Микробные препараты на службе растений

1 июня 2018 года отдел сельскохозяйственной микробиологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма» отметил свой пятидесятилетний юбилей. Научная деятельность отдела микробиологии направлена на многоплановые комплексные исследования в области сельскохозяйственной микробиологии, экологии, биотехнологии. Одним из важных и актуальных направлений исследований является создание микробных препаратов и разработка технологии их эффективного применения в растениеводстве и земледелии; биоремидиации почв и т.д.

Увеличение продуктивности растений для удовлетворения потребностей населения в продуктах питания, является одной из важнейших задач земледелия. В основе формирования высоких урожаев любой сельскохозяйственной культуры, кроме генетического потенциала, лежит технология их выращивания.
К традиционным технологическим приемам относится применение высоких доз минеральных удобрений, химическая защита посевов от болезней, вредителей и сегетальных растений. Эти мероприятия позволяют значительно увеличить и сохранить урожаи сельскохозяйственных культур, но вместе с тем, имеют и побочные эффекты. К негативным последствиям применения агрохимикатов относятся загрязнение почвы и грунтовых вод, деградация плодородия почвы, исчезновение полезных насекомых, упрощение структуры микробного населения почвы и накопление резистентных к действию фунгицидов и бактерицидов патогенов.
В результате снижается эффективность применения минеральных удобрений и протравителей, и как следствие потеря урожаев сельскохозяйственных культур при увеличении затрат на химию.
Современная стратегия сельскохозяйственного производства ориентирована на внедрение прогрессивных экологически безопасных и экономичных технологий, основанных на активации естественного потенциала агрофитоценозов, рациональном использовании энергетических ресурсов, что обуславливает всевозрастающий научный и практический интерес к биопрепаратам на основе микроорганизмов, в том числе бактерий, с полезными для растений свойствами.

Штаммы микроорганизмов

Микроорганизмы выступают «посредниками» между трофической частью почвы и корнем растений а также оказывают положительное действие на их рост и устойчивость к стрессовым почвенно-климатическим факторам и фитопатогенным микроорганизмам.
Микроорганизмы, относящиеся к разным таксономическим группам (симбиотические и ризосферные бактерии, цианобактерии, актиномицеты и др.), способные фиксировать азот воздуха. По литературным данным в симбиозе со специфическими для каждого вида растений клубеньковыми бактериями, бобовые могут усваивать за вегетацию до 125 - 480 кг/га азота воз#ду#ха, и до 20-50% биологического азота остается в почве после уборки. Продуктивность несимбиотической азотфиксации в черноземах составляет до 40 и более кг/га. Фиксированный микроорганизмами азот усваивается растениями в течении вегетационного периода и в составе растительных остатков возвращается в почву. Ассоциативные азотфиксирующие микроорганизмы способны продуцировать физиологически активные вещества и антибиотики, тем самым, оказывая стимулирующее и защитное действие.
Важными биогенными элементами, необходимым для жизнедеятельности растений и формирования урожая, являются фосфор и калий, подвижность и доступность которых усиливается под действием почвенных и ризосферных бактерий, микоризных грибов.
В практике микробиометода контроля фитопатогенов применяют бактерии рода Bacillus, которые продуцируют широкий спектр биологически активных соединений, в том числе антибиотики. Из современных биоинсектицидов наиболее популярны препараты на основе В. thuringiensis, эффективные в отношении более чем 400 видов насекомых.
В отделе сельскохозяйственной микробиологии ФГБУН «НИИСХ Крыма» ведётся многоступенчатая селекция штаммов микроорганизмов с полезными для растений свойствами. Коллекция (https://niishk.ru/innovacionnye-razrabotki/kollekciya-mikroorganizmov/) насчитывает более 200 штаммов азотфиксирующих, фосфатмобилизирующих, ростстимулирующих и энтомопатогенных бактерий и ассоциаций микроорганизмов, большая часть из которых выделена из естественных биоценозов и агроценозов Крыма. Многие из штаммов генотипированы по ряду хромосомных и симбиотических маркеров, депонированы в NCBI (National Center for Biotechnology Information).

Проблемы и перспективы использования микробных препаратов

Микробные препараты для растениеводства - средства улучшения питания растений и их защиты от патогенов и вредителей, действующим веществом которых является живая культура микроорганизмов.
Основные требования к штаммам микроорганизмов, перспективным для разработки препаратов на их основе, высокая эффективность, конкурентоспособность, комплементарность к виду (или сорту) растений, технологичность, а также сочетаемость с другими штаммами и устойчивость к агрохимикатам.
На основе наиболее активных и эффективных из них разработаны препараты, которые по доминирующей функции биоагентов условно разграничивают на землеудобрительные, стимуляторы роста растений и защитные (биопестециды). Наилучшими считаются полифункциональные биопрепараты с длительным сроком сохранности оптимального количества жизнеспособных клеток, экономичные при изготовлении и удобные в использовании. Исходя из этого, важным этапом в создании технологии производства микробных препаратов является подбор и оптимизация питательных сред, субстратов и условий культивирования бактерий. Разработанные в отделе микробные препараты по форме подразделяются на твердые (сыпучие), которые имеют субстрат-наполнитель (торф, вермикулит, лигнин, сапропель и т.д.), жидкие и гельные и гетерофазные (твердый наполнитель составляет 2%).

Так, на основе активных штаммов клубеньковых бактерий сои, нута, вики, люцерны, эспарцета, клевера и других бобовых культур разработан микробный препарат Ризобофит. Повышает урожайность на 10-40%, увеличивает содержание белка в семенах на 2-6, в зеленой массе – на 1-3 абсолютных % даже при наличии в почве популяции соответствующих клубеньковых бактерий и без применения азотных удобрений.
Диазофит, Азотобактерин. Биопрепараты на основе азотфиксирующих микроорганизмов. Улучшают азотное питание растений, повышают азотфиксирующий потенциал, устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессовым факторам, являются стимуляторами роста и развития растений, способствуют увеличению урожайности на 10-30% и улучшают качество полученной продукции. Применяются для предпосевной обработки зерновых и зернобобовых культур, овощных, масличных, эфиромасличных, кормовых, бахчевых, прядильных, алкалоидных культур, корнеплодов, клубнеплодов и лекарственных растений.
Фосфоэнтерин. Препарат на основе микроорганизмов, мобилизующих труднодоступные фосфаты, увеличивает коэффициент использования фосфорных удобрений и почвенных фосфатов, является стимулятором роста и развития растений. Применяется для предпосевной обработки зерновых и зернобобовых культур, овощных, масличных, эфиромасличных, кормовых, бахчевых, прядильных, алкалоидных культур, корнеплодов, клубнеплодов и лекарственных растений. Совместим с биопрепаратами на основе азотфиксирующих микроорганизмов и микробными препаратами биопротекторного действия.
Биополицид, Аурилл, Экобацил. Биопрепараты на основе микроорганизмов, подавляющих рост фитопатогенных грибов и бактерий. По эффективности не уступают химическим протравителям – Фундазолу, Максиму, Байтану. Обладают ростстимулирующей активностью благодаря способности синтезировать вещества ауксиновой природы. Применяются для предпосевной обработки зерновых и зернобобовых культур, овощных, масличных, эфиромасличных, кормовых, бахчевых, прядильных, алкалоидных культур, корнеплодов, клубнеплодов, лекарственных растений и для сохранения их семян. Совместимы с биопрепаратами на основе азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов. Одна гектарная порция составляет 100 мл.
АКБИТУР. Препарат на основе Bacillus thuringiensis. Препарат рекомендован про­тив личи­нок колорадского жука, гусениц ка­пустной совки; американской белой бабочки; листоверток, шелкопрядов, пядениц, златогузки на плодовых. Энтомоцидная активность акбитура обусловлена содержанием трех энтомоцидных компонентов: спор, кристаллического эндотоксина и термостабильного экзотоксина. Биопрепарат готовят по оригинальной тех­но­логии, позволяющей сохранить в готовом продукте все энтомоцидные компоненты. Эффективность биопрепарата составляет от 78 до 95%.
В настоящее время научный и практический интерес направлен на решение проблемы сохранения и повышения плодородия почвы за счет применения сидерации и соломы. В отделе сельскохозяйственной микробиологии разрабатывается целлюлозолитический комплекс – многокомпонентный комплекс микробных препаратов для деструкции растительных остатков (соломы, стерни, сидеральных культур), который состоит из ассоциации микроорганизмов с высокой целюлозолитической активностью, диазотрофных бактерий, фосфатмобилизаторов, микроорганизмов – антагонистов фитопатогенов. Ускоряет разложение целлюлозы, повышает биологическую активность почвы, улучшает её структуру.
Инновационная разработка — Биопрепарат на основе ассоциации эндомикориозных грибов предназначен для улучшения минерального питания (фосфорного, калийного, азотного) растений. Повышает устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессовым факторам, повышает на 10-20 % продуктивность сельскохозяйственных культур (сои, нута, люцерны и др.) и улучшает качество продукции.

Перечисленные выше микробные препараты могут быть включены во все этапы агротехнологий (от подготовки почвы, семян до ухода за вегетирующими растениями и сохранения семян). В отличие от агрохимикатов, биологические препараты являются экологически безопасными и не оказывают негативного воздействия на окружающую среду.

Ирина Каменева
кандидат сельскохозяйственных наук,
заведующая лабораторией физиологии и экологии микроорганизмов
ФГБУН «НИИСХ Крыма»

Источник: «АПК Эксперт. Растениеводство»