А). Биопрепарат ризоторфин на основе клубеньковых бактерий рода Rhizobium

Лекция №8

Микробиологическое производство биопрепаратов

Сельскохозяйственного назначения

План

1. Микробные землеудобрительные биопрепараты и их использование в сельском хозяйстве.

2. Использование микробных препаратов для стимуляции роста растений.

3. Применение микробов-антагонистов и антибиотиков для защиты растений.

4. Использование микробных препаратов для защиты растений от насекомых – вредителей.

На протяжении многих тысячелетий почвенные микроорганизмы были союзниками земледельца, помогая ему выращивать урожай и поддерживать естественное плодородие почвы. В целом ряде случаев микроорганизмы могут успешно совмещать функции агента плодородия и очистителя окружающей среды, частично или полностью заменяя химические препараты. Правильное сочетание бактериальных и химических воздействий позволяет получать высокие урожаи без существенного нарушения сложившихся биоценозов и без отравления среды.

1 вопрос.Микробные землеудобрительные биопрепараты и их использование в сельском хозяйстве

Биологической альтернативой минеральным азотным удобрениям в сельском хозяйстве является биологическая фиксация молекулярного азота атмосферы. Как известно, азотные минеральные удобрения стали очень дорогими из-за сокращения добычи ископаемого топлива, а кроме того, в последнее время повышается общественно-политическая озабоченность возможностью химических загрязнений, в частности минеральным азотом, окружающей среды. Изготовление и использование биопрепаратов на основе микроорганизмов в настоящее время осуществляется довольно широко. Эти препараты улучшают питание растений (как за счет фиксации атмосферного азота, так и за счет более эффективного использования питательных элементов удобрений и почвы), стимулируют рост растений, подавляют развитие фитопатогенной микрофлоры. Применение биопрепаратов повышает продуктивность растений, улучшает их качество за счет повышения содержания белка, крахмала, витаминов и других соединений, позволяет получить более раннюю продукцию, улучшает ее сохранность. Биопрепараты обладают широким спектром действия, но наибольшую эффективность они проявили на овощных и кормовых культурах. Кроме того, их использование позволяет снизить норму минеральных азотных удобрений, что положительно сказывается на уровне нитратов и нитритов в продукции.

А). Биопрепарат ризоторфин на основе клубеньковых бактерий рода Rhizobium.

Вскоре после того как М. Бейеринк (1888) изолировал клубеньковые бактерии бобовых растений, возникла идея использовать эти бактерии для улучшения образования клубеньков и усиления фиксации атмосферного азота.

Впервые препарат клубеньковых бактерий под названием «нитрагин» был приготовлен в 1896 г. в Германии Ф. Ноббе и Л. Гильтнером. Позднее под различными наименованиями культуры клу­беньковых бактерий появились в других странах. В 1906 г. в Великобритании началось производство «нитрагина», в 1907 г. в США Ф. Гаррисон и Б. Барлоу предложили соответствующий препарат «нитрокультура». В том же году в России Л. Т. Будинов применил препарат Rhizobium, именовавшийся также «нитрагином».

Препараты клубеньковых бактерий сейчас широко используют во многих странах под различными названиями. Так, во Франции их называют N-germ, в Чехии и Словакии — нитразон, в России — нитрагин, ризоторфин и т. д.

Использование препаратов клубеньковых бактерий для заражения семян бобовых растений совершенно необходимо, когда в данной местности вводят новые культуры бобовых. Такая потребность возникла в нашей стране при возделывании соевых бобов в новых зонах. При этом клубеньков на корнях бобовых растений практически не было. Инокуляция обеспечивала образование клу­беньков, а следовательно, осуществление азотфиксации. В результате увеличивались урожай и содержание белка в растительной массе и зерне.

Массовые опыты с нитрагинизацией на давно освоенных почвах, на которых уже давно возделывают определенные виды бобовых растений, показали целесообразность и эффективность рассматриваемого агроприема:

Во-первых, в природных условиях может происходить перекрестное заражение, т. е. высеваемые бобовые растения заражаются клубеньковыми бактериями близких групп растений. В таких случаях клубеньки хотя и образуются, но функционируют неполноценно. В то же время при искусственной инокуляции в корень бобового растения проникает активная раса Rhizobium нанесенная на высеваемые семена.

Во-вторых, клубеньковые бактерии, имеющиеся в почве, не занятой бобовыми растениями, существуют как обычные сапротрофы. Нередко вследствие ряда причин почва оказывается неблагоприятной средой для клубеньковых бактерий. Их количество существенно уменьшается, а активность снижается. Кислые почвы, например, отрицательно влияют на азотфиксирующую способность клубеньковых бактерий, и при сапротрофном существовании происходит существенное снижение их ценных свойств. В таких случаях естественное заражение не дает эффективного симбиоза.

Бактеризация не только увеличивает урожай бобовых растений, но и улучшает его качество. В растениях, зараженных активными расами клубеньковых бактерий, значительно повышается количество белка и витаминов группы В, а то после сбора урожая пожнивные остатки более эффективно действуют на последующую культуру севооборота.

Препарат, содержащий клубеньковые бактерии, готовят разными методами. Чаще всего используют торфяной нитрагин — ризоторфин. Он представляет собой стерилизованный γ-облучением низинный торф, к которому добавлены необходимые для клубеньковых бактерий питательные вещества. Расфасованную массу выдерживают в термостате для размножения внесенных в нее бактерий. Иногда готовят торфяной препарат, не стерилизуя торф, но вносят в него большое количество клубеньковых бактерий.

При изготовлении почвенногопрепарата пользуются нейтральную, богатую органическим веществом стерильную почву, расфасованную в ту или иную тару.

Перед посевом семена бобовых растений обрызгивают водной суспензией того или иного препарата.

Препараты для заражения бобовых растений можно применять ограниченное время, так как клубеньковые бактерии постепенно отмирают.

В последние годы под бобовые растения применяется около 1,5 млн га порций ризоторфина в год. Ризоторфин позволяет уменьшить объемы применения азотных удобрений; препарат разработан практически для всех бобовых, возделываемых в настоящий момент. Особенно ярко полезность ризоторфина проявляется при введении в культуру новых видов бобовых, многие из которых (например, козлятник) вообще не могут возделываться без наличия в почве соответствующих микроорганизмов. Агрономическая эффективность ризоторфина для бобовых культур в среднем составляет 10—30%, дополнительный сбор белка — 2—5 ц/га. При интродукции новых бобовых культур (люпин, люцерна, козлятник) эффективность бактеризации может составлять 50—100%, а сбор белка увеличивается в 2—3 раза.

Б). Биопрепарат азотобактерин на основе Azotodacter chroococcum Способность Azotodacter chroococcum размножаться при соответствующих условиях в ризосфере сельскохозяйственных культур дала основание предполагать, что указанный микроорганизм может улучшить азотное питание растений. По предложению академика С. П. Костычева и его сотрудников с тридцатых годов двадцатого столетия в нашей стране начали применять землеудобрительный препарат, содержащий культуру Azotodacter chroococcum, — азотобактерин.

Позднее, когда выяснилась способность микроорганизма продуцировать биологически активные вещества, его действие на растения стали связывать не только с фиксацией азота и улучшением азотного питания, но и с поступлением в растения вырабатываемых микроорганизмом биологически активных соединений (витаминов и стимуляторов роста и антибиотика, который активен против значительного числа фитопатогенных грибов ).

Однако для полевых культур азотобактерин малоэффективен. Это связано со способностью азотобактера активно размножается лишь в плодородных почвах, обеспеченных органическим веществом, фосфором и влагой. Дефицит увлажнения азотобактер переносит хуже, чем другие бактерии.

В плодородных почвах препарат-азотобактерин хорошо влияет, например, на овощные культуры, которые обычно выращивают на сильно удобренных навозом почвах. Здесь бактеризация семян может повысить урожай на 20—30% и, что особенно важно, ускорить его созревание. Объясняется это тем, что азотобактер синтезирует много биологически активных соединений никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, гетероауксин, гиббереллин и, возможно, ряд других соединений. Комплекс указанных веществ способен стимулировать прорастание семян, ускорять развитие растений в благоприятных условиях среды.

Препарат азотобактерин успешно используют для оранжерейной и парниковой культуры растений. Обычно его готовят, размножая микроорганизм в стерильной почве или низовом торфе, имеющих нейтральную реакцию и высокое содержание гумуса. К почве добавляют источник углерода, доступный азотобактеру. Высеваемые семена смачивают водной суспензией препарата. У рассады можно смачивать суспензией корневую систему. Препарат азотобактера нестабилен и годен для использования ограниченное время.