Сільськогосподарська біотехнологія біологічні добрива

Відео: Проекти Академії біології і біотехнології: комплексні органо-мінеральні добрива

Присутня в грунті мікрофлора безпосередньо впливає на її родючість, а, отже, і на підвищення врожайності. Грунтові мікроорганізми в процесі росту і розвитку покращують структуру грунтів, накопичують в них поживні речовини, перетворюючи органічні і неорганічні сполуки в легкозасвоювані рослинами компоненти харчування.

З метою стимулювання діяльності грунтової мікрофлори розроблені різні бактеріальні добрива. У практиці сільського господарства знайшли застосування такі бактеріальні удобоенія, як нітрагін, азотобактерин і фосфоробактерін.

Технологія отримання сухого нитрагина

Нітрагін - бактеріальне добриво, приготоване на основі життєздатних бульбочкових бактерій з роду Rhizobium і призначене для підвищення врожаю бобових рослин: гороху, квасолі, сої, люцерни, люпину та ін. Бактерії здатні фіксувати вільний азот атмосфери, перетворюючи його в легкозасвоювані рослинами сполуки, оскільки в їх організмах є фермент - нитрогеназа.

Нітрогеназа відновлює молекулярний азот до аміаку, який залучається потім в ряд перетворень з утворенням глутаміну і глутамінової кислоти. Ці кислоти в подальшому йдуть на синтез рослинного білка. Цей процес можливий тільки в симбіозі з бобовими рослинами: рослина забезпечує бактерії необхідними поживними речовинами і створює для них оптимальні умови існування, а бактерії, перебуваючи в бульбах, пророслих в корені рослини, постачають його азотистих харчуванням. Ні рослини, ні бактерії самі по собі не можуть фіксувати азот.

У грунті завжди є деяка кількість бульбочкових рослин, які розташовуються на дикорослих бобових рослинах. Однак при засівання полів бобовими монокультурами бульбочкових бактерій виявляється недостатньо, внаслідок чого рослини знижують врожайність. При цьому мінеральні азотисті добрива виявляються в даному випадку марними, оскільки азот засвоюється тільки через бульби. Тому виробництво бактеріальних добрив є надзвичайно актуальним.

Завданням конкретного виробництва бактеріальних добрив є максимально можливе накопичення життєздатних клітин, збереження їх життєздатності на всіх стадіях технологічного процесу і приготування на їх основі готових форм препаратів зі збереженням їх активності протягом гарантійного терміну.

Сухий нітрагін - порошок світло-сірого або коричневого кольору, який містить в 1 г препарату не менше 9 млрд життєздатних клітин в суміші з наповнювачем (бентонітом, каоліном, крейдою тощо.).

Промислове виробництво нитрагина побудовано за типовою схемою асептичного мікробіологічного процесу. «Вузьким» місцем є стадія висушування, оскільки саме на цій стадії бактерії можуть втратити життєздатність через температурних впливів. Тому сушіння здійснюють під вакуумом при 30-35 ° С.

Для виробництва посівного матеріалу вихідну культуру бульбочкових бактерій вирощують спочатку на агаризованому середовищі, що містить, наприклад, відвар насіння бобових розтер, 2% агару і 1% сахарози. На всіх етапах промислового культивування застосовують живильне середовище одного і того ж складу, що включає такі компоненти, як мелясу, кукурудзяний екстракт, мінеральні солі у вигляді сульфатів амонію і магнію, крейда, хлорид натрію і двозаміщений фосфат калію.

Основну ферментацію проводять протягом двох-трьох діб при температурі 28-30 С і рН 6,5-7,5. Готову культуральну рідину направляють на сепарацію, в результаті якої відокремлюється біомаса у вигляді пасти вологістю 70-80%. Пасту змішують із захисною середовищем, що має різний склад, але завжди містить мелясу і тіомочевину в співвідношенні 20: 1, і направляють на висушування. Процес сушіння здійснюють в вакуум-сушильних шафах при 30-35 С і залишковому тиску 10-13 кПа. Висушену біомасу розмелюють.

Нітрагін сприяє збільшенню врожайності бобових на 1 525%, а в районах, де бобові засіваються вперше, - на 100%. Вносять препарати шляхом опудривания насіння безпосередньо перед посівом.

Технологія отримання сухого азотобактерин

Азотобактерин - бактеріальне добриво, приготоване на основі культури свободноживущего грунтового мікроорганізму Azotobacter chroococcum, здатного фіксувати до 20 мг атмосферного азоту на 1 г використаного цукру. Крім того, ці бактерії виділяють у ґрунт біологічно активні речовини: нікотинову кислоту (вітамін PP), пантотенову кислоту, піридоксин, біотин (вітамін H) і деякі фунгіцидні речовини, які пригнічують розвиток небажаних мікроскопічних грибів.

Всі види азотобактера - строгі аероби. Бактерії цього виду дуже чутливі до наявності фосфору і розвиваються при високому вмісті його в живильному середовищі. Технологія отримання азотобактерин має багато спільного з технологією виробництва нитрагина, тому будуть розглянуті найбільш суттєві відмінності в його технології.

Культуру мікроорганізмів вирощують методом глибинного культивування на середовищі, що містить ті ж компоненти, що і при культивуванні Rhizobium. Додатково вводять сульфати заліза і марганцю, а також складну сіль молібденової кислоти. РН середовища культивування 5,7-6,5, аерація - 1 об`єм повітря на 1 об`єм середовища в 1 хв.

Процес ферментації проводять до початку стаціонарної фази росту культури, так як в цій стаціонарній фазі біологічно активні речовини виділяються з клітини і залишаються в культуральної рідини.

При цьому існує небезпека, що з їх виходом клітини можуть втратити здатність фіксувати атмосферний азот після внесення в грунт.

Біологічно активні речовини повністю або частково можуть губитися і в процесі висушування клітин, однак залишилися життєздатними клітини після виведення азотобактера з анабіозу відновлюють здатність продукувати біологічно активні речовини.

Використовувати препарати азотобактерин рекомендується лише в родючих ґрунтах, що містять фосфор і мікроелементи. Відсутність останніх негативно позначається на життєдіяльності внесених бактерій.

Застосовують азотобактерин для бактеризації насіння, розсади, компостів. При цьому поліпшується кореневе живлення рослин і на 10-15% підвищується врожайність зернових, технічних і овочевих культур.

Технологія отримання фосфоробактеріна

Фосфоробактерін - бактеріальне добриво, що містить спори мікроорганізму Bacillus phosphaticum. Бактерії мають здатність перетворювати складні фосфорорганічні сполуки (нуклеїнові кислоти, нуклеопротеїнами і ін.) І трудноусвояемие мінеральні фосфати (пірофосфати, поліфосфати) в доступну для рослин форму. Крім того, вони також виробляють різні біологічно активні речовини, в тому числі вітаміни, що стимулюють ріст рослин, особливо на ранніх стадіях їх розвитку.

За морфологічними ознаками Bac. phosphaticum є дрібні, грампозитивні, аеробні спороутворюючі палички.

Технологія його одержання мало відрізняється від такої для нитрагина і азотобактерин.

Культуру Bacillus phosphaticum вирощують глибинним способом. Склад живильного середовища наступний (у%): кукурудзяний екстракт - 1,8 меляса - 1,5 сульфат амонію - 0,1 крейда - 1 вода - інше. Культивування проводять в строго асептичних умовах при постійному перемішуванні і примусової аерації до стадії утворення спор.

Основні параметри проведення процесу: температура - 28-30 С, рН середовища - 6,5-7,5- тривалість культивування - 1,5-2 доби. Полученнию в ході культивування біомасу клітин відокремлюють центрифугуванням і висушують в розпилювальної сушарці при 65-75 ° С до залишкової вологості 2-3%. Висушені суперечки змішують з наповнювачем (каоліном).

На відміну від нитрагина і азотобактерин фосфоробактерін володіє більшою стійкістю при зберіганні. Втрата життєздатності клітин після 1 року зберігання не перевищує 20%.

Слід зазначити, що фосфоробактерін не замінює фосфорні добрива, а різко збільшує їх ефективність, тому його вносять разом з фосфорними добривами. Фосфоробактерін рекомендують застосовувати на чорноземних грунтах. Він необхідний для підвищення врожайності зернових, картоплі, цукрових буряків та інших сільськогосподарських рослин.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик