Экологические основы создания микробных препаратов. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Bacillus thuringiensis из природных субстратов в Ленинградской области: выделение и идентификация
Статья научная
В настоящее время кристаллообразующие бациллы группы thuringiensis рассматриваются в качестве основы современного производства микробных инсектицидов. Их характеризуют высокие адаптивные возможности, что обусловливает широкое распространение этих аэробных спорообразующих бактерий в природе. Одни и те же разновидности Bacillus thuringiensis были выделены на разных континентах независимо от наличия и распространения насекомого-хозяина этого энтомопатогена. В разных странах ученые занимаются поиском и выделением Bacillus thuringiensis. В представленной статье изложены результаты выделения B. thuringiensis из природных субстратов в Ленинградской области. Были собраны 24 образца почвы, лесной подстилки, воды, ила, больные и погибшие насекомые и пр. Методом истощающегося мазка проводили рассев образцов из разных субстратов на рыбный агар. После просмотра свыше 3000 выросших колоний по морфологическим признакам отобрали 62 культуры. Микроскопирование мазков с использованием черного анилинового красителя показало, что 12 из 62 изученных изолятов наряду со спорами образуют кристаллические эндотоксины разной формы. Выделенные микроорганизмы отбирали по признакам энтомо- и ларвицидности и идентифицировали по схемам H. De Barjac, A.A. Bonnefoi (1968), а также O. Lysenko (1985). Исследования позволили классифицировать выделенные бациллы в качестве B. thuringiensis и объединить их в три сероварианта - Н1 (var. thuringiensis, изоляты №№ 12, 20, 40, 41), Н3а3в (var. kurstaki, изоляты №№ 15, 29, 49) и Н14 (var. israelensis, изоляты №№ 14, 25, 33, 38, 44). По биологической характеристике (образование ацетилметилкарбинола, лецитиназы, пигмента, β-экзотоксина, формирование пленки на мясопептонном бульоне, использование сахарозы, маннозы, целлобиозы, салицина; расщепление крахмала; протеолитическая активность) они близки к типовым штаммам. Изоляты имеют высокую продуктивность, энтомоцидность, ларвицидность и перспективны в качестве продуцентов биопрепаратов энтомо-ларвицидного действия. Титры изолятов серовариантов BtH1, BtH3a3b и BtH14 варьировали в пределах соответственно 2,42×109-2,78×109; 1,85×109-2,15×109 и 2,65×109-3,28×109 КОЕ/мл. Изоляты №№ 12, 41 сероварианта BtH1 по активности для личинок колорадского жука Leptinotarsa decemlineata Say соответствуют эталонному штамму BtH1 с ЛК50 0,19 %. Энтомоцидная активность изолятов №№ 15, 29 и 49 сероварианта BtH3a3b, выраженная в ЛК50 для гусениц 2-го возраста мельничной огневки Ephestia kuehniella, составляла соответственно 0,88; 0,82 и 0,92 % при ЛК50 эталонного штамма BtH3a3b 0,86 %. Изоляты №№ 33, 44 сероварианта BtH14 по титру не уступали, а по активности несколько превосходили эталонный штамм. У изолятов №№ 33, 44 значение ЛК50 для личинок 4-го возраста комаров Aedes aegypti составило 0,17×10-3 и 0,16×10-3 % при величине 0,18×10-3 % у эталонного штамма BtH14
Бесплатно
Агротехнологические основы создания усовершенствованных форм микробных биопрепаратов для земледелия
Статья научная
Выполнены комплексные исследования по созданию жидкой формы биопрепаратов для симбиотических и ассоциативных ризобактерий. Объектами изучения служили клубеньковые бактерии, обитающие в ризосфере козлятника (Rhizobium galegae), сои (Bradyrhizobium japonicum), и ассоциативные ризобактерии (Arthrobacter mysorens, Azospirillum brasilense, Ag-robacterium radiobacter), а также растения сои (Glycine max), кукурузы (Zea L.) и пшеницы (Triticum L.). В качестве носителей бактерий использовали гамма-стерильный торф, стерильный вспученный вермикулит и жидкие среды на основе компонентов растительного или синтетического происхождения с внесением стабилизирующих и питательных добавок (гуматы, глицерин, сорбат калия, карбоксиметилцеллюлоза и др.). Сравнительную эффективность биопрепаратов изучали в различных регионах Российской Федерации. В условиях Ленинградской области оценивали эффективность препаратов на основе производственных и перспективных штаммов клубеньковых бактерий люцерны Sinorhizobium meliloti. Подобраны оптимальные сочетания стабилизирующих, питательных и защитных субстратов, обеспечивающих длительное хранение и высокую эффективность биопрепаратов. Растительные питательные среды (бобовые отвары) не поддерживали требуемого качества препаратов. Использование бобовой среды для культивирования позволяло получить нужный титр бактерий в препарате, однако их численность быстро уменьшалась. Кроме того, препараты, полученные на бобовом отваре, через 2-3 мес после начала хранения теряли свое качество из-за развития в них посторонней микрофлоры. Новая форма препаратов, разработанная на основе синтетической питательной среды, способна храниться при комнатной температуре (при стерильной расфасовке в пластиковые бутыли) не менее 6 мес. В конце культивирования был получен высокий титр бактерий (3,6-4,2 млрд КОЕ/мл жидкого препарата). Установлено, что усовершенствованная жидкая форма имеет высокую эффективность. Ее применение на зернобобовых культурах повышало урожай зерна сои на 20-40 %, гороха - на 15-25 %. Продуктивность зерновых культур (пшеница, ячмень) возрастала на 15-25 %, а продуктивность люцерны - на 20-45 %. При этом установлено повышение качества продукции за счет увеличения содержания белка. Эффективность биопрепаратов существенно корректировалась агроэкологическими условиями и биологическими особенностями сельскохозяйственных культур. Применение различных штаммов клубеньковых бактерий S. meliloti в Ленинградской области способствовало созданию эффективной растительно-микробной системы. При этом на дерново-подзолистой почве наиболее эффективным оказался штамм А-4, обеспечивавший прибавку урожая более 25 %, на дерново-карбонатной - штамм А-5, который повышал продуктивность люцерны на 140 %.
Бесплатно
Наноформы Al (Fe, Mn)-осаждающего микроорганизма с широким ареалом
Статья научная
Данные о функционировании микробного сообщества с участием малых форм расширяются, чему способствуют современные молекулярно-генетические технологии таксономического и количественного учета. Известно, что в железомарганцевых конкрециях почв значительная часть бактерий представлена наноформами с высокой долей жизнеспособных особей. Как среди наноформ, так и среди бактерий крупного размера обнаруживаются одни и те же филогенетические группы. Однако значительная часть наноформ не идентифицированы. Описанной нами причастностью Al (Fe, Mn)-осаждающего микроорганизма к образованию высокоглиноземистого вещества объясняется присутствие указанного вещества в минеральной фракции поверхностно-рыхлого слоя шлакового субстрата, охватывающего огромные площади и массово заселенного этим микроорганизмом. Возможная роль рассматриваемого микроорганизма в выведении ионов алюминия из раствора и детоксикации посредством осаждения на собственных структурах пока не оценена. Проведенные исследования свидетельствуют, что многие свойства, присущие Al (Fe, Mn)-осаждающему организму, могут быть рассмотрены с позиций микроорганизма сапрофитного, свободноживущего, микоплазмаподобного, связанного с первичным бокситообразованием, однако его значимость для почв с повышенной алюминиевой кислотностью и алюминиевой токсичностью еще предстоит оценить. В работе рассматривается Al (Fe, Mn)-осаждающий микроорганизм из дерново-подзолистых почв (алюминиевая кислотность и алюминиевая токсичность при подзолообразовательном процессе) и современного изверженного вулканического материала (образование высокоглиноземистого вещества - исходной стадии бокситообразования). Поскольку ранее выявленный Т.В. Аристовской Al-осаждающий микроорганизм был отмечен как родственный иловому Metallogenium и широко распространенный в почвах, для обсуждения результатов привлечены собственные исследования Metallogenium из озерного ила. В накопительных культурах Al (Fe, Mn)-осаждающего микроорганизма со временем объекты мельчали, а сканирующий электронный микроскоп подтвердил наличие ультрамелких форм (0,1-0,2 мкм). В мелкодисперсной фракции вулканического материала просвечивающий электронный микроскоп выявил нитеобразные структуры, представленные овальными телами с диаметром 0,1-0,3 мкм. Наноформы наблюдали и при электронно-микроскопическом рассмотрении угольных реплик микробоценоза иловых обрастаний Metallogenium, где тончайшие нити колоний и окружающие тела существенно меньше 0,2 мкм. Попытка определить таксономическое положение Al (Fe, Mn)-осаждающего микроорганизма в элективных накопительных культурах с использованием ПЦР-анализа не была удачной в связи с невозможностью очистки препарата ДНК от алюминия и железа, содержащихся как в среде, так и на клеточной поверхности. Однако в жестких условиях культур везде был выявлен Methylo-bacterium, широко распространенный в дерново-подзолистых почвах.
Бесплатно
Статья научная
Получение экологически чистой продукции - одна из важных задач сельского хозяйства. Для производства биологических препаратов, патогенных для насекомых-вреди-телей, используют микроорганизмы различного происхождения. Наибольший интерес представляют препараты, изготовленные на основе энтомопатогенных бактерий Bacillus thuringiensis (Bt), обладающих селективностью действия, безопасностью для человека, теплокровных животных, полезных насекомых и окружающей среды. В Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения (ВКСМ, г. Cанкт-Петербург-Пушкин) хранятся бактерии Bt, у которых изучены культурально-морфологические, физиолого-биохимические, технологические, энтомоцидные и другие свойства. Один из приоритетных штаммов коллекции - B. thuringiensis var. darmstadiensis (BtH 10) № 25, служащий основой препарата бацикол, обладающего специфическим действием на жесткокрылых насекомых, а также антигрибной активностью по отношению к ряду фитопатогенных грибов. Штамм BtH 10 № 25 депонирован в коллекции ВКСМ под регистрационным номером RCAM 01490 (патент на изобретение № 2514023, 2014). Для получения качественного препарата с максимальным накоплением экзотоксина и высоким титром необходимо создать оптимальные условия культивирования и усовершенствовать рецептуры питательных сред для микроорганизмов-продуцентов. Цель наших исследований заключалась в том, чтобы подобрать питательные среды, отработать режимы культивирования (аэрация, температура, рН, дозы, формы и возраст посевного материала) штамма BtH 10 № 25 и определить его технологичность, энтомоцидную и антифунгальную активность, а также степень экзотоксинообразования на тест-объектах. Наилучшие показатели были получены на среде с гороховой мукой, заменяющей соевую: титр спор в культуральной жидкости - 4½10 9/мл, активность для комнатной мухи (содержание экзотоксина) в ЛК 50 - 3,1 мкл/г корма, ингибирующая активность для Fusarium oxysporum - 70,0 %, для Botrytis cinerea - 75,0 %. Установлено, что для накопления препарата можно использовать ячменную, овсяную муку и смеси соевой и ячменной муки. Оптимальное развитие культуры наблюдалось при соотношении объема среды к воздуху 1:30 и 1:15, рН питательной среды 6,65-7,20. В качестве посевного материала можно использовать культуральную жидкость и смыв споровой культуры. Лабораторная и полевая оценка препарата выявила его высокую эффективность против вредителей-фитофагов (79-100 %) и фитопатогенов (70-90 %). Так, активность штамма B. thuringiensis var. darmstadiensis № 25 против личинок листоедов на разных культурах в 1,3-1,4 раза превосходила активность штамма-прототипа B. thuringiensis var. darmstadiensis № 109.
Бесплатно
Статья научная
Ресурсосберегающие технологии способствуют воспроизводству почвенного плодородия и повышению устойчивости агроценозов. Зернобобовые культуры в наибольшей степени соответствуют современным требованиям формирования экологического равновесия. Они вступают в поликомпонентный симбиоз с различными группами полезной почвенной микрофлоры, что позволяет не только улучшать почвенные свойства, повышать урожай и его качество, но и делает их ценным предшественником в севооборотах. В этой связи перспективен поиск и практическое применение новых микроорганизмов с полифункциональными свойствами, которые позволят повысить экономическую эффективность возделывания зернобобовых культур. Особый интерес представляет использование АЦК-утилизирующих бактерий, обладающих универсальным антистрессовым эффектом на растения. Нами проведены исследования по изучению влияния интродукции перспективных штаммов АЦК-утили-зирующих ризобактерий ( Pseudomonas oryzihabitans Ep4 и Variovorax paradoxus 3P-4) и клубеньковых бактерий (Bradyrhizobium japonicum 634б) на эффективность возделывания сорта сои северного экотипа Свапа в условиях Орловской области в зависимости от фона минерального питания (NPK 100 % и NPK 70 %). Штамм клубеньковых бактерий использовали для предпосевной инокуляции из расчета 200 г на гектарную норму семян. Штаммы ассоциативных АЦК-утилизирующих микроорганизмов вносили в рядки в фазу всходов (10 % раствор). NPK вносили в почву перед посевом в виде тукосмеси с процентным содержанием элементов минерального питания 10:26:26. В лабораторных условиях проводили биохимическую оценку качества зерна сои. При формировании симбиозов с интродуцируемой микрофлорой агроценозы сои характеризовались большей экологической приспособленностью, что выражалось в повышении продуктивности в засушливые годы на 35-98 %. Положительное действие бактерий проявилось в повышении содержания белка в зерне на 34 %. Получение высокого и качественного урожая изучаемого сорта сои за счет формирования эффективной растительно-микробной системы способствовало увеличению сбора белка до 1,05-1,30 т/га. Интродукция микроорганизмов была наиболее эффективной при снижении дозы минеральных удобрений на 30 %. Установлено, что использование ризобактерий Pseudomona s oryzihabitans в комплексе с клубеньковыми бактериями обеспечило максимальный экономический эффект, позволило получить более дешевый и качественный белок при высокой рентабельности производства. Это даст возможность снизить затраты, связанные с внесением минеральных удобрений, без потери урожая.
Бесплатно
