігі ауыл шаруашылығы қолданыстарымен жетектеледі. Энтомопатогенді нематодалардың жоғарыдан төменге қарайғы әсерінің мысалдары ауыл шаруашылығы жүйелерімен ғана шектелмейді. Bodega Marine Laboratory зерттеушілері табиғи түрде кездесетін EPN-нің олардың экожүйелеріне қаншалықты күшті әсер ететінін зерттеді (Strong et al. 1996). Жағалаудағы бұталы жерлердегі азық тізбегінде жергілікті EPN, Heterorhabditis heplialus, көбелек гусеницаларын паразиттік етіп, ал гусеницалар бұталық люпиннің тамырларын жеді. H. heplialus-тің болуы гусеницалардың санының төмендеуімен және өсімдіктердің жақсырақ болуымен байланысты. Сонымен қатар, зерттеушілер EPN-нің болмауы жағдайында бұталық люпиннің өлімі жоғары екенін байқады. Соңғы 40 жылдағы әуеден түсірілген суреттерден нематодтар көп таралған жерлерде люпиннің өлімі аз немесе мүлдем болмағаны көрінеді. Алайда, нематодтардың аз таралған жерлерінде суреттер люпиннің қайта-қайта өліп жатқанын көрсетті. Бұл нәтижелер нематодтың көбелек гусеницасының табиғи жауы екенін және өсімдікті зақымданудан қорғайтынын көрсетті. Авторлар өзара әрекеттесудің бұталық люпиннің популяциялық динамикасына әсер ету үшін жеткілікті күшті екенін ұсынды (Strong et al. 1996). Энтомопатогенді нематодалар тек өздерінің қожайын жәндіктеріне ғана емес, топырақ қауымдастығының түр құрамын да өзгерте алады. Көптеген таныс жануарлар, мысалы, құрттар мен жәндік дернәсілдері топырақта өмір сүреді, бірақ мителер, коллемболалар және нематодалар сияқты кішірек омыртқасыздар да көптеген кездеседі. EPN-нен басқа, топырақ экожүйесіне жыртқыш, бактерия жегіш, саңырауқұлақ жегіш және өсімдік паразиттік нематода түрлері кіреді. EPN ауыл шаруашылығы жүйелерінде белгілі бір мөлшерде қолданылатындықтан, топырақ экожүйесіне күтілмеген салдарлардың тию ықтималдығы жоғары. EPN мителер мен коллемболалар популяциясына кері әсер тигізбеді (Georgis et al. 1991), бірақ олардың басқа нематодалардың түрлерінің әртүрлілігіне әсер ететініне айқын дәлелдер бар. Гольф алаңының экожүйесінде H. bacteriophora, енгізілген нематоданың қолданылуы нематодалар қауымдастығының саны, түрлердің байлығы, жетілуі және әртүрлілігін едәуір төмендетті (Somaseker et al. 2002). EPN еркін тіршілік ететін нематодаларға әсер етпеді. Алайда, өсімдік тамырындағы өсінділерде жиі қалған өсімдік паразиттік нематодаларының саны азайды. Жәндік паразиттік нематодалардың өсімдік паразиттік нематодаларға қалай әсер ететіні әлі белгісіз. Бұл әсер өсімдік паразиттік нематодалар егінге зиян келтіретін ауыл шаруашылығы жүйелері үшін пайдалы деп есептелгенімен, басқа қандай әсерлер болуы мүмкін деген сұрақ туындайды. EPN-нің топырақ қауымдастықтарына тигізетін әсерлері туралы болашақ зерттеулер осы өзара әрекеттесуді жақсырақ түсінуге көмектеседі. Жер үсті қауымдастықтарында EPN-нің басқа жануарларға тигізетін жанама әсері аз. Бір зерттеуде Steinernema felidae және Heterorhabditis megidis түрлерін түрлі ауыл шаруашылығы және табиғи мекендерде қолданғанда зиянкес емес буынтық аяқтыларға тигізетін әсері аз екені көрсетілді. Алайда, зиянкес емес құрттар мен шыбындар түрлеріне аз ғана әсер тиді (Bathon 1996). Химиялық пестицидтерден айырмашылығы, EPN адамдар мен басқа омыртқалы жануарлар үшін қауіпсіз деп саналады.
Қиындықтар
Жиі болатын бұзылыстар ауыл шаруашылығы мекендемелерін алаңдатады және бұзылыстарға жауап беру ЭПН түрлері арасында әртүрлі болады. Дәстүрлі ауыл шаруашылығы жүйелерінде топырақ өңдеу топырақ экожүйесін бұзады, биотикалық және абиотикалық факторларға әсер етеді. Мысалы, өңделген топырақта микроорганизмдер, буынтық аяқталғандар және нематодалардың түрлік әртүрлілігі төмендейді (Lupwayi et al. 1998 ж.). Өңделген топырақта ылғал аз және температура жоғары болады. Әртүрлі ЭПН түрлерінің топырақ өңдеуге төзімділігін зерттеген бір зерттеуде, жергілікті H. bacteriophora нематодасының тығыздығы топырақ өңдеуге байланысты өзгермеген, ал енгізілген S. carpocapsae нематодасының тығыздығы азайды. Жүйеге енгізілген үшінші нематода, Steinernema riobrave, топырақ өңдеумен бірге көбейді (Millar and Barbercheck 2002). Температура және топырақ тереңдігіне қатысты мекен орындарының ерекшеліктері нематодалардың бұзылыстарға әртүрлі жауап беруін жартылай түсіндіруге болады. S. carpocapsae топырақ бетіне жақын болуды қалайды, сондықтан ол H. bacteriophora-ға қарағанда топырақ бұзылуына осал, ол тереңірек ізденеді және топырақ өңдеудің әсерінен қаша алады. S. riobrave топырақ өңдеуге жақсы жауап берген болуы мүмкін, себебі ол топырақ өңдеуден туындаған ыстық және құрғақ жағдайларда жақсы тіршілік етеді және сақталады (Millar and Barbercheck 2002). Деректер Steinernema sp.-нің Индонезияның кейбір аймақтарында табылған түрлерінің, басқа аймаққа немесе жағдайға қолданғанда жоғары бейімделу қабілетін көрсетті (Антон Мухибуддин, 2008). ЭПН-нің басқа да бұзылу түрлеріне реакциясы толыққанды зерттелмеген. Нематодаларға кейбір пестицидтер әсер етпейді және олар су тасқынынан аман қалады. Өрт сияқты табиғи бұзылыстардың әсері зерттелмеген.
Қолданбалар
Биологиялық бақылау индустриясы 1980-жылдардан бері ЭПН-ді мойындаса да, олардың табиғи және басқарылатын экожүйелердегі биологиясы туралы түсінік салыстырмалы түрде аз (Georgis 2002). Нематодтардың қожайынмен өзара әрекеттесуі жеткілікті зерттелмеген, ал *Steinernema* және *Heterorhabditis* түрлерінің танылған табиғи қожайындарының жартысынан астамы әлі белгісіз (Akhurst and Smith 2002). Табиғи түрде жұқтырған қожайындардың оқшауланған түрлері сирек кездесетіндіктен, ақпарат жетіспейді, сондықтан жергілікті нематодтарды көбінесе *Galleria mellonella* – паразиттік инфекцияға өте сезімтал лепидоптермен сәукелестіреді. ЭПН-нің кең хост-спектрін көрсеткен зертханалық зерттеулер көбінесе шамадан тыс бағаланды, себебі зертхана жағдайында қожайынмен байланыс қамтамасыз етіледі және орта жағдайлары идеалды; инфекцияға «экологиялық тосқауылдар» жоқ (Kaya and Gaugler 1993, Gaugler et al. 1997). Сондықтан, талдау нәтижелерімен бастапқыда болжанған кең хост-спектрі әрқашан инсектицидтік сәттілікке әкелмейді. Нематодтар жаппай өндіріске ыңғайлы және арнайы қолдану жабдығын қажет етпейді, өйткені олар стандартты агрохимиялық жабдықпен үйлесімді, соның ішінде әртүрлі шашыратқыштар (мысалы, рюкзак, қысымды, тұманды, электростатикалық, желдеткішті және әуе шашыратқыштар) және суару жүйелерімен (Cranshaw, & Zimmerman 2013). Нематодтардың экологиясы туралы білімнің жетіспеуі даладағы зиянкестерді бақылауда күтпеген сәтсіздіктерге соқтырды. Мысалы, паразиттік нематодтардың жүзуге қабілетсіздігіне байланысты олар қара құрттар мен масаларға қарсы мүлдем тиімді емес екені анықталды (Lewis et al. 1998). Жапырақтарды жейтін зиянкестерді ЭПН-мен бақылауға жасалған тыраштандырулар да сәтсіз аяқталды, себебі нематодтар ультракүлгін сәулелерге және құрғақшылыққа өте сезімтал (Lewis et al. 1998). Нематодтар мен нысаналы зиянкестердің тіршілік циклын салыстыру мұндай сәтсіздіктерді түсіндіруге көмектеседі (Gaugler et al. 1997). Әр нематод түрінің ерекше қасиеттері бар, оның ішінде әртүрлі орталық төзімділік, таралу бейімділігі және азық іздеу мінез-құлқы (Lewis et al. 1998). ЭПН популяциясына әсер ететін факторлар туралы білімнің артуы және олардың қоғамдастықтағы әсері биологиялық бақылау агенттері ретінде олардың тиімділігін арттыруы мүмкін. Соңғы зерттеулер көрсеткендей, Солтүстік Америкадағы жеміс бақтарындағы алхордың биологиялық бақылауы үшін *Steinernematids* және *Heterorhabditids* екі ЭПН-нің комбинациясын қолдану, жәндіктің даму сатысына, емдеу уақытына және дала жағдайларына байланысты даладағы популяцияны 70–90% дейін азайтуға мүмкіндік береді. ЭҚҚ-ның тиімділігін бағалау үшін тағы да зерттеулер жүргізілуде, олар химиялық препараттарға қарағанда тиімдірек шешім ретінде органикалық өндірушілер үшін биологиялық бақылау агенті ретінде қолданылады (Agnello, Jentsch, Shield, Testa, and Keller 2014).