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

Текст научной статьи Модифицированная полусинтетическая среда MMBT для производства препаратов на основе Bacillus thuringiensis

Одно из ключевых направлений в агробиотехнологии — создание и применение биопрепаратов для борьбы с вредителями и патогенами растений. Существенную значимость имеют исследования, связанные с поиском оптимальных условий культивирования микроорганизмов, позволяющие повысить эффективность и технологичность соответствующих препаратов.

Значительное внимание уделяется экологически безопасным средствам борьбы с вредными организмами, которые служат альтернативой химическим пестицидам. Одно из главных направлений в биологической борьбе с вредителями — использование микроорганизмов, в первую очередь энтомопатогенных бактерий рода Bacillus , которые считаются наиболее перспективными для создания средств борьбы с насекомыми (1). Основу для 90 % биопестицидов, используемых в коммерческих целях для борьбы с вредными насекомыми, составляют бактерии B. thuringiensis (2). Они активны, в том числе, против насекомых отрядов Lepidoptera , Diptera , Coleop-tera , Hymenoptera и нематод (3, 4). Для биоконтроля наиболее широко используют три патовара: А (var. thuringiensis , var. dendrolimus , var. galleria , var. kurstak i) — преимущественно против чешуекрылых, В (var. israelensis ) — продуцент ларвицидных препаратов, С (var. tenebrionis , var. darmstadiensis ) — против жуков (5). Микробиологические препараты на основе этих бактерий высокотоксичны в отношении определенных групп насекомых, безопасны для человека и минимально воздействуют на окружающую среду (6-9). Благодаря им снижается химическая нагрузка на окружающую среду.

Бактерии B. thuringiensis обладают полифункциональными свойствами. Наряду с энтомоцидной активностью у них выявлена антифунгаль-ная активность в отношении ряда фитопатогенов, вызывающих опасные заболевания культурных растений (10-12) . Широкий спектр активностей B. thu-ringiensis связан с наличием в их геноме репертуара генов, кодирующих синтез разнообразных белковых токсинов, минорных факторов вирулентности белковой природы, а также обусловливающих синтез разнообразных низкомолекулярных метаболитов (13).

Препараты, активные против жуков, широко используют против наиболее распространенных и опасных вредителей сельскохозяйственных культур, таких как колорадский жук ( Leptinotarsa decemleniata Say) и 28точечная картофельная коровка ( Henoseplachna vigintioctomaculata Motsch).

Колорадский жук обитает повсеместно. Он обладает высокой плодовитостью, легко адаптируется к разнообразным условиям и приспосабливается к новым изменениям биотических факторов. Разные стадии жука питаются весь вегетационный период. Потери урожая могут достигать 30-50 % и выше, а при отсутствии мероприятий по борьбе с ним его численность сильно увеличивается и урожай может полностью погибнуть (14).

На Дальнем Востоке, где производится около 5 % картофеля в Российской Федерации, наряду с колорадским жуком значительный вред культуре наносит 28-точечная картофельная коровка ( Henoseplachna vigintioc-tomaculata Motsch, 1857) (15). Она может повреждать от 20 до 100 % поверхности листьев, что приводит к значительным потерям урожая (16).

Для производства препаратов на основе B. thuringiensis разработаны питательные среды, в состав которых входят кукурузная и соевая мука, крахмал, белково-витаминный концентрат (БВК) и другие натуральные органические компоненты. Некоторые компоненты могут быть дефицитными. Хорошие результаты были получены при использовании в качестве источника азота гороховой, ячменной и овсяной муки (17). Препараты, полученные на этих средах, обладают высокой активностью, но имеют ряд недостатков. Так, при производстве препаратов на этих средах часто происходит вспенивание культуры, в результате чего дорогостоящие фильтры в ферментерах забиваются и требуется их замена. Трудности также возникают при проведении обработок, поскольку рабочие растворы, содержащие органические компоненты среды, забивают форсунки. Кроме того, питательные среды натурального органического состава зависят от качества и происхождения исходного сырья. В связи с этим возник запрос на создание новых сред на основе относительно недорогих и стандартных, преимущественно синтетических, компонентов для оптимизированной среды, обеспечивающей наилучший рост и биосинтез продуктов жизнедеятельности, что в свою очередь позволило бы снизить стоимость производства биопестицидов.

Известно, что в состав питательных сред, содержащих преимущественно синтетические компоненты, входят источники углерода и азота, представляющие собой производные натуральных компонентов, которые способствуют увеличению образования спор и белкового кристаллического эндотоксина, токсичного для насекомых (18, 19). Из источников азота наиболее часто используют дрожжевой экстракт (20) и гидролизат казеина, служащий источником белка (21). В качестве источников углерода преобладают глицерол и глюкоза (22, 23).

В настоящей работе впервые подобрана и модифицирована оптимальная полусинтетическая среда MMBt (Modified MBt), 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 .

Методика. Объектами исследования служили грамположительные бактерии B. thuringiensis var. thuringiensis 800/15 (BtH 1 800/15) и B. thuringiensis var. darmstadiensis 25 (BtH 10 25).

Состав сред для культивирования был следующим: среда ССY — 0,5 мМ MgCl2•6H2O, 0,01 мМ MnCl2•4H2O, 0,05 мМ FeCl3•6H2O, 0,05 мМ ZnCl2, 0,2 мМ CaCl2•6H2O, 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 (24); среда MВt: 7 г/л гидролизата казеина, 6,8 г/л KH2PO4, 0,12 г/л MgSO4•7H2O, 0,0022 г/л MnSO4•4H2O, 0,014 г/л ZnSO4•7H2O, 0,02 г/л Fe2(SO4)3, 0,18 г/л CaCl2•4H2O (25); среда LВ: 10 г/л триптона, 5 г/л дрожжевого экстракта, 10 г/л NaCl (26); модифицированная полусинтетическая среда MMBt (modified MBt): 7 г/л гидролизата казеина, 6,8 г/л KH2PO4, 0,12 г/л MgSO4•7H2O, 0,0022 г/л MnSO4•4H2O, 0,014 г/л ZnSO4•7H2O, 0,02 г/л Fe2(SO4)3, 0,18 г/л CaCl2•4H2O (25) + глюкоза (0,5; 1,0 или 2,0 %) и цитрат Na (2 г/л). Эталоном служили дрожже-полисахаридные среды (ДПС) для BtH1 (27) и BtH10 (28).

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 полного созревания, образования спор и кристаллического эндотоксина. Число клеток и содержание экзотоксина, выраженное в ЛК 50 для личинок комнатной мухи Musca domestica Linn., определяли согласно методике С.Д. Гришечкиной с соавт. (29). Повторность опыта 3-кратная.

На основе штаммов ВtH 1 800/15 и ВtH 10 25 в ферментерах на базе филиала «Экос» ФГБНУ ВНИИСХМ (г. Санкт-Петербург—Колпино) были получены партии жидких препаратов. Эффективность препаратов оценивали в 2020 и 2021 годах на картофеле ( Solanum tuberosum L.) сорта Янтарь на Дальнем Востоке (Приморский край, Уссурийский р-н) против H. viginti-octomaculata и на картофеле сорта Емеля в Тамбовской области против L. decemleniata . В опытах использовали жидкие препараты, полученные на ДПС и MMBt. Опыты ставили в 4 повторностях на делянках 10 м2. 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. Численность вредителя рассчитывали на одно растение (в опытах — 4 повторности по 10 растений).

Биологическую эффективность (БЭ) препаратов рассчитывали по формуле W.S. Abbot (30):

БЭ = (К - О)/К х 100 %, где К — численность вредителя до обработки, О — численность вредителя после обработки.

Антифунгальную активность препарата ВtH 10 25, полученного на MMBt и ДПС, определяли методом агаровых блоков in vitro в чашках Петри (31). Препараты, полученные на ДПС и ММBt, в концентрации 10 % вносили в расплавленную и охлажденную до 40 ° С среду (картофельный агар). На поверхность застывшего агара помещали блоки размером 0,8 см, вырезанные из 7-суточной культуры грибов. 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). В каждом варианте было по 4 чашки, биологическая повторность опыта — 4-кратная.

Ингибирующую активность рассчитывали по формуле W.S. Abbot (30): СИ (степень ингибирования роста колоний гриба) = (Дк - Д о) /Дк х 100 %, где Дк и До — диаметр колонии гриба соответственно в контроле и опыте.

Статистическую значимость различий оценивали посредством двухфакторного дисперсионного анализа с поправкой Бонферрони для множественных сравнений. Рассчитывали средние (M), стандартные отклонения (±SD) и стандартные ошибки средних (±SEM). Данные по эффективности препаратов против вредителей обрабатывали методом дисперсионного анализа при доверительном интервале 95 % (32).

Результаты. Культивирование штаммов BtH 1 800/15 и BtH 10 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 оказалась ниже, но на среде MВt у BtH 1 800/15 незначительно уступала ДПС (табл. 1), поэтому для дальнейших исследований была выбрана среда MВt. По данным K.W. Nikkerson с соавт. (33), добавление в питательную среду глюкозы и цитрата натрия способствует росту микробной массы и образованию кристаллов. В связи с этим мы изучили влияние различных концентраций глюкозы (0,5; 1,0 и 2,0 %) на развитие культур B. thuringiensis. Установлено, что при внесении в среду глюкозы в концентрациях 0,5 и 1,0 % развитие культуры заканчивалось через 48 ч, но титры КОЕ при 0,5 % концентрации были ниже, чем при 1,0 %. При внесении 2,0 % глюкозы сдерживалось развитие культуры и процесс споруляции заканчивался через 72 ч. Определив оптимальную концентрацию глюкозы 1,0 %, мы добавили в среду цитрат натрия (2 г/л) как дополнительный источник углерода, что позволило улучшить показатели. Титры на полученной нами среде MMBt повысились у BtH 1 800/15 до 1,95 КОЕ/мл (на 21,8 %), у BtH 10 25 до 1,8 КОЕ/мл (на 12 %) (см. табл. 1). Показатели активности также увеличились. На среде MMBt развитие культур ускорялось. При этом процесс споруляции и образования кристаллического белкового эндотоксина заканчивался через 48 ч, тогда как на ДПС — через 72 ч.

1. Характеристика препаратов на основе Bacillus thuringiensis var. thuringiensis 800/15 (BtH 1 800/15) и B. thuringiensis var. darmstadiensis 25 (BtH 10 25), полученных на разных питательных средах ( М ±SD)

Штамм

Среда

ДПС

MBt

MMBt

CCY

LB

1 i 2

1 i 2

1 i 2

1 i 2

1 i 2

BtH 1       3,35±0,10  2,4±0,2 1,60±0,10 3,0±0,1 1,95±0,20  2,8±0,2  0,38±0,10  6,9±0,1  1,30±0,10 6,3±0,2

800/15

BtH 10 25 3,0±0,2 2,5±0,2 1,5±0,1 4,2±0,1 1,8±0,1 3,4±0,2 0,3±0,1 7,9±0,2 1,1±0,1 6,7±0,2 П р и м е ч а н и е. 1 — титр (КОЕ/мл), 2 — активность по ЛК 50 для личинок 2-го возраста Musca domestica . Описание состава сред и размеры выборок см. в разделе «Методика».

Ранее при культивировании B. thuringiensis на дрожже-полисахарид-ных средах мы подобрали дозы посевного материала. Было установлено, что дозы от 0,2 до 1,0 % существенно не влияли на продуктивность штамма (17). При культивировании на MMBt дозы посевного материала в том же диапазоне (0,2; 0,5; 0,8; 1,0 %) оказались недостаточными, титры КОЕ были низкими. Испытания увеличенных доз посевного материала (4,0; 6,0; 10,0 %) показали, что на этой среде наилучшие результаты достигались при внесении 10 % посевного материала от объема питательной среды, что согласуется с данными В.В. Бирюкова (34).

Оценка эффективности жидких препаратов, проведенная на картофеле сорта Емеля в Тамбовской области против колорадского жука, показала ее существенную зависимость от численности вредителя, которая, в свою очередь, зависела от погодных условий и составляла в среднем 9 экз/куст в 2020 году и 33 экз/куст в 2021 году.

В 2020 году эффективность препарата BtH1 800/15, полученного на ДПС, была высокой и на 5-е сут составляла 95,3 %, практически не уступая химическому эталону — 100 %. Эффективность препарата BtH1 800/15, наработанного на MMBt, была несколько ниже — 83,3 %, но защитное дей- ствие сохранялось дольше. На 15-е сут его эффективность составляла 73,7 %, тогда как при обработке препаратом, полученным на ДПС, и химическим препаратом Борей — соответственно 58,8 и 56,2 %. В 2021 году эффективность препаратов была ниже по сравнению с 2020 годом и на 5-е сут после обработки BtH1800/15 незначительно различалась в вариантах со средой MMBt и ДПС (соответственно 67,7 и 75,3 %). При использовании препарата ВtH10 25, полученного на MMBt, эффективность уступала ВtH1 800/15 и на 5-е сут составляла 47,9 %. Во всех вариантах эффективность снижалась на 15-е сут (табл. 2).

  • 2.    Биологическая эффективность жидких препаратов на основе Bacillus thurin-giensis var. thuringiensis 800/15 (BtH 1 800/15) и B. thuringiensis var. darm-stadiensis 25 (BtH 10 25), полученных на разных питательных средах, против колорадского жука ( Leptinotarsa decemlineata Say) на картофеле ( Solanum tuberosum L.) сорта Емеля ( N = 4, n = 10; Тамбовская обл., 2020-2021 годы)

  • 3.    Биологическая эффективность жидких препаратов на основе Bacillus thurin-giensis var. thuringiensis 800/15 (BtH 1 800/15) и B. thuringiensis var. darm-stadiensis 25 (BtH 10 25), полученных на разных питательных средах, против 28-пятнистой картофельной коровки ( Henoseplachna vigintioctomaculata Motsch, 1857) на картофеле ( Solanum tuberosum L.) сорта Янтарь ( N = 4, n = 10; Приморский край, Уссурийский р-н, 2020-2021 годы)

    Вариант

    Норма расхода, л/га

    Средняя численность личинок, экз/растение

    Эффективность, % ( М ±SD)

    до обработки

    после обработки

    5-е сут1 10-е сут1 15-е сут

    5-е сут1 10-е сут1 15-е сут

    2020 год

    ВtH 1 800/15 (ДПС)        15          2,7       1,2       0,6       0,2    60,5±7,0  79,5±5,0  86,4±4,9

    ВtH 1 800/15 (MMBt)      20          3,2       0,9       0,6       0,2    70,5±5,4  84,3±7,1  90,3±3,8

    ВtH 1 800/15 (MMBt)      15          3,0       1,2       0,5       0,4    63,9±6,7  78,5±4.1  76,2±5.6

    Контроль          Без обработки   3,9       4,3       2,8       2,1

    НСР 05                                                                         9,4       15,5      13,2

    2021 год

    ВtH 1 800/15 (ДПС)        15          4,3       1,8       1,0       1,0    76,8±6,4  79,2±4,1  81,0±5,2

    ВtH 1 800/15 (MMBt)      15          5,7       2,3       1,2       1,2    78,5±5,7  80,4±3.6  82,7±6,9

    ВtH 10 25 (ДПС)           15          6,5       3,5       1,5       0,7    72,1±4,9  76,8±5,9  89,6±6,7

    ВtH 10 25 (MMBt)          15          9,3       3,0       1,5       1,4    83,0±4,0  86,2±6,0  86,0±5,7

    Контроль          Без обработки   3,9       7,9       5,2       4,9

    НСР 05                                                                         7,6       9,7       13,0

    Высокая эффективность жидких препаратов, наработанных на разных средах, была показана и при обработке посадок картофеля против 28-пятнистой картофельной коровки в Приморском крае. В 2020 году при

    норме применения препарата BtH 1 800/15 15 л/га эффективность в вариантах со средой ДПС и MMBt на 5-е сут составляла соответственно 60,5 и 63,9 %. В варианте с наработкой препарата на MMBt увеличение нормы применения до 20 л/га повышало эффективность до 70,5 %. Аналогичные данные были получены в 2021 году (табл. 3).

Вариант

Норма расхода, л/га

Средняя численность личинок, экз/растение

Эффективность, % ( М ±SD)

до обработки

после обработки

5-е сут

10-е сут

15-е сут

5-е сут

1 10-е сут1 15-е сут

2020

год

BtH 1 800/15 (ДПС)

20

8,05

0,38

2,00

3,38

95,3±1,6

74,4±3,1

58,8±4,4

BtH 1 800/15 (MMBt) Химический эталон

20

14,80

2,38

4,98

3,85

83,3±5,0

65,4±8,7

73,7±8,7

Борей

0,1

4,70

0,25

0,88

2,05

100

81,4±4,4

56,2±2,9

Контроль

Без обработки

7,10

3,08

2,52

1,30

НСР 05

2021

год

7,7

16,0

14,9

ВtH 1 800/15 (ДПС)

20

36,30

8,96

14,2

8,97

75,3±6.3

60,7±7,7

47,7±3,6

ВtH 1 800/15 (MMBt)

20

35,20

11,4

16,2

20,3

67,7±2,1

53,7±5,5

42,5±5,0

ВtH 10 25 (MMBt)

Химический эталон

20

30,45

16,8

18,0

18,5

47,9±3,1

40,8±3,9

39,4±4,9

Борей

0,1

35,10

3,75

6,0

11,3

89,3±5,6

82,8±6,1

69,4±4,9

Контроль

Без обработки

25,90

29,4

19,5

10,1

НСР 05

12,0

8,9

13,6

П р и м е ч а н и е. Использование препаратов на среде ММBt не приводило к засорению форсунок, в отличие от препаратов, полученных на ДПС.

В 2021 году наряду с препаратом ВtH 1 800/15 изучали эффективность ВtH 10 25. На 5-е сут после обработки в варианте с наработкой препарата на среде MMBt показатель был несколько выше, чем в варианте с ДПС, и составлял соответственно 83,0 % по сравнению с 72,1 %. На 15-е сут активность препаратов увеличивалась.

Таким образом, полевые испытания, проведенные на картофеле против колорадского жука и 28-пятнистой картофельной коровки, показали эффективность использования MMBt для производства биопрепаратов.

В опытах in vitro на 5-е сут ингибирующая активность жидкого препарата на основе ВtH 10 25, полученного на MMBt, была на 12 % выше, чем у препарата, наработанного на ДПС, и составляла для B. sorokiniana соответственно 72,3 и 60,8 %, для B. cinerea — 78,9 и 67,4 % (рис.). На 10-е сут такая тенденция сохранялась, и в варианте с ДПС было отмечено снижение ингибирования роста колоний B. sorokiniana до 57,3 %, B. cinerea — до 44,3 %. При использовании MMBt ингибирующая активность не снижалась. В контроле на 5-е сут были выявлены приблизительно одинаковые темпы роста грибов B. sorokiniana и B. cinerea, но различия отмечали на 10-е сут.

Необходимо отметить, что статистически значимые (p < 0,0001) различия по диаметру колоний B. sorokiniana и B. cinerea на 5-е и 10-е сут были показаны не только при анализе антифунгального эффекта жидких препаратов, наработанных на ДПС и MMBt, по сравнению с контролем, но и при сравнении эффектов обработки в двух этих вариантах между собой (см. рис., В).

Среда MMBt имела существенные преимущества перед широко используемыми для производства жидких форм препаратов дрожже-полиса-харидными средами. Поскольку Bacillus thuringiensis — одна из наиболее широко используемых в биотехнологии бактерий (35, 36), оптимизация сред для ее культивирования представляет существенный интерес. Так, в качестве органических компонентов сред используют сложные субстраты мелассу, кукурузный экстракт, кукурузную муку (37), соевую муку и др. (38). Важный фактор производства биопрепаратов — удешевление стоимости сред для культивирования, и соевая мука служит одним из наиболее дешевых компонентов (39). Однако их использование часто приводит к вспениванию культуры при наработке препаратов, что требует замены фильтров, повышая, в конечном итоге, цену производства.

В ряде исследований также показана важность баланса источников углерода и азота в средах для достижения оптимальной эффективности споруляции культуры Bt. Установлено, что увеличение концентрации глюкозы в среде повышает оптическую плотность культуры, в то время как повышение содержания дрожжевого экстракта подавляет споруляцию (40). Другие источники азота могу оказывать как стимулирующие, так и ингибирующие эффекты, в зависимости от фазы роста культуры (41). Более того, недавно опубликовано исследование, в котором провели, по-видимому, наиболее детальный на сегодняшний момент сравнительный анализ влияния баланса источников азота и углерода в среде для культивирования на споруляцию культуры Bt. Было показало, что наиболее эффективное спорообразование происходит при соотношении углерода к азоту в среде, равном 5:1 (42).

Botritys dnerea Bipotaris sorokiniana Botritys dnerea Bipolaris sorokiniana 5-c сут                                        10-е сут

Рост колоний грибов Botritys cinerea Pers. штамм С-5 (А) и Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker штамм С-20 (Б) на 5-е сут и диаметр колоний B. cinerea и B. sorokiniana (В) на 5-е и 10-е сут выращивания на картофельном агаре после обработки препаратом на основе Bacillus thuringiensis var. darmstadiensis 25 (BtH 10 25): а — контроль (без использования препарата), б — препарат наработан на среде ДПС, в — препарат наработан на среде MMBt (см. описание в разделе «Методика»).

* Различия между вариантами статистически значимы при p < 0,0001.

Примечательно, что при использовании бактерий рода Bacillus для продукции ферментов на стадии вегетативной культуры, повышение содержания азота, напротив, может оказывать благоприятный эффект (43). Таким образом, подбор компонентов сред для оптимизации культивирования существенно зависит не только от систематического положения культивируемых микроорганизмов, но и от стадии жизненного цикла (вегетативной или споровой). Традиционно используемые в средах для культивирования Bt автолизаты дрожжей задерживают споруляцию. Кроме того, сложные органические компоненты снижают технологичность получаемых сред.

Итак, разработанная нами модифицированная полусинтетическая среда (MMBt), которая состоит из гидролизата казеина, стандартного набора солей с дополнительным внесением 1 % глюкозы и 2 г/л цитрата Na в качестве источников углерода, позволила устранить эти недостатки. MMBt подходит для производства жидких препаратов на основе Bacillus thuringiensis и имеет преимущества перед дрожже-полисахаридными средами (ДПС). Так, использование среды MMBt может обеспечить получение достаточно эффективных и более удобных для применения биопрепаратов на основе B. thuringiensis, поскольку при выращивании на этой среде увеличивается скорость роста культуры, сокращается период формирования спор и белкового кристаллического эндотоксина. Так, на среде MMBt этот процесс заканчивался через 48 ч, а на среде ДПС через 72 ч, что позволяет уменьшить энергозатраты. При проведении полевых испытаний эффективности препаратов, полученных на MMBt, не было отмечено засорения форсунок в обрабатывающем оборудовании, в то время как при обработке препаратами, полученными на ДПС, требуется промывание опрыскивающего оборудования, из-за засоренности частицами органической среды. Опыты на картофеле, проведенные в полевых условиях в Тамбовской области против колорадского жука и на Дальнем Востоке против 28-пятнистой картофельной коровки, подтвердила, что препараты B. thuringiensis var. thuringiensis 800/15 и B. thuringiensis var. darmstadiensis 25, полученные на MMBt, не уступали по эффективности ДПС-препаратам и отличались более длительным инсектицидным эффектом. Применение разработанной среды способствовало усилению активности препарата на основе B. thuringiensis var. darmstadiensis 25 в отношении фитопатогенных грибов. В целом, использование MMBt можно рассматривать как перспективную и более технологичную альтернативу дрожже-полисахаридным средам, позволяющую избежать применения дополнительных органических компонентов, которые в некоторых случаях могут быть нестандартными и сложными для приобретения.

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