Тема 12. БІОТЕХНОЛОГІЯ В СІЛЬСЬКОМУ ГОСПОДАРСТВІ
План:
12.1. Роль біотехнології в підвищенні
біопродуктивності грунту
12.2. Використання бактеріальних
препаратів для захисту сільськогосподарських ку-льтур
12.3.
Регулювання відтворення сільськогосподарських тварин
12.1. Роль біотехнології в
підвищенні біопродуктивності грунту
Ефективність cучасних сільськогосподарських технологій у
виробництві продуктів ха-рчування
залежить від багатьох чинників, включаючи еколого-географічні, економічні, наявності
поновлюваних біологічних ресурсів (культурні рослини, домашні тварини,
мік-роорганізми. Підвищення біологічної продуктивності в сільському
господарстві є пред-метом комплексних досліджень різних біологічних наук.
Біотехнологічні методи тради-ційно використовуються в сільському господарстві
для підвищення родючості грунтів, боротьби із шкідниками та збудниками хвороб
культурних рослин і тварин, виробництва
продуктів
харчування, їх консервації і покращення якісних показників.
В даний час перспективними є створення і впровадження у
виробництво нових сортів сільськогосподарських культур з використанням
новітніх методів біотехнології – клітин-ної і генетичної інженерії. Зусилля біотехнологів спрямовані на
збільшення виробництва сільськогосподарської продукції і підвищення її якісних
показників, стійкості культурних рослин до несприятливих умов зовнішнього середовища,
патогенів і шкідників. При цьо-му залишається актуальною проблема підтримки
різномаїтості серед культивованих видів і зберігання генетичних ресурсів в
цілому.
Для сільськогосподарського виробництва
промислово випускаються: бактеріальні до-брива; ентомопатогенні препарати; антибіотики.
Мікроорганізми відіграють значну роль в
підвищенні родючості грунту,
оскільки в процесі росту і розвитку рослин покращують структуру, збагачуючи
його елементами жи-влення, сприяють кращому використанню добрив.
Вперше присутність бактерій на корінні
бобових рослин описали
Лахман в 1858 та Воронін в 1866 роках. Чиста культура азотфіксаторів отримана
Бейєрінком в 1888 році. В послідуючому були виділені і описані інші
азотфіксуючі мікроорганізми: анаеробна спо-роносна бактерія (Віноградський,
1893) яка фіксує молекулярний азот, і названа на честь Л. Пастера Clostridium
pasteurianum;
вільноживучу азотфіксуючу бактерію Azotobacter
(Бейерінк,
1901). Практичне застосування знайшли і симбіотичні бактерії роду Rhizobium, які розвиваються на кореневій
системі бобових рослин.
Із виділенням культури симбіотичних бактерій
роду Rhizobium і
встановлення їх ролі в фіксації атмосферного азоту, розпочалися наукові
дослідження по практичному вико-ристанні препаратів в технологічному процесі
при вирощуванні сільськогосподарських культур, розробляються способи внесення в
грунт, інокуляція насіння. Як показали по-дальші дослідження витрати на їх
виробництво та застосування невеликі, техніка вико-ристання проста, а ефективність від застосування значна.
Технологія отримання азотних біодобрив базується на використанні грунту
після ви-рощування на ній бобових рослин. Цей метод розроблений в кінці XIX століття та
зас-тосовується і в даний час. Його недолік – необхідність переміщення
достатньо великих об'ємів грунту (100–1000 кг/га), а також можливість поширення
хвороб. Більш ефектив-ним - застосування для інокуляції насіння спеціальних
препаратів азотфіксуючих бак-терій.
Бактеріальні
препарати - це
препарати живих ґрунтових мікроорганізмів,
застосу-вання яких поліпшує умови живлення рослин, сприяє підвищенню
врожайності сільсько-господарських культур.
Перший комерційний різновид культури для
інокуляції насіння (товарна
назва «Nit-ragin») запатентована у
Великобританії Ноббе
і Хілтнером в 1896 році. У 20-і роки
мину-лого століття випускалися багато інокулянтів, серед яких і чисті культури
азотфіксуючих мікроорганізмів, змішані бактерії з піском або торфом, а також
культури, вирощені на ага-рі або в рідкому середовищі.
Особливість азотного живлення бобових
культур полягає в тому, що вони здатні всту-пати в симбіоз із бульбочковими
бактеріями, внаслідок чого рослина засвоює азот повітря. Бульбочкові бактерії
проникаючи через кореневі волоски в кореневу систему, розпочина-ють інтенсивно
ділитися, утворюючи бульбочки.
Відомо близько 16 груп бульбочкових бактерій, здатних вступати в симбіоз
з певним видом бобових рослин. Одні бактерії поселяються на коренях квасолі,
інші - на коренях люпину, гороху тощо. Відомі бактерії, які можуть розвиватися
одночасно на кількох видах бобових.
В даний час для підтримки життєздатності
симбіотичних азотфіксуючих бактерій ви-користовують різноманітні субстрати,
серед яких кращим вважається торф. Сухі препара-ти азотфіксаторів, виготовлені
на основі бульбочкових бактерій роду Rhizobium
призна-чені для підвищення врожайності бобових рослин (гороху, квасолі, сої, конюшини, люцер-ни, люпину …)
і випускаються під різними марками.
Найпоширенішими бактеріальними препаратами на основі асоціативних
азотфіксую-чих мікроорганізмів (зв’язують молекулярний азот атмосфери) є:
Азогран
( Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАНУ) -
бакте-ріальне добриво під овочеві культури відкритого та закритого грунту,
буряки цукрові та кормові культури. Випускається в гранульованій формі. Обробка
насіння або розсади га-рантує захист рослин від фітопатогенів, покращення
азотного живлення, підвищення врожаю на 10-25% при поліпшенні якості продукції:
вміст вітаміну С зростає в огірках на 20-100%, в капусті на 50-80%. Цукристість
підвищується в помідорах на 5-35%, в капусті - 8-10%, в буряках цукрових – на
0,5-0,9%. Норма витрат 100-
Нітрагін (ризоторфін, торф’яний
нітрагін) - простерилізований збагачений бульбоч-ковими бактеріями грунт або
торф. В
Таблиця 12.1
Розміри симбіотичної фіксації азоту (чорноземні ґрунти)
|
Культура |
Розміри
азот- фіксації, кг/га азоту в рік |
Залишок азоту у ґрунті, кг/га |
Еквівалентна доза азотних мінеральних добрив, кг/га |
|
Зернобобові (горох, соя, вика
тощо) |
50-90 |
10-16 |
25-35 |
|
Багаторічні бобові трави
(люцерна, конюшина, еспарцет, буркун) |
90-280 |
60-120 |
150-200 |
Крім бульбочкових, азот
повітря засвоюють бактерії клостридій та азотобактерин, які вільно живуть в
ґрунті. За сприятливих умов азотобактерин може фіксувати до 40 кг/га азоту.
Крім того, він виділяє ростові речовини, які стимулюють ріст і розвиток рослин,
по-зитивно впливаючи на інші мікроорганізми, що мінералізують органічну
речовину ґрунту.
Азотобактерин (азотоген).
Азотобактер - вологолюбний мікроорганізм, чутливий до підвищеної кислотності
(багато штамів при рН<6 розмножується погано), для нормальної
життєдіяльності вимагає достатньої кількості рухомих форм фосфору, калію та
органічної речовини. На кислих ґрунтах залишається пасивним і тільки при
внесенні добрив і вапнуючих матеріалів переходить в активну форму.
З азотобактерину, вирощеного на торфі або агарі, готують бактеріальний
препарат - азотобактер. В склянці агарового препарату повинно бути близько
40-60 млрд. живих клі-тин азотобактеру. Термін зберігання азотобактеру 3 місяці
з дня приготування. Однією пляшкою стандартної порції агарового препарату,
розбавленого в
В післядії азотобактерин підвищував врожайність озимої пшениці на 1-1,5
ц/га, жи-та - 1,5-2, кукурудзи - 3-4, цукрових буряків - на 15-20 ц/га. За
несприятливих умов в ок-ремих дослідах позитивного впливу азотобактерину майже
не встановлено.
Ризоторфін - випускається
в поліетиленових пакетах масою 200, 600 і
Ризоагрин і ризоентерин схожі
за властивостями. Створені на основі штаму, який відноситься до роду Enterobacter (E. aerogenes, штам 30). В
Флавобактерин - порошковидний
торф’яний субстрат, збагачений
поживними речо-винами вологістю 45-50%, широкого спектру дії. Створений на на
основі штаму, який відноситься до роду Flavobacterium sp. штам 130. В
Агрофіл і азотобактерин – порошковидний
торф’яний субстрат збагачений
вуглево-дами, вітамінами, мікроелементами, вологістю 50-55%, інокульований
бактеріями. Ство-рений на основі штаму, який відноситься до роду Agrobacterium (A. Radiobacter, штам 10). В
Діазобактерин виготовляється у двох формах - торф’яної і
рідкої. Призначений для
підвищення врожаю і поліпшення якості зерна озимого жита, гречки, зеленої маси
і насі-ння кормових злакових трав (райграсів пасовищного і
однорічного, стоколосу безостого).
Серед дозволених для промислового
використання біопрепаратів які трансформують нерозчинні форми органічного і
мінерального фосфору грунту і добрив в доступні росли-нам на ринку України є:
Альбобактерин використовують для передпосівної обробки
насіння цукрових буряків на насіннєвих заводах одночасно з його протруюванням.
Бактерії розчиняють фосфати ґрунту, поліпшуючи фосфорне живлення рослин,
продукують стимулятори росту.
Поліміксобактерин - препарат для бактерізації насіння: цукрових
буряків, зерно-вих, кукурудзи, льону-довгунця, соняшнику, ріпаку ярого та
озимого. Це - рідина корич-невого кольору із специфічним запахом, діючою
речовиною препарату є фосфатмобілізу-ючі бактерії Paenibacillus polymyxa КВ. Його застосування сприяє
розчиненню важко-доступних мінеральних і органічних фосфатів грунту, продукує
стимулятори росту рослин та вітаміни групи В. Підвищує стійкість
сільськогосподарських культур до ураження: цук-рових буряків - коренеїдом;
соняшнику - несправжньою борошнистою росою; кукурудзи - пухирчатою сажкою. Його
застосування сумісне із одночасною
обробкою фунгіцидами та інсектицидами і еквівалентне внесенню 15-30 кг/га д. р.
мінеральних добрив. Бактеризація
насіння забезпечує приріст врожаю до 8
-14 відсотків.
Препарати поліміксобактерин і альбобактерин розроблені на основі
фосфоромобі-лізуючих бактерій (Інститут сільськогосподарської мікробіології
УААН). Результати ви-робничої перевірки у Чернігівській, Вінницькій і
Волинській областях свідчать, що засто-сування його для обробки насіння
цукрових буряків забезпечує приріст врожаю 15-72 ц/га (10-20%), збільшує цукристість
коренеплодів на 0,2-1,2% і вихід
цукру на 0,4-8,6 ц/га.
Ефективним заходом для поліпшення фосфатного режиму ґрунтів є
застосування ве-зикулярно - арбускулярної
мікоризи (ВА - мікоризи). Мікоризація рослин, особливо в при-сутності
нерозчинних фосфатів (фосфоритного борошна), прирівнюється за ефективністю до
внесення розчинних фосфатів в дозі 40 кг/га діючої речовини. За даними
Інституту ґрунтознавства і агрохімії УААН, мікоризація рослин збільшує вміст
рухомого фосфору в ґрунті до 75%. Ефективним заходом є сумісна інокуляція
рослин бульбочковими із азотфі-ксуючими бактеріями і ендомікоризними грибами.
Основна вимога до технології передпосівної обробки насіння всіма формами
біо-препаратів - забезпечити рівномірний розподіл препарату по всій масі
насіння, не допус-тити його осипання з поверхні насіння, максимально скоротити
час від обробки до посіву. Інокуляція насіння біопрепаратами проводиться в день
посіву або напередодні. Викори-стання різних форм препаратів на твердих носіях
(торф’яних, лігнінових, вермикулітових
тощо) для обробки
насіння по ефективності
рівнозначне.
Найбільш поширена обробка насіння водною суспензією препарату. Готують суспен-зію з розрахунку на відому
партію насіння і без відстою перемішують її з вручну або ме-ханізованим
засобом. Досить важливим є підбір оптимального співвідношення води і маси
насіння щоб не зменшити його сипучість при посіві, а через недостатнє
зволоження рів-номірність розподілу препарату на поверхні насіння зменшується (табл. 12.2).
Таблиця
12.2. Співвідношення водної суспензії біопрепаратів
азотфіксуючих
бактерій до маси насіння
|
Культура |
Норма, кг/га |
Кількість води для гектар-ної
норми насіння, л |
Співвідношення
суспензії біопрепаратів до маси насіння, % |
|
Горох |
200 |
1,5-2,0 |
0,6-1,0 |
|
Боби |
300 |
1,8-3,0 |
0,6-1,0 |
|
Люпин |
120-180 |
1,2-1,8 |
1,0 |
|
Соя,
квасоля |
80-120 |
0,6-0,8 |
0,6-0.8 |
|
Вика |
120 |
1,0-1,5 |
0,8-1,0 |
|
Люцерна, конюшина |
20 |
0,3-0,5 |
1,5-2.5 |
|
Еспарцет |
70 |
1,5-2,р |
2,0-3.0 |
|
Пшениця |
180 |
2,0-3,0 |
1,2-1,8 |
|
Я ч м і н ь |
250 |
30,-4,5 |
1,3-2.0 |
|
Озиме жито |
200 |
2,0 |
1,0 |
|
Гречка |
80-90 |
1,6-1,8 |
2,0 |
|
Райграс пасовищний |
20 |
0,6 |
3,0 |
|
Райграс однорічний |
20 |
0,6 |
3,0 |
|
Стоколос безостий |
16-18 |
0,5-0,6 |
3,0 |
Азотні добрива під бобові культури у
випадку, коли насіння перед посівом обробля-лося ризоторфіном, використовувати
недоцільно. При вирощуванні злакових, круп’яних та овочевих культур дози
внесення азотних добрив повинні враховувати вміст в ґрунті легкодоступних його
форм. При низькому рівні забезпечення азотом доцільне внесення розрахункової
кількості азоту у вигляді мінеральних добрив, але не вище 60-90 кг/га в 2-3
прийоми. Перевищення цієї дози може призвести до пригнічення процесу
біологічної азо-тфіксації.
Останніми роками для вивчення
біологічної азотфіксації використовують методи мо-лекулярної біології і новітні
методи генетики. Встановлена
можливість за допомогою ко-ліфага P1
розмножувати вільноазотфіксуючу бактерію Klebsiella pneumoniae М5 за
допо-могою трансдуцирування nif-генів
(генів азотфиксації). Доведено, що
перенесення nif-генів
можливе за допомогою плазмід від штама азотфіксатора до штаму, що не володіє
діазотрофністю, Конъюгативні плазміди, що несуть гени азотфіксації, відносно легко пе-редаються при
кон'югації від штаму до штаму, що стало перспективним отримання мето-дами
клітинної і генної інженерії рослин,
здатних фіксувати атмосферний азот.
Конструювання плазмід, що самопереносять
гени азотфіксації, дозволило передавати діазотрофність видам, що не фіксують
азот: E. coli,
Salmonella typhimurium, Erwinia herbi-cola, Ps.
fluorescens; без
отримання експресії nif-гени були клоновані також в дріжджах.
Фундаментальні дослідження по
перенесенню генів азотфіксації у
вищі
рослини запо-чаткували нові підходи до азотного живлення рослин та викорстання
азотних добрив в системі удобрення сільськогосподарських культур в сівозміні.
Встановлено, що фосфатні іони в грунті,
не дуже рухомі, тому в зоні
кореневої сис-теми рослин часто виникає дефіцит фосфору.
Везікулярно-арбускулярна мікориза (ВА) ві-діграє істотну роль, сприяючи
засвоєнню рослинами фосфат-іонів з грунту. Ендо- і екзо-мікоризи є особливими структурами, що формуються всередині або навколо
кореневої си-стеми рослин в результаті
інокуляції грунтовими непатогенними грибами.
Везікулярно-арбускулярна мікориза (ВА)
родини Endogonaceae,
присутня в більшості
грунтів кліматичних зон України, основних видів культурних рослин. Найвищу
ефектив-ність вона забезпечує рослинам із слабкою кореневою системою. Завдяки мікоризі
ріст і розвиток рослин на бідних фосфатами
грунтах
покращується, зростає вміст рухомих форм фосфатів та концентрація гормонів, ніж
в її відсутність. Якщо ВА-мікориза формується у присутності азофіксуючих
бактерій, у бобових посилюється процес утворення бульбочок, посилюється
азотфіксація.
Основний спосіб отримання ендофіту –
вирощування ВА-мікоризи на відповідній лінії рослин. Інокулятом при цьому служить суміш
коріння міцелія і спор. Отриманий таким чином інокулят використовують для
інокуляції рослин.
Для покращення живлення
сільськогосподарських культур фосфором промисловістю виробляється
фосфоробактерин, який отримують на
основі спор культури Bacillus
megate-rium var. phosphaticum. Ці бактерії трансформують
важко доступні рослинам мінеральні фосфати і фосфорорганічні сполуки
(нуклеїнові кислоти, нуклеопротеїди) в доступні для рослин форми.
Фосфоробактерин виробляють із спороносних бактерій, що
виділяють високоактив-ний фермент фосфатазу, який мінералізує органічні сполуки
і переводить фосфор в добре засвоювані рослинами форми. Він випускається у
формі рідини і порошку. В
Для обробки насіння зернових гектарну
норму рідкого фосфоробактерину розводять в
Використання фосфоробактерину підвищує
врожайність озимої пшениці і кукурудзи на 2,0 - 2,5 ц/га, цукрових буряків - на 15-20 ц/га.
Силікатні бактерії. Препарати
з їх участю покращують калійне
живлення рослин шляхом вивільнення калію із алюмосилікатів. Це - препарат
«силікатних» бактерій, які яв-ляють спороутворюючу культуру - Bacillus mucilaginosus var. Вивільнення калію із
алю-мосилікатів відбувається під впливом кислот і навіть діоксиду вуглецю, який
продукують мікроорганізми. Наукові дослідження щодо з’ясування можливості
застосування їх з метою мобілізації калійних ресурсів ґрунту і добрив
проводяться в різних зонах України.
Антропогенні біопрепарати за
призначенням поділяють на: біодобрива (бульбочкові бактерії) та біопестициди
(бацили, псевдомонади). Перспективними є
і препарати, в осно-ву яких покладено бактерії з комплексом корисних властивостей
(забезпечення рослин біологічним азотом, біостимуляторами, антимікробними
речовинами). Важливим чинни-ком їх ефективності є здатність виживати на рослині
та змагатися в грунті з міліардами ґрунтових бактерій за джерела живлення та
енергії. Тому найперспективнішими є бак-терії, які здатні заглиблюватися в
середину тканин рослини, не ушкоджуючи останньої. Займаючи свою нішу в середині
рослини, бактерії ефективніше співпрацюють з рослиною, постачаючи її біологічно
активними речовинами, та повсюдно заселяють поверхню росли-ни, конкуруючи з
іншими таксономічними групами. Бактерії здатні локалізуватися в сере-дині
рослини, називають ендофітами.
На відміну від вільно існуючих бактерій (азотобактеру), не здатних
проникати всере-дину тканин рослини, ендофіти є більш конкурентно спроможними,
оскільки займають екологічну нішу всередині рослини і отримують все необхідне
для життєдіяльності. Збе-режені всередині тканини бактерії здатні поновлювати
ризосферну популяцію і, таким чином, підтримувати присутність бактерій на
рослині протягом її вегетації, постачаючи рослинам необхідні біологічно активні
речовини. Крім того, ендофіти є засобом цільової доставки певних речовин в
рослину, зокрема біопестицидів. За рахунок таких бактерій мо-жна змінювати
фізіологічні процеси без втручання в геном останніх.
Клепс, п - є
комплексним препаратом, оскільки дуалом (гармонійним партнером) ба-зової
бактерії є азотфіксуюча бактерія, яка постачає рослину біологічним азотом,
біости-муляторами, посилює імунітет рослин, попереджує їх захворювання. Він
випускається у вигляді суспензії, до складу якої входять біологічно активні
клітини бактерій, а також цео-літ, що доповнює його цінними мікроелементами.
Кінцевим результатом дії двох бактерій є екологічно чистий врожай без застосування
агрохімікатів.
Препарат ефективно діє як на різних фонах азоту, так і без його
внесення. Обробле-не препаратом клепс
на ґрунтах без внесення азотних добрив та застосування протруйни-ків (їх
функції на себе взяли бактерії препарату) насіння овочів забезпечували: більш
ран-ню продукцію і кращу схожість насіння; скоріше цвітіння і дозрівання рослин; більший на 15-30% врожай; кращу
якість врожаю, зменшуючи перехід радіоцезію у вирощену про-дукцію в 2,5-3,2,
стронцію в 1,5-2,0 рази (табл. 12.3...4).
Таблиця 12.3.
Вплив біопрепарату Клепс на продуктивність люпино-вівсяної сумішки
при різних дозах
мінерального живлення
|
Варіанти
досліду |
Врожайність
при обробці насіння, ц/га |
Приріст
врожайності від застосування біопрепарату Клепс |
||||
|
без
обробки |
Клепс |
в
ц/га |
% |
|||
|
без |
||||||
|
обробки |
добрив |
обробки |
добрив |
|||
|
Без добрив |
85,0 |
133,0 |
48,0 |
- |
156,5 |
- |
|
N20Р50К70 |
103,0 |
140,0 |
37,0 |
7,0 |
135,9 |
105,3 |
|
Дози азотних
та фосфорних добрив зменшені відповідно на 25 і 20 % |
||||||
|
N20Р40К70 |
101,0 |
158,0 |
57,0 |
25,0 |
156,4 |
118,8 |
|
N20Р50К70 |
102,0 |
175,0 |
73,0 |
42,0 |
171,6 |
131,6 |
Таблиця 12.4.
Вплив біопрепарату Клепс на врожайність кукурудзи, гречки та ярої пшениці (
лісостеп Волинської області)
|
Варіанти досліду |
Врожай ність, ц/га |
Прибавка врожаю до: |
|||
|
контролю |
еталону |
||||
|
ц/га |
% |
ц/га |
% |
||
|
Кукурудза
(сорт Ювілейний) на: зерно |
|||||
|
Контроль (без обробки) |
52,4 |
- |
- |
- |
- |
|
Еталон (ТМТД) |
60,8 |
8,4 |
116,0 |
- |
- |
|
Клеопс |
69,2 |
16,8 |
132,1 |
8,4 |
113,8 |
|
зелену масу |
|||||
|
Контроль (без обробки) |
354,0 |
- |
- |
- |
- |
|
Еталон (ТМТД) |
407,0 |
115,0 |
53,0 |
- |
- |
|
Клепс |
436,0 |
82,0 |
123,2 |
29,0 |
107,1 |
|
Гречка (сорт Лілея) |
|||||
|
Контроль (без обробки) |
10,2 |
- |
- |
- |
- |
|
Клепс |
13,9 |
3,7 |
136,3 |
- |
- |
|
Озиме жито сорту Вересань |
|||||
|
Контроль (без обробки) |
18,9 |
- |
- |
- |
- |
|
Еталон (ТМТД) |
22,3 |
3,4 |
118,0 |
- |
- |
|
Клепс |
31,4 |
12,5 |
166,1 |
- |
- |
Одним з перспективних напрямків зниження
екологічної небезпеки є розробка і впро-вадження біологічних препаратів для
стимуляції розвитку і підвищення стійкості куль-турних рослин до хвороботворної
мікрофлори. Поліським філіалом Інституту ґрунтозна-вства і агрохімії ім. О.Н.
Соколовського УААН в співдружності з центром біологічної стимуляції та захисту
рослин ТОО фірми „БІО-БіЗ» (Росія) проведено дослідження по вдосконаленню
технології виробництва і застосування біологічного препарату АГАТ-25 та його модифікацій, основу
якого становлять грунтові бактерії Pseudomonas
aureo fas-ciens Н16, які виділені із природнього мікробного середовища
ризосфери грунту і збалан-совані мікро- (марганець, натрій, залізо, цинк,
магній, сірка, хлор, мідь, нікель, кобальт, бор, молібден, селен, йод),
макроелементи (азот, фосфор, калій), вітаміни, флавоїдні і фі-зіологічно
активні речовини виділені з пророслого насіння, активні фракції хвойного
екс-тракту. Багатокомпонентний склад препарату забезпечує багатофункціональну
дію на рослини: біостимуляцію росту та розвитку, індукцію імунітету до
грибкових і бактері-альних хвороб, покращує мінеральне живлення рослин та
якість врожаю, стимулює інші функції. Вплив на біохімічні і фізіологічні
процеси, які відбуваються в рослинах, дося-гається шляхом інактивації бактерій
в процесі приготування препарату за спеціально розробленою технологією.
Дія
АГАТу-25К на рослини реалізовується шляхом:
- стимуляції росту і розвитку рослин
речовинами які входять в склад бактерій P.
aureo-fasciens H16 (фізіологічно активні
речовини, речовини пурпуринової і пірамідинової природи, фітогормони,
мукопротеїди, лімпополіцукри), і досягається за рахунок біоло-гічно активних
речовин з проростаючого насіння сої, пшениці, жита, ячменю, гороху, ку-курудзи
(флавоноїди і фітогормони), а також фізіологічно збалансованого набору
стар-тових доз макро- і мікроелементів, присутніх в середовищі, на якому
вирощувались бакте-рії. Стимулюючи ріст сільськогосподарських рослин, ці
речовини сприяють формуванню в їх ризосфері повноцінного мікробного комплексу;
- індукція імунітету
рослин до фітопатогенів сприяє підвищенню рівня фітоалексинів до початку
захворювання рослин. Речовини які володіють фітоалексичною активністю, частково
входять в склад препарату, частково синтезуються додатково під його дією. Крім
того, АГАТ-25К підвищує імунний тонус рослин за рахунок сбалансованого
мінерального живлення, активізації життєдіяльності корисного мікроценозу на
корінні рослин, стиму-ляції росту кореневої системи, підсилення процесів
дихання і фотосинтезу. Імунність про-являється як на контактному, так і на
системному рівнях;
-
безпосередня фунгіцидна дія препарату на фітопатогенні гриби за рахунок речо-вин які містяться
в клітиних стінках P. aureofasciens. «Оріонтація» препарату
АГАТ-25К проти конкретного фітопатогену досягається в процесі його виробництва шляхом дода-вання в
поживне середовище для P. aureofasciens
витяжки із пророслого насіння рослин, інокульованих відповідним фітопатогеном.
Фунгіцидні властивості АГАТ-25К
проявляються при передпосівній обробці насіння та при обприскуванні вегетуючих
рослин. Його застосування ефективне проти кореневих гнилей, комплексу сажкових
захворювань, фітофторозу та інших грибкових і бактеріаль-них хвороб.
Результати досліджень показали, що його застосування забезпечує
підвищення вро-жаю зернових культур і на ділянках з низькими дозами внесення
азотних і фосфорних добрив (табл. 12.5).
Таблиця
12.5. Вплив АГАТу-25 на продуктивність
вівса сорту Буг, ц/га
|
Варіанти |
Способи обробки |
+, -
до |
||||
|
Насіння |
АГАТ(насіння, рослини) |
АГАТ до Байтану |
АГАТ(обробка насіння, рослин) |
|||
|
Байтан |
АГАТ |
Байтану |
АГАТу |
|||
|
Котроль
(б/д) |
19,8 |
22,1 |
24,4 |
2,3 |
4,6 |
- |
|
N60Р50К70 |
26,5 |
28,7 |
29,7 |
2,2 |
3,2 |
5,3 |
|
N60Р35К70 |
27,9 |
31,2 |
34,2 |
3,3 |
6,3 |
9,8 |
|
N45Р50К70 |
28,6 |
34,9 |
37,3 |
6,3 |
8,7 |
12,9 |
Обробка зернових культур АГАТом-25 забезпечує прирости врожаю залежно
від ку-льтур від 1,5 до 12,9 ц/га зерна при одночасній економії азотних і
фосфорних добрив в ме-жах 15-20 %. Застосування його гарантує задовільний
фітосанітарний стан посівів і дає можливість одержувати високі врожаї при
внесенні мінімальних доз азотних і фосфорних добрив. Найвищу ефективність
АГАТу-25 та його модифікацій забезпечує його комплекс-не застосування
(поєднання обробок насіння та вегетуючих рослин).
При спектрометричному аналізі врожаю, із забрудненої внаслідок аварії на
Чорноби-льській АЕС зони, встановлено, що вміст радіонуклідів в рослинах, які
оброблялися АГАТом-25 залежно від виду,
зменшувався в 2,0-5,5 рази. Ці якості АГАТу-25 пов’язані з його здатністю
формувати унікальний мікробний комплекс
на кореневій системі рослин.
Крім високого фітосанітарного, рістстимулюючого, імунного,
природо-охоронного ефекту біопрепарати мають стабільну позитивну економічну
характеристику. Це гаранто-ваний приріст врожаю (по зернових культурах 3-5ц/га
і більше), економія не менше 37 тис. доларів з розрахунку на тисячу гектарів
при заміні хімічних засобів захисту рослин.
Мікосан (марок Р та В), 3%
в.р.к. (лужний екстракт афілофорального гриба Fomes fomentfrius
xiтозан) рекомендується
для підвищення врожайності шляхом обробки насіння перед посівом з нормою
витрати 5-10 л/га та при обробці вегетуючих рослин 8-10 л/га в боротьбі з
паршою листя та плодів, борошнистої роси.
З 2008 року в Україні зареєстроване і дозволенене для промислового
використання азотфіксуюче бактеріальне добриво венгерського виробництва Філозоніт
МЦ. Це – силь-новіскозна рідина жовто-коричневого кольору із специфічним запахом
яка містить: Аzo-tobakter croococcum, Bacillus
megatherium; поживні речовини які сприяють
розмноженню і підтримують життєздатність целюлозорозкладаючих бактерій;
гетероауксини, гібереліни, вітаміни групи В; макро, мікро- і мезоелементи;
володіє адаптогенними властивостями проти грибкових хвороб.
Завдяки азотфіксуючим бактеріям, Філазоніт МЦ здатний зв’язувати 100-120
кг/га азоту повітря, по 30 фосфору та калію; бактерії використовуючи поживні
речовини грунту виділяють органічні кислоти які сприяють переводу
важкорозчинних фосфорних сполук в доступні рослинам. В грунті, бактерії, як
складові Філазоніту МЦ, прискорюють розкла-дання залишків соломи та стерні без
додаткового внесення мінерального азоту, вивіль-няючи елементи живлення
рослинам. За наслідками польових досліджень оптимальною нормою внесення
Філозоніту МЦ –
У розв’язанні фосфорної проблеми значне
місце належить ендемікоризним грибам. В присутності добре розвиненої
ендомікоризи різко зростає засвоєння рослинами фосфору з ґрунту і добрив. Для
практичного використання виготовляється бактеріальний препарат фосфоробактерин,
в якому міститься спороносна бактерія Bacillus megaterium var phospu-ticum, яка здатна розчиняти
фосфорорганічні сполуки і перетворювати їх в доступні для рослин форми, що дає
змогу підвищити врожай сільськогосподарських культур до 10%. Проте дія його
менш стійка порівняно з препаратами везикулярно-арбускулярної мікори-зи, до
яких однаково чутливі як бобові, так і злакові культури. Завдяки застосуванню
цих препаратів рослини засвоюють до 30% від загальної кількості фосфору
впродовж вегета-ції.
Застосування азотфіксуючих і
фосфоромобілізуючих препаратів доцільне
на ґрунтах з низьким потенціалом родючості та при використанні помірних
доз мінеральних добрив.
Співробітниками інституту сільськогосподарської мікробіології створено рістстиму-люючий
бактеріальний препарат - консорція
(асоціація) двох типів азотобактера.
Даний препарат відомий за абревіатурою БПА.
Бактерії препарату приживляються в ризосфері, розвиваються, фіксують
атмосферний азот, розчиняють мінеральні фосфати, а також син-тезують
стимулятори росту рослин - гіберелінові речовини, ауксин, вітаміни групи В,
ан-тибіотики до фітопатогенних грибів. Його застосовують при обпудрюванні
(передпосів-ної обробки насіння буряків, кукурудзи, овочевих культур, а також
при посадковій бакте-ризації розсади капусти і томатів. Економічна ефективність
при вирощуванні цукрових буряків біля 100, овочевих культур - 200-300 грн/га.
Комплексне
ЕМ-добриво «Енергія» це – симбіоз мінерального комплексу, який
містить елементи мінерального живлення рослин (Fe, Mo, Mn, Wa, K, P, Mg, B, Cu, Co, Ca), ор-ганіки
і молочнокислих фотосинтезуючих, азотфіксуючих бактерій, дріжджів, продуктів
життєдіяльності організмів, які створюють бактеріям сприятливі умови
розмноження. Він об’єднує:
- органічну речовину - 80% - гідролізований
лігнін;
- мінеральна складова - 10% - кек
глиноземний (КШ);
- мікробіологічну складову - 10% - ферментуючий
розчин ефективного мікробіологіч-ного комплексу «Байкал ЕМ-1-У».
Його
використання:
- покращує структуру ґрунту;
- зменшує шкідливий вплив важких металів
та інших токсичних речовин, перетворюю-чи їх у форми недоступні рослинам;
- зменшує негативний вплив хлору на
рослини;
- знижує перехід радіонуклідів із ґрунту в
сільськогосподарську продукцію;
- пригнічує сходи бур’янів, патогенну
мікрофлору, розвиток шкідників і їх личинок;
- покращує якісні показники вирощеної
продукції.
Використовують для удобрення всіх
сільськогосподарських культур в доза 1-2 т/га.
Серйозну екологiчну проблему і не лише в
сільському господарстві створюють рiзно-манiтнi органiчнi вiдходи, питома вага
яких в загальному обсязi продукцiї становить бли-зько 30%, а наявна в них
енергiя еквiвалентна 2,0-2,59 кВт/годин.
Вагомою альтернативою
iснуючим технологiям утилiзацiї органiчних вiдходiв (бiль-шiсть з яких не є
безвiдходними і потребують значних енергоресурсів) є їх бiотрансфор-мацiя за
допомогою вермикультури та мiкроорганiзмiв у корисну продукцiю.
В даний час наукові
дослідження спрямовані на вдосконалення та розробку бiотех-нологiй, якi стали б
основою створення бiодинамiчних безвiдходних господарств з
ресур-соенергозберiгаючим, економiчно ефективним виробництвом бiологiчно
повноцiнної про-дукцiї та сировини для тваринництва, медицини та ветеринарiї.
При промисловій
переробці органічних відходів шляхом вермикультивування важ-ливу роль
вiдiграють рiзнi види мiкроорганiзмiв, якi своєю дiяльнiстю супроводжують
ор-ганiчнi вiдходи з моменту їх переробки i через ланцюг процесiв перетворення
до кiнце-вого продукту – бiогумусу.
В результатi
комплексних дослiджень встановлено, що в процесi пiдготовки орга-нічних
відходів i самої їх утилiзацiї
черв’яками i мiкроорганiзмами відбуваються складнi бiохiмiчнi,
мiкробiологiчнi процеси в результатi яких проходить близький до природного
процесу перерозподiл елементiв живлення,
збереження i акумулювання енергiї, причому бiльш ефективним є процес з участю
вермикультури.
У процесi ферментацiї
органічних відходів (особливо на першiй її фазi) спостерi-гається збiльшення
кiлькостi целюлозорозкладаючих мiкроорганiзмiв порiвняно з бiогу-мусом, тоді як
завершальний процес його формування характеризується зменшенням кiль-костi
анаеробiв, що свiдчить про завершення процесiв мiнералiзацiї складних
органiч-них сполук i накопичення простих (ензими, амiнокислоти, пептиди,
олiговуглеводи…).
На основі проведених
наукових досліджень та передового досвіду по переробці від-ходів органічного
походження розроблена концепцiя
бiодинамiчного безвiдходного госпо-дарства iз застосуванням вермикультури. Вона
грунтується на багатогалузевiй структурi виробництва, використаннi вiдходiв,
виключеннi синтетичних мiнеральних добрив та iн-ших хiмiчних засобiв. Головне завдання
системи – одержання високоякiсних харчових продуктiв та кормiв для тварин i
птицi.
Існуюча система
альтернативного землеробства, яка набуває поширення в країнах Європи, може
розвиватися рiзнобiчно залежно вiд поставлених цiлей та можливостей. Головна її
мета полягає у вiдновленні в культурному ландшафтi природного циклу коло-обiгу
речовин.
Основа концепцiї
бiодинамiчного безвiдходного господарства базується на: транс-формацiї всiх
видiв органiчних вiдходiв за допомогою вермикультури та мiкроорганiзмiв в
органiчне добриво бiогумус, бiогаз, одержання кормових добавок для тваринництва
та сировини для ветеринарної медицини; використання бiогумусу для вiдновлення
родючостi грунтiв, пiдвищення вмісту гумусу, зростання врожаю та якостi
сiлькогосподарської про-дукцiї.
Безвiдходнi
господарства можуть розвиватися на тваринницьких фермах, птахофаб-риках, на
деяких пiдприємствах переробної промисловостi i колективних сiльських
госпо-дарствах, а також на iндивiдуальних присадибних дiлянках та в домашнiх
умовах.
Впровадження концепцiї сприяє економiчному використанню енергетичних
ресурсiв довкiлля i господарства. На вiдмiну вiд промислового
сiльгосподарського виробництва, яке ставить за мету досягнути економiчного
ефекту (iнколи iгноруючи екологiчний) за ко-роткий строк, бiодинамiчне
безвiдходне господарство за своєю дiяльнiстю й ефективнiстю бiльш стабiльне i
тривале, де ресурси родючостi грунтiв не тiльки iнтенсивно викорис-товуються,
але i пiдтримуються на належному рiвнi (рис.12.1).
Малюнок 12.1. Принципова технологічна схема переробки
органічних відходів
Технологічний регламент переробки органічних
відходів тваринницьких комплексів передбачає: змішування їх з водою в рівних
пропорціях; подачу субстрату в біореактор; підтримання постійної температури 52
0С; автоматичне перемішування чотири рази на до-бу по 15 хвилин для
активізації процесу бродіння. Через 7-10 днів виділений біогаз зби-рається в
газгольдері, а готове екологічно чисте рідке добриво (відсутня патогенна
мік-рофлора), яке містить необхідні рослинам макро- і мікроелементи, біологічно
активні сполуки (ауксини),
використовується для внесення в грунт.
Стандартний біореактор
«БУГ-1» обємом
Малюнок 12.2.
Стандартний біореактор
на 6 м3в центрі, газгольдер
– зліва
Метод термофільної переробки гною,
курячого посліду є одним із приоритетних нап-рямків покращення навколишнього
середовища.
Основним недоліком гною і пташиного посліду є: незадовільні фізико-хімічні
власти-вості; високий вміст патогенних мікроорганізмів, яєць і личинок
гельмінтів; висока актив-ність схожого насіння бур’янів (більше 30 млн. шт/га);
неприємний запах. Уникнути цих недоліків можливо і шляхом їх ферментації.
Ферментація - це теж
саме компостування з метою приготування повноцінних доб-рив, яке
використовується для зменшення втрат поживних речовин в одних видах (гній,
послід, фекалії та ін.) та підвищення доступності для рослин в інших інертних
матеріалах (торф, сапропель, тирса, солома...). Головна відмінність в термінах
виготовлення: якщо компостування триває від 2 до 6 місяців, то ферментація - за
6-12 днів. Схематичний план організації біоферментації поданий на малюнку
12.3.
Малюнок
12.3. Схематичний план організації біоферментації
Серед методів ферментації органічної речовини (анаеробне та аеробне
компостування, вермикомпостування, анаеробне збродження та ін.), перспективним
є метод керованої ае-робної ферментації гною, курячого посліду та їх рідких
фракцій з вуглеводомісними ма-теріалами рослинного походження (солома, тирса,
торф, сапропель…). Його суть поля-гає в тому, що гній вологістю не більше 87%
та курячий послід, вологістю не більше 80% з використанням одного або декількох
органічних та мінеральних наповнювачів: торф вологістю не більше 55%; тирса
вологістю до 30%; солома подрібнена (20-
За результатами проведених розрахунків необхідна кількість компонентів
ретельно перемішується переобладнаними машинами типу РОУ-6, ПРТ-10, ПНД-250.
Для подріб-нення соломи та інших рослинних решток використовують ІРТ-165, або
інші аналогічні агрегати. Рекомендований об’єм кагату не менше 400-500 тонн, з
розрахунку декількох завантажень ферментатора. Перед кожним завантаженням
необхідну кількість підготовле-ної до ферментації суміші перелопачують за
допомогою гноєрозкидача максимально до-водячи її до гомогенної маси.
Підготовлена в такий спосіб маса через секційні двері заван-тажується в
біоферментатор висотою не більше 1,8-
Малюнок 12.4. Принципова схема ферментатора для аеробної ферментації
органічної сировини. де: 1 - камера -
ферментатор 5,0.10,0. 4,5; 2 - робоча суміш; 3 - двері; 4 – вентилятор витяжний; 6 -
система напірних повітропро-водів; 7 - отвори для вимірювання темпе-ратури; 8 -
штанга кисне вимірювача; 9 - гнучкий шланг;
10 - киснемір; 11 -
газоаналізатор; 12 - потоки повітря
Завдяки спеціальній системі регулювання температури в
камерах-ферментаторах про-ходять аеробні процеси, що забезпечує на другий день
після завантаження сировини під-няття температури до 57-730С та
перехід з мезофільної стадії компостування до термо-фільної. Суть процесу
ферментації полягає в тому, що за допомогою вентилятора (4) через систему
напірних повітропроводів та аераційних каналів (6) регулюється вологість та
вміст кисню в суміші. Аерація проходить за схемою знизу в гору. Контроль
температури проводиться через отвори (7), а вміст кисню - за допомогою
киснеміра (10). При необ-хідності (через значну вологість або температуру)
включають витяжний вентилятор (5). Температуру ферментованої маси підтримують в
межах 50-700С до того часу коли вона набуде стабільності. В
результаті ферментації отримують однорідну сипучу масу темно-корич-невого
кольору без специфічного запаху, в тонні якої міститься не менше 55-
Внесення
ферментованих добрив в дозі 10-15 т/га (рівнозначне 60 т/га гною) і
забе-зпечує:
- стабілізацію гумусового стану ґрунту,
змінюючи груповий склад гумусу: зростає вміст гумінових та фульвокислот за
рахунок відносного зменшення залишку, що не гідро-лізується, розширюється
співвідношення між вмістом гумінових і фульвокислот;
- зростає в ґрунті вміст гідролізованого
азоту, рухомих форм фосфору та обмінного калію;
- покращуються агрофізичні властивості
ґрунту завдяки внесенню добрив які воло-діють розпушувальною дією, маючи високу
пористість та вологоємність;
- покращується живлення рослин,
змінюються умови існування ґрунтових мікроор-ганізмів, посилюючи інтенсивність
мікробіологічних процесів, сприяючи зростанню чисе-льності корисної мікрофлори
(нітифікаторів, азотобактеру, бактерій, що розчиняють фос-фати);
- втрати вологи за межі кореневмісного шару зменшуються в 1,5 рази. Локальний
їх спосіб використання, відносно суцільного внесення зменшував концентрацію в
ґрунтово-му розчині NО3 на 22, СаО на 8, MgО на 20, водорозчинного
гумусу на 15%. Невиробничі втрати азоту зменшувались на 44, кальцію на 90,5,
магнію на 14,9, водорозчинного гумусу на 7, сірки на 7,5 кг/га.
Використання ферментованих добрив в якості органічних поряд із
підвищенням ро-дючості ґрунту в залежності від культури, забезпечує приріст
врожаю на 15-70% в польо-вих умовах і на 20-60% при вирощуванні овочів в
закритому ґрунті.
12.2. Використання бактеріальних
препаратів для захисту
сільськогосподарських культур
Одночасно з розвитком тваринництва і
рослинництва виникла проблема захисту
ку-льтурних рослин і домашніх тварин від шкідників і хвороб. Спочатку людина
викорис-товувала примітивні засоби боротьби з ними, а потім, з розвитком
сільськогосподарських технологій, способи боротьби удосконалювалися; з'явилися
перші примітивні хімічні засо-би знищення комах і гризунів з використанням
відварів настоїв, деревної золи… . Бурхли-вий розвиток хімії і перехід
сільського господарства на інтенсивні технології призвів до появи і
застосуванню хімічних речовин для боротьби з шкідниками і хворобами. Проте,
хімічні препарати не забезпечували повний захист сільськогосподарських культур
(лише близько 10% була ефективною); значна частина комах і бур’янів залишилися неконт-рольованими і
продовжувала наносити шкоду
сільському господарству. Більш того, шкід-ники набували резистентність до
пестицидів.
В літературі описані сотні видів членистоногих,
резистентних до пестицидів (ДДТ,
карбаматам,
пиретроїдам, фосфорорганічним з'єднанням), а підвищені норми їх застосу-вання
негативно впливали на навколишнє середовище. Основна ж їх маса викликала
за-гибель корисних організмів, акумулювалася в біологічних об'єктах, порушуючи рівнова-гу в природних
екосистем і біоценозів, забруднюючи грунти,
водойми,
повітря.
Враховуючи такий стан постала
необхідність пошуку інших, ефективніших
засобів
і методів захисту, що не справляють негативний влив на людину і навколишнє
середовище в цілому. Серед
наукових підходів, що розроблялися,
значна увага надавалася біологіч-ним методам.
Використання мікроорганізмів як
біопестицидів – відносно новий напрямок у біотех-нологічній практиці. В даний
час бактерії, гриби, віруси знаходять широке застосування як промислові
біопестициди. Технологія їх виробництва різнопланова, і в значній мірі
за-лежить від фізіологічних особливостей мікроогранізмів-продуцентів. Проте є
ряд зага-льних вимог, що пред'являються до біопестицидів, основні з яких їх
селективність і висока ефективність, безпека для людини і корисних
представників флори
та фауни, тривале збе-реження і простота застосування, добра розчинність і
прилипаємість. В даний час для за-хисту рослин і тварин від комах і гризунів застосовуються близько 50
мікробних препа-ратів, що відносяться до трьох груп: бактеріальні, грибні і
вірусні.
Основою для виробництва бактеріальних препаратів є бактерії. В даний час описано понад 90
видів бактерій, які інфікують комах. Значна їх частина належить до Pseudomo-nadaceae, Enterobacteriaceae, Lactobacillaceae, Micrococcaceae, Bacillaceae.
Більшість про-мислових штамів належать до
родини
Bacillus, і основна маса препаратів
(понад 90%) ви-готовлена на основі
Bacillus thuringiensis (Bt), що
мають понад 22 серотипи. Штами Bt
ви-користовують для боротьби з шкідниками: гусеницями, комарами, мошкою. Штами Baci-llus thuringiensis, крім спор, які при надходженні
всередину комахи викликають септице-мію
синтезують
ряд екзо- і ендотоксинів. Препарати на основі Bt відносяться до токсинів кишкової дії. Типовими наслідками їх дії є
параліч кишечника, розвиток загального пара-лічу і загибель комахи. Бактерії групи Bacillus thuringiensis
ефективні відносно 400 видів
комах, включаючи шкідників польових культур, лісу, садів і виноградників;
найбільшу ефективність від застосування даних препаратів отримують при боротьбі з листогризу-чими
шкідниками (табл. 12. 3).
Таблиця 12.3.
Найбільш
поширені інсектопатогенні бактерії і комахи, що
інфікуються ними (по G.A. Hardy, 1986).
|
Бактерії |
Комахи |
|
Pseudomonas aeruginosa |
Сарана |
|
Pseudomonas septica |
Жук-гнойовик, жук-деревинник |
|
Vibrio leonardia |
Огнівка бджолина велика, метелик кукурудзяний |
|
Enterobacter aerogenes |
Метелик-голубянка, метелик-товстоголівка |
|
Proteus vulgaris |
Сарана |
|
Salmonella enteritidis |
Огнівка бджолина велика |
|
Diplococcus spp. |
Травневий
хрущ, шовкопряд тутовий, шовкопряд непарний |
|
Bacillus thuringiensis |
Різні метелики, міль, шовкопряд дубовий похідний |
|
B. popilliae |
Жук-гнойовик |
|
B. sphaericus |
Комарі |
|
B. moritai |
Мухи |
Мікробіологічна промисловість світу
випускає препарати на основі Bt, здатні утворю-вати спори, кристали і токсичні
речовини в процесі росту. Технологія
отримання біо-пестицидів на основі ентомопатогенних бактерій є типовий приклад
періодичної гомоген-ної аеробної глибинної культури, що реалізовується в
стерильних і контрольованих
умо-вах. Основу їх поживного середовища становить дріжжеполіцукрова
суміш і піногасник (кашалотовий
жир). Товарна форма препарату – сухий порошок та стабілізована паста. Готовий сухий продукт містить до
30 млрд. спор/грам.
Перший вітчизняний препарат отриманий на
основі Bac. thuringiensis
var. dalleriae – ентобактерин. Препарат випускається у
вигляді сухого порошку із вмістом спор і кри-сталів ендотоксину по 30 млрд./г,
пасти з наповнювачем, а також рідини
в суміші з прилипачем. Ефективний
проти
лускокрилих комах (капустяної білянки, капустяної молі, лучного метелика, п'ядуна,
шовкопряда, бояришниці і ін.). Застосовують препарат шляхом
обприскування рослин суспензією з розрахунку 1–3 кг/га для
овочевих і 3–5 кг/га – для
плодових культур. Оптимальні умови для застосування ентобактерину – відсутність
опа-дів і діапазон температур 18–32°С. Препарат – кишкової дії, при поїданні гусеницями ра-зом з листовою
масою після надходження в шлунково-кишковий тракт комахи, викликає загальну
інтоксикацію і повний параліч. Основна маса комах гине протягом 2–10 днів.
За-стосування ентобактерину
підвищує врожайність овочевих і плодових культур на 50 і 5 ц/га відповідно.
Дендробацилін є препаратом для захисту
лісу від сибірського шовкопряда
на основі Bac. thuringiensis var. dendrolimus. Бактерія виділена з гусениць
сибірського шовкопряда – шкідника хвойних лісів. Препарат ефективний для захисту овочевих,
плодових і технічних культур від совок, білянок, молі, п'ядунів, не токсичний
для корисної ентомофауни, зас-тосовується і діє аналогічно ентобактерину.
Інсектін – по дії аналогічний дендробациллину, призначений для боротьби, головним чином,
з сибірським шовкопрядом. Отриманий на
основі
Bac. thuringiensis var. insectus.
Б І П – біологічний інсектицидний препарат,
виготовляється у вигляді сухого по-рошку і пасти на основі Bac. thuringiensis var. darmstadiensis;
ефективний
проти шкідників плодових (від яблучної і плодової молі, п'ядунів, листовійок,
шовкопрядів) і овочевих ку-льтур (білянок, молей).
Бактулоцид
– бактерія, на основі якої випускається даний препарат, виділена із во-дойм і
віднесена до групи Bt
H14,
оскільки їй присвоєний 14-й серотип. Бактулоцид ви-пускається у вигляді сухого
порошку з титром близько 90 млрд./г і містить таку ж кіль-кість
кристалів. Застосовується в рідкому вигляді розбризкуванням по поверхні
водойми. Доза внесення залежить
від характеру водойми і виду комарів - від 0.5 до 3.0 кг/га
водної поверхні.
Пошуки нових препаратів на основі Bt інтенсивно ведуться в багатьох країнах.
Ме-тоди генної і клітинної інженерії дозволяють проводити роботи, спрямовані на поліпшен-ня існуючих
продуцентов і продуктів Bt.
Сьогодні відомо, що гени, контролюючі синтез
кристалів,
локалізовані на невеликому числі плазмід
молекулярної
маси. Токсичний білок, Bt, що
синтезується, клонований у E. coli і B. Subtilis. Його
експресія отримана навіть про-тягом вегетативної фази росту. Є дані про клонування білку, токсичного для
метеликів у
клітинах тютюну. У цілій рослині тютюну, що виросла, кожна клітина виробляла
токсин. Таким чином, рослина в якій присутній токсин, стає стійкою до комах:
поїдаючи листя, гусениця гине не
заподіявши істотної шкоди рослині.
Американськими компаніями «Монсанто» і «Агроцетус»
проводяться польові випро-бування бавовника з присутністю в хромосомі геному Bt, з резистентністю до гусениць яка передається
насінню і подальшим поколінням рослин. Створена трансгенна інсекто-стійка тополя в якій присутній фермент, що знижує
засвоєння білку комахами, приводячи до скорочення їх популяції.
Перспективними є з'єднання і клонування
білків різних ентомопатогених штамів
які дозволяють отримати рекомбінантні штами з широким спектром активності. Нові
штами володіють активністю проти непарного шовкопряда, колорадського жука і
довгоносика картоплі, шкідників овочевих культур, бавовни, кукурудзи, баклажан, томатів. Їх вартість близька до
вартості хімічних пестицидів, а біологічна ефективність – понад 90 відсотків.
Новітні біотехнологічні методи сприяють
підвищенню ефективності бактеріальних препаратів в результаті зміни плазмід в бактеріях,
контролюючих синтез білку. Вироб-ництво аспорогенних штамів може спростити технологію ферментації і
зменшити вартість препаратів.
Ентомопатогенні гриби присутні в природі,
уражуюючи значу кількість комах, воло-діючи
різними
механізмами, включаючи контактний, що полегшує їх застосування. Гриби добре
зберігаються у вигляді спор і продукують різноманітні біологічно активні речовини,
що підсилюють їх патогенність. Проте препарати на їх основі не знайшли
поширення на виробництві через
технологічні аспекти, при їх культивуванні, які обумовлені жорсткими вимогами
до охорони навколишнього середовища (висока активність грибних препаратів
виявляється тільки в умовах високої і стабільної вологості).
Із відомих ентомопатогенних грибів
найбільш перспективними є мускаридні (Euasco-mycetes) і
ентомотрофні (Entomophtohraceae) в яких збудником інфекції є
конідії. Гриби, на відміну від бактерій і вірусів, проникають в тіло комахи не
через травний тракт, а бе-зпосередньо через кутикулу, їх конідії проростають та
розвиваються на поверхні або відразу проростають в тіло з утворенням токсину.
Зараження комах грибними патогенами на відміну від інших мікроорганізмів
відбувається на
різних стадіях розвитку (у фазі лялечки або імаго). Гриби швидко ростуть, володіючи великою
репродуктивною здатніс-тю. В даний час
не
зважаючи на наявні обмеження, грибні препарати широко досліджую-ться і
проходять перевірку на виробництві для боротьби із шкідниками.
Найбільш вивчений ентомопатогенний
мускаридний гриб, описаний
більше 100 років тому як зелений,
Metarhizium anisopliae. На його
основі
отримані перші препарати біо-пестицидів в промислових масштабах які уражують
багато груп комах, включаючи слизи-стого
пасовищного клопа і шкідника цукрового очерету.
У США, Чехії, Австралії і на Кубі
розроблені препарати на основі мускаридного гриба Beauveria bassiana (Bals.)
Vuill для
боротьби
з шкідниками сільськогосподарських рослин та для контролю їх популяцій в грунті. Для боротьби із саранчою в США використовують
австралійський мікроскопічний гриб Enthomophthora praxibuli.
Інфікована саранча гине протягом 7-10 днів після застосування препарату, а
спори гриба після зимівлі в грунті здатні вражати і наступні покоління комах.
У Японії випускається в промислових
масштабах інсектицид на основі гриба Asper-gillus для
захисту лісів від шкідників, який вносять у грунт де він поглинається корінням
дерев, розповсюджується по судинній
системі
дерева, захищаючи його від комах.
Боверин
є вітчизняним грибним препаратом, який виробляють на основі конідіоспор Beauveria bassiana (Bals.)
Vuill.
Препарат випускають у вигляді порошку з титром 2–6 млрд. конидіоспор/г. Боверин
безпечний для людини і теплокровних, не викликає опіків у рослин. Його ефективність аналогічна хімічним
пестицидам.
Виробляють боверин як екстенсивним поверхневим, так і більш економічним глибин-ним
способом ферментації. Готова форма препарату є сухим дрібнодисперсний
порошок конидіоспор змішаний з каоліном (титр - 1,5 млрд. конідій/г). Препарат ефективний проти листогризучих
шкідників саду, яблуневої плодожерки, шкідників лісу; а також личинок
колорадського жука. Використовують шляхом оприскування рослин, норма витрати -
1-2 кг/га, поєднуючи з хімічними препаратами. Загибель личинок різного віку -
100 відсотків.
Перспективи використання грибних
препаратів очевидні. Проте необхідні
серйозні
на-укові дослідження для розуміння етіології шкідників, передбачення наслідків
їх взаємодії між рослиною, шкідником і біопестицидом. Результати досліджень
останніх років свід-чать про
можливість застосування методів генної інженерії для вивчення фізіології, гене-тики і
біохімії грибів, що сприятиме створенню стійких і ефективних препаратів на їх
основі.
Віруси і вірусні препарати на їх
основі надзвичайно контагіозні і
вірулентні, вузько специфічні по впливу, добре зберігаються в природі поза
організмом-господаря. Ці пре-парати внаслідок високої специфічності
практично безпечні для людини і всієї
біоти. Шкідники інфікуються вірусами
при живленні. Тільця-включення, що потрапили в кише-чник руйнуються у лужному середовищі. Віріони,
що звільнилися, проникають через стін-ку кишечника в
клітини і реплікуются в ядрах.
Із
всіх ентомопатогенних препаратів вірусні володіють найбільшою специфічністю
по відношенню до комахи-господаря. Їх яскраво виражена специфічність обумовлює
прак-тичну нешкідливість вірусних препаратів для людини, флори
і фауни.
Промислове виробництво вірусного
матеріалу в значних об’ємах
стримується тим, що віруси здатні размножуватися тільки в живій тканині
організму-господаря. Тому отриму-ють вірусний матеріал при розмноженні вірусів в комахах, після
загибелі яких масу по-дрібнюють, виділяючи вірусний матеріал і піддають
очищенню.
Перший вірусний інсектицид випущений
компанією «Сандоз» в 70-х роках
для бо-ротьби з черв'яком коробочки бавовника. Виробництво вірусних препаратів засноване на масовому размноженні комахи-господаря на штучних
середовищах, де на певній стадії
розвитку комаху інфікують, додаючи суспензію вірусів в корм. Через 7-9 діб загиблих
гу-сениць збирають, висушують, подрібнюють, додають фізіологічний розчин (1 мл
на 1 гу-сеницю) та фільтрують.
Препарати готують у вигляді дустів, суспензій і масляних форм. При отриманні сухого препарату вірусний
матеріал змішують з каоліном, а для
отримання масляної форми осад змішують з 50% розчином гліцерину до титру 2
млрд. поліед-рів/грам.
Існує два методи застосування вірусних препаратів: інтродукція вірусів в
щільні попу-ляції комах на порівняно невеликих площах і обробка заражених ділянок шляхом обприс-кування
або обпилення на ранніх стадіях
розвитку личинок.
Внаслідок трудомісткості виробництва
вірусні препарати не знайшли масового зас-тосування, проте нові методи
використання олігонуклеотидних послідовностей для марку-вання вірусного генома мають певний як науковий так і
практичний інтерес. Удоскона-лення і розвиток технології клітинних культур
комах, відбір і створення нових вірусів, включаючи виробництво еукаріотичних
вірусів в прокаріотах і препаратів на їх основі, може конкурувати з хімічними формами.
В Україні промислово виробляються три
вірусні ентомопатогенні препарати: вірин-ЕКС (проти капустяної совки); ЕНШ
(проти непарного шовкопряда); АББ (проти амери-канського білого метелика).
Гербіциди - хімічні препарати для
боротьби з бур'янами, становлять близько 50 % су-марного ринку хімікатів, які
використовуються в сільському господарстві.
Їм
властиві недоліки аналогічні пестицидам. Тому потреба в створенні біогербіцидів
на основі мікро-організмів-патогенів рослин, ферментів, напівпродуктів
біоконверсії.
Для боротьби з окремими видами бур'янів,
стійких до хімічних препаратів,
застосову-ють специфічні і токсичні для них мікроорганізми, грибні фітопатогени
і грибкові фітото-ксини. Для розширення сфери їх застосування необхідне
отримання грибкових
форм, стійкіших по відношенню до зміни умов зовнішнього
середовища.
Останні наукові розробки в даному
напрямку є перспективними.
США і Японія спіль-но розробляють біогербіциди на основі природних
мікроорганізмів для боротьби з бур'я-нами сої, арахісу, рису. У США на ринок
поступив препарат на основі штаму Phytophtho-ra palmivora для боротьби з повитицею. Японія розпочала виробництво
біогербіциду на основі білафоса, що продукується штамом Streptomyces hydroscopicus, який володіє ши-роким
спектром дії, порушуючи азотний обмін в листі і стеблах бур'янів.
У тваринництві біотехнологія знайшла
широке застосування в діагностиці, профілак-тиці, лікуванні захворювань з
використанням моноклональних антитіл, генетичне поліп-шення порід тварин. Деякі
сполуки, отримані за допомогою мікроорганізмів можуть вико-ристовуватися у
вигляді кормових добавок, пригнічують шкідливу мікрофлору в шлунко-во-кишковому
тракті або стимулюють утворення специфічних мікробних метаболітів.
Антибіотики в сільському господарстві
застосовуються з метою: боротьби з хвороба-ми тварин та рослин; як стимулятори
росту тварин; при консервації продуктів; у науко-вих дослідженнях (в
біохімімії, молекулярній біології, генетиці, онкології).
Повна
хімічна структура встановлена тільки для третини антибіотиків, а отриманих
хімічним шляхом лише половина з них. Синтез мікроорганізмами антибіотиків -
одна з форм прояву антагонізму, пов'язана з певним характером обміну речовин, що виник і ста-білізувався в ході еволюції. Впливаючи на мікробну клітину,
антибіотик викликає пору-шення її
розвитку: пригнічує синтез оболонки бактеріальної клітини в період розмножен-ня, змінює проникність мембрани цитоплазми, інгібує
реакції обміну речовин. Механізм стимулюючого впливу антибіотиків пов'язаний із дією на мікрофлору кишечника, безпо-середнім впливом на організм тварини. В першому випадку
вони знижують число шкід-ливих і
збільшують кількість корисних для організму мікроорганізмів. У другому – знижу-ють рН кишечника,
зменшують поверхневий тургор клітин, що сприяє прискоренню їх ді-лення,
збільшують кількість ростових гормонів, пристосовність організму до несприятли-вих умов.
Кормові
антибіотики: не використовуються в терапевтичних цілях і не викликають
перехресної резистентності бактерій до антибіотиків; практично не всмоктуються
в кров з травного тракту; не змінюють своєї структури в організмі; не володіють антигенною
при-родою, яка спричинює алергію.
В даний час випускаються декілька видів кормових анти-біотиків: препарати на основі хлортетрациклина (біовіт,
кормовий біоміцин), бацитрацин, гризин, гігроміцин Б та ін.
Антибіотики
використовують і як засіб боротьби з фітопатогенами. Їх дія зводиться
до сповільнення розмноження і загибелі фітопатогенних
мікроорганізмів, що містяться в насінні і вегетативних органах рослин
(фітобактериоміцин, трихотецин, поліміцин).
12.3. Регулювання відтворення сільськогосподарських
тварин
Відтворення тварин - це основний чинник,
лімітуючий ефективність виробництва тва-ринницької продукції на промисловій
основі. Причини, що перешкоджають досягненню оптимальних результатів у
відтворенні худоби різні. Нові методи розширюють можли-вості регулювання
відтворення тварин. Вони пов'язані з маніпулюванням на рівні клітин або
ембріонів, з використанням фізіологічно активних сполук, тому названі
біотехнологіч-ними. До них відносять: стимуляцію і синхронізацію полювання,
суперовуляцію, штучне запліднення, трансплантацію ембріонів, зберігання гамет і
ембріонів, цілеспрямоване от-римання двійників, регулювання статі, ранню
діагностику вагітності, управління проце-сом пологів, створення химер… .
Стимуляція і синхронізація охоти
проводиться за допомогою прогестерону - жіночого статевого гормону стероїдної
природи, регулюючого хід естрального циклу, простаглан-динів, а також їх комбінації.
Цей прийом дозволяє викликати появу охоти у племінних тварин в один і той же
період часу.
У США для синхронізації охоти у телиць в
молочному і м'ясному скотарстві випус-кається препарат “Синхромейт-В”, який
представляє сукупність двох гормонів, один з яких імплантується під шкіру, а
інший ін'єктується внутрішньом'язово. Імплант поміща-ється під шкіру вуха
телиці і відразу ж після цього слідує ін'єкція іншого гормону. Під дією двох
гормонів естральний цикл телиці тимчасово зупиняється. Через деякий час імплант видаляють з вуха тварини, починається
новий естральний цикл. Оскільки імплант
віддаляється одночасно у всіх телиць, то і цикл розпочинається в один і той же
період.
Застосування гормональних препаратів
знімає необхідність щоденного контролю за станом статевої активності тварин.
Перевага синхронізованої охоти полягає в реальній мо-жливості формування
однорідних груп тварин в період запліднення, одночасного народ-ження приплоду,
точного обліку кормів в групах.
Суперовуляція - стан, викликаний
гормонами, коли в яєчниках тварин розвивається і овулірує у
декілька разів більше яйцеклітин. Залежно від вигляду число овуліруючих яй-цеклітин може бути збільшене в 3-8 і навіть
в 50 разів. За допомогою такого прийому стає можливим отримання більшої
кількості ембріонів від кращих по продуктивності корів.
Штучне запліднення тварин є найстарішим
і добре відпрацьованим біотехнологічним методом розведення
сільськогосподарських тварин. Його застосування обмежує розпов-сюдження
статевих інфекцій, які нерідко є причиною безпліддя тварин, дозволяє ефектив-но
використовувати генетичний потенціал племінних тварин. Економічний ефект від
штучного запліднення обумовлений зниженням витрат на ріст поголів'я, можливістю
шви-дкого розмноження генотипу з господарсько - корисними ознаками, поліпшенням
генети-чного потенціалу ремонтного стада.
Трансплантація ембріонів в даний час є
однією з найбільш актуальних проблем в тва-ринництві. За допомогою пересадки
ембріонів можна різко збільшити вихід числа наща-дків від високопродуктивних
корів. Трансплантація ембріонів, або ембріотехнологія, по-лягає в отриманні
одного або декількох ембріонів з матки племінних тварин (донорів) і пересадці в
матку корів (рецепієнтів), де ембріони розвиваються до отелення. Цей метод у
поєднанні з суперовуляцією у донорів дозволяє отримати потомство від
високопродук-тивних тварин. Цим способом ембріони можна вводити в ту або іншу
породу, викорис-товуючи як рецепієнтів корів
м'ясних порід. Застосування методу спрощує обмін гено-фондом
сільськогосподарських тварин між країнами і континентами. Пересадка ембріонів
може бути використана для отримання потомства від цінних, але безплідних корів,
що втратили здатність до розмноження в результаті нещасного випадку, хвороби або
за віком.
Коли було встановлено, що кролик володіє
імунітетом по відношенню до ящура, була висунута ідея використання методу
трансплантації для оздоровлення потомства зара-жених ящуром тварин. Статеві
шляхи кролика, куди трансплантуються ембріони, здатні руйнувати вірус ящура в
ембріонах. Трансплантація може бути використана і для тимча-сового зберігання
ембріонів. У яйцепроводах кролиць можна проводити трансконтинен-тальне
перевезення ембріонів овець.
Видалення ембріонів до 70-х років проводили
в основному хірургічним шляхом, зго-дом він був замінений введенням в матку
особливого зонда по природному каналу. Транс-плантацію проводять за допомогою
спеціального зонда або пістолета для запліднення. Ембріони поміщаються в роги
матки. Стельність у самок - рецепієнтів
перевіряється по рівню прогестерону в плазмі крові на 21-й день.
Таблиця 11.4. Вигоди і ризики застосування
біотехнології в сельському
господарстві
|
Технологія |
Вигоди |
Ризики |
|
Трансгени (в цілому) |
Можливість
покращити всі фор-ми сільськогоспо дарських рос-лин і тварин |
Зменшення
біорізномаїття з можливістю біль-шого впливу нових патогенів; надходження
но-вих патогенів та ГМ-продуктів в харчовий раці-он людей без повідомлення
споживачів; техно-логія може не спрацювати в нових умовах |
|
Стійкість
до гербицидів |
Збільшення
продуктивності сіль-ськогосподарського виробницт-ва, зменшення використання
ге-рбіцидів, які не піддаються біо-деградації
|
Ауткроссинг, який
призводить до появи супе-рбурянів стійких до гербіцидів |
|
Стійкість
до шкідників |
Збільшення
продуктивності сі-льського сподарського виробни-цтва, зменшення використання
ін сектицидів, які не піддаються бі-одеградації |
Ауткроссинг, який
призводить до появи ВТ-сті-йких шкідників. Фермери, які виробляють про-дукцію не зможуть
застосовувати ВТ- препара-ти. Негативний вплив на популяції метеликів |
|
Підвищення ха-рчової цінності
|
Позитивний вплив на
поживну цінність продуктів в раціоні
на-селення країн що розвиваються |
Може мати низьку ефективність
і бути рекла-мою. |
|
Загальна
стійкість |
Дозволяє
вести сільське
господа-рство в регіонах з несприятливи-ми
грунтово-кліматичними умо-вами |
Розвиток суперстійких рослин, які можуть не-гативно впливати на загальний стан посівів |
|
Стійкість
до заморозків |
Підвищення
ефективності сіль-ськогосподарського
виробництва |
Може призвести к зміни клімату |
|
Нові види про-дукції (лаури-нова кислота з ГМ-ріпаку) |
Зменшення
витрат на виробницт-во
деяких продуктів рослинного походження |
Може спричинити збитки і банкруцтво
традиці-йних методів ведення сільськогосподарського виробництва |
|
Біоінженерні сільськогоспоподарські тварини |
Підвищення
продуктивності про-дуктів тваринного походження |
На
випадок, трансгена риба з ферми попадає в дику природу, вона
може витіснити її
природну популяцію |
Контрольні запитання.
