Сільськогосподарська біотехнологія біопестициди

Відео: Аеропонная установка, Інститут сільськогосподарської біотехнології, Росбіотех - 2013

Збитки сільського та лісового господарства від комах-шкідників щорічно обчислюються в світі близько 100 млрд доларів. Довгий час для боротьби з ними використовувалися отрутохімікати, але, по-перше, вони часто токсичні для тварин і людини, а, по-друге, до багатьох отрутохімікатів у комах розвивається стійкість. Все це призвело до необхідності пошуку нових ефективних засобів боротьби.

Найбільш перспективним виявилося використання природних патогенів - мікроорганізмів, чиї токсини є причиною загибелі комах-шкідників в їх природних умовах. В даний час в різних країнах світу виробляють більше 30-ти мікробіологічних ентомопатогенних препаратів. Вони характеризуються високою специфічністю поразки певних видів комах і практично повної нешкідливістю для людини, теплокровних тварин, птахів і корисних комах.

Ентомопатогенні препарати, одержувані на основі мікроорганізмів, виділених з природних умов та внесених знову в ті ж умови у вигляді патогенних препаратів, не викликають небажаних змін в біоценозах і не порушують екологічного стану в регіонах.

Російська мікробіологічна промисловість виробляє три групи ентомопатогенних препаратів:
1. Бактеріальні препарати на основі Bacillus thuringiensis: ентобактерін, дендробациллин, інсектін, токсобактерін.
2. Грибний препарат боверин на основі гриба Beauveria bassiana.
3. Препарати на основі вірусів ядерного поліедроза: вирин-ЕНШ і вирин-ЕКС.

Все мікробні патогени випускають у вигляді порошків, що змочуються або паст, рідше гранул, емульсії і кристалів.

При безпосередньому застосуванні найчастіше припускають різні добавки у вигляді розчинників, емульгаторів, які сприяють підвищенню їх ефективності.

Технологія отримання бактеріальних ентомопатогенних препаратів

З усіх ентомопатогенних бактерій найбільш широко застосовується грамположительная бактерія Bac. thuringiensis, яка, крім утворення спор, що викликають септіцімію комахи при попаданні всередину його тіла, в ході культивування продукує ряд токсичних сполук, що підвищують ефективність приготованих на її основі препаратів.

Серед таких токсичних продуктів, що виробляються цією бактерією, виділяють чотири компоненти:
1. a-екзотоксин (фосфоліпаза С) - продукт зростаючих клітин бактерій. Він викликає розпад незамінних фосфоліпідів в тканинах комахи, що призводить до їх загибелі.

2. b-екзотоксин, або термостабільний токсин. Накопичується в культуральної рідини симбатно росту клітин. Його дія пов`язана з пригніченням дії ДНК-залежної РНК-полімерази, що призводить до припинення синтезу РНК в клітинах комах і до їх загибелі. Дія цього токсину досить повільне.

3. 8-ендотоксин. Являє собою кристалічний білок (має форму правильних кристалів). Він не виділяється в культуральне середовище, а залишається усередині бактерії. Виявляє своє токсичну дію в шлунково-кишковому тракті комахи, руйнуючи його ферментну систему.

Відомо, що бактерії групи Bac. thuringiensis антагоністичні до 130-ти видів комах, серед яких шкідники польових, овочевих, плодових культур, виноградників і ліси. Найбільший ефект досягається при застосуванні цієї групи препаратів по відношенню до листогризучих шкідників.

Здатність Bac. thuringiensis утворювати різні токсичні продукти, суперечки, кристали використовується в промисловості при виробництві на основі цього мікроорганізму широкого кола різних ентомопатогенних препаратів.

Все бактеріальні ентомопатогенниє препарати на основі Bac. thuringiensis виробляють по одній і тій же технологічній схемі. Технологія виробництва включає всі стадії, типові для будь-якого мікробіологічного виробництва, заснованого на глибинному способі отримання мікроорганізмів: вирощування посівного матеріалу в лабораторії і в посівному аппарате- промислове культивування в ферментаторе- концентрування культуральної рідини-сушку- стандартизацію і фасування готового препарату.

Якщо посівний матеріал отримують у вигляді спор, то на всіх стадіях виробничого культивування використовують живильне середовище одного і того ж складу. Як правило, це дріжджі-полисахаридная середовище, що містить (в%): кормові дріжджі - 2-3 кукурудзяну муку - 1-1,5- кашалотового жир - 1. Якщо при вирощуванні посівного матеріалу не передбачається доведення його до стадії утворення спор, то в посівному апараті застосовують більш концентровані середовища, ніж у виробничих ферментаторах.

Перед початком культивування рН середовища не регулюють: при додаванні всіх компонентів вона встановлюється зазвичай близько 6,3. До кінця ферментації рН підвищується до 8-8,5. Процес культивування закінчують при ступеня спорулізаціі 90-95% і титрі спір не менше 109 в 1 мл. Готову культуральну рідину перекачують в окремий простерилізувати збірник подкисляют до рН 6-6,2 і передають на стадію сепарації. В результаті сепарації отримують пасту вологістю 85% з виходом близько 100 кг в 1 м культуральної рідини. Кінцевим продуктом виробництва може бути або змочувальний порошок, або стабілізована паста.

Перший отримують шляхом висушування пасти на розпилювальної сушарці до залишкової вологості 10% і змішанням з каоліном. Другу - внесенням в пасту карбоксиметилцелюлози (КМЦ). У цьому варіанті готовий продукт являє собою в`язку рідину світло-сірого кольору, однорідну за складом, замерзає при зберіганні, без запаху, не піддається гниттю або бродінню.

Технологія отримання грибних ентомопатогенних препаратів

Ентомопатогенні препарати на основі мікроскопічних грибів здатні вражати велику кількість комах-шкідників, викликаючи у них захворювання - мікоз. У порівнянні з бактеріями і вірусами гриби мають ряд особливостей: а) ураження відбувається не через травний тракт, а безпосередньо через поверхневі тканини-б) комахи вражаються в фазі розвитку лялечки, що консенсусу немає при впливі на них мікробних препаратів-в) гриби характеризуються відносно великою швидкістю росту і величезною репродуктивної способностью- у вигляді спор можуть тривалий час перебувати в природних умовах без помітного зниження Ентомопатогенні активності.

Вплив грибного препарату на комаха починається з проникнення суперечки гриба в порожнину його тіла через шкірні покриви. Потрапивши в тіло комахи, грибна спора проростає в гіфу, потім розростається в міцелій, від якого отчленяются гіфальние тільця - конідії, що становлять інфекційну одиницю ентомопатогенних грибів. Як правило, загибель настає від великої кількості токсинів, що виділяються грибами.

Якщо ж токсинів недостатньо або комаха не відчутно до них, загибель настає після того, як ниткоподібний міцелій заповнює все тіло комахи, вражаючи, перш за все, м`язову тканину. Залежно від розмірів комахи загибель настає в період від двох до восьми днів.

У Росії проводиться грибний препарат боверин на основі гриба роду Beauveria. Цей препарат застосовують для знищення близько 60-ти видів комах-шкідників, переважно жуків. Він нешкідливий для теплокровних тварин і людини, не викликає опіків у рослин.

Отримують боверин за допомогою як глибинного, так і поверхневого культивування промислового штаму гриба.
Отримання Боверин методом глибинного культивування отримання Боверин цим методом здійснюють в строго асептичних умовах. До складу живильного середовища входять наступні компоненти (в%): дріжджі кормові - 2 крохмаль - 1 хлорид натрію - 0,2 хлорид марганцю - 0,01 хлорид кальцію - 0,05.

Тривалість культивування становить три-чотири доби при температурі 25-28 С. Вирощування гриба проводять в умовах постійного перемішування і примусової аерації. В ході глибинного культивування гриба протягом першої доби-півтора кормові дріжджі повністю лизируются, а гриб за цей час проходить всі фази свого росту. До кінця повного дозрівання гриба виділяється максимальна кількість ферментів, що веде до лізису міцелію і сприяє накопиченню конідій. Готову культуральну рідину піддають сепарації або фільтрації.

Після фільтрування одержують пасту вологістю 70-80%, яку направляють на распилітельную сушилку. Висушені суперечки є дрібнодисперсний порошок вологістю 10%. Отриманий порошок стандартизуют необхідною кількістю каоліну, іноді в якості добавок в готовий препарат вводять змочувач і прилипач.

Технологія отримання Боверин методом поверхневого культивування гриба

Цей спосіб більш тривалий і трудомісткий, тому має обмежене застосування. Поверхневе культивування гриба проводять як в рідкому поживному середовищі, так і на напівтвердих, на цих середовищах гриб володіє хорошою швидкістю зростання. Його мікробіологічне виробництво завершується на стадії отримання спороносной плівки, яку згодом знімають, висушують, подрібнюють і при необхідності стандартизуют відповідною кількістю наповнювача.

Серед можливих прийомів, використовуваних у виробництві Боверин поверхневим культивуванням, розрізняють: а) культивування гриба на рідких середовищах без автоклавування, перемішування і аераціі- б) культивування на твердих автоклавуватися середовищах без перемішування і аерації. Ці прийоми засновані на тому, що гриб добре росте на різних рослинних субстратах - відходах сільськогосподарської продукції.

Культивування гриба на рідких середовищах без автоклавування, перемішування і аерації проводять без попередньої стерилізації середовища, її просто нагрівають до кипіння, розливають у дерев`яні каркаси, покриті зсередини поліетиленовою плівкою. Середу, охолоджену до 30-40 С, засівають сухими спорами. Зверху каркаси накривають поліетиленовою плівкою, яку після освіти спороносной плівки гриба знімають. Як середовищ використовують всілякі відвари, наприклад: з цукрових буряків, картоплі, гарбуза, зерна, борошна.

У процесі культивування гриба на твердих автоклавуватися середовищах без перемішування і аерації передбачається стерилізація розміщених по окремих ємностей поживних середовищ (сусло-агар, картопля, морква, кукурудза, кірки кавуна) протягом сорока хвилин при 110 С. У стерильний субстрат вносять сухі суперечки, ємності з субстратом струшують до однорідного розподілу посівного матеріалу і залишають стояти при температурі навколишнього повітря 18-23 С.

Освіта конідіоспор завершується до кінця 12-15 діб. Культуру гриба із залишками субстрату витягують з ємностей і висушують на стелажах при 25-28 С. Отримання готового препарату завершують помелом матеріалу до дрібнодисперсного порошку.

Технологія отримання вірусних ентомопатогенних препаратів

З усіх ентомопатогенних препаратів вірусні володіють найбільш високою специфічністю по відношенню до комасі-господаря: зазвичай вони вражають тільки один вид, тому вони практично повністю нешкідливі для флори, фауни і людини.

Віруси відрізняє висока стійкість до несприятливих впливів навколишнього середовища (температури, вологості), вони здатні зберігати свою активність протягом 10-15 років, перебуваючи поза комахи.

Зараження комахи вірусом відбувається при харчуванні шкідника. Потрапили в кишечник віріони проникають в клітини організму, і в ядрах цих клітин відбувається реплікація вірусів. Вивільнені віруси вражають інші клітини до тих пір, поки комаха не загине.

Відмінною особливістю виробництва вірусів є те, що вони розмножуються тільки в живій тканині. Тому виробництво будь-якого вірусного препарату відрізняється від розглянутих бактеріальних препаратів.

Технологія будь-якого з вірусних препаратів починається з розведення комахи-господаря на штучних поживних середовищах, що забезпечують їх фізіологічно здоровий стан. На певній стадії розвитку (зазвичай на стадії гусениці) комах заражають, додаючи вірусну суспензію до корму. При цьому інокулят попередньо отримують від декількох хворих личинок.

Після витримки, для максимального накопичення вірусів в тканинах комахи (7-9 доби), збирають відмерлі личинки, підсушують їх при 30-35 ° С, подрібнюють механічним способу для виведення тілець-включень з тканин. До отриманої маси додають фізіологічний розчин або дистильовану воду з розрахунку 1 мл на гусеницю, перемішують і фільтрують (центрифугируют).

Готові препарати виготовляють у вигляді водних розчинів, олійних розчинів, сухих порошків, паст і т. П.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик