Анализ биотехнологии микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биотехнология микроорганизмов

Введение

Использование микроорганизмов как биологических агентов для получения биомассы, органических кислот, спиртов, аминокислот, ферментов, гормонов и других соединений, трансформации органических веществ (получение биогаза, очистка сточных вод и др.) является важной составной частью биотехнологии. Уникальность микробной клетки заключается в высокой интенсивности микробного метаболизма. Скорость образования белка у бактерий на много порядков выше, чем у растений и в 10 раз выше, чем у животных (А.Г.Лобанок и др.,1988). Это позволяет относительно дешево производить многие ценные продукты (белки, витамины, жиры, ферменты, антибиотики и др.). Субстратом для таких производств могут служить отходы сельского хозяйства, промышленности, что играет важную роль в охране окружающей среды. Микробиологическое производство ряда продуктов менее энергоемко в сравнении с химическим, а некоторые природные соединения получить на основе химического синтеза невозможно. Главными направлениями использования биотехнологии микроорганизмов является получение полезных продуктов, энергии и защита окружающей среды.

Эффективность биотехнологии микроорганизмов за последнее время повышается в связи с созданием на основе методов генной и клеточной инженерии штаммов с новыми полезными свойствами.

1. Производство микробиологического кормового и пищевого белка

Дефицит кормового белка сдерживает развитие животноводства. Биологическая ценность белка определяется содержанием в нем незаменимых аминокислот, не синтезируемых в организме животного (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин). Недостаток какой - либо из аминокислот в кормах лимитирует усвояемость остальных, приводит к перерасходу кормов и должен компенсироваться концентрированными кормами. Среди зерновых и зернобобовых культур наиболее сбалансирован по содержанию незаменимых аминокислот белок зерна сои, риса и гороха. В белках зерна пшеницы и ячменя содержится мало лизина, метионина и изолейцина, а в белках зерна кукурузы - триптофана. (табл.1)

Одним из путей решения проблемы кормового белка является получение его микробиологическим путем. При этом продуцентами белка служат дрожжи, бактерии, низкие и высшие грибы и одноклеточные водоросли. Микроорганизмы отличаются высоким (до 60% сухой массы) содержанием белка, сбалансированного по аминокислотному составу.

Таблица 1 Содержание незаменимых аминокислот в белках некоторых микроорганизмов в г на 100 г белка (В.С.Шевелуха и др., 2003).

Кормовые белки из водорослей

В ряде стран для получения кормового белка применяют одноклеточные водоросли Chlorella и Scenedesmus, а также сине-зеленые водоросли Spirulina, которые используют в качестве источника энергии солнечный свет.

Возможно выращивание водорослей в открытых водоемах , а также в закрытых системах. С 1 га в одной поверхности открытого типа получают до 70 т сухой биомассы в год, причем содержание белков в клетках хлореллы и сценедесмус составляет 45-50% на сухую массу, а в клетках спирулины - 60-65%. Возможно выращивание водорослей на промышленных и сельскохозяйственных стоках, что позволяет не только получить ценный корм, но и обеззараживать стоки (В.С.Шевелуха и др., 2003).

Кормовые белки из грибов.

Грибы (высшие и низшие) являются ценными продуцентами белков, способными использовать в качестве субстрата мелассу, молочную сыворотку, сок растений, лигнин - и целлюлозосодержащие отходы пищевой и деревообрабатывающей промышленности (А.Г.Лобанок и др.,1988).Белки грибного мицелия по содержанию незаменимых аминокислот близки к белкам сои. Они богаты лизином, имеют высокую биологическую ценность и усвояемость. Для промышленного культивирования подобраны быстрорастущие штаммы грибов из родов Penicillium, Aspergillus,Fusarium, Trichoderma. В биомассе грибов синтезируется 20-60% белков от сухой массы.

Пищевой белок.

Достигнув 21-го века, человечество не решило главной проблемы - проблемы голода. Рост народонаселения на планете, сокращение площади питания на одного жителя планеты в результате эрозии и отвода земель на несельскохозяйственные нужды требует поиска новых решений для обеспечения населения продовольствием. Человек должен потреблять ежедневно 60-100 г белка. Повышение производительности в растениеводстве и животноводстве требует увеличения энергетических расходов на единицу продукции и усиливает антропогенное давление на окружающую среду. Альтернативой такого подхода может быть производство пищевого белка биотехнологическим путем на основе переработки субстрата микроорганизмами. В качестве субстрата могут использоваться метиловый и этиловый спирты, природный газ, соединения неорганической природы, древесина. Продуцентами пищевого белка могут быть дрожжи, бактерии, грибы, микроскопические водоросли.

Такие подходы к производству пищевого белка уже испытаны в ряде стран. Добавкой к пище могут служить дрожжи рода Candida, выращенные на мелассе. В Японии производят пищевые продукты на основе водорослей хлореллы и спирулины. В Великобритании используют для получения пищевого белка нетоксичные штаммы грибов рода Fusarium. В Германии выпускается в качестве белкового пищевого продукта облагороженная бактериальная биомасса, выращенная на метаноле. В Новой Зеландии совместно с Великобританией разработан способ получения пищевого продукта из грибов рода Penicillium, в Австрии - из дрожжей-сахаромицетов, во Франции - из дрожжеванной молочной сыворотки (А.Г.Лобанок и др.,1988). Таким образом, получение пищевого белка весьма перспективно как путь решения продовольственной проблемы, утилизации отходов сельского хозяйства, сбережения ресурсов и охраны окружающей среды.

2. Микробиологический синтез незаменимых аминокислот

Производство аминокислот занимает важное место в биотехнологической промышленности. Недостаток отдельных аминокислот, в особенности незаменимых в рационе человека или животного отрицательно сказывается на их росте и развитии. Небольшие добавки в рацион животных незаменимых аминокислот значительно повышают усвояемость кормов.

Мировая промышленность производит в больших объемах глутаминовую кислоту, метионин, лизин, глицин, триптофан и другие аминокислоты для получения кормовых препаратов, специальных продуктов питания и лекарств. Наиболее широкое распространение получил микробиологический синтез аминокислот ( около 60% от производимого объема). В меньшей степени распространен химический синтез, а также получение аминокислот путем гидролиза белков. Недостаток химического синтеза заключается в том, что при этом образуется смесь L - и D форм аминокислот. D- формы не усваиваются организмом человека и животных, а у некоторых аминокислот обладают и токсическими свойствами. Исключением являются глицин и метионин. При микробиологическом синтезе образуются L-аминокислоты, обладающие биологической активностью. Продуцентами аминокислот являются специа-льно отобранные на основе классической селекции или созданные методами генной инженерии штаммы микроорганизмов, обладающие способностью к сверхсинтезу ( до 150-200 г/л).

Промышленные технологии производства аминокислот основаны на выращивании суперпродуцентов в ферментерах на специальной среде с последующим отделением культуральной жидкости, концентрацией, очисткой и сушкой конечного продукта.

Наибольшее распространение получила технология микробиологического синтеза L- лизина для кормовых целей. В организме человека и животных лизин способствует секреции пищеварительных ферментов и транспорту кальция в клетки. Улучшает общий азотный баланс. Продуцентами лизина служат бактерии из родов Corynebacterium или Brevibacterium. Субстратом служит меласса и уксусная кислота ( источники углерода), а также соли аммония, мочевина, кукурузной экстракт, гидролизаты дрожжей ( источники азота) .

В состав среды добавляются не синтезируемые штаммом аминокислоты, а также макро-и микроэлементы и витамины. В результате получают следующие виды продукции: жидкий концентрат лизина, сухой кормовой концентрат, а также высокоочищенный концентрат для пищевой и медицинской промышленности.

Разработаны технологии производства кормовых и высокоочищенных препаратов триптофана . Продуцентом этой незаменимой аминокислоты является бактерия Bacillus subtilis . Используется в качестве кормовой добавки к рациону сельскохозяйственных животных, а также в медицине. Микробиологический синтез используется также для получения L- глутаминовой кислоты, которая находит применение в пищевой промышленности и медицине при лечении заболеваний , связанных с отравлением печени и почек. Продуцентами являются те же микроорганизмы, что и в производстве лизина.

В России разработана технология получения L-треонина - незаменимой аминокислоты, применяемой для сбалансирования аминокислотного состава кормов, а также для фармацевтической и химической промышленности. В качестве продуцента используют штамм Escherichia coli. Компонентами питательных сред являются сахар ( или глюкоза), сульфат аммония,фосфат калия, сернокислый магний, гидролизат дрожжей, пенициллин.

В Беларуси микробиологическая промышленность имеет большой опыт по производству аминокислот. Производство лизина уже в конце 90-х годов достигало 180 тонн в год (Новополоцкий завод БВК), за последние годы достигнуты успехи в разработке технологий высокоочищенных аминокислот для медицинских целей. На Гродненском заводе медпрепаратов освоено производство L-лейцина, L- валина и L-изолейцина . Заканчивается разработка технологии еще 3 высокоочищенных аминокислот : L- аргинина, L- триптофана и L- треонина.На их основе разрабатываются лекарства для укрепления иммунной системы, лечения онкогенных заболеваний.

3. Микробиологический синтез витаминов

Витамины входят в состав каталитических центров ферментов. Основными источниками витаминов для человека и животных являются продукты растительного и микробного происхождения. При их недостатке возникают авитаминозы, сопровождаемые общей слабостью организма, ослаблением иммунитета, нарушениями воспроизводительной функции и др. Витамины в организм животного поступают с пищей, а также вырабатываются микрофлорой пищеварительного тракта. Важную роль в повышении ценности кормов играют витаминные препараты, получаемые путем микробиологического синтеза. Наибольшее распространение получил синтез витаминов В2 (рибофлавина) и В12 (цианакобаламина).

Рибофлавин синтезируется штаммами дрожжей Eremothecium ashbyii, бактериями Bacillus subtilis. Дрожжи культивируются на зерновой барде, молочной сыворотке и на синтетической среде, бактерии - на мелассе и биомассе кормовых дрожжей.

Цианакобаламин синтезируют бациллы Bac.мegaterimm, Propionobac freudenreichii актиномицеты Act.griseus ,Act.olivaceus, Act.aureefaciens. Их культивируют глубинным способом на полусинтетических средах, в состав которых включают соединения кобальта. Для промышленного получения витамина успешно используются пропионовокислые бактерии. С этой целью применяется метод метанового брожения с участием метанобразующих бактерий.

В Беларуси налажено широкомасштабное производство кормового рибофлавина (Пинский биохимический завод).

4. Микробиологический синтез ферментных препаратов

Таблица 2 перечень некоторых микробных ферментов, получаемых в промышленных масштабах (Р.Стейниер, Э. Эдельберг, Дж.Ингрэм ,1979)

Ферменты являются катализаторами метаболических процессов в организмах человека и животных и широко используются в пищевой и медицинской промышленности, в сельском хозяйстве для повышения усвояемости кормов, для профилактики и лечения желудочных и паразитарных заболеваний. Микробиологический синтез ферментов более выгоден в сравнении с их выделением из животного и растительного сырья. Продуцентами ферментов могут быть следующие виды микроорганизмов (Табл.2).

Источником углерода в субстратах являются кукурузная или пшеничная мука, крахмал, глюкоза, лактоза; источниками азота служат соевая мука или белковые изоляты, рыбная мука, кукурузный экстракт, казеины, соли аммония. Процесс получения ферментов проводится в биореакторах.

Для повышения перевариваемости и питательности кормов в рацион животных добавляют ферментные препараты (0,1-1,5% от сухой массы корма). Их продуценами являются бактерии и микроскопические грибы.

Ферментные препараты нашли применение при выращивании крупного рогатого скота, свиней, птиц рыб (табл. 3.)

Таблица 3. Важнейшие ферментные препараты , применяемые в сельском хозяйстве (В.С. Шевелуха и др.,2003)

Примечание: каждый ферментный препарат обозначается определенным буквенным и цифровым индексом. Буква "Г" в названии препарата указывает на то, что он получен из культуральной жидкости при глубинном способе выращивания микроорганизмов, тогда как буква "П" свидетельствует о том, что ферментный препарат получен из поверхностной культуры микроскопических грибов. Индекс "2" в названии препарата показывает, что это концентрированный сироп, "3" - сухой ферментный препарат,"10" - очищенный ферментный препарат. Индекс "Пх" обозначает, что ферментный препарат представляет собой высушенную поверхностную культуру грибов.

5. Микробиологический синтез средств защиты растений

Эффективная защита растений от болезней и вредителей является одним из важных элементов технологии. Химические пестициды дороги, экологически небезопасны. Кроме того, они способствуют отбору устойчивых форм патогенов и насекомых, что приводит к необходимости смены препарата. За последние годы по ряду причин пестицидная нагрузка на 1 га в Беларуси составила около 1кг/га. Альтернативой химическим пестицидам могут быть микробные препараты (Коломиец,2002), производство которых дешевле и может быть организовано на местном сырье. микробиологический белок аминокислота витамин

В качестве микробных пестицидов могут быть использованы микроорганизмы-антагонисты и энтомопатогены, характеризующиеся высокой антагонистической и энтомоцидной активностью, генетической стабильностью, конкурентоспособностью, устойчивостью к абиотическим стрессам. Такие микроорганизмы способны синтезировать ряд биологически активных веществ, в т.ч. ферменты и антибиотики. Наибольший интерес среди таких микроорганизмов представляют бактерии родов Streptomyces, Bacillus, Pseudomonas, грибы Trichoderma, Beaveria, вирусы, нематоды

В Беларуси разрешены для использования ряд микробиологических препаратов инсектицидного и фунгицидного действия. На основе Bacillus thuringiensis созданы такие биопрепараты инсектицидного действия, как бацитурин, битоксибациллин, дипел, колептерин, лепидоцид, новодор, форей которые применяются в борьбе против колорадского жука на картофеле; паутинного клеща на огурце, листогрызущих вредителей плодовых и овощных культур и других вредителей.

Энтомопатогенный гриб Beaveria bassiana используется для получения боверина, применяемого в борьбе с колорадским жуком на картофеле, белокрылки и трипсов на огурце, плодожорки яблони.

Среди биофунгицидов в Беларуси разрешены следующие препараты: на основе штаммов бактерии Bacillus subtilis разработан бактоген против болезней томата и огурца в защищенном грунте и бактофит против болезней огурца; на основе Bacillus mycoides получен миколин для борьбы с болезнями капусты, томата, петрушки, сельдерея; бактериофаг Pseudomonas syringae использован для получения пентафага, применяемого на огурцах и плодовых культурах; на основе гриба Trichoderma создан триходермин против болезней ячменя и овощных растений.

В разработке биопестицидов активное участие принимают белорусские ученые. В Институте микробиологии создана коллекция мицелиальных грибов, актиномицетов и бактерий, перспективных для биологического контроля патогенов (Э.И.Коломиец,2002). Подобраны оптимальные субстраты и условия культивирования. Разработана технология производства гризеовиридина (продуцент Streptomyces griseoviridis),флавесцина (Streptomyces flavescens), фрутина (Bacillus subtilus), предназначенных для защиты растений от микозов и бактериозов, а также бацитурина, колептерина на основе штаммов Bacillus thuringiensis для борьбы с паутинным клещом, тлей и листогрызущими вредителями.

БНИИ защиты растений участвовал в разработке применяемых в Беларуси боверина, Вирина-ГЯП и Вирина-КШ, колептерина, миколина, пентафага, триходермина; БГУ - бактогена; Институт экспериментальной ботаники НАН-миколина; Институт леса НАНБ -гомелина; Институт генетики и цитологии НАНБ- ризоплана.

Налажено производство ряда отечественных биопестицидов на предприятиях концерна "Белбиофарм".

6. Использование микробных почвоудобрительных препаратов

В природных и агроэкосистемах растения вступают в сложные взаимоотношения с микроорганизмами. ( от паразитизма до симбиоза). Для сбалансированных экосистем характерна эволюция от отрицательных взаимоотношений к положительным . В связи с этим при создании высокопродуктивных и устойчивых агроэкосистем весьма перспективно регулирование взаимоотношений культурного растения как с полезной , так и с вредной микрофлорой. Важную роль при этом играет возможность создания синергических микробных ассоциаций с растением , сочетающих азотфиксацию, фосфатмобилизацию, ростстимулирующее и защитное действие против патогенов, что позволяет уменьшить дозы внесения минеральных удобрений , блокировать развитие патогенной микрофлоры и в конечном итоге повысить урожай. Для этих целей особый интерес представляет использование почвоудобрительных препаратов азотфиксирующих и фосфатмобилизирующих микроорганизмов.

Использование таких препаратов является одним из важных направлений экологизации сельского хозяйства, реализации признанной во всем мире как основополагающей концепции устойчивого сельского хозяйства (sustainable agriculture) .

В аграрно-развитых странах до одной трети общей площади зерновых и зернобобовых культур бактеризуют диазотрофными препаратами, за счет чего сокращают потребление дорогостоящих и экологически небезопасных азотных удобрений на 25-40%. Широкое производство азотфиксирующих и иных инокулянтов налажено в США , Франции , Австралии, Великобритании, Индии. В Китае практически каждая провинция имеет фабрики по производству биопрепаратов, которые широко используются в сельском хозяйстве (Суховицкая, 2000). В России ведущей научной организацией по разработке технологий применения микробиологических препаратов является РНИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург), в Беларуси- Институт микробиологии НАН Беларуси.

Способность микроорганизмов к азотфиксации встречается во всех основных группах прокариот: эубактерий, цианобактерий, актиномицетов и архебактерий. Большинство азотфиксаторов является диазотрофами, т.е. могут использовать N2 в качестве единственного источника азота, некоторые азотфиксаторы могут фиксировать N2 лишь в симбиозе с растениями (Rhizobium, Frankia ). Ряд микробов (Azorhizobium, Anabaena, Nostoc) совмещают способность к диазотрофии и к симбиозу с растениями ( Шевелуха и др. 2003).

Азотфиксирующие микроорганизмы в зависимости от тесноты связи с растениями можно подразделить на свободноживущие, ассоциативные и симбиотические . Растения в результате экзоосмоса выделяют до 10 и более процентов синтезированных соединений на поверхность корней и надземной части, создавая экологические ниши для микроорганизмов.

Среди свободноживущих азотофиксаторов наиболее изучены представители семейства Azotobacteriaceae (Azotobacter chroococcum и др.). На основе азотобактера было создано бактериальное удобрение азотобактерин, используемое для овощных и технических культур. Однако недостатком этого препарата была неспособность колонизировать корни растений. В институте генетики и цитологии НАН Беларуси на основе азотфиксирующих бактерий Azotobacter chroococcum и ризосферных псевдомонад сконструированы штаммы , обладающие интенсивной колонизацией корней и азотфиксацией (Н.А.Троицкий, 1998). На основе полученного штамма был создан препарат бактериального удобрения "ризофил", повышающий урожайностьовощных растений на 25-30% и зерновых - на 12%. Препарат обладает также антифунгальной активностью, подавляя корневые гнили , и противонематодным действием. (Рис. 1) Применение ризофила эквивалентно внесению до 50 кг/га минерального азота.

Среди свободноживущих азотфиксаторов важную роль выполняют также представители рода Сlostridium , а также цианобактерии.

Рис. 1 Подавление галловой нематоды на корнях растений огурца биопрепаратом «Ризофил» . слева- контроль, справа - корни обработанных растений. (Н.А.Троицкий, 1988)

Большой интерес с точки зрения возможности регуляции азотного питания растений представляют ассоциативные азотфиксаторы, обитающие в микрофлоре зоны корня. Количество микроорганизмов на поверхности корня ( ризоплане) и в слое почвы, прилегающем к корню ( ризосфере) в сотни раз больше , чем в остальной массе почвы. Размеры ассоциативной азотофиксации составляют 30-40 кг азота на га в год на дерново-подзолистых почвах и до 80 кг - на черноземах. Наибольший интерес среди ассоциативных азотфиксаторов представляют микроорганизмы из родов Azospirillum, Klebsiella, Flavobacterium и др. В Институте микробиологии НАН Беларуси на основе ассоциативного диазотрофа Klebsiella planticola создан препарат Ризобактерин С, способный фиксировать атмосферный азот, продуцировать ростстимулирующие вещества, подавлять развитие корневых фитопатогенов. Препарат разрешен к применению в Беларуси для предпосевной обработки семян зерновых культур (озимая рожь, яровая пшеница, ячмень с целью снижения доз минеральных удобрений на 30%. Его применение позволяет повысить урожайность на15-30%.

В Институте почвоведения и агрохимии НАН Беларуси разрабатывается экологически безопасный и дешевый препарат корневых диазотрофов на основе бактерии Аzospirillum brazilense -азотобактерин. Его применение на многолетних злаковых культурах (ежа сборная, овсяница луговая) дает возможность экономить около 30 кг/га д.в. азота, а предпосевная обработка семян позволяет получать прибавки зерна от 3 до 10 ц /га ( Н.А.Михайловская и др., 1998)

Наиболее широко распространенной и изученной формой растительно-микробного взаимодействия является симбиоз растений с азотфиксаторами, примером которого служит симбиоз бобовых растений с бактериями из рода Rhizobium. Такой симбиоз является результатом коэволюции растений и бактерий и контролируется генами обоих партнеров. При этом проявляются специфические взаимодействия бактерий и определенных видов бобовых растений, что делает актуальной селекционную работу по достижению максимального синергического эффекта в микробиально-растительной азотфиксирующей системе.

Первый препарат на основе клубеньковых бактерий Rhizobium был приготовлен в Германии в 1896 году под названием "нитрагин". Искусственная инокуляция бобовых растений широко распространена в США, Франции, Канаде, Швеции и других странах. В бывшем СССР Беларусь была основным производителем азотфиксирующего препарата ризоторфин для бобовых культур. В настоящее время Институтом микробиологии НАН Беларуси разработан препарат сапронит (сапропелевый нитрагин) состоящий из специфических для каждого вида бобовых растений клубеньковых бактерий, выращенных на жидкой сапропелевой среде. Препарат осуществляет биологическую фиксацию атмосферного азота, предназначен для предпосевной обработки семян зерно-бобовых культур и бобовых трав: гороха, люпина, сои, вики, фасоли, клевера, люцерны, лядвенца, сераделлы, козлятника и др. Для каждого вида бобовых культур подбирается специфический штамм бактерий. Сапронит способствует повышению продуктивности на 10-15%, повышает накопление азота способность и сбор протеина, позволяет сокращать дозы азотных удобрений до 30 кг д.в. на 1 га.

В Беларуси используют следующие формы сапронита: для гороха сапронит-1 (Rhizobium leguminosarum), для люпина желтого - сапронит-2 (Rhizobium lupini), для клевера - сапронит-3 (Rhizobium trifolii).

Наряду с азотфиксацией микроорганизмы выполняют важную роль в мобилизации труднодоступных соединений фосфора в почве. В СССР производился препарат на основе бактерии Bacillus megaterium var. рhospaticum фосфоробактерин, однако в связи с недостаточной эффективностью его выпуск был прекращен. В Институте микробиологии НАН Беларуси отобрана фосфатмобилизующая бактерия Agrobacterium radiobacter , осуществляющая перевод труднорастворимых фосфатов почвы и удобрений в доступную для растений форму. Стимулирует прорастание семян, трансформирует труднодоступные фосфаты и повышает подвижность фосфора на 25-30%. Используется под названием "фитостимофос" для кормовой свеклы. Эффективен на других культурах, обеспечивая повышение урожая зернобобовых растений на 2.5 -3.5ц/га, свеклы кормовой и сахарной - на 100-250ц/га, овощных культур - на 60 ц /га. Позволяет сократить дозы минеральных фосфорных удобрений на 25-30%. Эксперименты, проведенные в БГСХА (Т.Ф.Персикова и др.,2003), показали высокую эффективность фитостимофоса на яровой и озимой пшенице, горохе, многолетних бобово-злаковых травах.

Почвенный микробоценоз, как и любая экосистема, более устойчив, если включает большое число компонентов, взаимодействующих между собой. В связи с этим представляет большой интерес создание микробных ассоциаций, сочетающих азотфиксацию, фосфатмобилизацию, ростстимулирующее и защитное действие, а также устойчивость к стрессам (Л.А.Суховицкая,2002). В Институте Микробиологии НАН Беларуси изучена возможность создания устойчивых и жизнеспособных бактериальных ассоциаций, установлено синерическое взаимодействие симбиотических и ассоциативных азотфиксаторов с фосфатмобилизующими бактериями. Обоснованы приемы создания двухкомпонентных инокулятов растений, повышающих эффективность микробо-растительного взаимодействия.

В РНИИ с.-х. микробиологии создан препарат экстрасол-55 на основе бактерий Arthrobacter mysorens, Flavobacterium spl, Agrobacterium radiobacter, Azomonas agilis, Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens, Azospirillum lipoferum. Препарат применяется на зерновых, овощных культурах, однолетних и многолетних травах. Позволяет снизить применение минеральных удобрений на 30-40%, блокирует развитие патогенной микрофлоры, увеличивает урожай на 25-40%.

7. Использование микробиологических препаратов при клональном микроразмножении растений

Конструирование высокопродуктивных и устойчивых агроценозов предполагает максимальное использование полезных взаимодействий растения с микроорганизмами. Наиболее целесообразно инокулировать культурные растения на ранних этапах развития , что позволит уменьшить объем инокулюма и добиться максимальной пользы при небольших затратах. Наиболее частыми объектами инокуляции являются семена или молодые растения при их пересадке в грунт . Первый вариант достаточно изучен. Большой интерес представляет инокуляция полезной микрофлоры микрорастений после клонального размножения в стерильных условиях.Такая инокуляция может улучшить корневое питание растений, обеспечить их экзогенными регуляторами роста ( ауксины, гиббереллины), а также защитить от вредной микрофлоры. На кафедре с.-х. биотехнологии и экологии БГСХА накоплен положительный опыт использования ряда микробиологических препаратов ВНИИ микробиологии (флавобактерин, мизорин, БАГ, экстрасол), Института микробиологии НАН Беларуси (ризобактерин), Института генетики и цитологии НАН Беларуси (ризофил), Института почвовдения и агрохимии НАН Беларуси (азотбактерин) при клональном микроразмножении картофеля. Инокуляция производилась при пересадке микрорастений в грунт или путем добавления препаратов в субстрат при выращивании рассады кассетным способом. Обнаружено взаимодействие сорт-препарат. Наибольший эффект на приживаемость, рост и продуктивность выявлен при использовании азотобактерина.

Многие сельскохозяйственные растения обычно колонизированы везикулярно- артускулярными микоризными грибами , за исключением растений отдельных семейств (Сhenopodiaceae, Сruciferae) . Девизами Европейского Банка по изучению микоризных грибов ( Еuropean Bank of Glomales) являются следующие весьма красноречивые фразы: "Изучение растений без их микориз является изучением артефактов", "Большинство растений , строго говоря, не имеют корней, они имеют микоризы". Некоторые растения не развиваются без грибов (орхидеи), а ряд древесных и травянистых растений улучшает рост и развитие в симбиозе с грибами. Роль микоризы в жизнедеятельности культурных растений весьма велика . Микориза улучшает минеральное питание растения-хозяина, в частнности поступление фосфора, цинка и меди в особенности на бедных почвах . Кроме того, корни соседних растений, связанные общим мицелием , в некоторой степени обеспечивают обмен элементами минерального питания. Наличие микоризы повышает устойчивость растений к засухе, засолению, тяжелым металлам, а также корневым патогенам. Однако практическое использование симбиотических эффектов растений с микоризами затруднено в связи со сложностью их культивирования.

В настоящее время накоплена информация о микоризации ряда растений при клональном микроразмножении ( ананас, кассива, банан, земляника, слива, яблоня). По данным M Вестберг и др. (1996) , микоризация растений земляники грибами из рода Glomus обеспечила лучший рост растений и повысила урожай ягод на 38-92 %. А.Tрувела и др. (1996) установили, что микориза обеспечивает защиту ананаса от нематод, сопоставимую с применением фунгицидов. Инокуляция подвоев яблони М 26 грибом Glomus intrarodices приводила к лучшему росту растения и снижению отношения корень/стебель ( Maшке, Гианинацци, 1996). Лучшим способом инокуляции микрорастений является использование спор или микоризованных корней. В настоящее время имеются коммерческие препараты микоризных грибов для инокуляции растений, размноженных традиционным путем и в культуре in vitro .

Контрольные вопросы

Определите основные направления биотехнологии микроорганизмов

Какие микроорганизмы применяются для производства кормового и пищевого белка?

Какие аминокислоты и витамины производятся на основе микробиологического синтеза?

Какие микробные ферменты получают в промышленных масштабах? Цели их использования?

Роль биотехнологии микроорганизмов в создании экологически безопасных средств защиты растений

Приведите примеры эффективного использования микроорганизмов для получения биопестицидов в Беларуси.

Приведите примеры свободноживущих, ассоциативных и симбиотических азотфиксирующих микроорганизмов.

Применение микроорганизмов для повышения эффективности азотфиксации в Беларуси.

Какие микроорганизмы обладают способностью к фосфатмобилизации?

Перспективы создания микробных ассоциаций, сочетающих азотфиксацию, фосфатмобилизацию, рост-стимулирующее и защитное действие.

Роль микоризации в улучшении минерального питания растений.

Возможности использования микробиологических препаратов при клональном микроразмножении растений.

Размещено на Allbest.ru