Formulation development of the bacteria associated with entomopathogenic nematode (Xenorhabdus stockiae PB09) for controlling mushroom mite (Luciaphorus perniciosus Rack) in laboratory and field conditions

Abstract

The objective of this study was to develop Xenorhabdus stockiae PB09 as biological formulation for controlling mushroom mites (Luciaphorus perniciosus Rack) in laboratory and field conditions. The results showed that the different X. stockiae PB09 formulations, including wettable powder (WP), liquid cell pellet (LC), and liquid supernatant (LS), were found to cause very high rates of mite mortality at 90.25, 86.50, and 92.78 %, respectively. When X. stockiae PB09 formulations were stored at 4 °C and room temperature (28-32 oC) for up to 60 days, their viable cells and efficacy were found to decrease. However, X. stockiae PB09 in wettable powder formulation could relatively maintain its both viable cells and efficacy when being stored at 4 °C for 60 days, resulting in the highest mite mortality at 68.08%. The wettable powder of X. stockiae PB09 (WP) was therefore further developed into optimal formulation by varying the ingredients. The ingredients were separately tested for 1) cell suspension at 108 CFU/g 2) rice flour as carrier and 3) palm oil as surfactant and these optimal ingredients in formula could result in mite mortality at 75.56, 74.80 and 78.89%, respectively. These ingredients were then mixed and used as optimal X. stockiae PB09 formulation (wettable powder/cell suspension/X. stockiae PB09; WP/CS-XS). The investigation for consistent stability of X. stockiae PB09 WP/CS-XS stored at 4oC and room temperature (28-32 oC) for 0, 30, 60, 90, 120, 150 and 180 days showed that the efficacy for controlling mushroom mites was found to decrease. Even though the storage at 4 oC for 180 days resulted in the decrease of efficacy of X. stockiae PB09 WP/CS-XS for controlling mushroom mites, which ranging between 58.67-76.66%, this was still higher than that being stored at room temperature (27.87-76.66%) with significantly difference (p<0.05). This was similar to that viable cells of X. stockiae PB09 was found to decrease to 1.97x105 and 2.80x103 CFU/g when being stored at 4oC and room temperature (28-32 oC) for 180 days, respectively. The efficacy of X. stockiae PB09 WP/CS-XS for controlling mushroom mite in field condition was tested by spraying with 1% (w/v) of X. stockiae PB09 WP/CS-XS on mushroom compost before and after infestation with mushroom mites (2,000 mites/bag of compost) and comparing the results with miticide (carbaryl 0.1% w/v). The results revealed that treatment with X. stockiae PB09 WP/CS-XS both before and after infestation with mushroom mites resulted in high mushroom yields at 118.88 and 110.37 g/bag of compost and biological efficiency (%B.E.) at 37.15 and 34.50%, respectively, which were not significantly different from carbaryl treatment (0.1% w/v). The proximate analysis of mushroom (Lentinus squarrosulus Mont.) treated with X. stockiae PB09 WP/CS-XS showed the high levels of crude protein, crude fiber and soluble carbohydrate at 28.86-29.70, 11.03-11.23 and 46.47-49.11% respectively, which were higher than the mushroom treated with miticide and there was no detectable residual carbaryl in the mushroom treated with bacterial formulation. In conclusion, WP/CS-XS, a wettable powder formulation of X. stockiae PB09, is shown to have high efficacy for controlling mushroom mites in both laboratory and field conditions. The wettable powder formulation of X. stockiae PB09 is exhibited to be safe, eco-friendly and therefore very suitable for development as prototype for commercial biopesticides products for biological control of the mushroom mites.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการศึกษาการพัฒนารูปแบบแบคทีเรียสำเร็จรูป Xenorhabdus stockiae PB09 ในการทำลายไรไข่ปลาซึ่งเป็นศัตรูต่อเห็ดขอนขาวในสภาวะห้องปฏิบัติการและโรงเรือน ผลการวิจัยพบว่า แบคทีเรียสำเร็จรูปแบบผงละลายน้ำ (wettable powder; WP) แบบน้ำเซลล์แขวนลอย (liquid cell pellet; LC) และแบบน้ำส่วนใสที่ผ่านการกรองเซลล์ (liquid supernatant; LS) มีประสิทธิภาพในการทำลายไรไข่ปลาที่สูงเท่ากับ 90.25, 86.50 และ 92.78 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ เมื่อทำการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสและอุณหภูมิห้อง (28-32 องศาเซลเซียส) นาน 60 วัน พบว่าจำนวนเซลล์แบคทีเรียที่รอดชีวิตและประสิทธิภาพการทำลายไรไข่ปลาของแบคทีเรียสำเร็จรูปมีค่าลดลง โดยสภาวะการเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส แบคทีเรียสำเร็จรูป X. stockiae PB09 แบบผงละลายน้ำ (WP) ยังคงมีจำนวนเซลล์แบคทีเรียที่รอดชีวิตที่สูง และมีประสิทธิภาพในการทำลายไรไข่ปลาที่สูงเท่ากับ 68.08 เปอร์เซ็นต์ จึงนำแบคทีเรียสำเร็จรูป X. stockiae PB09 แบบผงละลายน้ำ (WP) มาพัฒนาสูตรแบคทีเรียสำเร็จรูปที่เหมาะสม โดยทำการแปรผันส่วนประกอบในการผลิตแบคทีเรียสำเร็จรูป พบว่า ส่วนประกอบที่เหมาะสมในการผลิตแบคทีเรียสำเร็จรูป X. stockiae PB09 ประกอบด้วย 1) เซลล์แขวนลอยแบคทีเรียความเข้มข้น 108 โคโลนีต่อกรัม 2) สารตัวพาแป้งข้าวเจ้าและ 3) สารลดแรงตึงผิวน้ำมันปาล์ม โดยแบคทีเรียสำเร็จรูป X. stockiae PB09 ที่ผลิตจากส่วนประกอบแต่ละชนิดที่เหมาะสม มีอัตราการตายของไรไข่ปลาที่สูงเท่ากับ 75.56, 74.80 และ 78.89 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ความคงตัวของประสิทธิภาพในการทำลายไรไข่ปลาของแบคทีเรียสำเร็จรูป X. stockiae PB09 (WP/CS-XP) สูตรที่เหมาะสม ที่ผ่านการเก็บรักษาที่สภาวะอุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียสและอุณหภูมิห้อง (28-32 องศาเซลเซียส) ที่ระยะเวลา 0, 30, 60, 90, 120, 150 และ 180 วัน พบว่าเมื่อระยะเวลาการเก็บรักษานานขึ้นประสิทธิภาพในการทำลายไรไข่ปลามีแนวโน้มลดลง โดยสภาวะเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส นาน 180 วัน มีแนวโน้มของอัตราการตายของไรไข่ปลาในช่วง 58.67-76.66 เปอร์เซ็นต์ สูงกว่าแบคทีเรียสำเร็จรูป WP/CS-XS ที่เก็บรักษาที่อุณหภูมิห้อง (27.87-76.66 เปอร์เซ็นต์) อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p<0.05) สอดคล้องกับจำนวนเซลล์แบคทีเรียที่รอดชีวิตในแบคทีเรียสำเร็จรูป WP/CS-XS ที่มีแนวโน้มลดลงคงเหลือ 1.97x105 และ 2.80x103 โคโลนีต่อกรัม เมื่อเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิห้อง (28-32 องศาเซลเซียส) นาน 180 วัน ตามลำดับ เมื่อทดสอบประสิทธิภาพการทำลายไรไข่ปลาของแบคทีเรียสำเร็จรูป WP/CS-XS ในระดับโรงเรือน โดยการฉีดพ่นแบคทีเรียสำเร็จรูปความเข้มข้น 1 เปอร์เซ็นต์ (w/v) ในสภาวะก่อนและหลังการแพร่ระบาดของไรไข่ปลา (จำนวน 2,000 ตัวต่อก้อน) แล้วเปรียบเทียบกับสารคาร์บาริล (สารเคมีกำจัดไรศัตรูเห็ด) ที่ความเข้มข้น 0.1 เปอร์เซ็นต์ (w/v) พบว่าโรงเรือนเพาะเห็ดที่ฉีดพ่นด้วยแบคทีเรียสำเร็จรูป WP/CS-XS ในสภาวะก่อนและหลังการแพร่ระบาดของไรไข่ปลา ให้ผลผลิตเห็ดขอนขาวที่สูงเท่ากับ 118.88 และ 110.37 กรัมต่อก้อน และมีค่าประสิทธิภาพการย่อยสลายทางชีวภาพของเห็ด (biological efficiency; %B.E.) เท่ากับ 37.15 และ 34.50 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ซึ่งไม่มีความแตกต่างกันทางสถิติกับโรงเรือนเพาะเห็ดที่ฉีดพ่นด้วยสารเคมีกำจัดไรศัตรูเห็ดคาร์บาริล และผลการวิเคราะห์คุณค่าทางโภชนาการ (proximate analysis) ของเห็ดขอนขาวจากโรงเรือนที่ฉีดพ่นด้วยแบคทีเรียสำเร็จรูป WP/CS-XS พบว่ามีปริมาณโปรตีน เยื่อใยหยาบและคาร์โบไฮเดรต เท่ากับ 28.86-29.70, 11.03-11.23 และ 46.47-49.11 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าเห็ดขอนขาวจากโรงเรือนเพาะเห็ดที่ฉีดพ่นด้วยสารคาร์บาริล และไม่พบการตกค้างของสารคาร์บาริลในตัวอย่างเห็ดขอนขาวจากโรงเรือนเพาะเห็ดที่ฉีดพ่นด้วยแบคทีเรียสำเร็จรูป จากผลการวิจัยสรุปได้ว่าแบคทีเรียสำเร็จรูป X. stockiae PB09 แบบผงละลายน้ำเป็นสารชีวภาพสำเร็จรูปที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมไรไข่ปลาศัตรูเห็ดขอนขาวได้ดีในระดับห้องปฏิบัติการและมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับการใช้สารเคมีกำจัดไรศัตรูเห็ดในระดับโรงเรือน ซึ่งมีความปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงมีความเหมาะสมในการนำมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ชีวภาพต้นแบบเพื่อประยุกต์ใช้ในการกำจัดไรศัตรูเห็ดโดยชีววิธีในระดับทางการค้าต่อไป