Модифицированная полусинтетическая среда MMBT для производства препаратов на основе Bacillus thuringiensis

Автор: Гришечкина С.Д., Коваленко Т.К., Кирпичева Т.В., Антонец К.С., Нижников А.А.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Агросистемы будущего - от эксперимента к практике микробиопрепараты

Статья в выпуске: 3 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

Одно из направлений в биологической борьбе с вредными организмами - использование бактерий рода Bacillus , в том числе энтомопатогенных штаммов Bacillus thuringiensis . Для производства препаратов на основе B. thuringiensis разработаны питательные среды, в состав которых входят натуральные органические компоненты. В настоящей работе впервые подобрана и модифицирована оптимальная полусинтетическая среда MMBt, позволяющая улучшить технологический процесс, который обеспечивает получение эффективных и технологичных биопрепаратов на основе различных сероваров Bacillus thuringiensis . Цель работы - поиск оптимальных сред для получения эффективных и технологичных в производстве и применении биопрепаратов на основе Bacillus thuringiensis . Объектами исследования служили культуры B. thuringiensis var. thuringiensis 800/15 (BtH1 800/15) и B. thuringiensis var. darmstadiensis 25 (BtH10 25). Состав сред для культивирования был следующим: среда ССY - 0,5 мМ MgCl2Ł6H2O, 0,01 мМ MnCl2Ł4H2O, 0,05 мМ FeCl3Ł6H2O, 0,05 мМ ZnCl2, 0,2 мМ CaCl2Ł6H2O, 13 мМ KH2PO4, 26 мМ K2HPO4, 20 мг/л глутамина, 1 г/л гидролизата казеина, 0,4 г/л дрожжевого экстракта, 0,6 г/л глицерола; среда MВt - 7 г/л гидролизата казеина, 6,8 г/л KH2PO4, 0,12 г/л MgSO4Ł7H2O, 0,0022 г/л MnSO4Ł4H2O, 0,014 г/л ZnSO4Ł7H2O, 0,02 г/л Fe2(SO4)3, 0,18 г/л CaCl2Ł4H2O; среда LВ - 10 г/л триптона, 5 г/л дрожжевого экстракта, 10 г/л NaCl; модифицированная полусинтетическая среда MMBt (modified MBt) - 7 г/л гидролизата казеина, 6,8 г/л KH2PO4, 0,12 г/л MgSO4Ł7H2O, 0,0022 г/л MnSO4Ł4H2O, 0,014 г/л ZnSO4Ł7H2O, 0,02 г/л Fe2(SO4)3, 0,18 г/л CaCl2Ł4H2O (25) + глюкоза (1,0 %) и цитрат Na (2 г/л). Эталоном служили дрожже-полисахаридные среды (ДПС) для BtH1 и BtH10. Штаммы Bt культивировали в колбах Эрленмейера объемом 750 мл, заполненных 40-50 мл среды, на качалке при 220 об/мин и температуре 29 °C в течение 48-72 ч до созревания культуры, сопровождающегося образованием спор и кристаллического эндотоксина. На основе штаммов ВtH1 800/15 и ВtH10 25 были получены партии жидких препаратов, эффективность которых оценивали в 2020 и 2021 годах на картофеле ( Solanum tuberosum L.) сорта Янтарь на Дальнем Востоке (Приморский край, Уссурийский р-н) против Henoseplachna vigintioctomaculata Motsch и на картофеле сорта Емеля в Тамбовской области против Leptinotarsa decemleniata Say. В опытах использовали жидкие препараты, полученные на ДПС и MMBt. В контроле обработки не проводили, химическим эталоном против колорадского жука служил препарат Борей (АО «Август», Россия; норма расхода 0,1 л/га). Учеты проводили на 5-е, 10-е и 15-е сут после обработки. Нормы применения жидких препаратов против колорадского жука - 20 л/га; против картофельной коровки - 15 и 20 л/га. Биологическую эффективность препаратов рассчитывали по формуле W.S. Abbot. Антифунгальную активность препарата ВtH10 25, полученного на MMBt и ДПС, определяли методом агаровых блоков in vitro в чашках Петри. В контроле использовали среду без добавления препаратов. Тест-культурами служили грибы Botrytis cinerea Pers. (штамм С-5) и Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker (штамм С-20). Ингибирующую активность рассчитывали по формуле W.S. Abbot. Культивирование штаммов BtH1 800/15 и BtH10 25 на разных питательных средах показало, что на полусинтетических средах MВt и LВ титры КОЕ были в 2 раза ниже, чем на ДПС, а на среде ССY - в 10 раз ниже. Их активность, определенная по содержанию экзотоксина, также была ниже, но на среде MВt у BtH function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); } ▼Показать полностью

Еще

Биопрепарат, колорадский жук, картофельная коровка, ингибирующая активность, культуральная среда

Короткий адрес: https://sciup.org/142238888

IDR: 142238888   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.3.416rus

Список литературы Модифицированная полусинтетическая среда MMBT для производства препаратов на основе Bacillus thuringiensis

  • Navon A. Bacillus thuringiensis insecticides in crop protection — reality and prospects. Crop Protection, 2000, 19(8-10): 669-670 (doi: 10.1016/S0261-2194(00)00089-2).
  • Калмыкова Г.В., Горобей И.М., Осипова Г.М. Перспективы использования Bacillus thuringiensis как биологического агента защиты растений. Биотехнология, 2016, 4: 12-19.
  • De Maagd R.A., Bravo A., Crickmore N. How Bacillus thuringiensis has evolved specific toxins to colonize the insect world. Trends in Genetics, 2001, 17(4): 193-199 (doi: 10.1016/S0168- 9525(01)02237-5).
  • Marroquin L.D., Elyassnia D., Griffitts J.S., Feitelson J.S., Aroian R.V. Bacillus thuringiensis (Bt) toxin susceptibility and isolation of resistance mutants in the nematode Caenorhabditis elegans. Genetics, 2000, 155(4): 1693-1699 (doi: 10.1093/genetics/155.4.1693).
  • Гришечкина С.Д. Механизм действия и эффективность микробиологического препарата бацикола. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(5): 685-693 (doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.685rus).
  • Schnepf E., Crickmore N., Van Rie J., Lereclus D., Baum J., Feitelson J., Zeigler D.R., Dean D.H. Bacillus thuringiensis and its pesticidal crystal proteins. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 1998, 62(3): 775-806 (doi: 10.1128/mmbr.62.3.775-806.1998).
  • Siegel J.P. The mammalian safety of Bacillus thuringiensis — based insecticides. Journal of Invertebrate Pathology, 2001, 77(1): 13-21 (doi: 10.1006/jipa.2000.5000).
  • Raymond B., Federici B.A. In defence of Bacillus thuringiensis, the safest and most successful microbial insecticide available to humanity — a response to EFSA. FEMS Microbiology Ecology, 2017, 93(7): fix084 (doi: 10.1093/femsec/fix084).
  • Belousova M.E., Malovichko Yu.V., Shikov A.E., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. Dissecting the environmental consequences of Bacillus thuringiensis application for natural ecosystems. Toxins, 2021, 13(5): e355 (doi: 10.3390/toxins13050355).
  • Гришечкина С.Д., Смирнов О.В., Кандыбин Н.В. Фунгистатическая активность различных подвидов Bacillus thuringiensis. Микология и фитопатология, 2002, 36(1): 58-62.
  • Смирнов О.В., Гришечкина С.Д. Полифункциональная активность Bacillus thuringiensis Berliner. Сельскохозяйственная биология, 2011, 3: 123-126.
  • Гришечкина С.Д., Ермолова В.П., Коваленко Т.К., Антонец К.С., Белоусова М.Е., Яхно В.В., Нижников А.А. Полифункциональные свойства производственного штамма Bacillus thuringiensis var. thuringiensis 800/15. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(3): 494-504 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.494rus).
  • Malovichko Y.V., Nizhnikov A.A., Antonets K.S. Repertoire of the Bacillus thuringiensis virulence factors unrelated to major classes of protein toxins and its role in specificity of host-pathogen interactions. Toxins, 2019, 11(6): 347 (doi: 10.3390/toxins11060347).
  • Мордковичский К.З. Обсуждаются проблемы борьбы с колорадским жуком. Защита и карантин растений, 2016, 3: 36-38.
  • Коваленко Т.К., Мацишина Н.В. Колорадский жук Leptinotarsa desemlineata и картофельная коровка Henosepilachna vigintioctomaculata (Coleoptera): особенности биологии и вредо-носность. Чтения памяти А.И. Куренцова. Владивосток, 2015, вып. ХХVI: 128-136.
  • Волков О.Г., Смирнов Ю.В., Коваленко Т.К. Картофельная коровка: ее вредоносность и биологический контроль. Карантин растений. Наука и практика, 2012, 1(1): 41-44.
  • Гришечкина С.Д., Ермолова В.П. Эффективность бацикола на основе нового штамма Bacil-lus thuringiensis var. darmstadiensis № 25 против вредителей-фитофагов и фитопатогенов. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(3): 361-368 (doi: 10.15389/agrobiology.2015.3.361rus).
  • Kamoun F., Zouari F.N., Saagdaoui I., Jaoua S. Improvement of Bacillus thuringiensis bacteriocin production through culture conditions optimization. Preparative Biochemistry & Biotechnology, 2009, 39(4): 400-412 (doi: 10.1080/10826060903209653).
  • Martínez-Cardeñas J.A., de la Fuente-Salcido N.M., Salcedo-Hernández R., Bideshi D.K., Bar-boza-Corona J.E. Effects of physical culture parameters on bacteriocin production by Mexican strains of Bacillus thuringiensis after cellular induction. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 2012, 39(1): 183-189 (doi: 10.1007/s10295-011-1014-8).
  • Prabakaran G., Balaraman K., Hoti S.L., Manonmani A.M. A cost — effective medium for the large-scale production of. B. sphaericus H5a5b (VCRC) for mosquito control. Biological Control, 2007, 41(3): 379-383 (doi: 10.1016/J.Biocontrol.2007.02.004).
  • Pearson D., Ward O.P. Effect of culture conditions on growth and sporulation of Bacillus thurin-giensis subsp. israelensis and development of media for production of the protein crystal endotoxin. Biotechnol. Lett., 1988, 10: 451-456 (doi: 10.1007/bf01027055).
  • Калмыкова Г.В., Чешкова А.Ф., Акулова Н.И. Повышение бактериоциноподобной актив-ности штамма Bacillus thuringiensis путем улучшения состава питательной среды. Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, 2020, 50(2): 44-51 (doi: 10.26898/0370-8799-2020-2-6).
  • Smith R.A. Effect of strain and medium variation on mosquito toxin production by Bacillus thu-ringiensis var. israelensis. Canadian Journal of Microbiology, 1982, 28(9): 1089 (doi: 10.1139/m82-162).
  • Gladstone G.P., Fildes P.A. A simple culture medium for general use without meat extract or peptone. British Journal of Experimental Pathology, 1940, 21(4): 161-173.
  • Lecadet M.-M., Dedonder R. Biogenesis of the crystalline inclusion of Bacillus thuringiensis dur-ing sporulation. European Journal of Biochemistry, 1971, 23(2): 282-294 (doi: 10.1111/j.1432-1033.1971.tb01620.x).
  • Bertani G. Studies on lysogenesis I. The mode of phage liberation by lysogenic Escherichia coli. Journal of Bacteriology, 1951, 62(3): 293-300 (doi: 10.1128/jb.62.3.293-300.1951).
  • Тихонович И.А., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Романова Т.А. Штамм Bacillus thurin-giensis var. thuringiensis № 800/15 в качестве средства для получения энтомоцидного препарата. Патент СПб, ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии RU 2514211 С1. Заявл. 10.10.2012. Опубл. 27.04.2014. Бюл. № 12.
  • Тихонович И.А., Ермолова В.П., Гришечкина С.Д., Романова Т.А. Штамм Bacillus thurin-giensis var. darmstadiensis № 25 в качестве средства комплексного воздействия на вредных жесткокрылых насекомых и фитопатогенные грибы. Патент СПб, ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии RU 2514211 С 1 Заявл. 26.12.2012. Опубл. 27.04.2014. Бюлл. № 12.
  • Гришечкина С.Д., Ермолова В.П., Минина Г.Н., Сафронова В.И., Бологова Е.В. Методика. Коллекция штаммов бактерий-симбионтов вредных насекомых и грызунов, пригодных для биоконтроля численности вредителей сельскохозяйственных растений. СПб, 2014.
  • Abbott W.S. A method for computing the effectiveness of insecticide. Journal of Economic Ento-mology, 1925, 18(2): 265-267 (doi: 10.1093/jee/18.2.265a).
  • Методы экспериментальной микологии /Под ред. В.И. Билай. Киев, 1982.
  • Доспехов Б.В. Методика полевого опыта. М., 1985.
  • Nickerson K.W., Bulla Jr. L.A. Physiology of sporeforming bacteria associated with insects: min-imal nutritional requirements for growth, sporulation, and parasporal crystal formation of Bacillus thuringiensis. Appl. Microbiol., 1974, 28(1): 124-128 (doi: 10.1128/AEM28.1.124-128.1974).
  • Бирюков В.В. Основы промышленной биотехнологии. М., 2004.
  • Jouzani G.S., Valijanian E., Sharafi R. Bacillus thuringiensis: a successful insecticide with new environmental features and tidings. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2017, 101(7): 2691-2711 (doi: 10.1007/s00253-017-8175-y).
  • Domínguez-Arrizabalaga M., Villanueva M., Escriche B., Ancín-Azpilicueta C., Caballero P. Insecticidal activity of Bacillus thuringiensis proteins against coleopteran pests. Toxins (Basel), 2020, 12(7): 430 (doi: 10.3390/toxins12070430).
  • Царенко И.Ю., Рой А.А., Курдиш И.К. Оптимизация питательной среды для культивирования Bacillus subtilis ИМВ В-7023. Мicrobiоl. журн., 2011, 73(2): 13-19.
  • Matsumoto T., Sugiura Y., Kondo A., Fukuda H. Efficient production of protopectinases by Bacillus subtilis using medium based on soybean flour. Biochemical Engineering Journal, 2000, 6(2): 81-86 (doi: 10.1016/s1369-703x(00)00079-6).
  • Devidas P.C., Pandit B.H., Vitthalrao P.S. Evaluation of different culture media for improvement in bioinsecticides production by indigenous Bacillus thuringiensis and their application against larvae of Aedes aegypti Scientif. The Scientific World Journal, 2014, 2014: 273030 (doi: 10.1155/2014/273030).
  • Anderson R.K.I., Jayaraman K. Influence of carbon and nitrogen sources on the growth and sporulation of Bacillus thuringiensis var galleriae for biopesticide production. Chem. Biochem. Eng. Q., 2003, 17(3): 225-231.
  • Sarrafzadeh M.H. Nutritional requirements of Bacillus thuringiensis during different phases of growth, sporulation and germination evaluated by Plackett-Burman method. Iran. J. Chem. Chem. Eng., 2014, 31(4): 131-136 (doi: 10.30492/IJCCE.2012.5936).
  • Saberi F., Marzban R., Ardjmand M., Shariati F.P., Tavakoli O. Optimization of culture media to enhance the ability of local Bacillus thuringiensis var. tenebrionis. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2020, 19(7): 468-475 (doi: 10.1016/j.jssas.2020.08.004).
  • Pustake S.O., Bhagwat P.K., Dandge P.B. Statistical media optimization for the production of clinical uricase from Bacillus subtilis strain SP6. Heliyon, 2019, 5(5): e01756 (doi: 10.1016/j.heliyon. 2019.e01756).
Еще
Статья научная