Условия возникновения и течения инфекционного процесса у насекомых определяются в первую очередь биологическими свойствами возбудителя, основным из которых является его вирулентность.
В современной микробиологии под вирулентностью понимают степень патогенности данного штамма инфекционного агента для определенного вида животного в конкретных условиях естественного или искусственного заражения.
Проблема вирулентности энтомопатогенных вирусов сложна и слабо разработана. Вся сложность в том, что вирулентность — признак, который находится в тесной зависимости от комплекса различных факторов. Возможность возникновения инфекционного процесса определяется не только дозой и качеством энтомопатогенного вируса, нередко решающее значение имеет состояние макроорганизма.
Энтомопатогенные вирусы меняют вирулентность под действием различных факторов внешней среды как в естественных условиях, так и в лаборатории. Свежевыделенные штаммы обладают наиболее высокими показателями вирулентности, которые с течением времени снижаются в зависимости от условий и длительности хранения. Вирулентность энтомопатогенных вирусов изменяется и при пассажах через организм несвойственных насекомых-хозяев.
Так, вирус ядерного полиэдроза ивовой волнянки после пассажа через гусениц непарного шелкопряда существенно повышал вирулентность. Известны единичные случаи выделения более вирулентных штаммов вирусов путем отбора из распространенных в природе, а также повышения вирулентности энтомопатогенного вируса в результате пассажей через особей того же вида, собранных в другой местности.
Как показывают полевые и лабораторные опыты, эффективность вирусов зависит от фазы развития насекомого и его физиологического состояния. Поэтому при оценке вирулентности того или иного энтомопатогенного вируса необходимо учитывать его биологические особенности, состояние насекомого-хозяина и внешние факторы, воздействующие как на покоящиеся формы вируса, так и на систему микро—макроорганизм.
При попадании вируса в организм чувствительного насекомого начинается инфекционный процесс. Однако в течение некоторого времени зараженная особь не проявляет каких-либо клинических признаков заболевания; это так называемый инкубационный период. Экспериментальное заражение личинок насекомых вирусами различных родов показало, что его продолжительность зависит от ряда факторов. Основными из них являются вирулентность инфекционного агента и состояние насекомого-хозяина, которое определяется комплексом показателей среды (температура, влажность, инсоляция, питание и т. д.). Инкубационный период при заболеваниях всех типов варьирует в широких пределах: минимальными сроками характеризуются ядерные полиэдрозы кишечного типа, поражающие пилильщиков; далее следуют ядерные полиэдрозы общего типа, для которых обычным является инкубационный период 7—12 суток. Максимальная продолжительность инкубационного периода при ядерных полиэдрозах у личинок различных видов чешуекрылых насекомых не превышает 20 суток; значительно большие сроки инкубации отмечаются при цитоплазматических полиэдрозах и гранулезах.
Рассмотрим основные факторы, влияющие на величину инкубационного периода при различных типах заболеваний. Вирулентность, как одно из важнейших биологических свойств возбудителя, играет ведущую роль на всех этапах инфекционного процесса. Применение различных концентраций вирусных включений позволяет изменять длительность инкубационного периода. Так, при экспериментальном заражении личинок II возраста рыжего соснового пилильщика ядерным полиэдрозом с титрами включений 7,2·104 и 4,3·103 (мл) инкубационный период составил 5 и 6 суток соответственно. Дальнейшее многократное увеличение дозы вирусных включений (до 7,2·106) позволило уменьшить период от момента заражения до проявления первых клинических симптомов до 3 суток. Более высокие концентрации инфекционного агента не приводили к дальнейшему сокращению инкубационного периода.
При прочих равных условиях экспериментального заражения выявляется зависимость инкубационного периода от возраста личинки. Личинки I и II возрастов у большинства насекомых независимо от типа заболевания характеризуются коротким инкубационным периодом. Исключение составляют некоторые виды насекомых, зимующие в фазе гусеницы 2 возраста. В частности, у гусениц II возраста туркестанской златогузки и желтогузки длительность инкубационного периода возрастает по сравнению с I возрастом почти в 2 раза.
Отмечается различие в инкубационном периоде при ядерном полиэдрозе у личинок насекомых из географически отдаленных популяций. Результаты серии опытов по экспериментальному заражению гусениц европейской златогузки из Воронежской обл., где в 1971 г. численность вредителя нарастала и колонии насекомых характеризовались высокой жизнеспособностью, показали, что с момента попадания инфекта в организм до проявления первых признаков болезни проходит в среднем 8—9 суток. В опытах с гусеницами златогузки из Ростовской обл., где к 1971 г. очаги затухали и популяция была ослаблена, инкубационный период растягивался до 15 суток и более. Наблюдавшаяся гибель насекомых до указанного срока носила неспецифический характер.
Минимальные сроки инкубационного периода отмечаются при заражении энтомопатогенными вирусами их основных хозяев. Основным хозяином энтомопатогенного вируса принято считать тот вид насекомого, в естественных популяциях которого периодически проявляется данное заболевание. Вирус ядерного полиэдроза туркестанской златогузки вызывает инфекционный процесс у основного насекомого-хозяина с инкубационным периодом 8 суток. Представители этого же рода Euproctis желтогузка и европейская златогузка при заражении названным вирусом проявляют первые признаки болезни на 9—13 сутки.
Из числа основных факторов внешней среды наиболее показательно влияние температуры на инкубационный период болезни. Это объясняется тем, что температурный оптимум насекомого-фитофага идентичен или весьма близок к таковому энтомопатогенного вируса. Зависимость инкубационного периода болезни от температурного фактора показана на примере ядерного полиэдроза кишечного типа рыжего соснового пилильщика. Подобная зависимость характерна для всех типов вирусных болезней насекомых. Е. Т. Дикасова для гранулеза гусениц озимой совки I и II возрастов отмечает длительность инкубационного периода, равную 9—10 суткам при 16—18° С и 4—5 суткам при 18—23° С.
Относительная влажность воздуха также может влиять на начальные этапы инфекционного процесса. Обычно в естественных условиях континентального климата показатели относительной влажности и температуры воздуха находятся в тесной обратно пропорциональной зависимости. Высокая температура воздуха сопровождается низкой влажностью и наоборот. В опытах по экспериментальному заражению насекомых в условиях высокой относительной влажности воздуха не отмечается какого-либо закономерного изменения в длительности инкубационного периода. Однако при низкой влажности инкубационный период болезни значительно сокращается, так как на начальных этапах заболевания снижается интенсивность питания, что нарушает водный обмен. Влияние инсоляции на ход инфекционного процесса и, в частности на длину инкубационного периода, видимо, ничтожно. Насекомые в местах естественного обитания всегда имеют возможность избежать избытка ультрафиолетовых излучений.
Облучение гусениц III возраста хохлатки-отшельницы ультрафиолетовой лампой БУФ-30, имеющей на расстоянии 50 см от центра, бактерицидный поток 1110 мбакт, в течение 1; 5; 10; 30 и 60 мин и последующее пероральное заражение вирусом гранулеза не вызвали изменений в длительности инкубационного периода. Насекомые, облучаемые в течение 60 мин, были несколько угнетены, однако инфекционный процесс протекал без видимых изменений.
Значение пищевого фактора в развитии инфекционного процесса наиболее обстоятельно изучено при полиэдрозе тутового шелкопряда, капустной совки и гранулезе озимой совки. В исследованиях отмечено, что при кормлении насекомых несвойственными им растениями инфекционный процесс усиливается. Указанное явление, видимо, связано с ослаблением организма насекомого и активизацией сапрофитной микрофлоры. Подобное предположение подтверждается тем, что наибольший выход вирусного материала получен в оптимальных условиях содержания личинок. При качественном недоедании вирусные заболевания у насекомых нередко осложняются септицемией. Это приводит к быстрой их гибели, с которой репродукция вируса прерывается.
Наибольшей биологической активностью обладают свежевыделенные вирусы. Вирулентность может ослабнуть в процессе их изоляции из патологического материала и в период хранения. Идентичные условия изоляции вирусных включений из погибших личинок и единая методика опытов по искусственному заражению насекомых позволяют судить о сравнительной вирулентности выделенных из природы инфекционных агентов.
Дозы вирусных включений, вызывающие гибель 50% личинок при пероральном введении, варьируют в широких пределах. Наибольшей вирулентностью обладают вирусы ядерного полиэдроза туркестанской златогузки, медведицы кая, тополевого (осинового) волосатого и рыжего соснового пилильщиков.
Эффективность энтомопатогенных вирусов в значительной степени зависит от фазы развития насекомого. Наибольшей чувствительностью обладают личинки. Восприимчивость личинок меняется в зависимости от возраста; при этом чувствительность личинки в процессе развития снижается. Эта закономерность характерна для возбудителей всех типов болезней. Так, эффективная летальная доза вирусных включений, вызывающая 50%-ную смертность от ядерного полиэдроза кишечного типа рыжего соснового пилильщика, для ложногусениц I возраста составляет примерно 90 полиэдров на особь, а IV — 150; почти в такой же пропорции возрастает ЛД50 и для ложногусениц тополевого (осинового) волосатого пилильщика.
При исследовании возрастной чувствительности насекомых к энтомопатогенным вирусам обращает внимание резкое увеличение показателей ЛД50 для возбудителей ядерного полиэдроза туркестанской и европейской златогузок, медведицы кая при переходе от I ко II возрасту, в котором гусеницы зимуют. Отмечена высокая устойчивость к заражению возбудителем септицемии гусениц сибирского шелкопряда III и IV возрастов в период, предшествующий зимовке. Резкое повышение устойчивости готовящихся к зимовке личинок наблюдается и у других видов насекомых. Для выяснения возможной зависимости рассматриваемого явления от характера диапаузы были проведены опыты на двух видах златогузки и на гусеницах медведицы кая и хохлатки-отшельницы. Последняя оказалась удобным объектом эксперимента из-за способности зимовать в фазах гусеницы различных возрастов и куколки. Насекомые этого вида в период, предшествующий зимовке, не претерпевают глубоких перестроек физиологических функций, о чем свидетельствуют поведенческие реакции. После разрушения зимнего гнезда гусеницы сразу же приступают к активному питанию, нормально линяют и окукливаются. Причем приготовившись к зимовке, они могут развиваться с любого возраста до фазы куколки. С наступлением неблагоприятных условий, в первую очередь похолодания, гусеницы II и последующих возрастов образуют гнездо и таким образом зимуют. Для выведения насекомых из диапаузирующего состояния не требуется воздействие низкой температуры. Заражение гусениц хохлатки-отшельницы I—IV возрастов вирусом гранулеза с титром включений 5·106 (мл) вызвало гибель 56=100% насекомых в зависимости от возраста. Резких различий в смертности среди групп особей I и II возрастов не отмечено. Таким образом, резко выраженная резистентность личинок некоторых видов насекомых к инфекционным агентам связана с глубокими изменениями физиологических функций организма в период подготовки к диапаузе.
Помимо туркестанской и европейской златогузок, желтогузки, сибирского шелкопряда и медведицы кая, отмеченную закономерность можно распространить на ивовую волнянку, лунчатого шелкопряда, боярышницу и на другие виды насекомых, которые впадают в глубокую осеннюю диапаузу в фазе личинки II возраста.
Устойчивость насекомых к энтомопатогенным вирусам резко повышается также в конце личиночной фазы. У личинок насекомых старшего возраста устойчивость к заражению энтомопатогенными вирусами возрастает в десятки и сотни раз по сравнению с личинками младших возрастов.
Так, для ложногусеницы VI возраста рыжего соснового пилильщика доза включений вируса ядерного полиэдроза кишечного типа, вызывающая 50%-ную смертность, составляет 25 600 единиц на особь, что примерно в 280 раз превышает аналогичную дозу для ложногусениц I возраста. В последующие дни личиночной фазы пилильщиков с трудом удается заразить ядерным полиэдрозом даже высокими концентрациями вирусных включений. Насекомые, получившие в конце активной фазы высокие дозы вируса, в большей части (70— 80%) нормально заканчивают развитие; меньшая часть их гибнет от септицемии в первые день — два после заражения, что, видимо, связано с попаданием в организм чужеродного белка, способствующего ослаблению насекомого и активизации сапрофитной микрофлоры.
Энтомопатогенный вирус, высоковирулентный к личинкам основного насекомого-хозяина, может вызывать заболевание у группы близких видов насекомых. Однако в первом пассаже эффективность вируса для дополнительных насекомых-хозяев низка. Показан характер гибели гусениц II возраста трех видов насекомых из рода Euproctis от вируса ядерного полиэдроза, первоначально выделенного из туркестанской златогузки. Через 25 суток после заражения вирусными включениями в титре 8·107 погибло 44% гусениц европейской златогузки, тогда как гусеницы основного насекомого-хозяина погибли все через 14 суток. Второй пассаж вируса через гусениц европейской златогузки вызвал гибель этого вида вредителя уже на 72%.
Таким образом, при оценке вирулентности энтомопатогенного вируса имеют значение не только биологические характеристики того или иного штамма, но также вид и физиологическое состояние заражаемого насекомого. Отмеченные закономерности, достаточно хорошо известные в инфекционной патологии человека и теплокровных животных, принимают особенно четко выраженные формы у насекомых, что в значительной мере может быть связано с их пойкилотермностью и отсутствием адаптивных иммунологических процессов.