В). Биопрепараты на основе ассоциативных азотфиксирующих бактерий

Открытие способности ряда азотфиксирующих бактерий к ассоциативному симбиозу с небобовыми растениями обусловило возможность создания биопрепаратов для использования под овощные, технические и зерновые культуры.

К настоящему времени выявлено более 200 видов бактерий, обладающих различными уровнями активности азотфиксации. Наиболее распространенные ассоциативные азотфиксирующие бактерии, живущие в ризосфере, ризоплане (на поверхности корня) и гистосфере (в тканях внутренней поверхности корня и между клеточными стенками).

На основе некоторых бактерий в НИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН создан ряд биопрепаратов для инокуляции семян и другого посадочного материала многих небобовых растений.

Агрофил — создан на основе штамма, относящегося к роду Agrobacterium. Биопрепарат находит широкое применение при выращивании овощей в условиях закрытого грунта. Повышает устойчивость к инфекционным заболеваниям и увеличивает урожайность огурцов, томатов, перца, моркови, капусты, салата и других овощных культур. Препарат хорошо действует при обработке корневой системы клубники, крыжовника, малины, яблони, облепихи и других ягодных и плодовых культур. Улучшает всхожесть семян, стимулирует рост и развитие растений, повышает их устойчивость к корневым гнилям, ускоряет созревание урожая на 7—10 дней.

Азоризин (диазобактерин) и аналогичные им препараты созданы на основе штаммов, относящихся к роду Azospirillum. Азоспириллы эффективны при внесении в посевы пшеницы, ячменя, риса, сорго, кормовых злаков и других культур.

Биоплант-К — создан на кафедре микробиологии МСХА на основе штамма бактерий рода Klebsiella. Рекомендован в качестве бактериального удобрения под овощные культуры. Бактерии обладают высокой азотфиксирующей активностью, способны к синтезу ростовых веществ и проявляют фунгистатическое действие по отношению к фитопатогенным грибам. Применение препарата позволяет увеличить урожайность огурцов на 21—23%, томатов и тыквы — на 31%, картофеля — на 21%.

Миколин — создан на основе штамма, относящегося к роду Bacillus micoides. Бактерии хорошо приживаются в ризосфере капусты и картофеля, проявляя стимулирующее действие на их рост. Особенность используемых бактерий — устойчивость к высоким концентрациям аммиака в почве. Это позволяет получить высокую эффективность препарата при внесении высоких доз азотных удобрений в виде сульфата аммония и мочевины.

Существует много других биопрепаратов, изготовленных на основе микробов осуществляющих ассоциативную азотфиксацию. Указанные биопрепараты безвредны для человека, животных и насекомых, не оказывают какого-либо вредного воздействия на окружающую среду.

Г). Фосфоробактерин

Действующим началом в нем служит спороносная бактерия Bacillus megaterium, способная разрушать фосфорорганические соединения и переводить их в доступную для растений форму. Bacillus megaterium легко образует споры, которые после размножения культуры смешивают с инертным наполнителем. В жизнеспособном состоянии споры могут сохраняться длительное время.

Фосфоробактерин наносят на семена перед посевом. Предполагается, что в почве бактерии переходят на развивающуюся корневую систему растений. Здесь их размножение и биохимическая деятельность вызывают разложение органических соединений фосфора, что улучшает питание растений.

Препарат оказывает положительное влияние на рост растений и увеличивает урожай примерно на 10%. Установлено, что фосфоробактерин усиливает рост корневой системы растений. Это можно объяснить тем, что Bacillus megaterium вырабатывает биологически активные вещества, среди которых имеются тиамин, пиридоксин, биотин, пантотеновая и никотиновая кислоты, витамин В_!2 и другие соединения. Эти вещества несколько усиливают рост растений на первых этапах развития.

 

2 вопрос.Использование микробных препаратов для стимуляции роста растений

Вещества, влияющие на рост растений, вырабатываются весьма многими как сапрофитными, так и паразитными микроорганизмами. По химической природе они весьма разнообразны, но в основном это безазотные и сравнительно низкомолекулярные соединения.

Вырабатываемые микроорганизмами регуляторы роста можно разделить на следующие группы.

1. Г и б б е р е л л и н ы, выделенные из гриба Gibberella fujikuroi.

Гиббереллины представляют собой большую группу родственных соединений. Сейчас насчитывается до 60 веществ этого типа.

Гиббереллины обладают поразительно высокой физиологической активностью. Раствор, в котором на миллион частей воды приходится лишь одна часть этого вещества, оказывает сильное стимулирующее влияние на рост растений.

Гиббереллины наиболее сильно стимулируют рост стеблей, побегов, листьев, плодов и в меньшей степени рост корней. Рост стеблей и побегов происходит вследствие удлинения междоузлий или увеличения их числа.

Под влиянием гиббереллинов увеличивается урожай вегетативной массы растений, ускоряется цветение и плодоношение.

2. А у к с и н ы. Они имеются у растений и микроорганизмов и влияют на рост клеток в фазе растяжения, на дифференцировку ксилемы и закладку корней, цветение и т. д.

Примером ауксинов, которые вырабатываются почвенными микроорганизмами находящимися в ризосфере может служить г е т е р о а у к с и н или b-индолуксусная кислота. Гетероаусины применяют для улучшения образования корней у черенков плодовых и ягодных культур и более быстрого укоренения.

3. К и н и н ы - вещества, стимулирующие клеточное деление и влияющие на другие ростовые процессы.

4. Б и о г е н н ы е и н г и б и т о р ы - сложные вещества, обладающие способностью подавлять активность ауксинов и тормозить рост растений. Они входят в систему, управляющую покоем семян и почек. К этой группе относят вещества, задерживающие прорастание картофеля и корнеплодов сахарной свеклы при хранении, а также этилен и абсцизовую кислоту.

Биологически активные вещества нашли широкое применение в сельскохозяйственной практике. Большинство из них получают химическими методами, за исключением гиббереллина, который вырабатывается микробиологическим путем.

 

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

Антагонизм представителей микрофлоры - явление весьма распространенное. Он обусловлен тем, что одни микроорганизмы вырабатывают вещества, уничтожающие или подавляющие рост других (антибиотики). Микробы-антагонисты и вырабатываемые ими антибиотики играют важную роль в борьбе с фитопаразитами.

Предупреждать заболевания сельскохозяйственных культур можно путем искусственного обогащения ризосферы растений микробами - антагонистами определенных фитопаразитов. Исследовательская работа в этом направлении была начата в 1935 году Я. П. Худяковым, который выделил бактерии рода Pseudomonas, способные растворять мицелий некоторых патогенных грибов. Эти миколитические микробы были успешно использованы в полевых опытах для борьбы с фузариозом пшеницы, льна и других культур. Гриб Trichoderma предупреждает заболевания хлопчатника, картофеля и других растений, а гриб Darlaca filum убивает возбудителя ржавчины кукурузы.

Микробы-антагонисты не только угнетают фитопаразитов в зоне корня, но и вырабатывают антибиотики, проникающие в ткани растений и повышающие их устойчивость к заболеваниям. Преимуществом антибиотиков перед химическими препаратами является селективность (избирательность) их действия. Убивая вредителя, они не оказывают отрицательного влияния на растение, а в некоторых случаях даже стимулируют его рост.

Применение в сельском хозяйстве антибиотиков медицинского назначения может содействовать появлению резистентных форм патогенных для человека и животных микроорганизмов. Поэтому микробиологами была проведена большая работа по изысканию антибиотических препаратов, специально предназначенных для использования в растениеводстве.

В настоящее время антибиотические препараты широко используются. В России готовят препарат т р и х о т е ц и н из культуры гриба Trichothecium roseum. Трихотецин в форме 1%-ного дуста (активность 10000 мкг/г) хорошо действует против корневых гнилей пшеницы и ячменя, в форме 10%-ного смачивающегося порошка (активность 100000 мкг/г) - в теплицах против мучнистой росы огурца.

Используют также ф и т о б а к т е р и о м и ц и н (ФБМ), продуцент которого Streptomyces lavandula. Препарат применяют для обработки семян фасоли и сои с целью борьбы с бактериозами; семян пшеницы - против корневых гнилей.

Препарат т р и х о д е р м и н применяют для борьбы с вилтом хлопчатника. Продуцент этого препарата - гриб Trichoderma lignorum.

Представляет интерес для более тщательного изучения отечественный препарат г р и з и н (продуцент Streptomyces griseus), эффективный в борьбе с рядом грибных и бактериальных болезней растений (гоммоз хлопчатника, бактериальное увядание абрикоса и т. д.). Он обладает также стимулирующим действием на растения.

За рубежом используют в а л и д о м и ц и н (продуцент Streptomyces hygroscopicus), специфически активный против фитопатогенных грибов рода вызывающих заболевания (увядание листового влагалища) риса. Этот антибиотик применяют также при борьбе с черной паршой и коричневой гнилью картофеля.

В США и Японии выпускают несколько препаратов, содержащих антибиотик а к т и д и о н (циклогексимид), который готовят на основе Streptomyces griseus. Эти препараты активны против ржавчины сосны, вилта дуба, цитоспороза персика и сливы, мучнистой росы роз. Их используют при заболеваниях пшеницы и кукурузы, вызываемых грибами родов Fusarium, Helmintosporium, против твердой и пыльной головни ячменя, стеблевой ржавчины пшеницы и т. д.

В Японии для предупреждения заболевания риса очень опасной грибной болезнью - пирикуляриозом и для лечения больных посевов широко используют антибиотик б л а с т и ц и д и н S. Продуцент антибиотика - актиномицет Streptomyces griseochromogenes. Он дает соединение, которое в 10 - 100 раз токсичнее ртутно-органических препаратов. При частой обработке посевов вызывает некротическую пятнистость листьев риса и не безвреден для людей.

Поэтому сейчас чаще используют для борьбы с пирикуляриозом другие антибиотики, особенно к а с у г о м и ц ин (касумин), который получают из культуры Streptomyces casugoensis. Он убивает также ряд грибов, поражающих овощные, технические культуры и плодовые насаждения. Этот антибиотик нефитотоксичен и безвреден для людей и животных.

Помимо отмеченных, для борьбы с фитопатогенными микроорганизмами за рубежом производят и другие антибиотики, продуцентами которых являются преимущественно актиномицеты и грибы.

 

4 вопрос. Использование микробных препаратов для защиты растений от насекомых - вредителей

Насекомые тоже болеют. Применение микробиологического метода защиты растений от насекомых целесообразно потому, что энтомопаразиты вызывают заболевание у какой-то узкой группы вредных насекомых. Для человека и разнообразных представителей зооценоза используемый микроорганизм совершенно безопасен.

Кроме того, болезни насекомых принимают характер эпизоотий и широко распространяются. Химические же средства защиты растений действуют локально и нередко загрязняют окружающую среду.

В настоящее время работа по микробиологическому методу борьбы с насекомыми-вредителями широко ведется как в России, так и за рубежом.

Бактерии. Описано свыше 90 видов бактерий, инфицирующих насекомых. Наибольший интерес представляют бактерии группы Bacillus thuringiensis. В настоящее время в мире выпускается более 50 биопрепаратов, используемых в борьбе со 160 видами насекомых. При этом более 30 производится на основе Bacillus thuringiensis. В клетках этих микробов находятся особые кристаллические образования, которые при попадании в пищеварительный тракт насекомых проявляют себя как токсичные, а при введении в лимфу токсикоза не вызывают. Поступая вместе с пищей в кишечник насекомого, микробный токсин вызывает его паралич, сопровождающийся распадом эпителия. При параличе кишечника насекомое не может питаться и погибает.

Для человека, млекопитающих, птиц, рыб и полезных насекомых группа бактерий Bacillus thuringiensis безвредна.

Основные инсектицидные препараты на основе Вас. thuringiensis.

Битоксибациллин. Микробный препарат на основе Bacillus thuringiensis широко используется в качестве биологического средства защиты от вредных насекомых, в первую очередь против колорадского жука и совок.

Препарат безвреден для человека, теплокровных животных, рыб и др. гидробионтов, пчел. Не накапливается в почве, воде и растениях, не загрязняет окружающую среду.

Бацикол, полученный на основе Вас. thuringiensis является эффективным средством борьбы против большой группы листогрызущих вредителей. Он поражает колорадского жука, крестоцветных блошек а также других насекомых.

Бактокулицид. Получен на основе Вас. Thuringiensis. Высокоэффективное средство борьбы с кровососущими комарами, мошками. Основным достоинством препарата является избирательность действия. Установлено его отрицательное действие на личинок более 70 видов комаров, в том числе малярийных.

За рубежом широко используются препараты под названиями: т у р и ц и д, д и п е л, б и о т р о л (США), б а к т о с п е и н (Франция), BIB-183 (Англия), б у т а р и н (Чехия), т у р и н д ж и н (Румыния) и т. д.

Подобное действие на насекомых оказывают и многие бактерии, не имеющие кристаллических включений. В этом случае, заболевание и гибель насекомых обусловлены только инфекционным процессом.

На основе чистой культуры Bacillus dendrolimus создан препарат д е н д р о б а ц и л л и н, который может быть использован для борьбы с сибирским шелкопрядом, шелкопрядом-монашенкой, совкой хлопчатника и некоторыми другими насекомыми.

Микробными препаратами опыляют растения, пораженные гусеницами насекомых-вредителей. Эффективность энтомопатогенных препаратов зависит от состояния насекомых, плотности их популяции, погодно-климатических и других факторов. Изучение условий, при которых тот или иной препарат вызывает эпизоотии и массовую гибель насекомых, обеспечивает действенность биологической защиты растений.

Возбудителями болезней насекомых могут быть не только бактерии, но и многие грибы.Известно более 400 видов грибов, поражающих насекомых и клещей, в том числе вредителей сельского хозяйства.

Например, белую мускардину насекомых вызывают грибы рода Beuveria. Конидии грибов рода Beuveria прорастают на поверхностных тканях насекомых и могут проникать даже через хитиновый покров. При белой мускардине насекомые гибнут вследствие разрушения лимфоцитов в жидкости, выполняющей у них функцию крови (гемолимфе).

Препарат б о в е р и н, созданный на основе культуры этих грибов, является эффективным средством борьбы с такими вредителями сельскохозяйственных растений, как совки, сосновый и тутовый шелкопряд, яблонная плодожорка, стеблевой мотылек, репная белянка, свекловичный долгоносик, вредная черепашка, колорадский жук, пилильщик-короед и садовый клещ. Гриб легко культивируется на искусственных средах. Его споры отделяют центрифугированием и смешивают с наполнителем (тальком, мелом и т.д.)

Для борьбы с вредными насекомыми можно использовать вирусы насекомых. Известно около 1200 вирусов, вызывающих болезни насекомых. Одни из них поражают ядра клеток разных органов экзодермы и мезодермы (ядерный полиэдроз), другие локализуются в цитоплазме кишечного эпителия (цитоплазменный полиэдроз). Вирусы ядерного полиэдроза успешно применяются для борьбы с гусеницами совок, репной белянки, белой американской бабочки и других насекомых. В нашей стране для борьбы с непарным шелкопрядом и совками создан препарат в и р и н-ЭНШ, вирин – ЭКС– для борьбы с капустной совкой..

Аналогичный препарат выпускается в США под названием элькар.

В настоящее время для борьбы с насекомыми - вредителями разрабатываются комбинированные препараты, в состав которых должны входить энтомопатогенные микроорганизмы и инсектициды микробного происхождения. Считается также целесообразной интегрированная борьба с чередованием применения химических и биологических препаратов.

Болезнетворные микроорганизмы используются и для борьбы с грызунами (домашними мышами, полевками, крысами) – бактороденцид (сальмонелла)

Использованная литература

 

1. Артамонов, В.И. Биотехнология – агропромышленному комплексу /В.И. Артамонов. – М.: Наука, 1989. – 160 с.

2. Вайзер, Я. Микробиологические методы борьбы с вредными насекомыми /Я. Вайзер. – М.: Колос, 1972.

3. Емцев, В.Т. Микробиология /В.Т. Емцев, Е.Н. Мишустин. – М.: Дрофа, 2005.

4. Калашникова Е.А. Практикум по сельскохозяйственной биотехнологии /Е.А. Калашникова, Е.З. Кочиева, О.Ю. Миронова. – М.: КолосС, 2006. – 144с.

5. Сельскохозяйственная биотехнология; под ред. В.С. Шевелуха. М.: Высшая школа, 1998.

6. Сидоренко О.Д., Борисенко Е.Г., Ванькова А.А., Войно Л.И. Микробиология: Учебник для агротехнологов. - М.: ИНФРА-М, 2005.