Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







ГЛАВА 7. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ





7.1. БИОПЕСТИЦИДЫ

Убытки сельского и лесного хозяйства от насекомых-вредителей ежегодно исчисляются в мире около 100 млрд долларов. Долгое время для борьбы с ними использовались ядохимикаты, но, во-первых, они за­частую токсичны для животных и человека, а, во-вторых, ко многим ядохимикатам у насекомых развивается устойчивость. Все это привело к необходимости поиска новых эффективных средств борьбы.

Наиболее перспективным оказалось использование природных патогенов - микроорганизмов, чьи токсины являются причиной гибели насекомых-вредителей в их природных условиях. В настоящее время в различных странах мира производят более 30-ти микробиологических энтомопатогенных препаратов. Они характеризуются высокой специ­фичностью поражения определенных видов насекомых и практически полной безвредностью для человека, теплокровных животных, птиц и полезных насекомых.

Энтомопатогенные препараты, получаемые на основе микроорга­низмов, выделенных из естественных условий и внесенных вновь в те же условия в виде патогенных препаратов, не вызывают нежелательных изменений в биоценозах и не нарушают экологического состояния в ре­гионах.

Российская микробиологическая промышленность производит три группы энтомопатогенных препаратов:

1. Бактериальные препараты на основе Bacillus thuringiensis: энто- бактерин, дендробациллин, инсектин, токсобактерин.

2. Грибной препарат боверин на основе гриба Beauveria bassiana.

3. Препараты на основе вирусов ядерного полиэдроза: вирин- ЭНШ и вирин-ЭКС.

Все микробные патогены выпускают в виде смачивающихся по­рошков или паст, реже гранул, эмульсии и кристаллов. При непосред­ственном применении чаще всего предполагают различные добавки в виде растворителей, эмульгаторов, способствующих повышению их эффективности.

7.1.1. Технология получения бактериальных энтомопатогенных

препаратов

Из всех энтомопатогенных бактерий наиболее широко применяет­ся грамположительная бактерия Bac. thuringiensis, которая, помимо об­разования спор, вызывающих септицимию насекомого при попадании внутрь его тела, в ходе культивирования продуцирует ряд токсических соединений, повышающих эффективность приготовленных на ее основе препаратов. Среди таких токсичных продуктов, вырабатываемых этой бактерией, выделяют четыре компонента:

1. a-экзотоксин (фосфолипаза С) - продукт растущих клеток бак­терий. Он вызывает распад незаменимых фосфолипидов в тканях насе­комого, что приводит к их гибели.

2. b-экзотоксин, или термостабильный токсин. Накапливается в культуральной жидкости симбатно росту клеток. Его действие связано с ингибированием действия ДНК-зависимой РНК-полимеразы, что при­водит к прекращению синтеза РНК в клетках насекомых и к их гибели. Действие этого токсина довольно медленное.

3. 5-эндотоксин. Представляет собой кристаллический белок (имеет форму правильных кристаллов). Он не выделяется в культураль- ную среду, а остается внутри бактерии. Проявляет свое токсическое действие в желудочно-кишечном тракте насекомого, разрушая его фер­ментную систему.

Известно, что бактерии группы Bac. thuringiensis антагонистичны к 130-ти видам насекомых, среди которых вредители полевых, овощ­ных, плодовых культур, виноградников и леса. Наибольший эффект до­стигается при применении данной группы препаратов по отношению к листогрызущим вредителям.

Способность Bac. thuringiensis образовывать различные токсич­ные продукты, споры, кристаллы используется в промышленности при производстве на основе этого микроорганизма широкого круга различ­ных энтомопатогенных препаратов.

Все бактериальные энтомопатогенные препараты на основе Bac. thuringiensis производят по одной и той же технологической схеме. Тех­нология производства включает все стадии, типичные для любого мик­робиологического производства, основанного на глубинном способе получения микроорганизмов: выращивание посевного материала в ла­боратории и в посевном аппарате; промышленное культивирование в ферментаторе; концентрирование культуральной жидкости; сушку; стандартизацию и фасовку готового препарата.

Если посевной материал получают в виде спор, то на всех стадиях производственного культивирования используют питательную среду од­ного и того же состава. Как правило, это дрожже-полисахаридная среда, содержащая (в %): кормовые дрожжи - 2-3; кукурузную муку - 1-1,5; кашалотовый жир - 1. Если при выращивании посевного материала не предполагается доведение его до стадии образования спор, то в посев­ном аппарате применяют более концентрированные среды, чем в произ­водственных ферментаторах.

Перед началом культивирования рН среды не регулируют: при добавлении всех компонентов она устанавливается обычно около 6,3. К концу ферментации рН повышается до 8-8,5. Процесс культивирования заканчивают при степени спорулизации 90-95 % и титре спор не менее 109 в 1 мл. Готовую культуральную жидкость перекачивают в отдель­ный простерилизованный сборник подкисляют до рН 6-6,2 и передают на стадию сепарации. В результате сепарации получают пасту влажно­стью 85 % с выходом около 100 кг в 1 м культуральной жидкости. Ко­нечным продуктом производства может быть либо смачивающий поро­шок, либо стабилизированная паста. Первый получают путем высуши­вания пасты на распылительной сушилке до остаточной влажности 10 % и смешением с каолином. Вторую - внесением в пасту карбоксиметил- целлюлозы (КМЦ). В этом варианте готовый продукт представляет со­бой вязкую жидкость светло-серого цвета, однородную по составу, не замерзающую при хранении, без запаха, не подвергающуюся гниению или брожению.

7.1.2. Технология получения грибных энтомопатогенных

препаратов

Энтомопатогенные препараты на основе микроскопических гри­бов способны поражать большое количество насекомых-вредителей, вы­зывая у них заболевание - микоз. По сравнению с бактериями и вируса­ми грибы обладают рядом особенностей: а) поражение происходит не через пищеварительный тракт, а непосредственно через поверхностные ткани; б) насекомые поражаются в фазе развития куколки, что не наблюдается при воздействии на них микробных препаратов; в) грибы характеризуются относительно большой скоростью роста и огромной репродуктивной способностью; в виде спор могут длительное время находиться в природных условиях без заметного снижения энтомопато- генной активности.

Воздействие грибного препарата на насекомое начинается с про­никновения споры гриба в полость его тела через кожные покровы. По­пав в тело насекомого, грибная спора прорастает в гифу, затем разраста­ется в мицелий, от которого отчленяются гифальные тельца - конидии, составляющие инфекционную единицу энтомопатогенных грибов. Как правило, гибель наступает от большого количества токсинов, выделяю­щихся грибами. Если же токсинов недостаточно либо насекомое не чув­ствительно к ним, гибель наступает после того, как нитевидный мице­лий заполняет все тело насекомого, поражая прежде всего мышечную ткань. В зависимости от размеров насекомого гибель наступает в пери­од от двух до восьми дней.

В России производится грибной препарат боверин на основе гри­ба рода Beauveria. Этот препарат применяют для уничтожения около 60- ти видов насекомых-вредителей, преимущественно жуков. Он безвреден для теплокровных животных и человека, не вызывает ожогов у расте­ний.

Получают боверин с помощью как глубинного, так и поверхност­ного культивирования промышленного штамма гриба.

Получение боверина методом глубинного культивирования

Получение боверина этим методом осуществляют в строго асеп­тических условиях. В состав питательной среды входят следующие компоненты (в %): дрожжи кормовые - 2; крахмал - 1; хлорид натрия - 0,2; хлорид марганца - 0,01; хлорид кальция - 0,05. Продолжительность культивирования составляет трое-четверо суток при температуре 25-28 оС. Выращивание гриба проводят в условиях постоянного пере­мешивания и принудительной аэрации. В ходе глубинного культивиро­вания гриба в течение первых суток-полтора кормовые дрожжи полно­стью лизируются, а гриб за это время проходит все фазы своего роста. К концу полного созревания гриба выделяется максимальное количество ферментов, что ведет к лизису мицелия и способствует накоплению ко­нидий. Готовую культуральную жидкость подвергают сепарации или фильтрации. После фильтрования получают пасту влажностью 70-80 %, которую направляют на распылительную сушилку. Высушенные споры представляют собой мелкодисперсный порошок влажностью 10 %. По­лученный порошок стандартизуют необходимым количеством каолина, иногда в качестве добавок в готовый препарат вводят смачиватель и прилипатель.

Технология получения боверина методом поверхностного культивирования гриба

Этот способ более длителен и трудоемок, поэтому имеет ограни­ченное применение.

Поверхностное культивирование гриба проводят как в жидкой пи­тательной среде, так и на полутвердых, на этих средах гриб обладает хорошей скоростью роста. Его микробиологическое производство за­вершается на стадии получения спороносной пленки, которую впослед­ствии снимают, высушивают, измельчают и при необходимости стан­дартизуют соответствующим количеством наполнителя. Среди возмож­ных приемов, используемых в производстве боверина поверхностным культивированием, различают: а) культивирование гриба на жидких средах без автоклавирования, перемешивания и аэрации; б) культивиро­вание на твердых автоклавированных средах без перемешивания и аэрации. Эти приемы основаны на том, что гриб хорошо растет на раз­личных растительных субстратах - отходах сельскохозяйственной про­дукции.

Культивирование гриба на жидких средах без автоклавирования, перемешивания и аэрации проводят без предварительной стерилизации среды, ее просто нагревают до кипения, разливают в деревянные карка­сы, покрытые изнутри полиэтиленовой пленкой. Среду, охлажденную до 30-40 оС, засевают сухими спорами. Сверху каркасы накрывают по­лиэтиленовой пленкой, которую после образования спороносной пленки гриба снимают. В качестве сред используют всевозможные отвары, например: из сахарной свеклы, картофеля, тыквы, зерна, муки.

В процессе культивирования гриба на твердых автоклавирован- ных средах без перемешивания и аэрации предусматривается стерили­зация размещенных по отдельным емкостям питательных сред (сусло- агар, картофель, морковь, кукуруза, корки арбуза) в течение сорока ми­нут при 110 оС. В стерильный субстрат вносят сухие споры, емкости с субстратом встряхивают до однородного распределения посевного ма­териала и оставляют стоять при температуре окружающего воздуха 18­23 оС. Образование конидиоспор завершается к концу 12-15 суток. Культуру гриба с остатками субстрата извлекают из емкостей и высу­шивают на стеллажах при 25-28 оС. Получение готового препарата за­вершают размолом материала до мелкодисперсного порошка.

7.1.3. Технология получения вирусных энтомопатогенных препа­ратов

Из всех энтомопатогенных препаратов вирусные обладают наибо­лее высокой специфичностью по отношению к насекомому-хозяину: обычно они поражают только один вид, поэтому они практически пол­ностью безвредны для флоры, фауны и человека.

Вирусы отличает высокая устойчивость к неблагоприятным воз­действиям окружающей среды (температуры, влажности), они способны сохранять свою активность в течение 10-15 лет, находясь вне насекомо­го.

Заражение насекомого вирусом происходит при питании вредите­ля. Попавшие в кишечник вирионы проникают в клетки организма, и в ядрах этих клеток происходит репликация вирусов. Высвободившиеся вирусы поражают другие клетки до тех пор, пока насекомое не погиб­нет.

Отличительной особенностью производства вирусов является то, что они размножаются только в живой ткани. Поэтому производство любого вирусного препарата отличается от рассмотренных бактериаль­ных препаратов.

Технология любого из вирусных препаратов начинается с разве­дения насекомого-хозяина на искусственных питательных средах, обес­печивающих их физиологически здоровое состояние. На определенной стадии развития (обычно на стадии гусеницы) насекомых заражают, до­бавляя вирусную суспензию к корму. При этом инокулят предваритель­но получают от нескольких больных личинок. После выдержки, для максимального накопления вирусов в тканях насекомого (7-9 суток), собирают отмершие личинки, подсушивают их при 30-35 оС, измель­чают механическим способа для вывода телец-включений из тканей. К полученной массе добавляют физиологический раствор или дистилли­рованную воду из расчета 1 мл на гусеницу, перемешивают и фильтру­ют (центрифугируют).

Готовые препараты изготовляют в виде водных растворов, масля­ных растворов, сухих порошков, паст и т. п.

7.2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ

Присутствующая в почве микрофлора оказывает непосредствен­ное влияние на ее плодородие, а следовательно и на повышение уро­жайности. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и развития улучшают структуру почв, накапливают в них питательные вещества, превращая органические и неорганические соединения в легкоусвояе­мые растениями компоненты питания.

С целью стимулирования деятельности почвенной микрофлоры разработаны различные бактериальные удобрения. В приктике сельско­го хозяйства нашли применение такие бактериальные удобоения, как нитрагин, азотобактерин и фосфоробактерин.

7.2.1. Технология получения сухого нитрагина

Нитрагин - бактериальное удобрение, приготовленное на основе жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium и предна­значенное для повышения урожая бобовых растений: гороха, фасоли, сои, люцерны, люпина и др. Бактерии способны фиксировать свобод­ный азот атмосферы, превращая его в легкоусвояемые растениями со­единения, поскольку в их организмах есть фермент - нитрогеназа. Нит- рогеназа восстанавливает молекулярный азот до аммиака, который во­влекается затем в ряд превращений с образованием глутамина и глута­миновой кислоты. Эти кислоты в дальнейшем идут на синтез расти­тельного белка. Этот процесс возможен только в симбиозе с бобовыми растениями: растение обеспечивает бактерии необходимыми питатель­ными веществами и создает для них оптимальные условия существова­ния, а бактерии, находясь в клубеньках, проросших в корни растения, снабжают его азотистым питанием. Ни растения, ни бактерии сами по себе не могут фиксировать азот.

В почве всегда есть некоторое количество клубеньковых расте­ний, которые располагаются на дикорастущих бобовых растениях. Од­нако при засевании полей бобовыми монокультурами клубеньковых бактерий оказывается недостаточно, вследствие чего растения снижают урожайность. При этом минеральные азотистые удобрения оказываются в данном случае бесполезными, поскольку азот усваивается только че­рез клубеньки. Поэтому производство бактериальных удобрений чрез­вычайно актуально.

Задачей конкретного производства бактериальных удобрений яв­ляется максимально возможное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса и приготовление на их основе готовых форм препаратов с со­хранением их активности в течение гарантийного срока.

Сухой нитрагин - порошок светло-серого или коричневого цвета, который содержит в 1 г препарата не менее 9 млрд жизнеспособных клеток в смеси с наполнителем (бентонитом, каолином, мелом и пр.).

Промышленное производство нитрагина построено по типичной схеме асептического микробиологического процесса. «Узким» местом является стадия высушивания, поскольку именно на этой стадии бакте­рии могут потерять жизнеспособность из-за температурных воздей­ствий. Поэтому сушку осуществляют под вакуумом при 30-35 оС.

Для производства посевного материала исходную культуру клу­беньковых бактерий выращивают сначала на агаризованной среде, со­держащей, например, отвар семян бобовых растерий, 2 % агара и 1 % сахарозы. На всех этапах промышленного культивирования применяют питательную среду одного и того же состава, включающую такие ком­поненты, как мелассу, кукурузный экстракт, минеральные соли в виде сульфатов аммония и магния, мел, хлорид натрия и двухзамещенный фосфат калия. Основную ферментацию проводят в течение двух-трех суток при температуре 28-30 оС и рН 6,5-7,5. Готовую культуральную жидкость направляют на сепарацию, в результате которой отделяется биомасса в виде пасты влажностью 70-80 %. Пасту смешивают с за­щитной средой, имеющей различный состав, но всегда содержащей ме­лассу и тиомочевину в соотношении 20:1, и направляют на высушива­ние. Процесс сушки осуществляют в вакуум-сушильных шкафах при 30-35 оС и остаточном давлении 10-13 кПа. Высушенную биомассу размалывают.

Нитрагин способствует увеличению урожайности бобовых на 15­25 %, а в районах, где бобовые засеваются впервые, - на 100 %. Вносят препараты путем опудривания семян непосредственно перед посевом.

7.2.2. Технология получения сухого азотобактерина

Азотобактерин - бактериальное удобрение, приготовленное на основе культуры свободноживущего почвенного микроорганизма Azotobacter chroococcum, способного фиксировать до 20 мг атмосферно­го азота на 1 г использованного сахара. Кроме того, эти бактерии выде­ляют в почву биологически активные вещества: никотиновую кислоту (витамин PP), пантотеновую кислоту, пиридоксин, биотин (витамин Н) и некоторые фунгицидные вещества, угнетающие развитие нежелатель­ных микроскопических грибов.

Все виды азотобактера - строгие аэробы. Бактерии этого вида очень чувствительны к наличию фосфора и развиваются при высоком содержании его в питательной среде. Технология получения азотобак­терина имеет много общего с технологией производства нитрагина, по­этому будут рассмотрены наиболее существенные отличия в его техно­логии.

Культуру микроорганизмов выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей те же компоненты, что и при культивировании Rhizobium. Дополнительно вводят сульфаты железа и марганца, а также сложную соль молибденовой кислоты. РН среды культивирования 5,7-6,5, аэрация - 1 объем воздуха на 1 объем среды в 1 мин.

Процесс ферментации проводят до начала стационарной фазы ро­ста культуры, так как в этой стационарной фазе биологически активные вещества выделяются из клетки и остаются в культуральной жидкости. При этом существует опасность, что с их выходом клетки могут утра­тить способность фиксировать атмосферный азот после внесения в поч­ву.

Биологически активные вещества полностью или частично могут теряться и в процессе высушивания клеток, однако оставшиеся жизне­способными клетки после выведения азотобактера из анабиоза восста­навливают способность продуцировать биологически активные веще­ства.

Использовать препараты азотобактерина рекомендуется лишь в плодородных почвах, содержащих фосфор и микроэлементы. Отсут­ствие последних отрицательно сказывается на жизнедеятельности вно­симых бактерий. Применяют азотобактерин для бактеризации семян, рассады, компостов. При этом улучшается корневое питание растений и на 10-15 % повышается урожайность зерновых, технических и овощных культур.

7.2.3. Технология получения фосфоробактерина

Фосфоробактерин - бактериальное удобрение, содержащее споры микроорганизма Bacillus phosphaticum. Бактерии обладают способно­стью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеино­вые кислоты, нуклеопротеины и др.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты (пирофосфаты, полифосфаты) в доступную для растений фор­му. Кроме того, они также вырабатывают различные биологически ак­тивные вещества, в том числе витамины, стимулирующие рост расте­ний, особенно на ранних стадиях их развития.

По морфологическим признакам Bac. phosphaticum представляет собой мелкие, грамположительные, аэробные спорообразующие палоч­ки.

Технология его получения мало отличается от таковой для нитра­гина и азотобактерина.

Культуру Bacillus phosphaticum выращивают глубинным спосо­бом. Состав питательной среды следующий (в %): кукурузный экстракт - 1,8; меласса - 1,5; сульфат аммония - 0,1; мел - 1; вода - остальное. Культивирование проводят в строго асептических условиях при посто­янном перемешивании и принудительной аэрации до стадии образова­ния спор. Основные параметры проведения процесса: температура - 28­30 оС, рН среды - 6,5-7,5; длительность культивирования - 1,5-2 суток. Полученныю в ходе культивирования биомассу клеток отделяют цен­трифугированием и высушивают в распылительной сушилке при 65-75 оС до остаточной влажности 2-3 %. Высушенные споры смеши­вают с наполнителем (каолином).

В отличие от нитрагина и азотобактерина фосфоробактерин обла­дает большей устойчивостью при хранении. Потеря жизнеспособности клеток после 1 года хранения не превышает 20 %.

Следует отметить, что фосфоробактерин не заменяет фосфорные удобрения, а резко увеличивает их эффективность, поэтому его вносят вместе с фосфорными удобрениями. Фосфоробактерин рекомендуют применять на черноземных почвах. Он необходим для повышения уро­жайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и других сельскохо­зяйственных растений.








Date: 2015-09-24; view: 231; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.024 sec.) - Пожаловаться на публикацию