Микробиологические биопрепараты для сельского хозяйства

План:

1. Роль микробиоллогических препаратов в сельском хозяйстве.

2. Энтомопатогенные препараты.

3. Бактерии, стимулирующие рост растений.

4. Биоудобрения. Производство и применение, в том числе препаратов – азотфиксаторов и препаратов, улучшающих снабжение растений фосфором.

5. Биологические средства защиты растений на основе антибиотиков.

Роль микробиоллогических препаратов в сельском хозяйстве

Препараты, производимые для сельского хозяйства, делятся на группы:

· энтомопатогенные препараты;

· бактериальные удобрения (бактерии стимулирующие рост растений, азотфиксаторы;

· антибиотики.

Микробиологические препараты регулируют нормальное функционирование почвенной и ризосферной микрофлоры, режим питания растений, защиту растений от болезней и вредителей.

Можно оценить роль микробиологических препаратов как:

1. Положительную прямую:

- возрастание энергии прорастания семян, стимуляция роста, росторегулирующие функции;

- эффект антистресса при высадке рассады и саженцев в открытый грунт;

- землеудобрительные функции – эффект внесения 30-50% азотных, фосфорных, микроудобрений;

- борьба с вредителями и болезнями;

- снижение содержания нитратов;

- блокирование накопления тяжелых металлов и радиоактивных элементов в конечной продукции;

- увеличение срока сохранности, лежкости продукции;

- повышение урожайности;

- улучшение качества продукции;

- санация почв и почвогрунтов при бессменном выращивании культур на одном месте;

- увеличение длительности плодоношения ряда культур.

2. Положительную побочную:

- получение ранней продукции;

- снижение химической нагрузки на агроценоз без снижения урожая;

- увеличение микробного разнообразия, устойчивости агробиоценоза к внешним воздействиям;

- пролонгированное оздоровление почвенной микробиоты;

- раскрытие потенциала сорта и собственной иммунной системы растения, увеличение сопротивляемости бактериальным и вирусным заболеваниям, поражаемости вредителями.

Энтомопатогенные препараты

На территории СНГ биотехнологическое производство выпускает такие группы энтомопатогенных препаратов:

· 1. Бактериальные препараты на основе Bacillus thuringiensis – энтобактерин-3, дендробациллин, инсектин, токсобактерин и др.

· 2. Грибной препарат боверин на основе гриба Beauveria bassiana.

· 3. Препараты на основе вирусов ядерного полиэдра (вирин-ЭНШ, вирин-ЭКС и др.).

Наиболее распространены среди промышленно выпускаемых микробных патогенов бактериальные препараты. Они обладают высокой вирулентностью по отношению к насекомым-вредителям, безопасны для окружающей флоры и фауны, быстро и эффективно воздействуют на вредителей и др.

Все микробные патогены выпускаются в виде смачивающих порошков, паст, реже – гранул, эмульсии спор и кристаллов. При непосредственном применении предполагается использование различных добавок в виде растворителей, прилипателей, способствующих повышению их эффективности.

Из всех энтомопатогенных бактерий наиболее исследованы грамположительные бактерии Bac.thuringiensis. Она не только разрушает насекомое, попадая внутрь, но и продуцирует ряд токсичных продуктов, среди которых выделяют 4 компонента:

- α-экзотоксин, или фосфолипаза С – продукт растущих клеток бактерий. Токсическое действие фермента – индуцируемый им распад незаменимых фосфолипидов в ткани насекомого, что приводит к его гибели;

- β-экзотоксин – накапливается в культуральной жидкости при росте клеток. Его действие в конечном итоге приводит к прекращению синтеза РНК. По сравнению с другими токсинами действует медленнее. По наблюдениям, β-экзотоксин – мутаген, поражающий генетический аппарат особей;

- γ-экзотоксин– малоизученный компонент, неидентифицированный фермент (или группа ферментов);

- δ-эндотоксин – параспоральный кристаллический эндотоксин. Образуется в процессе споруляции бактерии в противоположной от формирующейся споры части бактерии. На завершающей стадии спорообразования токсин приобретает форму 8-гранного кристалла. Доказано, что кристаллический белок в кишечнике восприимчивых насекомых распадается на молекулы протоксина. Протоксин под действием протеиназ распадается на токсические фрагменты. Различие в восприимчивости некоторых видов насекомых к действию кристалла, по-видимому, связано с присутствием специальных кишечных протеаз, осуществляющих гидролиз кристаллов in vivo. Такими протеазами обладают не все насекомые, отсюда и избирательность действия δ-токсина. Чтобы насекомое погибло, кристаллы должны попасть в его организм. После поглощения кристаллов гусеницы перестают питаться. Первичным местом действия δ-токсина является средний отдел кишечника.

В зависимости от реакции на кристаллы насекомые делятся на три группы:

· характерен общий паралич;

· паралич среднего отдела кишечника;

· реакция на препарат в целом: гибель в результате прорастания спор и последующего размножения бактерий.

Бактерии Bac. thuringiensis антагонистичны к 130 видам насекомых. Эффективнее против листогрызущих вредителей.

Препараты на основе различных вариаций Bac. thuringiensis: энтобактерин, инсектин, алестин, экзотоксин, токсобактерин, дендробациллин, битоксибациллин и др.

Промышленное производство энтомопатогенных бактерий заключается в глубинном культивировании в ферментерах (ферментаторах). Технология производства включает все стадии, типичные для любого биотехнологического производства. Температуру культивирования на всех стадиях поддерживают постоянной (28-30^оС), продолжительность ферментации составляет 35-40 часов. Используют дрожже-полисахаридную среду, содержащую в процентах: кормовые дрожжи – 2-3; кукурузную муку – 1-1.5; кашалотовый жир – 1. Перед началом культивирования рН составляет около 6.3, к концу ферментации – повышается до 8.0-8.5, что может привести к разрушению кристаллов на более мелкие фрагменты и затруднить их выделение. Чтобы предотвратить это, культуральную жидкость перед переработкой подкисляют до 6.0-6.2. Культивирование заканчивают при степени споруляции 90-95% и титре спор не менее 10⁹ в 1 мл. После сепарации культуральной жидкости получают пасту влажностью 85% с выходом около 100 кг в 1 м³ культуральной жидкости и титром порядка 20*10⁹ спор в 1 г. Фугат можно употребить для приготовления питательной среды, но не более 1-2 раз, так как в культуральной жидкости накапливаются вещества, ингибирующие развитие культуры. Фугат находит свое применение в качестве сырья при производстве кормовых дрожжей, что обеспечивает сокращение промышленных стоков и снижает расход воды. Пасту перемешивают в течение получаса для однородного распределения спор и кристаллов и отбирают пробы на проверку титра, влажности, вирулентности, наличия фага.

Конечный продукт – смачивающий порошок или стабилизированная паста.

Препарат предназначен для борьбы с садово-огородными вредителями, эффективен против 60 видов насекомых. Применяют путем опрыскивания растений водной эмульсией в период активного роста вредителя. Основная масса вредителей погибает в течение 2-10 дней. На 1 га расходуют: для овощных культур 1-3 кг, садовых – 3-5 кг.