WWW.WIKI.PDFM.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Собрание ресурсов
 

«ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ В СЕВЕРОКАВКАЗСКОМ РЕГИОНЕ (ТПБСЗР) ЛЕКЦИЯ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ, ЕЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ План: 1. Терминология в биотехнологии. Связь ...»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ В СЕВЕРОКАВКАЗСКОМ РЕГИОНЕ (ТПБСЗР)

ЛЕКЦИЯ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ

БИОТЕХНОЛОГИИ, ЕЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ

План: 1. Терминология в биотехнологии. Связь биотехнологии с другими

областями науки .

2. Современное состояние и основные направления развития биотехнологии в защите растений .

1. Терминология в биотехнологии Появившийся сравнительно недавно, но уже прочно вошедший в жизнь термин «биотехнология» (биологическая технология) включает в себя, казалось бы, два несовместимых понятия – биология и промышленность, технология, производство. Существует много определений биотехнологии .

Например, академик Юрий Овчинников кратко определяет ее как «использование биологических процессов для промышленных целей». Более полно академик Георгий Сергеевич Муромцев обобщает смысл биотехнологии, как «целенаправленное превращение материи и энергии с помощью организмов или продуктов их жизнедеятельности» .

Профессор Н.В. Бондаренко определяет биотехнологию как «применение научных и инженерных принципов для переработки веществ органической и неорганической природы биологическими средствами с целью получения различных ценных продуктов, а также регуляторов роста, развития и размножения отдельных организмов и их популяций». Говоря обобщенно, биотехнология – наука о биологических процессах, используемых в полезной деятельности человека .



Термин «биотехнология» отнюдь не новый, он широко использовался в начале прошлого столетия. В конечном итоге такие древние производства, как получения спирта брожением, хлебопечение, виноделие, сыроварение, наряду с силосованием кормов, мы вправе отнести к биотехнологии. Однако успехи биологии наших дней наполнили понятие «биотехнология»

качественно новым содержанием .

В настоящее время выделяются следующие основные направления биотехнологии: биотехнология пищевых продуктов, биотехнология препаратов для сельского хозяйства, биотехнология лекарственных препаратов, средств диагностики и реактивов, биотехнология препаратов и продуктов для промышленности, биотехнология средств защиты окружающей среды от загрязнения, переработки токсических отходов, биотехнология источников для производства энергии и другие .

Строго говоря, все сельское хозяйство – важнейшая отрасль биотехнологии. Потому что по справедливости первым биотехнологом надо назвать того, кому впервые пришла в голову мысль собрать и посеять зерна растений, чтобы фактически реализовать известное теперь превращение химической (минералы почвы, углекислый газ воздуха) и физической (энергия солнца) форм движения материи в биологическую (растение), а затем и в продукцию для человека (Муромцев и др., 1990). То же можно сказать и о разведении животных, в том числе полезных насекомых .

Сегодняшняя биотехнология – это целый океан областей применения биологических знаний для промышленного производства. Основными «течениями», питающими этот океан, являются: микробиология, генетика и молекулярная биология, клеточная и организменная биологии .

Основы современной биотехнологии были заложены успехами микробиологии, молекулярной биологии и генетики .

Современная биотехнология – комплексная, многопрофильная область научно-технического прогресса, включающая такие разделы, как микробиологический синтез, генная и клеточная инженерии, инженерная энзимология, техническая энтомология, другие смежные биопроизводства .





Сегодняшняя биотехнология включает практически все ветви биологии

– классическую зоологию и ботанику, как фундамент растениеводства и животноводства, экспериментальные ветви – микробиологию, вирусологию, генетику, физиологию, биохимию, биофизику. Поскольку биотехнология имеет дело с организмами и продуктами их жизнедеятельности, она использует все уровни организации живого – молекулярный, клеточный, организменный и популяционный. Поэтому объектами ее изучения и применения служат отдельные молекулы, в особенности белки и нуклеиновые кислоты, культуры клеток и тканей, целостные одно- и многоклеточные организмы или их отдельные органы, сложные сообщества организмов разного уровня организации .

В настоящее время с помощью микроорганизмов человек научился получать разнообразные органические вещества: этиловый, бутиловый, метиловый, изопропиловый спирты, ацетон и др. Микробы дают нам ценные кормовые и пищевые добавки: белки, аминокислоты, антибиотики, ферментные препараты, витамины, гормоны и множество других веществ .

Специализированные микроорганизмы осуществляют гидролиз отходов растениеводства и животноводства и могут давать при этом дешевое топливо

– биогаз, состоящий главным образом из метана .

А метилотрофные дрожжеподобные организмы образуют кормовой белок, используя метан в качестве источника питания и энергии. Другие бактерии – метанокисляющие – преобразуют метан в метиловый спирт, используемый далее для получения полноценного белка .

При ферментации (сбраживании) соломистого навоза в анаэробных условиях бактерии образуют ценные органические кислоты и углекислый газ .

Довольно простые установки – ферментеры – используются для такой биоконверсии отходов во многих странах .

Микроорганизмы – самые мощные производители белковых веществ на нашей планете. Фундаментальной особенностью микробной клетки является то, что она имеет исключительно высокий уровень обмена веществ

– метаболизма. Поэтому скорость образования белка у бактерий в 10 раз выше, чем у животных и во много десятков раз, чем у растений. Бактерии и дрожжи растут очень быстро, огромными темпами увеличивают свою биомассу, способны жить в экстремальных условиях, вплоть до температуры кипящей воды и утилизировать самые разнообразные вещества и материалы металлы, пластмассы, целлюлозу, нефть и уголь .

Максимальный вклад микробиологии в биотехнологию и современное ее производство объясняется сравнительно простыми технологическими решениями и широкими возможностями этого производства при одновременно высокой рентабельности. Наша страна была основоположницей микробиологического производства, и долгие годы лидировала в мире. В отличие от микробов ни одно, даже самое совершенное химическое производство не может осуществить синтез белка и других веществ из простых элементов .

Широко используются микроорганизмы и для очистки окружающей среды. Например, вод от отходов молочной и целлюлозно-бумажной промышленности, в производстве красителей, удобрений. Микробы разлагают и выводят из окружающей среды различные пластмассы, полимеры, моющие средства, помогают избавляться от загрязнения почв нефтью, пестицидами.

Микроорганизмы эффективно используют для рекультивации земель, в особенности отвалов горнорудных предприятий:

они восстанавливают структуру почвы, помогая растениям извлекать труднодоступные формы фосфора и других элементов .

Другой базовой отраслью науки, давшей толчок развитию биотехнологии, стала генная инженерия. Расшифровка молекулярной структуры гена стала величайшим открытием биологии ХХ века .

Молекулярная биология и молекулярная генетика помогли открыть сначала двойную спираль ДНК, а затем механизмы хранения и реализации генетической информации. Стала реальностью многовековая мечта селекционеров о целенаправленном изменении наследственности организмов. Генная инженерия – пересадка конкретных генов, «ведающих»

определенными признаками растений и животных, в том числе микроорганизмов, сейчас внедряется во все сферы биотехнологии. Методами генной инженерии в геноме организмов активизируются или встраиваются отдельные гены, ответственные за продуцирование тех или иных веществ, повышение плодовитости, биомассы организмов, устойчивости к неблагоприятным факторам и т.п. В лабораториях создаются этим путем ранее не существовавшие, не созданные природой формы микроорганизмов, растений, животных, наделенные хозяйственно важными признаками .

Особый успех в биотехнологии выпал на долю клеточной биологии. С ее методами и успехами мы еще подробно познакомимся. Клеточная биология – это основа получения и микроклонирования (биотехнология размножения) в промышленных масштабах оздоровленных безвирусных растений. Она также помогла преодолеть генетическую несовместимость при скрещивании некоторых отдаленных видов растений .

Сегодня путем слияния протопластов растительных или животных клеток получают соматические гибриды. С помощью методов клеточной инженерии получены новые ценные сорта риса, ячменя, чеснока и др .

В сочетании с генной инженерией клеточная биотехнология особенно эффективна в получении и размножении новых пород животных и сортов растений .

2. Современное состояние и основные достижения биотехнологии в защите растений Можно сказать, что сейчас во всем мире биотехнология, наряду с космической техникой и наукой, военно-прикладными исследованиями стоит в авангарде развития человеческой мысли, приложения человеческого интеллекта, гения и трудов. Ведь главными отраслями применения биотехнологии являются пищевая промышленность, решение продовольственных проблем, здравоохранения, охраны окружающей среды .

А эти три области наших забот – питание, здоровье, чистая окружающая среда – основные для человечества .

Разработки в области биотехнологии защиты растений и их применение как раз и дают возможность подходить рационально к решению этих проблем .

Одно из важнейших направлений сельскохозяйственной биотехнологии

– создание биопрепаратов для защиты растений от вредителей и болезней .

Микробиологический метод защиты растений имеет ряд преимуществ перед химическим, как вы знаете. Биопрепараты не опасны для окружающей среды, более специфичны, чем пестициды. С развитием биотехнологии, промышленного культивирования микроорганизмов в последние два десятилетия значительно расширились возможности применения биопрепаратов. Наряду с ними биотехнологическим путем стали получать феромоны, аттрактанты, репелленты, биологически активные вещества, регуляторы роста, антибиотики, разводить хищных и паразитических насекомых, фитофагов (гербифагов), подавляющих вредных насекомых, болезни, сорняки .

Наибольшие успехи достигнуты в создании микробных инсектицидов .

Биотехнологические разработки здесь проводятся в двух направлениях .

1. Создание биопрепаратов на основе энтомопатогенных микроорганизмов .

2. Получение химических средств защиты растений путем микробного синтеза .

Разработаны промышленные биотехнологии получения биопрепаратов у нас в стране и за рубежом. В их основе лежит так называемое «глубинное»

культивирование микроорганизмов в промышленных ферментёрах Среди препаратов энтомоцидного действия ведущее место принадлежит препаратам на основе бактерии Бациллюс тюрингиензис .

Инсектицидным началом в этих препаратах служат вырабатываемые бактерией кристаллы эндотоксина, экзотоксины, и споры бактерии. Готовые препараты представляют собой или смесь спор и токсинов или же один экзотоксин. Эти препараты выпускаются в различных формах: жидких культур, паст, дустов, смачивающихся порошков, гранул. Наиболее распространены дендробациллин, лепидоцид, битоксибациллин, гомелин, бактоспеин .

Против широкого круга насекомых также эффективны грибные препараты на основе гриба Боверия бассиана – боверин, колорцид и др .

Главный недостаток грибных и бактериальных препаратов – неспособность вызывать эпизоотии у насекомых. Гораздо эффективнее в этом отношении вирусные препараты, хотя производство вирусных инсектицидов более трудоемкое и менее механизировано. Выпускаются вирусные препараты, действующие только на одного-двух вредителей. Все они носят название виринов: вирин – ГЯП, вирин – ХС, вирин – ОС и другие .

Новым направлением является использование протозойных микроорганизмов. В США получен на основе Nosema locusta Pall. препарат против саранчовых .

Все более широкое применение в мире и у нас в стране находят антибиотики (фунгициды и бактерициды) для борьбы с болезнями растений .

Они обладают системностью, высокой активностью. У нас в стране разрешены к применению трихотецин, фитобактериомицин, используемые против корневых гнилей. Наиболее широко применяются антибиотики в Японии в борьбе с перикуляриозом риса .

Разработаны подходы к микробному синтезу гербицидов – фитотоксинов сорняков. С помощью методов генной инженерии вводят в растения гены токсичности для вредителей. Перспективно применение гормональных препаратов, нарушающих развитие насекомых. Важным направлением в сельскохозяйственной биотехнологии явилось создание искусственных инфекционных фонов для селекции растений на устойчивость к болезням. Биотехнологическими методами получают сейчас безвирусные растения картофеля, томатов, бобовых, винограда, плодовых культур .

ЛЕКЦИЯ 2. АССОРТИМЕНТ ЭНТОМОАКАРИФАГОВ,

РАЗРЕШЕННЫХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В РЕГИОНЕ

План:

1. Трихограмма

2. Габробракон

3. Златоглазки

4. Кокцинеллиды

1. Трихограмма К настоящему времени созданы и действуют механизированные линии по производству трихограммы, и она является наиболее широко применяемым энтомофагом. Однако остается много проблем по совершенствованию процесса получения полноценных особей и применения трихограммы .

Первые опыты по использованию трихограммы были проведены в нашей стране. На Украине в 1912 году на Киевской энтомологической станции В.П. Поспелов расселял зараженные яйцекладки совок на участках овощных культур. Вскоре об этом энтомофаге заговорили ученые и практики многих стран и приступили к изучению биологии и возможностей разведения трихограммы. В 30-е годы в США Фландерс разработал способ круглогодичного разведения трихограммы на яйцах зерновой моли .

В нашей стране исследования по трихограмме были развернуты в работах В.А. Щепетильниковой и Н.А. Теленги. Эти ученые создали фундамент для дальнейшего развития исследований и практического использования трихограммы. Особенно возрос к ней интерес, начиная с 70-х годов, когда были построены биофабрики по ее разведению .

В ближайшие десятилетия трихограмма будет оставаться ведущим энтомофагом в нашей стране. Сейчас у нас применяется 6 видов трихограммы: обыкновенная (T. evanescens West.), T. euproctidis Gir., T .

pintoe Meyer, желтая (T. cacoeciae Meyer), бессамцовая (T. embryophagum Htg.) и T. sembidis Perk. Всего в СНГ выявлено 25 видов трихограмм .

Наиболее широко разводят 4 вида трихограммы: обыкновенную, пинтои, эупроктидис и желтую. Все виды трихограммы представлены различными расами и экотипами. Расой называются внутривидовые формы, приспособившиеся к определенным видам или группе родственных хозяев – вредителей. Экотипом считают внутривидовую форму, приспособившуюся к конкретным экологическим условиям местообитания. Против комплекса совок на парах, зерновых, технических и овощных культурах наиболее эффективны совочные расы трихограммы обыкновенной и трихограммы пинтои. Оба вида приурочены к обитанию на травянистой растительности .

Все виды трихограммы экологически пластичны, но местные формы проявляют более высокую и стабильную эффективность, поэтому при разведении необходимо использовать экотипы трихограммы, выведенные из яиц основных хозяев природной популяции в пределах зоны, обслуживаемой биолабораторией .

Развитие различных форм и видов трихограммы в общих чертах одинаково. Взрослые паразиты ведут свободный образ жизни, подкармливаясь нектаром цветов и капельками росы. Самки откладывают яйца в яйца насекомых – хозяев. В относительно крупных яйцах совок, листоверток, плодожорок развивается по 2-4 личинки яйцееда. В яйцах молей бывает по 1 личинке. Зараженные яйца имеют черный цвет с перламутровым отливом, и их легко отличить от незараженных .

Личинка, закончив питание, окукливается в яйце. Имаго прогрызает отверстие и вылетает. Самки после спаривания сразу откладывают яйца, причем наибольшее количество яиц откладывается в первый день жизни .

Зимовать остаются взрослые личинки трихограммы внутри хозяина .

После перезимовки численность трихограммы бывает незначительна, поэтому приходится производить ее массовые выпуски .

Обыкновенная трихограмма широко распространена в природе по всей территории СНГ. В полевых условиях обитает на занятых парах, посевах сахарной свеклы, капусты, клевера, кукурузы, а на древесных растениях встречаются редко. Чрезвычайно многоядный вид, но в природе размножается преимущественно на яйцах совок. Основные хозяева – капустная и озимая совка. Заражает яйца белянок, капустной моли, плодожорок и других листоверток .

Один из главных факторов, сдерживающих естественное увеличение численности трихограммы весной – отсутствие синхронности в развитии между паразитом и хозяином. Трихограмма вылетает на 2-4 недели раньше начала откладки яиц совками. Неблагоприятный для трихограммы период наступает между двумя поколениями совок и осенью .

Слабые летные способности трихограммы ограничивают возможность миграций ее с участка на участок в поисках хозяина. В природных условиях трихограмма заражает до 10%, редко до 30% яиц совок .

Трихограмма обыкновенная приспособлена к приземному образу жизни. Одна самка в течение жизни может заселять яйца хозяина в радиусе до 15-30 м. Распространение ее зависит от силы и направления ветра. В поле плодовитость самок достигает 30-50 яиц, в лаборатории – 30 .

В течение одного поколения совок развивается 2-3 поколения трихограммы. В нашей зоне 1 поколение трихограммы завершается за 9-12 дней, а всего за лето проходит около 12 полных поколений, в Краснодарском крае – 13-14. Положительным является то, что самки составляют до 90% популяции трихограммы. Вместе с высокими темпами развития это способствует быстрому накоплению паразита – яйцееда на полях .

Проблемы получения жизнеспособных, активных, плодовитых самок трихограммы сводятся в первую очередь к подбору лабораторных хозяев. Не секрет, что при постоянном выращивании ее на яйцах зерновой моли постоянно возрастает процент уродливых особей, со сниженными поисковыми способностями, пассивных после выпуска и т.п. Перед массовым производством трихограммы стоит задача и определенная трудность создания маточников трихограммы, где бы она развивалась на природных хозяевах для основания лабораторных популяций этих насекомых .

Сейчас все больше биолабораторий переходит на выращивание трихограммы на яйцах вощинной огневки. Трихограмма, вылетающая из яиц этой огневки, гораздо эффективнее, чем из яиц ситотроги. На яйцах пчелиной и мельничной огневок трихограмму возможно получать параллельно с производством бракона .

Еще лучше, когда несколько пассажей трихограммы проводят через яйца совок. Хлопковую и капустную совок довольно легко разводить в лабораториях .

Необходимо, чтобы за сезон было не менее 2 пассажей трихограммы через яйца совок, а перед выпуском – не более двух пассажей подряд через яйца ситотроги. Лабораторная трихограмма имеет слабое зрение и видит яйца хозяина только с расстояния 1,5-2,5 см. Она передвигается в основном бегом по листу растений, проходя в минуту 20-30 см. Самки качественной популяции пересекают обычно лист по диагонали сверху и снизу по 1 разу, а ослабленной популяции - долго и тщательно обследуют всю поверхность листа, что снижает их эффективность. Самки, не заражавшие яиц в день вылета, теряют плодовитость и способность откладывать яйца на вторые сутки. Наиболее активно ищут и заражают они яйца в утренние и вечерние часы. Реальный период «работы» трихограммы – 10 часов. С учетом времени заражения хозяина на 1 м2 поля требуется 2-6 полноценные самки трихограммы (капуста, свекла) или 30 тыс./га. Но с учетом того, что из 3 самок одна не заражает яиц, что составляет 66%, а мертвых и самцов рождается по 10%, должно выпускаться 90 тыс./га. В 1 г содержится в среднем 80 тыс. трихограмм, то есть на 1 га надо не менее 1 г зараженных яиц ситотроги .

Эффективен профилактический выпуск трихограммы вдоль дорог, полей и лесополос. К выпуску на полях надо приступать при достижении пороговой численности яиц вредителя. Первый выпуск против совок с групповой откладкой яиц проводят при численности не менее 4-5 яиц/м2 в первом поколении и 7-8 яиц во втором поколении. При единичной откладке яиц - при численности не менее 15 яиц / 100 растений. Против подгрызающих совок – 0,4-0,6 яйца/м2, кукурузного стеблевого мотылька – не менее двух кладок/100 растений, лугового мотылька – 10-15 яиц/м2, гороховой плодожорки – 25 яиц/м2, белянок – 5-10 яиц/м2. Последующие выпуски повторяют через 4-5 дней – 1-2 выпуска. Это увеличивает эффективность яйцееда. Яйца моли механизировано вносят сплошным ленточным способом за 0,5 – 1 сутки до отрождения. Имаго – не менее чем в 400 точках/га полевых культур .

Использование разновозрастных стадий трихограммы – личинок, куколок, имаго вместе уменьшает кратность выпусков с 4-6 до 2-3 за сезон .

Для оптимизации сроков выпуска рекомендуется использовать феромонные ловушки. В зависимости от интенсивности вылова самцов будет прогнозироваться откладка яиц самками вредителя. При низкой численности вредителя достаточна и низкая эффективность паразита – 30-50% зараженных яиц. Например, при численности 4 кладки яиц кукурузного мотылька на 100 растений достаточно 30% зараженности (с учетом естественной гибели яиц). А при численности 6 кладок – 55%. При численности более 11 кладок даже 70% эффективности трихограммы не снизят численность вредителя ниже порога вредоносности. И придется применять химический метод. Химобработки с предпочтительным использованием селективных ядохимикатов проводят через 3-4 суток после выпусков трихограммы .

Сельскохозяйственные районы СНГ в зависимости от увлажнения (ГТК) подразделяют на 3 зоны, характеризующиеся различной эффективностью применения трихограммы:

1. Зона постоянной эффективности – ГТК в период яйцекладки вредителей (озимой и капустной совок) равен 0,9-1,2. Это большая часть Украины, Центрально-Черноземный район, Северный Кавказ. Здесь трихограмму выпускают в борьбе с подгрызающими совками в 2 срока по 30-33 тысячи на 1 га в начале откладки яиц и в начале массовой откладки. Против стеблевого мотылька на кукурузе – 50 и 50-200 тыс./га при численности 3-10 кладок на 100 растений. Против лугового мотылька – 3 раза за период откладки яиц с интервалом 5 дней, в соотношении 1 : 10 с количеством яиц хозяина .

2. Зона неустойчивой эффективности трихограммы с ГТК = 0,7-0,8 на юге и 1,3-1,6 – на севере. Это районы с недостатком тепла (Нечерноземная зона) или с избытком влаги (западная Украина, Белоруссия) или же ее недостатком (Дагестан, юг Украины) .

3. Зона ограниченного применения трихограммы ГТК = 0.5-0.6 и 1,7 .

Это северные районы Нечерноземья, юг Поволжья, Ростовская область .

Во второй и третьей зонах трихограмму применяют в сочетании с другими биосредствами: браконом, биопрепаратами, а также наводняющими выпусками .

Важной проблемой в применении трихограммы является механизация выпуска. НПО «Агроприбор» разработано устройство для расселения трихограммы УРТ – 1 в агрегате с колесным трактором для применения на низкорослых овощных культурах. ВНИИ защиты растений разработал аппарат для сплошного расселения трихограммы в водном потоке с помощью воздушной струи вентиляторного опрыскивателя .

Эти способы рассчитаны на внесение на поля зараженных яиц с предкуколками и куколками трихограммы. Недостатком внесения яиц является их гибель от хищников и снос потоком воздуха .

2. Габробракон

Бракон, или габробракон притупленный (Habrobracon hebetor Wesm.) представитель семейства браконид отряда Перепончатокрылых. Зимуют в природе оплодотворенные самки в свернутых неопавших листьях, под отставшей корой и в дуплах деревьев. Для развития и созревания яиц самкам необходимо дополнительное питание нектаром цветков и гемолимфой жертвы. При откладке яиц на поверхность тела гусеницы самка предварительно парализует жертву, прокалывая покровы яйцекладом и вводя парализующее ядовитое вещество. Гусеницы вскоре прекращают питание и, следовательно, поврежденные ими растений. Число парализованных гусениц часто превышает число заражаемых. Развитие одного поколения длится 9-11 дней летом и 12-18 дней весной и осенью. За сезон развивается в Узбекистане 6-7 поколений, на Северном Кавказе – 4-5. Плодовитость самок 100-150 яиц .

Паразит заселяет гусениц 2-4 возраста хлопковой совки, карадрины, совки-гаммы, люцерновой, шалфейной, клеверной, огородной совок, кукурузного мотылька, мельничной и подсолнечниковой огневок. Близкий вид – H. juglandis паразитирует на яблонной, сливовой, персиковой, ореховой плодожорках и имеет сходный годичный цикл .

Бракона притупленного широко используют для борьбы с хлопковой совкой на томатах и других культурах .

Большинство биолабораторий используют групповой метод выращивания гусениц вощинной моли и разведения бракона. Высокая стоимость питательной среды для гусениц моли обуславливает и высокую стоимость паразита. Поэтому стремятся к удешевлению среды, замены ее компонентов на дешевые и простые, а также к получению бракона на гусеницах мельничной огневки .

Важной проблемой при производстве бракона является достижение преобладания самок в популяции. Нередко при лабораторном разведении постепенно растет процент самцов и снижает эффективность производства .

Объясняется это тем, что, как и у большинства перепончатокрылых, у бракона из оплодотворенных яиц отрождаются самки, а из неоплодотворенных – самцы. Пол будущей особи определяется во время откладки яиц, так как в этот момент мужские клетки из сперматеки самок попадают на яйцо и оплодотворяют его, проникая через микропиле .

Самки бракона спариваются один раз, и мужские половые клетки сохраняются в сперматеке до конца жизни самки. Поэтому при лабораторном разведении необходимо создавать благоприятные условия для встречи полов .

Максимальное оплодотворение самок достигается выдерживанием отрождающихся особей в баллонах в течение 2 суток, при температуре 300, полном освещении, обязательной подкормке сахарным или медовым сиропом. В баллон следует помещать свежевылетевших насекомых, так как доказано, что нормальному соотношению полов способствует спаривание самок сразу же после вылета из куколок. С увеличением возраста оплодотворяемой самки увеличивается процент мужских особей в потомстве .

Количество самок в потомстве возрастает, если в садке имеется запас углеводной пищи – медовый сироп. Белковую пищу самки получают, питаясь гемолимфой гусениц, которая выделяется через проколы в покровах. Тут же кормятся и самцы .

Одной из причин появления большого количества самцов может быть и высокое соотношение численности паразита и хозяина. Если на одну самку паразита приходится слишком много гусениц, то они спешат откладывать яйца. При этом первые яйца оплодотворены, а последующие не успевают оплодотвориться. Отрицательно влияет на соотношение полов и слишком большое количество яиц, отложенных самкой на одну гусеницу. Личинки паразита конкурируют за пищу. Гусеницы, которые должны были бы дать самок, при этом погибает больше, чем дающих самцов, так как первым требуется больше пищи. Оптимальное соотношение гусениц вощинной моли к самкам паразита 2 : 1. Важно стремиться к соблюдению всех технологических требований и условий при разведении моли и бракона .

Разработаны механизированные линии по производству бракона и огневки .

Первые профилактические выпуски бракона рекомендуют производить вокруг полей на сорняках трехкратно с интервалом 7-8 дней. При начальном соотношении паразита и хозяина 1 : 20 (первый выпуск), 1 : 10 (второй выпуск), 1 : 5 (третий выпуск). Первый выпуск на томатах проводят при численности 5 гусениц на 100 растений, в соотношении 1 : 10, второй – 1 : 5 .

Норма выпуска колеблется от 500 до 1500 особей на 1 га. Выпуск бракона проводят вручную в дневное время при безветренной погоде на стадии имаго .

3. Златоглазки Большая серия работ выполнена по разведению и применению для борьбы с тлями златоглазки обыкновенной Chrysopa carnea Steph. в нашей стране, и в Болгарии, Польше, США, Мексике, Франции, Финляндии .

Технология разведения ее продолжает совершенствоваться. Например, предложен садок, позволяющий получать 3-4 тыс. яиц в день, или 90-120 тыс .

в месяц. Комплект оборудования из 50 садков предназначен для эксплуатации в биолабораториях или крупных хозяйствах. Он рассчитан для защиты овощей от тлей на площади 10 га методом сплошной колонизации личинок златоглазки в количестве 600 (тыс.) га .

По единой технологии с обыкновенной златоглазкой на яйцах ситотроги или ИПС можно разводить и китайскую златоглазку Ch. sinica, завезенную ВИЗР из Приморского края. Освоена культура златоглазки семиточечной на естественном и искусственном корме. Она больше встречается в садах. Там же обитает и златоглазка жемчужная Ch. perla L .

В природных условиях у златоглазок зимуют взрослые особи в состоянии диапаузы в помещениях, в трещинах коры, под растительными остатками. Вылет насекомых из мест зимовки происходит при 11-160 C .

После непродолжительного дополнительного питания нектаром и пыльцой на цветках различных растений самки откладывают яйца на характерных стебельках. Отрождающиеся через 2-3 дня личинки хищничают, два раза линяют и окукливаются в шаровидном шелковистом коконе на листьях, стеблях растений. Продолжительность одного поколения в среднем составляет у обыкновенной златоглазки на юге 17-28 дней. За сезон в разных зонах страны она дает от 2 до 5 поколений .

Высокая прожорливость, плодовитость, экологическая и температурная пластичность дает возможность разведения и применения златоглазок для борьбы с вредителями открытого и защищенного грунта .

Важным преимуществом златоглазок является то, что они полифаги .

Могут питаться тлей, белокрылкой, кокцидами, 11 видами паутинных клещей, яйцами и личинками младших возрастов 76 видов насекомых .

При производстве златоглазки особенно трудоемким процессом является получение яиц от взрослых особей, содержащихся в садке. Яйца приходится срезать вручную со стебельков или растворять стебельки раствором гипохлорита натрия. Потемневшие яйца рассыпают равномерно в ячеистые садки, помещенные на натянутый мельничный газ и сверху накрытые стеклом. Личинок за период развития кормят трижды яйцами зерновой моли .

Работу по разведению златоглазки начинают за 40 дней до выпуска .

Для своевременного обнаружения первых очагов тли проводят еженедельные обследования огурцов или других культур. Наибольший эффект достигается при выпуске личинок II возраста в соотношении с численностью тли 1 : 5 .

На зеленных культурах златоглазку применяют способом массовых выпусков личинок II возраста в соотношении 1 : 10 - 1 : 50 без расчета на последующие дополнительные выпуски, так как культуры эти вскоре убирают. Сроки и нормы выпуска зависят здесь от культуры и сроков ее уборки .

Внедряются механизированные линии по производству златоглазок .

Испытываются способы выпуска златоглазок на стадии яйца, раскладывая кусочки бумаги с отложенными яйцами прямо на растение, а также механизированные выпуски в полевых условиях и в садках перед отрождением личинок из яиц. Предложены различные конструкции капсул для защиты выпускаемых яиц от поедания на почве хищниками .

4. Кокцинеллиды

К числу перспективных для применения и массового размножения энтомофагов во всех типах агроценозов и различных природных зонах нашей страны относятся тлевые коровки, уничтожающие тлей на овощах и плодовых, технических, зерновых, кормовых культурах .

Тлевые коровки имеют ряд преимуществ по сравнению с другими хищниками, так как питаются тлями на стадиях имаго и личинок. Они обладают прекрасными поисковыми способностями, заселяя все ярусы растений. Коровок успешно используют методом интродукции и акклиматизации, массового размножения и выпуска на поля и в теплицы .

Для разведения коровок разработан широкий набор синтетических и полусинтетических питательных сред, а также технологии разведения на естественных жертвах .

Из 250 видов коровок, встречающихся на территории стран СНГ, наиболее перспективны для массового размножения и преобладают в природе семиточечная, двухточечная, изменчивая коровки, а из интродуцированных – циклонеда. В садах эффективными хищниками щитовок являются виды хилокорусов, экзохомус 4-пятнистый, а также точковидная коровка - эффективный энтомофаг паутинных клещей .

Паутинными клещами в садах и на полевых культурах питается и стеторус точечный .

Семиточечная коровка интродуцирована в США для борьбы с тлями .

Жуки зимуют обычно большими скоплениями в предгорных лесах, по опушкам лесополос, лесов, в долинах рек, в пещерах, под камнями .

Пробуждаются рано весной, но к откладке яиц приступают только с появлением тлей. Яйца, как правило, располагают в колониях тлей. Период откладки яиц около месяца. В южных районах страны она дает три поколения, в средней полосе – два. Известно 64 вида тлей, которыми питается семиточечная коровка. Кроме тлей поедает пшеничного трипса, листоблошек, белокрылок, цикадок, яйца жуков и бабочек. При отсутствии тли может питаться пыльцой растений .

Двухточечная коровка больше приурочена к обитанию в садах, лесополосах, лесах. Является основным хищником тлей, особенно на яблоне, сливе, абрикосе, персике. С середины лета, когда количество тли на древесных породах уменьшается, коровка мигрирует на травянистые растения, кустарники. Там проходит третье поколение коровки. Зимуют имаго под корой деревьев .

Изменчивая коровка относится к числу видов, наиболее многочисленных в агроценозах на овощных, зерновых, технических культурах, кормовых травах. С весны питается на люцерне, эспарцете, огурцах, капусте, летом – на зерновых, а также на полыни, диких злаках, всегда преобладая над другими афидофагами .

Дает в год на юге 4 и более поколений, развиваясь за 11-14 дней .

Является высокоплодовитой (более 300 яиц на 1 самку) и перспективной для закрытого грунта .

Применяют коровок на стадиях личинок и имаго. Важным является сохранение природных популяций коровок в агробиоценозах, а для этого сокращение числа обработок инсектицидами с учетом соотношения численности тли и коровок. Так, при соотношении 1 : 20 – 1 : 30 на зерновых не рекомендуется опрыскивать поля против тли. Для семиточечной коровки – при соотношении 1 : 50, на ячмене в западных регионах даже при 1 : 75 .

На капусте при заселенности тлями 1-2 балла достаточно 5 коровок на растение в Западной Сибири, 8 – в Поволжье, 6-9 – на Дальнем Востоке, и соотношении 1 : 20 на Украине и Северном Кавказе .

На горохе пестициды не применяют, если соотношение коровок и сирфид в сумме к гороховой тле составляет на Украине 1 : 10 – 1 : 20, в Поволжье – 1 : 40. Против свекловичной тли обработки отменяют при соотношении 1 : 20. На плодовых культурах – при соотношении 1 : 35 – 45 .

Важен подбор селективных препаратов, локальное применение обработок, исключение их на границах с лесополосами. Привлечению коровок способствует посев нектароносов, опрыскивание посевов смесью гидролизата дрожжей и сахара, рассеивание высушенной пыльцы растений над посевами. Залужение садов, наличие нераспаханных участков вблизи садов способствует накоплению коровок .

Лекция 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ И ЕЕ

ПРИМЕНЕНИЕ В ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ И СЕЛЕКЦИИ .

КУЛЬТУРЫ КЛЕТОК, ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ РАСТЕНИЙ В

ИММУННОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

План:

1. Получение трансгенных растений. Направления использования трансгенных растений .

2. Культуры клеток, тканей и органов растений в иммунной биотехнологии .

1. Получение трансгенных растений. Направления использования трансгенных растений Прежде чем говорить о трансгенных растениях, вспомним строение бактериальной клетки, с манипуляций наследственностью которой началось развитие генетической, или генной, инженерии. Бактериальная клетка в отличие от растительной и животной имеет молекулу ДНК, так называемую «бактериальную хромосому», не окруженную оболочкой, а свободно лежащую в цитоплазме. Кроме того, по форме это замкнутое кольцо двухцепочечной молекулы ДНК. Чрезвычайно важным для развития генной инженерии стало открытие в клетках бактерий плазмид, которые представляют собой обособленные от бактериальной хромосомы молекулы ДНК, насчитывающие от 2 до 400 пар нуклеотидов (азотистых оснований) .

Плазмиды также имеют кольцевую структуру, но они значительно меньше хромосомы. В одной бактериальной клетке может быть от одной до нескольких десятков плазмид. Они обладают способностью к репликации, причем независимо от бактериальной хромосомы. Плазмиды определяют некоторые свойства клеток, например, устойчивость к антибиотикам .

Плазмиды можно переносить из одной клетки в другую. Если в плазмиду встроить фрагмент ДНК, кодирующий синтез новых белковых веществ, необходимых для усовершенствования клетки, то плазмиды будут в дальнейшем реплицироваться уже в новом составе, вместе с встроенной ДНК. На этом основано клонирование или размножение полученных генноинженерным путем клеток, тканей, органов и целых организмов .

Открытие ферментов – рестриктаз, разрезающих молекулу ДНК в строго определенном месте для вычленения фрагмента молекулы и последующего его введения в плазмиду позволило конструировать молекулы ДНК с заданными свойствами. Это особенно эффективно используется в селекции растений. Клеточная инженерия изучает и разрабатывает основы генетического конструирования на клеточном уровне, включая гибридизацию клеток, реконструкцию их путем слияния субклеточных фрагментов, введение чужеродных клеточных органелл и др .

Трансгеноз (перенос генов) у высших растений – явление довольно распространенное в природе. Эффективными переносчиками генов в растениях являются бактерии и вирусы. Уже давно было отмечено, что в раневых поражениях табака и других растений под влиянием агробактерии A. tumefaciens развиваются опухоли, состоящие из трансформированных клеток, которые после переноса в культуральную среду в отличие от нормальных делятся без добавления фитогормонов. Бактерий в этих трансформированных клетках уже не обнаруживается. Позднее было показано, что такая бактериальная трансформация растительных клеток осуществляется Ti – плазмидой, которая способна размножаться как в бактериальной, так и в растительной клетке, и может специфично встраиваться в геном растения. В этой плазмиде наряду со специфическими регуляторными элементами имеются гены синтеза особых веществ – опинов .

В плазмидной ДНК A. tumefaciens закодированы гены синтеза растительных фитогормонов – ауксина и цитокинина. Этим и объясняется рост трансформированных плазмидой клеток на безгормональной ИПС .

Итак, Ti – плазмида – природный вектор, переносящий гены бактерии A. tumefaciens в растение. Для трансформирования растительных клеток в нужном направлении используют Ti – плазмиду как вектор для введения в растения и других генов .

Другая агробактерия - A. rhisogenes несет также перспективные векторы – специальные генетические конструкции, созданные на основе ее Ri

- плазмид. На их основе были созданы надежные конструкции с сильными промоторами разного происхождения .

При инъекции этих конструкций в бутоны хлопчатника, например, удалось создать трансгенные растения с заданными свойствами .

Наиболее распространенный способ введения генов в растения инкубация растительных клеток или высечек из листьев в присутствии агробактерии, имеющей плазмиду с реконструированным генным составом .

Возможно и прямое введение ДНК в протопласты с последующей регенерацией из них фертильных растений. Этот прием назван учеными Корнуелльского университета в США Д. Стенфордом, Е. Вольфом и Н .

Алленом биолистикой или биологической баллистикой. В специальном устройстве при небольшом вакууме они бомбардировали ткани лука вольфрамовыми макрочастицами размером около 4 мкм, покрытыми РНК оболочечного белка вируса табачной мозаики. Оказалось, что РНК попадает в клетки вместе с этими частицами и размножается в них. Растения становятся устойчивыми к вирусу. При помощи этого приема удалось получить трансгенные фертильные растения сои. Осуществлена трансформация генов кукурузной пыльцы. При опылении такой пыльцой получены фертильные трансгенные растения кукурузы. Преимущества этого метода несомненны: трансгеноз осуществляется прямо без заражения клеток агробактерией, к тому же отпадает необходимость в регенерации растений из каллусной культуры клеток и тканей .

Основным направлением в получении трансгенных растений является улучшение кормовых и пищевых свойств .

Австралийские исследователи генно-инженерным путем создали растения люцерны, при скармливании которых у овец быстрее отрастает шерсть. В ДНК этой люцерны включены гены гороха, кодирующие синтез серосодержащих белков, которыми обогащена шерсть. В результате производство шерсти увеличивается на 5%. Планируется ввести аналогичные гены и в клевер .

Другая важная задача – улучшение аминокислотного состава запасных белков у зерновых злаков. В первую очередь повысить содержание лизина и треонина. Селекционным путем это удается незначительно. Отбор в этом направлении ведет к понижению урожайности или устойчивости к вредителям .

Существуют разные подходы к решению проблемы обогащения запасных белков злаков лизином. Один из них – обогащение таким белком, который обладал бы высоким содержанием лизина и мог бы заменить в зерне часть других запасных белков – проламинов. Другой путь – перестройка самих проламинов в сторону повышения содержания лизина. Третий путь повышение содержания свободного лизина в зерне. Имеется еще один подход к решению этой проблемы – химический синтез генов, программирующих полипептиды с высоким содержанием незаменимых аминокислот. Так, К. Джейнс с сотрудниками синтезировал фрагмент ДНК, который кодировал неприродный белок, состоящий на 80% из незаменимых аминокислот. Используя в качестве вектора агробактерию, этот ген ввели в клетки табака. Регенерированные из них растения обладали высоким содержанием белка. Известно, что при использовании гербицидов во всех растениях, а не только в сорняках, изменяется обмен веществ, фотосинтез .

Для успешного применения гербицидов необходимо создавать культурные растения, устойчивые к ним. При этом устойчивые растения могут иметь один из четырех механизмов устойчивости: 1. нарушенный транспорт гербицида в клетки; 2. разрушение гербицида в растении и превращение его в неактивную форму; 3. компенсаторные реакции организма на воздействие гербицида; 4. неспособность растения входить в контакт с гербицидом. Уже получены трансгенные растения, в которых гербицид быстро разрушается .

Удалось получить трансгенные растения, устойчивые к раундапу, благодаря повышенной активности фермента, подавляющего гербицид .

Получены такие растения сои и хлопчатника. Устойчивость к производным сульфонилмочевины определяется активностью фермента ацетолактат – синтетазы (АЛС). Получены трансгенные растения, имеющие ген АЛС, внесенный из другого растения – арабидопсиса, обеспечивающий устойчивость табака к этой группе гербицидов. Для получения трансгенных растений, устойчивых к гербицидам, возможно также использование генов микроорганизмов, способных использовать раундап в качестве источника фосфорного питания .

Имеются попытки получить трансгенные растения, устойчивые к вирусам. Так, введение в табак гена белка оболочки Х-вируса картофеля привело к повышению устойчивости этих растений к данному вирусу .

Фирма «Монсанто» в США производит семена томатов, содержащих гены белка оболочки вируса табачной мозаики, благодаря чему они обнаруживают устойчивость и к другим вирусам и патогенам. В Голландии используют устойчивые к вирусам растения картофеля, которым был введен ген белка Х-вируса картофеля .

Большое распространение получили генно-инженерные работы по введению генов синтеза токсических белков бактерии Bacillus thuringiensis в растениях. Это привело к созданию растений, устойчивых к насекомымфитофагам: хлопчатника, томата, табака, риса и капусты .

2. Культуры клеток, тканей и органов растений в иммунной биотехнологии Сущность метода изолированных культур растительных клеток, органов и тканей растений состоит в выращивании «ин витро» на искусственных питательных средах изолированных от целого растения его частей, продуцирующих тот или иной ценный продукт, несущих важную наследственную информацию (или иные свойства) и позволяющих при необходимости поддерживать данную культуру неограниченно долгое время, или регенерировать из нее новые растения с заданными свойствами .

В настоящее время клеточные культуры высших растений применяют главным образом для решения трех групп задач:

1. Для получения в культуре клеток традиционно используемых продуктов растительного происхождения .

2. Для синтеза принципиально новых продуктов, превосходящих традиционные или открывающие новые области применения .

3. Для трансформации дешевых веществ – предшественников в ценный конечный продукт .

Преимуществами клеточных культур являются: получение продуктов их жизнедеятельности вне зависимости от климата, сезона, погодных и почвенных условий; возможности оптимизации и стандартизации условий выращивания клеток и тканей; возможность полной автоматизации и компьютеризации процессов выращивания культур и получения ценных веществ .

Имея в виду истощение природных запасов растительного сырья, роста потребности в различных биологически активных соединениях (витамины, инсектициды, алкалоиды, терпеноиды, гликозиды, полисахариды, эфирные масла, натуральные красители и др.) клеточные культуры открывают большие возможности, значительно превосходящие традиционные микробиологические технологии .

Методические подходы клеточной инженерии направлены также на сохранение и улучшение уже существующих ценных сортов, придание новых качеств сортам и гибридам с.-х. растений. При этом быстрота и дешевизна технологии создают большие перспективы .

Первые удачные попытки культивирования растительных тканей были осуществлены еще в начале ХХ века – были выращены меристемы кончиков корней томатов и кукурузы. В 1960-1970 гг. англичанин А. Коккинг разработал методы получения изолированных протопластов (лишенных целлюлозных оболочек растительных клеток), их культивирования и регенерации в нормальную клетку. К 1960 г. уже были разработаны крупномасштабные технологии выращивания суспензионных культур растительных клеток. Сейчас из любого растения можно получить клеточную культуру, и затем путем воздействия определенной комбинацией фитогормонов при необходимости регенерировать из нее целое растение. До недавнего времени это делалось только с двудольными, а в последние годы добились получения культур однодольных (злаковых) растений. Из культуры клеток регенерированы растения кукурузы, риса, пшеницы, проса, сорго .

Сорта, полученные путем культуры клеток, уже выращиваются на полях (злаки, хлопчатник, соя и др.) .

Основным типом растительных тканей является каллус, состоящий из недифференцированных однородных клеток. Для получения каллусной культуры мелкие стерилизованные кусочки тканей растения помещают на искусственную питательную среду. При этом клетки начинают размножаться. Наиболее распространенными ИПС являются среда Мурашиге и Скуга, Гамборга .

Более удобными для промышленного производства разнообразных веществ растительного происхождения являются суспензионные культуры клеток. Это могут быть мелкие группы клеток или одиночные клетки, растущие глубинным способом при перемешивании и аэрации в жидкой питательной среде. По существу эта технология хорошо освоена микробиологической промышленностью .

Отдельные и изолированные клетки, способные к размножению на ИПС, можно получать разным путем – непосредственно из тканей растений путем мацерации, из клеточных суспензий, а так же из изолированных протопластов после образования у них клеточной стенки. Этот путь очень эффективен .

Культура клеток по существу ничем не отличается от культуры микроорганизмов. Для производства ценных веществ необходима по возможности более стабильная культура. Для селекционеров, наоборот, более интересна вариабельность геномов клеток при размножении «ин витро». Исследования показали, что клетки в суспензионных и тканевых культурах имеют чрезвычайное разнообразие по плоидности (количеству наборов хромосом), а также по хромосомным мутациям и изменениям, не выявляемым микроскопическим путем. Причинами вариабельности геномов клеток могут служить присутствие в питательной среде нитратов, ионов тяжелых металлов, воздействие радиацией (ионизирующее излучение) .

Например, плоидность клеток возрастает под влиянием гормонов:

цитокининов, кинетина, ауксинов. При длительном выращивании клеточных культур в постоянных условиях состав клеточной популяции выравнивается и стабилизируется .

При выращивании культуры клеток для получения, например, устойчивых к засолению растений, используется среда с повышенным содержанием хлористого или сернокислого натрия, а для выделения клонов, устойчивых к патотоксинам, используется среда с очищенным токсином или культуральной жидкостью, в которой выращивается патоген .

В связи с тем, что уровень спонтанных мутаций у клеток растений невелик, то для повышения их частоты используют индуцированный мутагенез. Наиболее эффективными мутагенами соматических клеток растений является облучение УФ - лучами, Со60, нейтронами. Из химических мутагенов используют нитрозогуанидин, нитрозометилмочевину, метилметансульфонат .

Традиционная селекция широко использует при получении новых сортов растений половое скрещивание, при котором возможны соединения признаков разных сортов, пород, даже видов и родов растений. Открытие возможности слияния изолированных протопластов соматических клеток определило новый путь гибридизации. Такая гибридизация называется соматической или парасексуальной. Сущность способа получения гибридов при этом заключается в том, что в качестве родительских используются не половые клетки, а клетки тела растения. С помощью специальной ферментной обработки с них удаляют полисахаридные оболочки .

Изолированные протопласты заставляют сливаться или поглощать из окружающего раствора макромолекулы белков, нуклеиновые кислоты и другие частицы – клеточные органеллы, микроорганизмы. Разработаны различные способы индуцирования слияния протопластов. При этом ядра их могут сливаться с удвоением числа хромосом или оставаться самостоятельными. Можно получить также гибриды с ядром только одного родителя – цитоплазматические гибриды, или «цибриды». После слияния протопластов их культивируют в питательной среде до регенерации из них целого растения с новыми качествами. Так получены гибриды картофеля и томата – поматы, устойчивые к болезням и вирусам внутривидовые формы картофеля .

Для ускорения процесса селекции новых сортов разработаны способы клонирования растений, полученных из культур клеток, тканей и органов .

Клональное микроразмножение растений – это массовое бесполое размножение растений, базирующееся на использовании метода культуры изолированных органов и тканей. В основе этого метода лежит способность растительных клеток давать начало целому организму – тотипотентность .

Преимуществами метода клонального микроразмножения являются получение неограниченного количества однородного посадочного материала, в том числе растений, которые не размножаются вегетативно, оздоровление от вирусов, высокая скорость и экономичность метода .

Разработано несколько способов клонального микроразмножения растений. Они делятся на два типа: 1. активация развития уже существующих в растении меристем; 2. индукция образования почек или эмбриоидов .

Перспективными областями применения клонального микроразмножения растений являются плодоводство, цитрусоводство, производство посадочного материала ягодных культур, декоративное садоводство, цветоводство. Источниками культуры, например, у картофеля могут быть кусочки тканей клубня, черешка листа, стебля, листовой пластинки и другие органы. Практически процесс микроклонирования состоит из следующих стадий: 1. получение эксплантантов меристем – кусочков тканей размером 0,1-0,2 мм из верхушек побегов, проростков, боковых ветвей; 2. помещение эксплантантов на полужидкую питательную среду с определенным соотношением гормонов роста: при преобладании в ней цитокининов образуются побеги, а ауксинов – корни; 3. пассирование образовавшегося каллуса до сформирования в нем меристематических зон; 4. перенос каллуса на твердую питательную среду, где из меристематических зон образуются апексы (верхушки побега и корня); 5. развитие миниатюрных пробирочных растений; 6. отделение побегов от каллуса и перенос на среду для укоренения растений – регенератов (торф или почва) .

ЛЕКЦИЯ 4. КЛОНАЛЬНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ БЕЗВИРУСНЫХ

РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ

План:

1. Метод изолированных культур тканей и клеток растений для получения растений .

2. Клональное микроразмножение безвирусных растений картофеля Метод изолированных культур тканей и клеток растений для 1 .

получения растений Традиционная селекция широко использует при получении новых сортов растений половое скрещивание, при котором возможны соединения признаков разных сортов, пород, даже видов и родов растений. Открытие возможности слияния изолированных протопластов соматических клеток определило новый путь гибридизации. Такая гибридизация называется соматической или парасексуальной. Сущность способа получения гибридов при этом заключается в том, что в качестве родительских используются не половые клетки, а клетки тела растения. С помощью специальной ферментной обработки с них удаляют полисахаридные оболочки .

Изолированные протопласты заставляют сливаться или поглощать из окружающего раствора макромолекулы белков, нуклеиновые кислоты и другие частицы – клеточные органеллы, микроорганизмы. Разработаны различные способы индуцирования слияния протопластов. При этом ядра их могут сливаться с удвоением числа хромосом или оставаться самостоятельными. Можно получить также гибриды с ядром только одного родителя – цитоплазматические гибриды, или «цибриды». После слияния протопластов их культивируют в питательной среде до регенерации из них целого растения с новыми качествами. Так получены гибриды картофеля и томата – поматы, устойчивые к болезням и вирусам внутривидовые формы картофеля .

Для ускорения процесса селекции новых сортов разработаны способы клонирования растений, полученных из культур клеток, тканей и органов .

Клональное микроразмножение растений – это массовое бесполое размножение растений, базирующееся на использовании метода культуры изолированных органов и тканей. В основе этого метода лежит способность растительных клеток давать начало целому организму – тотипотентность .

Преимуществами метода клонального микроразмножения являются получение неограниченного количества однородного посадочного материала, в том числе растений, которые не размножаются вегетативно, оздоровление от вирусов, высокая скорость и экономичность метода .

Разработано несколько способов клонального микроразмножения растений. Они делятся на два типа: 1. активация развития уже существующих в растении меристем; 2. индукция образования почек или эмбриоидов .

Перспективными областями применения клонального микроразмножения растений являются плодоводство, цитрусоводство, производство посадочного материала ягодных культур, декоративное садоводство, цветоводство. Источниками культуры, например, у картофеля могут быть кусочки тканей клубня, черешка листа, стебля, листовой пластинки и другие органы. Практически процесс микроклонирования состоит из следующих стадий: 1. получение эксплантантов меристем – кусочков тканей размером 0,1-0,2 мм из верхушек побегов, проростков, боковых ветвей; 2. помещение эксплантантов на полужидкую питательную среду с определенным соотношением гормонов роста: при преобладании в ней цитокининов образуются побеги, а ауксинов – корни; 3. пассирование образовавшегося каллуса до сформирования в нем меристематических зон; 4. перенос каллуса на твердую питательную среду, где из меристематических зон образуются апексы (верхушки побега и корня); 5. развитие миниатюрных пробирочных растений; 6. отделение побегов от каллуса и перенос на среду для укоренения растений – регенератов (торф или почва) .

2. Клональное размножение безвирусных растений картофеля

Метод культуры изолированных тканей и органов позволяет эффективно добиваться получения оздоровленного от вирусов материала .

Еще в 1934 г основоположник метода культуры тканей растений Френсис Уайт указал на отсутствие вирусов в кончиках корней растений .

Впервые растения из апикальной меристемы, свободные от вирусов вырастили во Франции, возродив сорт картофеля Бель де Фонтене, который практически выродился. Для получения эксплантантов меристем картофеля используют меристемы ростков. Перед взятием эксплантанта концы побегов стерилизуют в растворе гипохлорита кальция, промывают несколько раз стерильной водой. Термическая обработка при температуре 30-400 снижает содержание вирусов в растущих побегах. Этот прием позволяет увеличить размеры эксплантантов для лучшего их приживания. Изолированный кусочек ткани в стерильных условиях переносят затем на поверхность агаровой питательной среды в пробирке и закрывают ватной пробкой. Питательная среда содержит ионы натрия, калия, аммония, гиббереллин. Пробирки с меристемами помещают в светлое помещение при температуре 250 С. Через 20-30 дней меристемы начнут давать побеги. Побег длиной 3-4 см разрезают на фрагменты 0,5-1 см, каждый из которых должен иметь листочек и пазушную почку. Отрезки пересаживают на такую же ИПС для укоренения .

Затем переносят на почву. Данный метод применяется не только в картофелеводстве, но и при возделывании безвирусной земляники, малины, плодовых, декоративных культур, цветов .

Культуру почек используют для клонального микроразмножения древесных пород: эвкалипта, кофе, сосны, вяза и др. Из пазушных почек черного тополя можно получить до миллиона растений в год .

Для ускорения размножения растений при микроклонировании применяют регуляторы роста: для роста корней - ауксин, а для роста побегов цитокинин. Ауксины (индолил-уксусная кислота, ИУК) участвуют в делении клеток, вызывают пробуждение и рост боковых пазушных почек, что ведет к образованию боковых корней .

Кроме того, в питательных средах используются гибберелловая кислота, кинетин и другие регуляторы роста .

В результате получают микроклубни размером 0,7-1,8 см в диаметре, пригодные для выращивания в открытом грунте .

В среднем на 1 растение, выращенное из микроклубня в полевых условиях, получают 10-16 безвирусных клубней общей массой 680-700 г. В последующих поколениях урожай безвирусного картофеля повышается до 370 ц/га .

Среди овощных культур клональное микроразмножение и ускоренное размножение в условиях защищенного грунта применяют для капусты, лука, спаржи, чеснока, томатов .

ЛЕКЦИЯ 5. МЕТОДЫ ОЗДОРОВЛЕНИЯ ПОСАДОЧНОГО

МАТЕРИАЛА РАСТЕНИЙ

План:

1. Метод получения здорового материала зернобобовых культур .

2. Методы получения здорового семенного материала овощных культур

3. Получение здоровых семян томатов в защищенном грунте (метод вакцинации) .

4. Методы получения безвирусных семян огурцов

5. Выращивание безвирусного посадочного материала винограда

1. Метод получения здорового материала зернобобовых культур .

Растения из сем. Бобовых наиболее расположены к передаче вирусной инфекции через семена. Наиболее распространенными являются вирус желтой мозаики фасоли (ВЖМФ), вирус мозаики люцерны, вирус обыкновенной мозаики огурца (ВОМ-1), вирус кольцевой пятнистости табака, поражающие сою и люпин .

Специализированными являются вирус обыкновенной мозаики фасоли, вирус мозаики сои, вирус мозаики вигны, вирус настоящей мозаики бобов. Вирусы в зрелых семенах бобовых находятся в зародыше и сохраняются до нескольких лет. До сих пор радикальных способов обеззараживания семян бобовых от вирусов не найдено, и все меры сводятся к профилактике .

Перед посевом необходимо провести калибровку семян по размеру и отбор по типичной форме, пигментации. Крапчатые семена фасоли несут вирусную инфекцию. Небольшие партии семян можно обработать в течение 30 мин. горячей водой при 45С. Посев проводят в оптимальные сроки с соблюдением пространственной изоляции от многолетних и др .

бобовых, свеклы, табака и других общих для вирусов растений-хозяев .

рекомендуется производить смешанные посевы бобовых со злаками или обсевать бобовые зерновыми. Предпосевное опудривание семян инсектицидами или внесение гранулированных при посеве защищает всходы от тли .

В период вегетации необходимо своевременно уничтожить сорняки и колонии тлей – переносчиков вирусной инфекции. При появлении вирусных симптомов проводят анализ. В эпидермисе бобовых при поражении вирусами проявляются внутриклеточные включения, по форме и величине подобные ядру, расположенные рядом с ним и имеющие фигуру цифры 8 и другие, характерные для каждого из вирусов .

При производстве элитных семян или на селекционных посевах фасоли, сои люпина и др. глазомерно отбирают типичные растения с последующей оценкой на тест-растениях на наличие вирусов. Для ВЖМФ это марь Хеноподиум амарантиколор, для вируса обыкновенной мозаики огурца – другой вид мари Хеноподиум гуиноа. Широкое распространение получил и метод серодиагностики вирусов бобовых .

2. Методы получения здорового семенного материала овощных культур Среди овощных культур регулярная передача инфекции через семена наблюдается при поражении томатов вирусом табачной мозаики (ВТМ), огурцов вирусом зеленой мозаики-2 (ВОМ-2), салата – вирусом мозаики салата, перца – различными вирусами широкой и узкой специализации .

Известны и другие случаи передачи вирусной инфекции через семена у овощных культур, но практические меры разработаны только для получения здоровых семян томатов и огурцов. Посев томатов безвирусными семенами дает повышение урожая на 20% и получение его в более ранние сроки .

ВИЗР разработаны производственные методики получения в закрытом грунте в больших количествах семян томатов и огурцов, свободных от вирусной инфекции .

Получение семян томатов, свободных от ВТМ в открытом грунте состоит в следующем:

1) При подготовке семян к посеву отбирают только здоровые: на поврежденных вирусной инфекцией появляются некрозы. В падающем свете осветителя ОИ-18 с ультрафиолетовым стеклом такие семена светятся серым светом, а здоровые – охряно-желтым .

2) Для поверхностного обеззараживания семена перед посевом обрабатывают 20%-ной соляной кислотой 30 мин. с последующей тщательной промывкой в воде .

3) Проводят фракционирование семян томатов в 5%-ном растворе поваренной соли по удельному весу, отбирая осевшие на дно сосуда .

Сточки зрения зараженности ВТМ молодых растений томатов предпочтителен безрассадный способ выращивания. В процессе выращивания своевременно уничтожают трипсов, тлей, цикадок, переносящих ВОМ-1, ВБТ и столбур, борются с сорняками, удаляют больные растения .

Перед уборкой выбраковывают все растения с резкими симптомами вирусной инфекции, а для выявления скрытой используют серодиагностику, метод индикаторных растений (дурман, табак), электронную микроскопиию .

3. Получение здоровых семян томатов в защищенном грунте (метод вакцинации) В системе семеноводства томатов вакцинация является новым приемом в условиях защищенного грунта. Этот метод предложен ВИЗР и основан на явлении интерференции вирусов (перекрестной защиты), когда предварительное введение в растение слабопатагенного штамма защищает от последующего заражения сильнопатогенными штаммами этого вируса. В открытом грунте вакцинация также возможна, но там растения меньше подвержены инфицированию (не пасынкуются, не подвязываются) чем в теплицах. Метод эффективен при более ранней вакцинации растений .

Вакцинирование проводят в хозяйствах, где зарегистрированы сильнопатогенные штаммы вируса табачной мозаики, сочетая с обеззараживанием семян. Вакцинируют томаты до пикировки или сразу поле нее. Растения опрыскивают из электрораспылителя или другими распылителями с применением карборунда на расстоянии 10-15 см. от листьев. Вакцина, рассылаемая ВИЗРом, разбавляют водой .

На вакцинированных растениях образуются очень слабые симптомы ВТМ, не отражающиеся на плодах. Семена, полученные с вакцинированных растений, подвергаются обеззараживанию, что приводит к получению практически здорового посевного материала .

4. Методы получения безвирусных семян огурцов Вирус огуречной мозаики-2 распространен основном в теплицах. Для обеззараживания от него семян надо обработать семена 15% тринатрийфосфатом (Na3PO4) в течении 1 часа с последующей промывкой их в проточной воде 10-15 мин. посев производить в незараженную почву .

Рассаду выращивать без пикировки, посевам семян в горшочки. Перед высадкой рассады в теплицу тщательно выбраковывать больные растения .

Сбор семян производить со здоровых растений, проверенных серологическим методом .

5. Выращивание безвирусного посадочного материала винограда Виноград поражается более чем 30 вирусными и микоплазменными болезнями. Основные из них: короткоузлие, инфекционный хлороз, окаймление жилок, скручивание листьев, бороздчатость древесины, прижилковая мозаика, мраморность и некроз жилок и др. Меры борьбы с ними сводятся к профилактическим и заключаются в получении безвирусных клонов и размножении их в условиях, исключающих повторное заражение .

Проверка выделенных глазомерно клонов на наличие вирусов производится несколькими способами: переносом вирусов на тест-растения из рода Хеноподиум (марь), которые хорошо реагируют на инокуляцию, (заражение проявляется при 20-23С на 12-15 день); проверяют зараженность кустов с помощью сортов-индикаторов методом прививок в полевых условиях и в теплице. Если на сорте-индикаторе начинают проявляться симптомы, значит куст заражен (сорта-индикаторы – Рупестрис дю Ло, Рупестрис х Берландиери 100, L №-33) .

Для обеззараживания растений от скрытой вирусной инфекции укорененные саженцы винограда подвергают термотерапии. Для этого в специальных камерах при 38±0,5С и освещенности 6000 лк, влажности 70% растения выращивают 3 месяца. При этом верхушки размером 1-3 см остаются свободны от вирусов и микоплазм. Их срезают и укореняют в песке в условиях тумана, затем в горшках выращивают в теплицах около года. После повторной проверки на латентную вирусную инфекцию растения становятся супер-супер-элитой, и попадают в маточник, в условиях открытого грунта, в котором отсутствуют нематоды-переносчики вирусов винограда. Материал ССЭ дважды в год проверяют визуально, а через 5-6 лет повторно тестируется на скрытую вирусно-микоплазменную инфекцию .

Саженцы, полученные в результате размножения ССЭ, высаживаются в маточник супер-элиты (СЭ), дважды в год проверяются визуально так-так закладываются в хозяйстве, где непосредственно производят элиту. В результате размножения СЭ получают элитные саженцы, которые размножают в школке и затем используют для закладки промышленных виноградников. При обнаружении в почве участков ССЭ, СЭ и элиты нематод, ее обрабатывают нематицидами .

Лкеция 6. БИОТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ

ФИТОГОРМОНОВ И РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ

План

1. Бактериальные удобрения на основе клубеньковых бактерий

2. Антибиотики для сельского хозяйства

1. Бактериальные удобрения на основе клубеньковых бактерий Важным аспектом современной микробиологической технологии является изучения участия микроорганизмов в биосферных процессах и направленная регуляция их жизнедеятельности с целью решения проблемы охраны окружающей среды от техногенных, сельскохозяйственных и бытовых загрязнений .

С этой проблемой тесно связаны исследования по выявлению роли микроорганизмов в плодородии почв (гумусообразовании и пополнении запасов биологического азота), борьбе с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, утилизации пестицидов и др. химических соединений в почве .

Имеющиеся в этой области знания свидетельствуют о том, что изменение стратегии хозяйственной деятельности человека от химизации к биологизации земледелия оправдывается как с экономической, так и с экологической точек зрения. В данном направлении перед биотехнологией стоит цель регенерации ландшафтов .

Микрофлора почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и, как следствие, на урожайность растений. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и развития улучшают структуру почвы, накапливают в ней питательные вещества, минерализуют различные органические соединения, превращая их в легко усвояемые растением компоненты питания. Для стимуляции этих процессов применяют различные бактериальные удобрения, обогащающие ризосферу растений полезными микроорганизмами .

Микроорганизмы, используемые для производства бактериальных препаратов, способствуют снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.) .

В настоящее время выпускают такие бактериальные удобрения, как нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин, экстрасол .

Технология получения препаратов клубеньковых бактерий Отечественная промышленность выпускает два вида препаратов клубеньковых бактерий: нитрагин и ризоторфин. Оба препарата производятся на основе активных жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium. Эти бактерии в симбиозе с бобовыми культурами способны фиксировать свободный азот атмосферы, превращая его в соединения, легкоусвояемые растением .

Бактерии рода Rhizobium - строгие аэробы. Среди них различают активные, малоактивные и неактивные культуры. Критерием активности клубеньковых бактерий служит их способность в симбиозе с бобовым растением фиксировать атмосферный азот и использовать его в виде соединений для корневого питания растений .

Фиксация атмосферного азота возможна только в клубеньках, образующихся на корнях растений. Возникают они при инфицировании корневой системы бактериями из рода Rhizobium. Заражение корневой системы происходит через молодые корневые волоски. После внедрения бактерии прорастают внутри них до самого основания в виде инфекционной нити. Выросшие нити проникают сквозь стенки эпидермиса в кору корня, разветвляются и распределяются по клетками коры. При этом индуцируется деление клеток хозяина и разрастание тканей. В месте локализации бактерий на корне растения-хозяина образуются клубеньки, в которых бактерии быстро размножаются и располагаются по отдельности или группами в цитоплазме растительных клеток. Сами бактериальные клетки увеличиваются в несколько раз и меняют окраску. Если клубеньки имеют красноватую или розовую окраску, обусловленную наличием пигмента легоглобина (леггемоглобина) - аналог гемоглобина крови животных, то они способны фиксировать молекулярный азот. Неокрашенные ("пустые") или имеющие зеленоватую окраску клубеньки не фиксируют азот .

Бактерии, находящиеся в клубеньках, синтезируют ферментную систему с нитрогеназной активностью, восстанавливающую молекулярный азот до аммиака. Ассимиляция аммиака происходит, в основном, путем вовлечения его в ряд ферментативных превращений, приводящих к образованию глутамина и глутаминовой кислоты, идущих в дальнейшем на биосинтез белка .

Помимо критерия активности в характеристике клубеньковых бактерий используют критерий вирулентности. Он характеризует способность микроорганизма вступать в симбиоз с бобовым растением, то есть проникать через корневые волоски внутрь корня и вызывать образование клубеньков .

Большое значение имеет скорость такого проникновения. В симбиотическом комплексе растение - Rhizobium бактерии обеспечиваются питательными веществами, а сами снабжают растение азотистым питанием. С вирулентностью связана и видовая избирательность, которая характеризует способность данного вида бактерий к симбиозу с определенным видом бобового растения. Классификация различных видов Rhizobium учитывает растение-хозяина, например: Rhizobium phaseoli - для фасоли, Rhizobium lupini - для люпина, сараделлы и т.д. Вирулентность и видоспецифичность взаимосвязаны и не являются постоянными свойствами штамма .

Задачей производства бактериальных удобрения является максимальное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса, приготовление на их основе готовых форм препарата с сохранением активности в течение гарантийного срока хранения .

Отечественная промышленность выпускает два вида нитрагина: почвенный и сухой. Впервые культура клубеньковых бактерий на почвенном субстрате была приготовлена в 1911 году на бактериально-агрономической станции в Москве. В настоящее время его производство имеет ограниченное значение, так как технология довольно сложна и трудоёмка при выполнении отдельных операций. Более перспективна технология производства сухого нитрагина .

Сухой нитрагин - порошок светло-серого цвета, содержащий в 1 г не менее 9 млрд. жизнеспособных бактерий в смеси с наполнителем. Влажность не превышает 5-7%. Промышленное производство имеет типичную схему .

Необходимо отметить, что важно подбирать штаммы, устойчивые к высушиванию. Для производства посевного материала исходную культуру клубеньковых бактерий выращивают на агаризованной среде, содержащей отвар бобовых семян, 2% агара и 1% сахарозы, затем культуру размножают в колбах на жидкой питательной среде в течение 1-2 суток при 28-30оС и рН 6.5-7.5. На всех этапах промышленного культивирования применяют питательную среду, включающую такие компоненты, как меласса, кукурузный экстракт, минеральные соли в виде сульфатов аммония и магния, мел, хлорид натрия и двузамещенный фосфат калия. Основная ферментация идет при тех же условиях в течение 2-3 суток. Готовую культуральную жидкость сепарируют, получается биомасса в виде пасты с влажностью 70Пасту смешивают с защитной средой, содержащей тиомочевину и мелассу (1:20) и направляют на высушивание. Сушат путем сублимации ( в вакуум-сушильных шкафах). Высушенную биомассу размалывают .

Производительнее высушивание в распылительных сушках, но при этом 75% клеток теряют жизнеспособность. Препараты сухого нитрагина фасуют и герметизируют в полиэтиленовые пакеты по 0.2 - 1 кг, хранят при температуре 15оС не более 6 месяцев. Семена опудривают перед посевом .

Внесение нитрагина повышает урожайность в среднем на 15-25% .

Препарат клубеньковых бактерий может выпускаться и в виде ризоторфина .

Впервые торфяной препарат клубеньковых бактерий был приготовлен в 30-х годах, но технология была создана в 1973-77 гг. Для приготовления ризоторфина торф сушат при температуре не выше 100оС и размалывают в порошок. Наиболее эффективным способом стерилизации является облучение его гамма-лучами. Перед стерилизацией размолотый, нейтрализованный мелом и увлажненный до 30-40% торф расфасовывают в полиэтиленовые пакеты. Затем его облучают и заражают клубеньковыми бактериями, используя шприц, с помощью которого впрыскивается питательная среда, содержащая клубеньковые бактерии. Прокол после внесения бактерий заклеивается липкой лентой. Каждый грамм ризоторфина должен содержать не менее 2.5 млрд. жизнеспособных клеток с высокой конкурентоспособностью и интенсивной азотфиксацией. Препарат хранят при температуре 5-6оС и влажности воздуха 40-55%. Пакеты могут быть весом от 0.2 до 1.0 кг. Доза препарата составляет 200 г на га. Заражение семян производят следующем образом: ризоторфин разбавляют водой и процеживают через двойной слой марли. Полученной суспензией обрабатывают семена. Семена высевают в день обработки или на следующий .

Обработка семян бобовых культур прочно вошла в мировую сельскохозяйственную практику. Крупнейшими производителями таких препаратов являются США и Австралия .

Технология получения азотобактерина Азотобактерин - бактериальное удобрение, содержащее свободноживущий почвенный микроорганизм Azotobacter chroococcum, способный фиксировать до 20 мг атмосферного азота на 1 г использованного сахара. Внесенные в качестве удобрения в почву бактерии также выделяют биологически активные вещества (никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, гетероауксин, гиббереллин и др.). Эти вещества стимулируют рост растений. Кроме того, продуцируемые Azotobacter фунгицидные вещества из группы анисомицина угнетают развитие некоторых нежелательных микроскопических грибов в ризосфере растения .

Все виды Azotobacter строгие аэробы. Чувствительны к содержанию в среде фосфора и развиваются лишь при высоком его содержании в питательной среде. Азотфиксирующая способность культуры подавляется аммиаком (вообще содержание в среде связанного азота угнетает азотфиксацию) .

Стимулируют процесс фиксации азота соединения молибдена .

Установлено, что при фиксации азота процесс его восстановления протекает на одном и том же синтезируемом азотобактером ферментном комплексе и лишь конечный продукт (аммиак) отделяется от фермента. Нитрогеназная азотфиксирующая система представляет собой мультиферментный комплекс, содержащий не связанное с геном железо, молибден и SH-группы .

Микробиологическая промышленность выпускает несколько видов азотобактерина: сухой, почвенный и торфяной. Технология получения сухого азотобактерина имеет много общего с технологией производства сухого нитрагина. Сухой азотобактерин - активная культура высушенных клеток азотобактера с наполнителем. В 1 г препарата содержится не менее 0.5 млрд .

жизнеспособных клеток. Культуру микроорганизма выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей те же компоненты, что и при культивировании клеток Rhizobium. Дополнительно вводят только сульфаты железа и марганца, а также сложную соль молибденовой кислоты, рН 5.7-6.5 .

Процесс ферментации проводят до стационарной фазы развития культуры, так как в этой фазе биологически активные вещества выделяются из клетки и остаются в культуральной жидкости. Биологически активные вещества могут также полностью или частично теряться при высушивании, однако жизнеспособные клетки быстро восстанавливают способность их продуцировать. Высушенную культуру стандартизируют, фасуют в полиэтиленовые пакеты по 0.4-2 кг и хранят при температуре 15оС не более 3 месяцев .

Почвенный и торфяной азотобактерин представляют собой активную культуру азотобактера, размноженную на твердой питательной среде, и содержат в 1 г не менее 50 млн. жизнеспособных клеток. Для их приготовления берут плодородную почву или разлагающийся торф с нейтральной реакцией среды. К просеянному субстрату добавляют 2% извести и 0.1% суперфосфата. По 500 г полученной смеси переносят в бутыли емкостью по 0.5 л, увлажняют на 40-60% по объему водой, закрывают ватными пробками и стерилизуют. Посевной материал готовят на агаровых средах, содержащих 2% сахарозы и минеральные соли. Когда агар полностью покрывается слизистой массой коричневого цвета, полученный материал стерильно смывается дистиллированной водой и переносится на приготовленный субстрат. Содержимое бутылок тщательно перемешивают и термостатируют при 25-27оС. Культивирование продолжают до тех пор, пока бактерии не размножатся до необходимого количества. Полученный препарат сохраняет свою активность в течение 2-3 месяцев .

Использовать азотобактерин рекомендуется только на почвах, содержащих фосфор и микроэлементы. Азотобактерин применяют для бактеризации семян, рассады, компостов. При этом урожайность увеличивается на 10-15% .

Семена зерновых опудривают сухим азотобактерином из расчета 100 млрд .

клеток на 1 гектарную порцию семян. Картофель и корневую систему рассады равномерно смачивают водной суспензией бактерий. Для получения суспензии 1 гектарную норму (300 млрд. клеток) разводят в 15 литрах воды .

При обработке почвенным или торфяным азотобактерином семена перемешивают с увлажненным препаратом и для равномерного высева подсушивают. Корневую систему рассады смачивают приготовленной суспензией .

Технология получения фосфобактерина Фосфобактерин - бактериальное удобрение, содержащее споры микроорганизма Bacillus megaterium var. phosphaticum. Представляет собой порошок светло-серого или желтоватого цвета .

Бактерии обладают способностью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды и т.д.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты в доступную для растений форму .

Кроме этого бактерии вырабатывают биологически активные вещества (тиамин, пиридоксин, биотин, пантотеновую и никотиновую кислоты и др.), стимулирующие рост растения. Фосфобактерин относится к числу препаратов со стимулирующим эффектом .

Bacillus megaterium var. phosphaticum представляют собой мелкие, грамположительные аэробные спорообразующие палочки размером 2*6 мкм .

Клетки содержат значительное количество соединений фосфора. В ранней стадии развития это подвижные одиночные палочки, при старении образуют эндоспоры, локализующиеся в одном из концов клетки. В силу вышеизложенного технология выращивания сводится к получению спор .

В целом производство фосфобактерина похоже на производство азотобактерина и препаратов клубеньковых бактерий. Состав питательной среды в процентах: кукурузный экстракт -1.8, меласса - 1.5, сульфат аммония

- 0.1, мел - 1, остальное - вода. Культивирование ведется глубинным методом в строго асептических условиях при постоянном перемешивании и принудительной аэрации до стадии образования спор. Основные параметры проведения процесса: температура 28-30оС, рН 6.5-7.5, длительность культивирования 1.5-2 суток .

Полученную в ходе культивирования биомассу клеток отделяют центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при температуре 65-75оС до остаточной влажности 2-3%. Высушенные споры смешивают с наполнителем. Готовый препарат должен содержать не менее 8 млрд. клеток в 1 г. Расфасовывают препарат в полиэтиленовые пакеты по 50г. В отличие от нитрагина и азотобактерина фосфобактерин обладает большей устойчивостью при хранении .

Фосфобактерин рекомендуют применять на черноземных почвах, которые содержат наиболее значительное количество фосфороорганических соединений. Необходим для повышения урожайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и др. сельскохозяйственных растений. Семена обрабатывают смесью сухого фосфобактерина с наполнителем (золой, почвой и др.) в соотношении 1:40. На 1 гектарную порцию требуется 5 г препарата и 200 г наполнителя. Клубни картофеля равномерно увлажняют суспензией спор, приготовленной из расчета 15 г препарата на 15 л воды .

Урожай при этом повышается на 10% .

2. Антибиотики для сельского хозяйства Антибиотики применяют в нескольких целях:

- для борьбы с болезнями животных; - для борьбы с болезнями растений; - как стимуляторы роста животных; - при консервировании продуктов; - в научных исследованиях (в области биохимии, молекулярной биологии, генетике, онкологии) .

Современное определение термина "антибиотик" принадлежит М.М.Шемякину и А.С.Хохлову (1961), которые предложили считать антибиотическими веществами все продукты обмена любых организмов, способные избирательно убивать или подавлять рост и развитие микроорганизмов. Полная химическая структура установлена только для трети антибиотиков, а может быть получена химическим путем лишь половина из них. Синтез микроорганизмами антибиотиков - одна из форм проявления антагонизма, связан с определенным характером обмена веществ, возникшим и закрепленным в ходе эволюции. Воздействуя на постороннюю микробную клетку, антибиотик вызывает нарушения в её развитии .

Некоторые антибиотики способны подавлять синтез оболочки бактериальной клетки в период размножения, другие изменяют проницаемость цитоплазматической мембраны, некоторые ингибируют реакции обмена веществ. Механизм действия антибиотиков выявлен не полностью .

В течение многих лет антибиотики используют как стимуляторы роста сельскохозяйственных животных и птицы, как средства борьбы с заболеваниями растений и посторонней микрофлорой в ряде бродильных производств, как консерванты пищевых продуктов. Механизм стимулирующего действия антибиотиков также не до конца выяснен .

Предполагают, что стимулирующий эффект низких концентраций антибиотиков на организм животного связан с двумя факторами- воздействие на микрофлору кишечника и непосредственное влияние на организм животного. В первом случае антибиотики снижают число вредных и увеличивают количество полезных для организма микроорганизмов. Во втором случае - снижают рН содержимого кишечника, уменьшают поверхностное натяжение клеток организма, что способствует ускорению их деления. Кроме того, антибиотики увеличивают количество ростовых гормонов, приспособляемость организма к неблагоприятным условиям и т.д .

Кормовые антибиотики применяют в виде неочищенных препаратов, представляющих собой высушенную массу продуцента, содержащую помимо антибиотика аминокислоты, ферменты, витамина группы В и другие биологически активные вещества.

Все производимые кормовые антибиотики:

а) не используются в терапевтических целях и не вызывают перекрестной резистентности бактерий к антибиотикам, применяемым в медицина; б) практически не всасываются в кровь из пищеварительного тракта; в) не меняют своей структуры в организме; г) не обладают антигенной природой, способствующей возникновению аллергии .

В настоящее время выпускаются несколько видов кормовых антибиотиков:

препараты на основе хлортетрациклина (биовит, кормовой биомицин), бацитрацин, гризин, гигромицин Б и др. Из этих препаратов только бацитрацин представляет собой высушенную культуральную жидкость, полученную в результате глубинного выращивания Bacilus licheniformis .

Остальные антибиотики являются продуктами жизнедеятельности разных видов Actinomyces .

Антибиотики используют и как средство борьбы с различными фитопатогенами. Воздействие антибиотика сводится к замедлению роста и гибели фитопатогенных микроорганизмов, содержащихся в семенах и вегетативных органах растений. К таким антибиотикам относятся фитобактериомицин, трихотецин, полимицин .

Применение антибиотиков в пищевой промышленности позволяет снизить длительность термообработки продуктов питания при их консервировании .

Используемые антибиотики воздействуют на клостридиальные и термофильные бактерии, устойчивые к нагреванию. Наиболее эффективным признан низин, который практически не токсичен для человека и позволяет вдвое снизить время термообработки .

ЛЕКЦИЯ 7. ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ В

ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ

План:

1. Использование в борьбе с тепличной белокрылой микробиологических препаратов

2. Технология применения бактериальных микробиопрепаратов для защиты растений от вредителей

3. Технология применения вирусных препаратов .

1. Использование в борьбе с тепличной белокрылой микробиологических препаратов Материалы и оборудование: культуры грибов ашерсонии и вертициллиума, предметные и покровные стекла, микроскоп, образцы пораженной грибами белокрылки .

Задание: рассмотреть пораженных насекомых, приготовить препараты спор и мицелия ашерсонии и вертициллиума, зарисовать их, записать методы получения культур ашерсонии и вертициллина и их применения .

Для борьбы с тепличной белокрылкой большой интерес и достаточно эффективный способ представляет применение энтомопатогенных грибов из родов Вертициллиум и Ашерсония .

1.1. Применение ашерсонии Ашерсония – представитель энтомопатогенных грибов, относящихся к сборному классу несовершенных грибов. Это тропические виды. Они имеют мясистые стромы с погруженными в них перитециями. Споры бесцветные, веретеновидные. В Россию было интродуцировано из разных стран мира 11 видов и форм ашерсонии. В условиях защищенного грунта наибольшее применение нашли тринидадская, кубинская оранжевая, вьетнамская красная, вьетнамская желтая, китайская оранжевая, индийская кремовая формы. Название форм определяется окраской стром .

Заражение личинок белокрылки происходит при попадании на их тело спор гриба. Затем мицелий заполняет все тело личинки и выходит на поверхность. Образуется плотная пустула, по периферии которой от конидиеносцев отчленяются конидии, погруженные в клейкую жидкость .

С каплями влаги или насекомыми они переносятся по поверхности листьев, заражая новых личинок .

Первые признаки заражения – появление по краям тела личинок желтых пятен. Затем тело вздувается и окружается ореолом белых нитей мицелия .

Пустулы обычно расположены на нижней стороне листа, напротив тела пораженной личинки .

В лабораториях ашерсонию выращивают на питательной среде) – агаризованном пивном сусле или на не охмеленном жидком сусле. Пивное сусло разводят водой до содержания в нем сахаров 10-11 %, добавляют 2% агар-агара и с помощью КОН доводят кислотность до pH=6. Кипятят до растворения агара. Фильтруют и разливают по 80-100 мл. в полулитровые колбы. Их закрывают ватно-марлевыми пробками, стерилизуют 30 минут в автоклаве, а затем оставляют для застывания среды. Через сутки проводят микробиологический засев споровой суспензией ашерсонии .

Для приготовления споровой суспензии переносят кусочки мицелия культуры в пробирку со стерильной водой и взбалтывают. Посев проводят микробиологической пипеткой или шприцем – по 1 мл суспензии в бутылку .

Все операции ведут в стерильных боксах, облучаемых бактерицидными лампами .

Для прорастания мицелия гриба колбы сначала помещают в темноту на 5-7 дней, затем ставят под светоустановки для образования спороношения. В зависимости от формы ашерсонии при температуре 22-30°С, влажности 80%, освещении – 16часов, продолжительность выращивания культуры составляет 25-40 дней. К этому времени на поверхности питательной среды образуется жидкий экссудат, что служит признаком созревания культуры. Готовую культуру можно хранить в холодильниках при 4°С до 1 года .

При выращивании на жидком сусле без агара сахаристость доводят до 8рН до 5-6, сусло разливают в колбы на 1/5 их объема, стерилизуют и после охлаждения проводят засев спорами гриба. В течение 3-4 суток колбы встряхивают на электрической качалке при 25°С. Суспензия приобретает густую консистенцию из-за образования мицелия. Ее разливают слоем 1-1,5 см в стерильные эмалированные кюветы и ставят в плотно закрытые шкафы для получения спор на 15-20 дней. Полученную спороносную пленку со среды снимают, высушивают, размалывают и хранят или сразу используют для приготовления суспензии. При выращивании без встряхивания срок получения спор увеличивается до 30-40 дней. Высушенную пленку можно хранить в холодильниках до 9 месяцев .

При длительном выращивании гриба на ИПС наблюдается снижение его вирулентности. Для ее восстановления проводят периодические пассажи гриба через хозяина – белокрылку. Заражают личинок 2 -го возраста суспензией спор, полученных из погибших личинок. Так повторяют несколько раз. Затем выделяют чистую культуру гриба: вырезают части листьев с наиболее крупными пустулами, стерилизуют их в слабом растворе молочной кислоты, промывают в дистиллированной воде и готовят маточную культуру гриба. Оздоровление культуры проводят ежегодно перед началом массового производства препарата .

Перед применением готовят суспензию спор гриба с титром не менее 2спор в одном мл. Такой титр получают от 3-4 колб с культурой, разбавленной 100 л. воды. На 1 тыс. м2 теплиц требуется 200-600 л. рабочего раствора в зависимости от размера растений. Растения опрыскивают рабочей суспензией спор сразу же после обнаружения первых личинок белокрылки, а затем ежедекадно. Обычно используют компрессорные опрыскиватели, создающие туманообразный распыл, смачивающий листья с верхней и нижней стороны, где обитает белокрылка. Рабочая жидкость в резервуаре должна постоянно перемешиваться, чтобы споры не оседали .

Споры ашерсонии быстро прорастают в тело личинок белокрылки, поэтому применение гриба можно сочетать с химметодом. Ашерсория не заражает энкарзию, поэтому ее можно применять одновременно с паразитом .

1.2. Применение вертициллиума – Verticillium lecanii Энтомопатогенная активность грибов рода Вертициллиум известна в отношении многих чешуекрылых, жесткокрылых и равнокрылых. Грибы образуют белый налет, заражая насекомых на стадиях яйца, личинки или имаго. Куколок гриб не поражает. Через 5-6 дней после заражения на насекомых появляется коричневое пятно, окаймленное мицелием гриба. На 10-е сутки белый мицелий полностью покрывает тело личинки и может распространятся в радиусе 2-3 см вокруг нее. Пораженное насекомое грифами прикреплено к субстрату .

Гриб развивается в широком диапазоне температур - от 5 до 32°С .

Жизнеспособность спор сохраняется в течение 15 дней, даже при – 15°С .

Оптимальные температуры 22-26°С и влажность 95-100%. Кратковременное снижение влажности не снижает эффективности паразита .

Методика получения вертициллина состоит в получении маточной культуры, приготовлении субстрата, засеве его маточной культурой, культивировании, приготовление и использование рабочей суспензии спор гриба. Для выделения штамма (чистой культуры) используют больных насекомых, которых помещают на сусло – агаровую питательную среду в стерильные пробирки. Через 5-6 дней на поверхности ИПС образуется белый налет, кусочки которого переносят в полулитровые колбы (банки) со средой .

Еще через 7-8 суток приготовляют маточную культуру – суспензию спор для засева субстрата. В качестве субстрата можно использовать отходы зерна ячменя после выращивания на нем зерновой моли при производстве трихограммы. Эти отходы просушивают и хранят длительное время в сухом помещении в бумажных мешках .

Для приготовления препарата в колбы насыпают 5-6 столовых ложек ячменя и добавляют 120-130 мл. воды, закрывают пробками для набухания на 10-12 часов, затем автоклавируют 2 часа при давлении 2 атм. Стерильное зерно равномерно распределяют по дну посуды. Через 10 часов его засевают по 2-3 мл споровой маточной суспензией и тщательно перемешивают встряхиванием. Затем кладут горизонтально на стеллажи для прорастания спор. На 4-5 сутки посуду переворачивают, чтобы мицелий равномерно пророс через зерна. Через 2-3 недели, когда зерно полностью пронизывается мицелием и образует обильное спороношение, культура готова .

Рабочую суспензию готовят путем тщательной промывки зерна водопроводной водой до титра 2-3-108 спор в 1 мл.(от 3-4 колб). Суспензию фильтруют и опрыскивают растения в вечерние часы, когда белокрылка находится в состояние покоя на нижней стороне листьев. Опрыскивание 3-4 кратное. Гриб вирулентен для энкарзии, поэтому совместно с ней не применяется .

2. Технология применения микробиопрепаратов для защиты растений от вредителей Промышленное производство биопрепаратов бактериального происхождения заключается в глубинном культивировании энтомопатогенных бактерий с целью получения максимального титра клеток в культуральной жидкости и накопления токсина. Промышленные штаммы бактерий должны отвечать следующим требованиям: относиться к определенному серотипу (оному из 12 серотипов и 15 вариантов эндотоксина Bacillus thuringiensis), иметь высокую вирулентность и репродуктивность, среднюю чувствительность к комплексу бактериофагов, давать эффективный препарат. Технология производства всех бактериальных препаратов на основе В. thuringiensis включает следующие стадии:

1. выращивание посевного материала в лаборатории и в посевном аппарате;

2. промышленное культивирование в ферментере;

3. концентрирование культуральной жидкости;

4. сушка, стандартизация и фасовка готового препарата .

Посевной материал для ферментера выращивают сначала в 3-литровых колбах с ИПС, а затем в посевном аппарате в условиях аэрации (0,2 л воздуха на 1 л среды в 1 минуту) .

Посевной материал должен содержать не менее 1,7-109 спор в 1 мл. В посевной аппарат культура добавляется в количестве 0,05% от объема питательной среды аппарата. Температура культивирования - 28-30°С, продолжительность - 35-40 ч .

Состав искусственной питательной среды (ИПС) в посевном аппарате и промышленном ферментере следующий: кормовые дрожжи (2-3 %), кукурузная мука (1-1,5%), кашалотовый жир (1%). При этом культуру доводят до споруляции (образование спор у 90-95% бактериальных клеток) .

Если споры не требуются, то среда составляется из глюкозы технической (0,7%), кукурузного экстракта (4%), хлорида натрия (2%). Состав среды влияет на соотношение спор и кристаллов эндотоксина в культуральной жидкости .

Процесс культивирования заканчивают при степени споруляции 90-95% и титре спор в 1 мг не менее 110 9. Готовую культуральную жидкость перекачивают в стерильный сборник, передают на сепарацию и получают пасту влажностью 85% с выходом около 100 кг из 1 м3 культуральной жидкости и титром 20-109 спор в 1 г пасты .

Пасту собирают в отдельном сборнике. Фугат при необходимости используют еще 1-2 раза (многократное повторное использование его невозможно, т.к. в культуральной жидкости накапливаются вещества, тормозящие развитие бактерий). В дальнейшем фугат используют для производства кормовых дрожжей (цикл получается замкнутым, что важно с точки зрения экономичности и безопасности для окружающей среды) .

Пасту направляют на приготовление стабилизированной пасты или сухого смачивающегося порошка - конечных препаративных форм .

Для получения смачивающегося порошка пасту сначала увлажняют, а затем высушивают на распылительной сушилке до остаточной влажности 10%, смешивают с каолином до стандарта - 30-109 спор в 1 г препарата. Порошок фасуют в 4 - слойные крафтмешки по 20 кг .

Стабилизированную пасту готовят, смешивая после сепарации с карбоксиме-тилцеллюлозой (КМЦ). Молекулы КМЦ собирают на себе кристаллы и споры, заряжая их отрицательно, что способствует равномерному распределению активного начала во всем объеме пасты .

Добавляют также консерванты, распределяющиеся равномерно между частицами. Паста не подвержена гниению и брожению, не замерзает при хранении, ей не опасно увлажнение. Это вязкая жидкость кремового цвета без запаха. Производство стабилизированной пасты экономически более выгодно .

В препарат можно вводить добавки: антииспарители, смачиватели, прилипатели, приманочные вещества (аттрактанты), а также защищающие от влияния солнечной радиации. Применяются бактериальные биопрепараты на овощных культурах с нормой расхода 1-3 кг/га, на древесных - 3-5 кг/га против листогрызущих вредителей. Гибель вредителей наступает на 2-10 день .

3. Применение вирусных препаратов Вирусные препараты поражают только 1 вид – мишень. Вирусные частицы в покоящейся форме устойчивы к неблагоприятным условиям окружающей среды, и в виде полиэдров сохраняют активность вне насекомого до 10-15 лет. Заражение происходит только при попадании вирусных полиэдров в кишечник насекомого, где в щелочной среде оболочка полиэдра растворяется, и частицы вируса проникают в клетки организма насекомого. Размножаться вирусы могут только в живой ткани, поэтому производство препаратов требует поддержания культуры насекомых .

Технология производства вирионов состоит из следующих этапов:

разведение насекомого – хозяина на естественном корме или питательной среде; заражение гусениц суспензией вирусных частиц (из больных особей);

сбор погибших гусениц через 7-9 дней и подсушивание при 33-35С;

измельчение гусениц механически с добавлением физраствора или дистиллированной воды; фильтрация взвеси; высушивание фильтрата или применение в жидком виде. Выход вирусных частиц составляет до 30% от сухого веса гусениц .

При производстве вирина – ЭКС полиэдры осаждают центрифугированием, осадок суспендируют в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют стерильный глицерин до титра 1 млрд .

полиэдров в 1 мл. препарат разливают по флаконам, в объемах кратных гектарной норме применения .

–  –  –

ЭКС ХС Вирусные препараты наиболее эффективны против гусениц младших возрастов .

Их применяют в основном методом опрыскивания, желательно в утренние или вечерние часы, чтобы предотвратить гибель вирусных частиц от прямых солнечных лучей .

Применяют вирины для смазывания яйцекладок непарного шелкопряда на штамбах деревьев и для опрыскивания лесов и садов .

ЛЕКЦИЯ 8. ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНТОМОФАГОВ

В ЗАЩИТЕ РАСТЕНИЙ

План:

1. Технология применения трихограммы

2. Технология применения габробракона

3. Технология применения хищного клеща фитосейулюса

4. Технология применения энкарзии

5. Применение хищного клеща амблисейуса

6. Технология хранения и применения алеохары

7. Технология применения кокцинеллид и златоглазок

8. Разведение и применение энтомофагов тлей в закрытом грунте

9. Технология применения хищных клопов макролофуса, периллюса и подизуса

10. Применение амброзиевого листоеда в борьбе самброзиями

1. Технология применения трихограммы Хранение трихограммы .

Кратковременное хранение недиапаузирующей трихограммы проводят в холодильниках при + 1-3°С и относительной влажности воздуха 85-90% в фазе предкуколки не более 40 дней, куколки – 20 дней, имаго перед вылетом

– 10 дней .

Длительное хранение возможно лишь на стадии взрослой, закончившей питание личинки. Для получения диапаузирующей трихограммы однодневные яйца зерновой моли заселяют трихограммой при переменных суточных температурах – 20-23°С днем и 10°С ночью, относительной влажности воздуха 80% и 14-16 часовом дне. Затем дневную температуру понижают до 10°С и яйца содержат 3-4 недели. В дальнейшем хранят при 1С и влажности 80% в холодильниках .

Для реактивации выхода трихограммы из диапаузы яйца помещают на неделю в температурный режим 14-15°С, а затем – 20-22°С. Лет начинается через 7-9 дней .

В климатических камерах конструкции ВНИИБМЗР (г. Краснодар) трихограмму хранят до 4-6 месяцев слоем 2 см без потерь ее качества .

Оценка качества трихограммы. По качеству трихограмму принято делить на 4 класса: I, II, III, и нестандартную. Для оценки применяется обобщенный критерий качества, учитывающий следующие показатели: отрождение из яиц хозяина, половой индекс, плодовитость, активность поиска яиц хозяина .

Трихограмма 1-го класса имеет коэффициент активности поиска яиц хозяина более 7,5, заражает в виварии в течение суток более 30% яиц основного хозяина – совки, ее обобщенный критерий качества равен 1- 0,7, в полевых условиях она заражает свыше 78% яиц хозяина .

Во II классе активность поиска – 5,6-7,5, в виварии заражает 20-30% яиц, обобщенный показатель 0,5 - 0,7, полевая эффективность 56-78% .

В III классе качества активность поиска яиц хозяина составляет 4,6-5,5, в лаборатории эффективность 10-20%, обобщенный показатель – 0,3-0,5, полевая эффективность – 33-56% .

Трихограмма с более низкими показателями качества относятся к нестандартной .

Таблица 1.Качественные характеристики трихограммы Классы Активность % заражения Обобществленный Полевая качества поиска яиц совкой в показатель эффективнос хозяина виварии за сутки качества ть % I 7,5 30 1,0-0,7

–  –  –

нестанда 4,6 10 0,3 33 ртная Повышение жизнеспособности трихограммы .

Продолжительное разведение трихограммы на яйцах зерновой моли приводит к резкому снижению качественных показателей трихограммы. Так, уже в 5-6 генерации паразитирование яиц капустной совки трихограммой снижается в 10 раз. Для устранения этого ведутся поиски более подходящих хозяев для разведения трихограммы в лабораториях .

Перспективным лабораторным хозяином трихограммы является мельничная огневка - эфестия. При размножении не ее яйцах плодовитость трихограммы увеличивается на 16-18%, зараженность - на 9-10%, продолжительность жизни паразита - на 1-2 дня по сравнению с разведением на яйцах ситотроги .

Массовое разведение эфестии проводят на отрубях, как наиболее экономичном и достаточно подходящем корме .

Гусениц эфестии выращивают в кюветах с толщиной питательного слоя 10-15 см при 20-25°С и количестве корма на 1 гусеницу 0,4-0,6г. Для окукливания гусениц в кюветы помещают скомканную бумагу или картон .

Из-за каннибализма гусениц эфестии, способных при отрождении из незараженных яиц уничтожать зараженные трихограммой, яйца перед заражением содержат двое суток при – 10оС .

Из природных хозяев трихограммы наиболее пригодна капустная совка .

Разработаны методы ее массового разведения в лаборатории на естественном и искусственном корме (полусинтетической питательной среде) .

Для повышения генетической гетерогенности лабораторной популяции трихограммы используют скрещивания между репродуктивно совместимыми популяциями, например, краснодарской и ставропольской. После синхронизации развития трихограммы обоих популяций проводят их групповое скрещивание, затем получают два поколения на яйцах совок и массово размножают на яйцах ситотроги .

Для обновления генофонда лабораторных популяций трихограммы при биофабриках создают маточники. Это конвейер культур, на которых естественно или искусственно размножаются основные хозяева трихограммы .

На делянках высаживают рассаду или высевают семена капусты разных сроков созревания, многолетние травы, горох, кукурузу, томаты и др .

Привлекают вредителей и энтомофагов цветущими нектароносами, ловушками с патокой, заселяют гусеницами или куколками хозяев .

В сентябре – октябре осуществляют сбор зараженных яйцекладок с маточников – не менее 1000 яиц. В лаборатории для увеличения популяции проводят два поколения (пассажа) на яйцах совок, затем вводят материал в диапаузу для зимнего хранения .

Применение трихограммы. Выпуски яйцееда производят в поле в периоды начала и массовой откладки яиц вредителем, или их комплексом (например одновременно против капустной совки, моли и белянок на крестоцветных, лугового и кукурузного мотыльков и хлопковой совки на кукурузе, комплекса листоверток, плодожорок и других чешуекрылых в саду, против хлопковой, люцерновой, огородной совок на томатах и т. п.) .

Полученную в биолаборатории трихограмму, находящуюся в яйцах моли в стадии начала отрождения имаго сразу необходимо выпускать, а в крайнем случае хранить не более суток в холодильнике (+5-7С) .

Перед выпуском ее вручную заготавливают с вечера число ведер или целлофановых пакетов по числу необходимых проходов рабочих по полю .

схема выпуска препарата 1010 м. т. к. на полевых культурах имаго трихограммы расселяется от точки выпуска в радиусе 5 м .

В ведра (пакеты) насыпают количество головок клевера или листьев сорняков и т. п., равное числу точек выпуска трихограммы. Рассчитывают, сколько яиц моли надо высыпать в 1 ведро (пакет). Например, получено 60 г .

яиц для выпуска на 10 га капусты. Ширина поля – 100 м, длина – 1000м .

необходимо 10 ведер, в каждой по 100 головок клевера, а 60 г. равномерно рассыпать в эти 10 ведер.К утру трихограмма отродится и распределится между головками клевера. Ее надо выпускать в утренние часы, до появления прямых солнечных лучей (6-7 ч. утра) .

Бригаду рабочих (школьников) – 10 чел. расставляют по узкому краю поля через 10 м. агроном следит за равномерностью выпуска паразита по полю также через 10м. рядков капусты. Головку клевера с паразитом кладут в розетку листьев капусты .

На кукурузе выпуск производят в 200 точках/га. (также и на сорго, просе, конопле, т.е. высокорослых культурах). В саду трихограмму выпускают на нижних ветвях с северной стороны, помещая паразита также в розетку листьев .

Возможен механизированный выпуск паразита с помощью опрыскивания. В бак опрыскивателя наливают холодную воду, включают мешалку и высыпают яйца моли. При этом норму расхода надо увеличить в 2-3 раза с учетом травмирования яиц и поедания их на почве хищными жужелицами. Также возможен выпуск с помощью дельтапланов и АН-2 с необходимыми приспособлениями .

2. Технология применения габробракона Нормы расхода энтомофага зависят от культуры и составляют 200-500 экз./га. Выпускают паразита на стадии имаго, вручную, распределяя вдоль опля равномерно. На автомобиле, медленно проезжают мимо поля, открыв банку с вылетающими паразитами .

Паразита выпускают против гусениц чешуекрылых среднего и старшего возраста (хлопковой, озимой, капустной и других совок; кукурузного стеблевого мотылька и других огневок; виноградных листоверток и других вредителей) .

В системах биозащиты культур от вредителей применение бракона идет после выпуска трихограммы и подавления гусениц младших возрастов биопрепаратами .

3. Технология применения хищного клеща фитосейулюса Для применения фитосейулюса в производственных теплицах растения огурцов (томатов) обследуют еженедельно. Первые повреждения листьев паутинным клещом диаметром до 5 см. служат сигналом к выпуску фитосейулюса. Листья сои с хищником раскладывают на растения с обнаруженными колониями вредителя. Через неделю проверяют эффективность. Если в очаге соотношение клещей 1:1, то через 1-2 дня паутинный клещ будет уничтожен. Если же вредителя больше, то колонизацию фитосейулюса повторяют. После того как в первичных очагах паутинный клещ уничтожен, несколько листьев огурцов или томатов срезают и переносят в новые очаги, расселяя хищника. Этот прием уменьшает расход клещей из маточника фитосейулюса повышает производительность .

Особенно тщательно следят за численностью паутинного клеща в феврале – апреле, когда он выходит из диапаузы и образует первые очаги .

Применение фитосейулюса позволяет сдерживать численность паутинного клеща без применения пестицидов в течение всего весеннего периода .

4. Технология применения энкарзии Принципиальная схема технологии применения энкарзии в борьбе с тепличной белокрылкой во многом сходна с таковыми при использовании златоглазки и фитосейулюса. Она предполагает систематическое обследование теплиц по выявлению заселенных растений, выпуск в обнаруженные очаги вредителя энтомофага и контроль за подавлением размножения вредителя .

Профилактические мероприятия в теплицах позволяют значительно отодвинуть сроки применения энкарзии (удаление растительных остатков, профилактическое опрыскивание теплиц инсектицидами). Очень важно своевременное выявление первых очагов белокрылки. Обследование заключается в тщательном осмотре листьев каждого растения с интервалом в неделю. Очаги легче обнаружить, если растения перед осмотром слегка встряхивать. Белокрылка при этом взлетает. Затем с помощью лупы обследователь учитывает численность яиц и личинок 1 и 2 возраста .

Возможно применение желтых клеевых ловушек для выявления и борьбы с белокрылкой .

Паразита выпускают сразу после выявления первых очагов белокрылки .

Норму колонизации определяют на огурцах 1 : 5, на томатах 1 : 10 по имаго .

Повторную колонизацию проводят через 10-14 дней. Результаты заносят в журнал, где указывают номер теплицы, грядки, сорт культуры, дату высадки рассады в грунт, даты обследования, количество заселенных вредителем растений, среднюю численность белокрылки на растение, процент паразитированных особей .

Для определения биологической и экономической эффективности энкарзии сравнивают затраты при биологическом и химическом способах защиты. Установлено что для успешной защиты растений от белокрылки необходимо, чтобы в течение первого месяца после выпуска зараженность вредителя составляла 25%, через 2 месяца - 50%, через 3 месяца - 80%. Тогда достигается сдерживание паразитом массового размножения вредителя и регуляция его численности .

Существует несколько способов колонизации энкарзии:

предварительное заселение растений вредителем с последующим выпуском энтомофага; множественная массовая колонизация паразита без учета заселенности растений вредителем; множественная колонизация при обнаружении первых очагов белокрылки; использование растений накопителей .

Предварительное заселение белокрылкой из расчета 2,5 особи на растение и выпуска на их личинок по 20 особей энкарзии на растение дает возможность контролировать ситуацию в теплице. Через месяц выпуск энкарзии повторяют. Установлено, что через 3 месяца при такой схеме зараженность белокрылки энкарзией в теплице достигает 90% .

При множественной колонизации энкарзию первый раз выпускают за 5дней до высадки рассады в грунт. Так как площадь рассадного отделения ограничена, легко можно контролировать появление первых очагов белокрылки. Затем выпускают энкарзию в три приема с интервалом в 14 дней по 10 особей на 1 м2 теплицы .

При множественной колонизации энкарзии без учета заселенности теплиц белокрылкой ее выпускают 6-11 раз за сезон через 12-14 дней. При этом снижаются затраты труда и времени на обследования растений, но значительно возрастает расход биоматериала .

Использование растений – резерваторов энкарзии дает хороший эффект в теплицах большой площади, но пока широко не применяется. Он состоит в накапливание на растениях томатов в маточнике в течение 8 недель большого количества энкарзии - до 8 тыс. экз. на одном растении. При появлении белокрылки в теплицах растения томата высаживают из расчета 5растений на 1000 м2 теплицы. Энкарзия сама переходит в очаги белокрылки .

5. Применение хищного клеща амблисейуса Расселение табачного трипса в теплицах носит очаговый характер .

Первые колонии обнаруживаются в местах обогрева теплиц или на крайних к проходам растениях. Сначала обнаруживаются имаго. Повреждения малозаметны, в виде штрихов светлого тона на листьях. После появления личинок через 10-14 дней характер повреждений меняется: листья желтеют, усыхают. Имаго трипсов скапливаются на молодых листьях, а личинки на нижних ярусах .

В связи с низкой поисковой способностью амблисейуса, его надо колонизировать в теплицах непосредственно в очагах трипса, своевременно, проводя постоянные учеты численности вредителя и хищника .

На огурце при плотности 15-30 личинок трипса на лист выпускают амблисейуса из расчета 3-5 : 1. При низкой численности жертвы соотношение 1:1 достаточно эффективно .

На сладком перце хищника вносят в очаги трипса в соотношении 1-3:1 .

Выпуски амблисейуса осуществляют еженедельно в течение 4-5 недель, внося клеща вместе с субстратом (отрубями) в почву под стебель растения или подвешивая в полиэтиленовом пакете на черешке листа .

Потребность в хищнике для защиты 1 га огурца составляет 1 млн .

особей, перца - 500 особей за сезон .

Более экономичен однократный массовый выпуск амблисейуса в теплице при первом обнаружении трипсов. Выпускают по 50 самок на заселенные растения, или 1-2 самки на лист .

При широком заселении растений (более 50%) трипсом и низкой его плотности хищника выпускают на все растения: на заселенные 4-5 самок на лист (при численности до 5 имаго трипса на лист), а на незаселенные – по 1-2 самки на лист .

6. Технология хранения и применения алеохары Хранить алеохару лучше на стадии имаго или предимаго, в стеклянных сосудах. Дно сосудов покрывают слоем влажного песка или ткани. В 10 литровый цилиндр помещают 2000 жуков алеохары, ставят кормушку с пищей. Раз в 10 дней сосуд вынимают из холодильника на 2-3 часа и при 25°С проводят кормление .

Жуков алеохары выпускают для защиты капусты от мух в открытом и защищенном грунте .

Из-за растянутости периода лета капустной мухи жуков выпускают в 3 срока: в начале откладки яиц мухой, в период массовой яйцекладки и через 7 дней. При численности мух не более 20 яиц на растение (ЭПВ) норма выпуска алеохары должна составлять 10-30 тыс. экз./га. Биологическая эффективность при этом достигает 85-90%. Жуков выпускают в 20 точках на 1 га .

В закрытом грунте эффективность алеохары достигает 100%, при защите редиса и рассады капусты, а также салатных сортов капусты от весенней капустной мухи при норме выпуска 100-200 жуков на 100 м2 .

7. Технология применения кокцинеллид и златоглазок К числу перспективных энтомофагов во всех типах агроиенозов и в различных природно-климатических зонах СНГ относятся кокцинеллиды или тлевые коровки, уничтожающие тлей на овощных, плодовых, технических, зерновых культурах. Преимущественно тлевых коровок является то, что они питаются тлями во взрослом и личиночном состоянии, обитают в разных экологических нишах, легко восстанавливают численность, часто размножаясь в массовых количествах, поддаются интродукции и акклиматизации. Их используют для борьбы с тлями, червецами и щитовками, белокрылками, паутинными клещами. На, территории СНГ обитает более 250 видов кокцинеллид. В степной зоне встречаются 7точечная, изменчивая, 2-точечная, 11-точечная, хилокорусы, 5-точечная и другие виды .

В последние годы кокцинеллид стали использовать для борьбы с тлями в теплицах, в комплексе со златоглазками и галлицами .

Применение их в открытом грунте сдерживается отсутствием механизированных линий для наработки массовых количеств .

Разводят в лабораториях главным образом три вида кокцинеллид – 7точечную, 2-точечную, и интродуцированную с Кубы циклонеду. Против бахчевой и персиковой тлей на огурцах наиболее эффективной оказалась изменчивая коровка. Циклонеда имеет преимущество в том, что развивается круглый, год без диапаузы. Личинок коровок расселяют в теплицах при появлении первых колоний персиковой тли в соотношении хищник:жертва 1:15-20. Выпуски повторяют каждые 8 дней .

Биологическая эффективность этого приема достигает 70% .

Для промышленного разведения кокцинеллид необходима разработка и внедрение автоматических линий по производству гороховой тли. Во Франции и США такое производство коровок налажено, и осуществляются массовые выпуски кокцинеллид в открытом грунте – садах, на картофеле, хлопчатнике и т.д .

Во Франции в садах выпускают по 700-1000 имаго 2-точечной коровки против зеленой яблочной тли. Через 2 недели ее численность с 3 баллов снижается до 1. Личинок 7-точечной коровки по 75,5 тыс./га. применяют в США против тлей на картофеле .

Златоглазка обыкновенная – Crysopa carnea L. – представитель семейства златоглазок отряда сетчатокрылых. Имаго энтомофага летом светло-зеленого, зимой желтоватого цвета с красноватым оттенком. Спинка и брюшко с продольной светлой полосой. Яйца овальные, зеленоватые, сидят на стебельках. Личинки камподиевидные, с длинными серповидно изогнутыми мандибулами. Личинки проходят в развитии 3 возраста, имеют замкнутую пищеварительную систему. Окукливаются в зеленовато-белом шаровидном коконе на листьях, под корой, на почве. Куколка зеленая, свободная .

Зимуют имаго в укромных местах в природе или в помещениях. Вылет из мест зимовки происходит при 11-16С. После непродолжительного дополнительного питания нектаром и пыльцой растений самки откладывают яйца. Отраждающиеся через 2-3 дня личинки хищничают, питаясь тлями, кокцидами, яйцами и личинками младших возрастов 76 видов насекомых, а также 11 видами паутинных клещей. Высокая прожорливость и плодовитость, а также широкая экологическая пластичность златоглазки обыкновенной послужили основанием для использования ее в биологической борьбе с тлями методом сезонной колонизации .

В настоящее время при разведении личинок златоглазки выкармливают яйцами зерновой моли. Личинок выращивают в бумажных ячеистых садках, помещенных на мелкоячеистую сетку (мельничный газ), натянутую на рамку для получения одновозрастных личинок златоглазки свежеотложенные яйца помещают в термостат, где они при 25С проходят инкубацию .

Относительную влажность воздуха создают 80% .

Через двое суток после помещения на инкубацию, когда яйца приобретают сероватый цвет, их рассеивают с помощью простого приспособления типа перечницы в садки из расчета 2 яйца на 1 ячейку. Для заполнения 1 садка требуется около 800 яиц, или 34,8 гр. Одновременно вносят яйца ситотроги из расчета 2 мг. на 1 ячейку .

Садок накрывают стеклом и снова ставят в термостат. Через 5 дней проводят повторное кормление личинок 2 возраста, внося по 14 мг на одну ячейку. Третье кормление – личинок 3 возраста проводят через 3 дня после второго по 16 мг на ячейку .

Оба раза яйца рассеивают на секло, смазанное тонким слоем меда .

Личинок предварительно усыпляют углекислым газом или охлаждают в холодильнике. Затем заменяют стекло, покрывающее садок стеклом с наклеенными яйцами зерновой моли. Заблаговременно подготовленные стекла с кормом можно хранить в холодильнике длительный срок .

Через 3-5 дней после третьего кормления личинки заканчивают питание и окукливаются. С одного садка получают до 450 коконов .

Во ВНИИ биометодов предложен метод группового содержания личинок златоглазки при избыточном кормлении в пол-литровых банках по 100 особей. Этот способ применяют для получения и выпуска в природу личинок II возраста. А для получения имаго необходимо содержание в садках, так как личинки поедают коконы (каннибализм) .

Через 6-7 дней после образования коконов в садках их переносят в другие садки для содержания имаго. Они представляют собой контейнеры диаметром 30см с высотой стенки 10 см. Стенки изготовляются из кровельного железа или другого материала, а дно затягивается мельничным газом. Сверху садок покрывают плотной темной тканью или бумагой. На нее через ячейки в сетке самки откладывают яйца. Заменяя бумагу или ткаль, получают ежедневно свежую партию яиц. В одном садке содержат до 200 имаго. Для кормления имаго используют сменные пластинки с нанесенным кормом или поролоновые кормушки. Первые 4-5 дней кормят только медом (20% раствор), а затем и 40%-ным автолизатом пивных дрожжей (витамины, белок, углеводы) .

Яйца срезают бритвой или сбивают раствором гипохлорита натрия каждые два дня. Хранят яйца при температуре +5°С и влажности воздуха 80не более 20 дней. Личинок I возраста при таких же условиях хранят до 30-40 дней, личинок 2 возраста – до 20 дней. Коконы хранят только после сформирования в них куколок (через 7 дней после образования кокона) при 20°С и влажности 75% не более 10 дней .

Взрослых, златоглазок хранят в холодильниках в садках или стеклянных банках по 200 экземпляров при 4°С, влажности 70-90%. Перед закладкой на хранение имаго кормят медом или сиропом 5 дней, а во время хранения – раз в 5 дней. Длительное хранение снижает жизнеспособность имаго и других стадий развития .

Работу по размножении златоглазки начинают за 35-40 дней до предположительного появления тлей в теплицах или за это же время до выпуска ее в открытом грунте. В случае опережения при разведении сроков выпуска златоглазку хранят при пониженной температуре .

Важным моментом, обеспечивающим эффективность выпуска златоглазки, является тщательное обследование, своевременное выявление очагов тли на растениях .

Наиболее эффективны выпуски личинок II возраста златоглазки по сравнению с выпусками имаго или раскладыванием яиц. При численности тлей 150-200 особей на 1 растение огурцов до начала плодоношения или 1000 особей на плодоносящих растениях личинок выпускают в соотношении с тлей 1:5. При каждом очередном обследовании учитывают соотношение в старых очагах тли и выявляют новые. В случае необходимости выпуски повторяют .

На зеленных культурах производят массовые выпуски личинок II возраста в соотношении 1:10 – 1:50 в качестве «живого инсектицида» то есть без расчета на их дальнейшее размножение на культуре .

Разработаны технологические линии по производству включающие те же процессы, что и при лабораторном разведении .

8. Разведение и применение энтомофагов тлей в закрытом грунте Хищная галлица афидимиза – Aphidoletes aphidimyza – эффективный афидофаг в условиях защищенного грунта. Она по сравнению с другими хищниками менее требовательна к дополнительному питанию и хорошо переносит условия теплиц. Наиболее активно в ночные часы, когда понижается температура и влажность воздуха. Самки при откладке яиц не пропускают даже единичных особей тлей, что важно в период расселения тли, не откладывая яиц при отсутствии тли на листьях .

Хищная галлица – афидизиза является представителем семейства галлиц отряда двукрылых. Взрослые насекомые – небольшой комарик длиной 1,8 – 2,2мм бурого цвета с дуговидно изогнутыми 12-члениковыми усиками. У самцов они равны длине тела, у самок в два раза короче. У молодых и стерильных самок брюшко полупрозрачное светло-серое, у фертильных самок при созревании яиц оно становится красноватым. Яйца – удлиненноовальные, от бурой до оранжевой окраски. Личинки червеобразные, желто – коричневые. Куколка свободная, находится в шелковистом коконе, снаружи покрыто частичками почвы. Зимует диапазитирующая личинка в коконе под растительными остатками. При вылете имаго нуждаются в дополнительном питании медвяной расой или падью тли, пьют воду. Размножаются частично партеногенетически, а в основном гамогенетическим путем. Яйца откладывают на стебле и листья в колониях различных видов тлей .

Плодовитость самок от 25 до 118 яиц, бывает выше при дополнительном питании углеводами. При длительном бездиапаузном содержании в лабораториях в популяциях преобладают самки, но они становятся стерильными .

Личинки афидимизы активно ищут тлю, могут развиваться на 61 ее виде .

Они сначала парализуют жертву, прокалывая одно из сочленений ног и вводя сильнодействующий токсин, затем питаются ею. За период своего развития одна личинка уничтожает до 50 и более тлей, а парализует значительно большее количество .

Размножают афидимизу в биолабораториях и в хозяйствах, где выделяют специальные разводочные теплицы. Разведение включает 4 основных технологических процесса: 1) выращивание пищевых растений для тли; 2) накопление на них тли; 3) получение и воспитание личинок афидимизы; 4) получение и хранение коконов хищника .

Для массового разведения необходимо иметь два изолированных помещения. Одно для накопления тлей, другое для разведения афидимизы .

Площадь разводочной теплицы на каждые 10 га производственных теплиц должна составлять 100-150 м2 .

Наиболее удобной для выращивания афидимизы является виковая тля, заселяющая ограниченный круг бобовых растений. Она крупная, легко стряхивающаяся с растений бобов, вики, чины. Можно использовать также свекловичную, капустную, гороховую и другие виды тли. Часто выращивают и на обыкновенной злаковой тли. В любом случае обязательно создают запас кормовых растений тли. Зерновые выращивают в узких кюветах, а бобовые – в поллитровых банках. Афидимиза не заражает тлю в загущенных посевах .

Выращивают растения при температуре 25°С, интенсивном освещении, которые регулируются автоматически .

Растение заселяют тлей непосредственно перед помещением в садки с галлицей, или заранее, предоставляя ей развиваться на растениях. Всходы бобовых ставят в помещение с уже заселенными тлей растениями (маточник тли) и они самостоятельно переходят на всходы, или заселяют их искусственно из расчета 20 тлей на растение. При достижении высоты всходов 5-6см на них накапливается большое количество тли, и их ставят на заселении афидимизой .

Заражение тли афидимизы производят в садках объемом 40 см3. Через отверстие – дверцу в садок вносят заселенные тлей растения на сутки или двое. Чтобы предотвратить вылет галлицы из садков на дверцу направляют вентилятором слабый поток воздуха. Для поддержания высокой плотности галлицы в садках туда 2-3 раза в неделю вносят бумажные стаканчики с влажным песком и коконами афидимизы в количестве 1,5-2 тысячи. За сутки галлицы откладывают на растения 5-6 тыс. яиц. Стаканчики убирают через 2недели после полного отрождения галлиц .

Растение с отложенными яйцами и тлей ставят в садки-секции .

Инкубация яиц длится 2-3 дня. Перед отрождением личинок галлицы растение переносят в другие садки, где на дно насыпан предварительно просеянный и прокаленный песок. Его насыпают в круглые кюветы и посредине помещают банку с растениями. Или песок насыпают в кюветы, над которыми помещают наклонно растения зерновых в двух кюветах, чтобы ростки соприкасались. Это делается для того чтобы на окукливание закончившие питание галлицы уходили в песок. Проводят дополнительное питание тлями, если их оказалось недостаточно, и личинки расползаются по стенкам садка в поисках жертв. Развитие личинок завершается за 7-8 дней. За сутки - двое все личинки окукливаются. После этого растения из садка убирают, песок просушивают 1-2 суток при комнатной температуре. Затем просеивают через сита для отделения коконов от песка. Песок дезинфицируют и используют повторно .

Для хранения зимой используют коконы с диапазитирующими личинками галлицы для введения в диапаузу их выращивают при 14°С .

Хранят в поллитровых банках со стерильным песком до 12 месяцев в холодильниках при 3-4°С .

Применяют афидимизу в теплицах, расставляя заселенные личинками растения. Личинки после уничтожения тли на бобовых переходят на основную культуру. Или расселяют личинок в коконах. При обнаружении единичных очагов тли в теплице раскладывают по 1 кокону на 1м2. если очаги большие и обнаружены самки – расселительницы тли, то норму увеличивают в 2-3 раза. Личинок или имаго афидимизы выпускают из расчета 1:2 или 1 самка на 25 тлей, очагах .

Афидиус (Aphidius matricariae L.). Представитель рода афидиус семейства афидиид (надсемейство хальцидовых), играет важную роль в регуляции численности тлей на различных культурах – полевых, плодовых, в открытом и защищенном грунте. Часто афидиусы могут заражать несколько видов тлей, т.е. являются олигофагами. Встречается и узкая специализация – монофагия. В свою очередь один вид тли может служить хозяином для разных видов афидиид. Наиболее часто и широко на многих культурах и видах тлей паразитирует афидиус матрикариэ. Он активно заражает гороховую тлю, вишневую тлю, оранжерейную и др. На зерновых большой злаковой тлей питаются личинки видов А. уртицэ, А. эрви, А. питицепс, заражающие также персиковую тлю, гороховую и др. виды. На Дальнем востоке и Сахалине встречается местный вид, разводимый теперь в лабораториях других регионов – А. гифуензис. Он в природе заражает капустную, обыкновенную картофельную и бобовую тлей, а при отсутствии предпочитаемых видов откладывает яйца в бахчевую, зонтичную, злаковую и др. тлей. В лабораторных условиях воспитывают в основном два вида афидиид – А .

матрикариэ и А. гифуензис .

Тело взрослых афидиид отличается мелкими размерами 1,5-2,2 мм, коротким грудным отделом, удлиненным, обычно стебельчатым брюшком .

Усики с небольшим количеством члеников. Крылья, как у всех халицидовых, с упрощенным жилкованием, иногда имеют замкнутую центральную ячейку .

Все афидииды – паразиты тлей, окукливающиеся внутри хозяина .

Зимует афидиус в фазе личинки последнего возраста и очень редко – в фазе предкуколки в мумифицированном хозяине. Имаго эндопаразита, отрождающееся из мумифицированной тли, перед вылетом прогрызает летное отверстие на нижней стороне брюшка хозяина. Вылетевшим насекомым подкормка углеводами не нужна, т.к. они получают ее из «медвяной росы» тлей. Насекомые охотно пьют капли воды (росы) .

Афидиусы обладают хорошими поисковыми способностями. Они наиболее активны в утренние часы и в вечерние: в это время они спариваются, отыскивают жертву и откладывают яйца. Оптимальная температура для развития паразита находится в пределах 20-26°С .

Продолжительность жизни имаго при таком режиме 7-9 дней. Одна генерация развивается за 12-14 дней. Фактическая плодовитость одной самки 60-80 яиц .

В популяции может быть до 50% самцов. При разведении и в природе афидииды страдают от сверхпаразитов. Самки афидиусов откладывают яйца в личинок тлей всех возрастов, предпочитая 2-4 возрасты; т.к. личинки тли младших возрастов после заражения паразитом погибают .

Для разведения афидиуса матрикариэ лабораториях используют проростки зерновых и обыкновенную злаковую тлю. В мелкие кюветы насыпают слоем 1-2 см песок или грунт, опилки или другой материал .

Увлажняют и сплошным слоем покрывают зерном (пшеница, ячмень, кукуруза). Сверху присыпают тонким слоем субстрата. При высоте проростков 2-3 см их заселяют тлей из расчета 2-3 особи тли на растение. Для поддержания процесса разведения и создания «зеленного конвейера» посевы зерна повторяют через каждые 2-3 дня .

На 5-й день после заселения тлей, ее численность достигает 30-40 экз./растение. Кюветы переносят в помещение, где идет лет афидиуса и дают заражать паразиту. Образование мумии с личинками паразита 4 возраста завершается при 26°С за 8-9 суток. Затем растения срезают и выкладывают в теплицы в очаги оранжерейной или персиковой тли на огурцы, томаты или перец, т.е. на те культуры, на которых злаковые тли, оставшиеся не зараженными, питаться не смогут и погибают. Тлю можно также удалять с растений, подсушивая из после среза на воздухе. Хранить срезанные растения с мумиями можно в холодильниках при 7-8°С до 15 суток. Выход паразита с 1 м2 проростков составляет 50 тысяч мумий .

При необходимости паразита можно хранить до 2-2,5 месяцев, предварительно введя в диапаузу. Такие мумии отличаются более темной окраской, блеском, как бы полированные. Оболочка их очень плотная. Их хранят при 1-2°С в холодильниках, влажности 60-80%. Весной из мумий выходят 45-50% нормальных особей паразита .

Для разведения афидиуса гифуэнзис используют растения черной редьки (зимой и весной), а летом - перца и баклажана. В качестве хозяина используют персиковую тлю. Чистую маточную культуру тли поддерживают отдельно. При налаженном конвейере выход мумий с 1 растения редьки составляет 300-400 особей. Листья с мумиями срезают, живую тлю удаляют с них, подсушивая растения. Тля переходит на несрезанные листья. Количество паразитов на листьях определяют визуально перед применением .

Биологическая эффективность применения афидиусов зависит от защищаемой культуры, температуры воздуха, нормы выпуска. Наиболее высокая она при выпуске на сладком перце и баклажанах – 90-95%, меньше на салате и редисе, цветочных культурах. Выше – при оптимальных температурах (20-26°С), а зимой при понижении температур, особенно на зеленных культурах – петрушке, сельдерее, укропе – минимальная .

Рекомендуются профилактические выпуски афидиусов на всех культурах на молодые растения, до обнаружения очагов тлей. Затем еженедельно проводят обследования. При выявлении первых очагов тли выпускают из расчета 1:25. Выпуски повторяют 4-кратно с интервалом в неделю. На зеленных (салат, укроп, петрушка, сельдерей) и цветочных культурах (хризантемы, пинии, гвоздики, розы) нормы выпуска в холодные месяцы повышают до 1:5 и 1:10 .

Лизифлебус (Lysiphlebus fabarum L.). Перспективным афидофагом, разводимым в лабораториях, является ли-зифлебус бобовый из семейства афидиид. Применяется на огурце, томатах, картофеле в открытом и закрытом грунте .

В лабораториях разводят на бобовой тле и растениях бобов или фасоли .

В отдельном боксе выращивается тля. В другом – паразит. Бобовые перед посевом замачивают на сутки и высаживают в кюветы с торфом или другим субстратом. Всходы высотой 1-2 см заселяют тлей по 140 тлей на побег. Через 1-2 дня помещают в бокс с паразитом. Через 5-6 дней появляются мумии тли, а через 9 дней – лет нового поколения лизефлебуса. С 1 м2 кювет с проростками получают 10-50 тыс. мумий. Для 1 га пленочных теплиц требуется для защиты перца или баклажан всего 1,5 м2 стеллажей для разведения паразита .

Колонизацию лизифлебуса начинают с рассадного отделения теплицы, внося мумии или имаго в соотношении 1:20 с хозяином. В дальнейшем паразит сам размножается в теплице .

В природе лизифлебус является эндопаразитом 75 видов тлей, т.е. более многояден, чем афидиусы .

9. Технология применения хищных клопов макролофуса, периллюса и подизуса Хищный клоп Макролофус нобилис (Macrolophus nobilis) семейства Слепняков (Miridae) является перспективным энтомофагом тепличной белокрылки, тлей и трипсов, вредящих растениям в защищенном грунте. В природе он обитает в различных биотопах – от затененных влажных мест до солнечных, хорошо прогреваемых солнцем. Встречается на многих растениях, особенно опушенных железистыми волосками. Клопы зимуют в природных условиях в стадии личинок средних возрастов в почве, под розетками листьев растений. Весной пробуждается после таяния снега .

Клоп небольших размеров – 2,7-3,7 мм, светло зеленый, самцы мельче и подвижнее самок. Самки имеют хорошо развитый яйцеклад подогнутый под брюшко. Яйца откладывают, как все слепняки, в живую ткань жилок, черешков листьев. Личиночных стадий у клопа 5. Личинки окрашены в желтовато-зеленоватые тона .

В лабораторий при питании белокрылкой развитие личинок происходит за 22 дня. Продолжительность жизни самки – 31 день, самцов – 27 дней .

Плодовитость самок – 24-103 яиц. Продолжительность развития одной генерации 37-43 дня. Наиболее прожорливы личинки старших возрастов, а младших и имаго – менее активные хищники .

При отсутствии белокрылки клоп охотно питается тлями, трипсами, а также яйцами зерновой моли и мельничной огневки .

Для макролофуса оптимальны температуры от23 до 30С. При увеличении температур ускоряется развитие, и укорачивается период эффективности клопа. теоретически потомство одной пары клопов может уничтожить до 2000 личинок и яиц белокрылки в сутки, что превышает потенциал размножения белокрылки в сутки в три раза. Не смотря на то, что размножение белокрылки идет во много раз быстрее, чем клопа, он способен подавлять ее численность с большей эффективностью .

Для ведения и поддержания культуры клопа необходимы специальные помещения: 1 для выращивания растений свободных от вредителей и хищника, 2 для маточника белокрылки, 3 для маточника клопа .

В помещениях для чистых растений выращивают табак, как наиболее устойчивый к белокрылке и привлекательный для клопов .

Температура в помещении 20-25С, относительная влажность воздуха 60-75%, длина светового дня – 16 час. создают постоянный запас растений, выращивая их в вегетационных сосудах, периодически высевая новые семена – через 30-60 дней .

В маточнике белокрылки размешают 50-100 чистых растений табака .

В фазе 7-10 листьев, которые заселяют белокрылкой. При помещении новых растений она сама переходит с ранее заселенных .

Температура в маточнике белокрылки не должна превышать 35С и быть в пределах 25-30°, относительная влажность 70-80%, освещение 16 часов .

После полного заселения растений белокрылкой, когда поверхность листьев покрыта белокрылкой на 75-100%, половину растение переносят в маточник клопа, где имеются все его стадии. Здесь поддерживается температура 25-27°С, влажность 80-90%, освещение 18 часов. Здесь находятся растения с 20-30 листьями, заселенные белокрадкой разных фаз развития .

По мере уменьшения численности белокрылки в маточнике клопа, туда дополнительно вносят зараженные белокрылкой растения, а старые помещают в отдельный отсек или помещение для сбора вышедших из яиц личинок клопа .

Через 2-3 месяца от начала разведения клопа производят сбор его для использования в производственных теплицах .

Для переселения хищника из маточника в производственные теплицы используют садки из мельничного газа со стеклянным верхом и дверцей (для лучшего освещения), размером 35х35х80 см. Размеры садков могут варьировать в зависимости от величины растений. В садок помещают чистое растение табака, которое заселяют клопами, отлавливая их из маточника обычным энтомологическим эксгаустером. Населяют на одно растение 5-10 половозрелых самок клопа. Через 3-5 дней самки отложат яйца в растения. Самок отлавливают и снова возвращают в маточник .

При появлении первых личинок клопа на заселенных яйцами растениях – через 17-20 дней, растениях из садков переносят в производственную теплицу .

Перед колонизацией хищника обязательно проводят учет численности белокрылки. Для защиты растение от белокрылки надо выпускать клала в соотношении 1:10 – 1:20 .

Для повышения эффективности колонизации клопа в теплицах необходимо соблюдать требования: 1. создание в теплице резерваций клопа путем высаживания в свободных межтепличных изоляционных полосах растений табака из расчета одно растений на ряд возделываемых культур. 2. Раннее, до появления вредителя заселение теплиц хищником .

При отсутствии вредителей клопа подкармливают яйцами зерновой моли из расчета 10 яиц на 1 клопа в сутки. Листья табака смачивают и насыпают на них яйца ситотроги. З. При запаздывании с ранним выпуском клопа первые очаги белокрылки предварительно обрабатывают инсектицидами, выпуская клопов через 20 дней .

Для накопления хищного клопа в теплице, можно :1. в очагах развешивать срезанные растения с личинками клопа в соотношении 1:10. 2 .

Выпускать взрослых клопов на изолированные части растений («Рукава»), помещенные в изоляторы из мельничного газа или

3.вылускать взрослых клопов из расчета 5 особей на 1 м 2 Технология разведения и применения хищных клопов периллюса и подизуса для борьбы с колорадским жуком Клопы из семейства щитников – периллюс (Perillus bimaculatus) и подизус (Podisus maculiventris) интродуцированы в нашу страну для подавления колорадского жука .

Периллюс – эффективный энтомофаг колорадского жука в США, Канаде Мексике, где он в природных условиях развивается в 2-3 поколениях. Зимует диапаузирующее имаго, выдерживая понижение температуры до-7С Плодовитость самок около 230 яиц. Одна генерация развивается за 57-72 дня. Личинки очень прожорливы. За период развития одна личинка уничтожает до 250 яиц колорадского жука, а имаго за свою жизнь – до 3000 яиц жука .

Периллюс – узкий олигофаг, предпочитающий яйца колорадского жука .

Имаго хорошо летают, активно ищут жертву. В странах Европы и СНГ неоднократно делались попытки акклиматизации периллюса, но закончились неудачей. Кроме зимних холодов причина – отсутствие яиц колорадского жука рано весной, когда перезимовавшие клопы нуждаются в дополнительном питании и погибают от голода .

Наиболее перспективен массовый выпуск размноженного лабораторно периллюса. Рекомендуется выпускать личинок 2 возраста .

Подизус – это природный энтомофаг колорадского жука в США и Канаде. Зимуют личинки и имаго. Самки откладывают на верхнюю сторону листьев кучки яиц. Плодовитость 500-600 яиц. Со 2 возраста личинки и взрослые клопы питаются личинками колорадского жука, других листоедов, гусеницами американской белой бабочки, шелкопрядов, листоверток, молей и др. чешуекрылых. Интродуцирован в 1975 г. из США .

Производят лабораторное разведение подизуса на гусеницах вощинной моли, мельничной огневки, на яйцах и личинках колорадского жука. Доказана принципиальная возможность выращивания подизуса на искусственных питательных средах .

Содержат личинок и имаго клопов в трехлитровых баллонах или садках, обеспечивая достаточное количество корма, ежедневно добавляя новых гусениц или личинок .

Применяют пеоиллюса и подизуса на раннем картофеле и баклажанах из расчета 50 тыс. личинок на 1 га., распределяя через 5-6 м. Личинки затем сами равномерно распределяются по полю. Повышение нормы выпуска клопов до 70 тыс./га периллюса и 120 тыс./га подизуса повышало эффективность с 48-65 до 90-93% .

Практически 2 рабочих за месяц нарабатывают гектарную норму личинок клопов (50-100 тыс.) .

В качестве альтернативных лабораторных жертв подизуса испытывали мельничную огневку (эфестию), ручного хрущака и комнатную муху. Более дешево по соотношению с вощинной огневкой выращивать мельничную огневку и хрущака, но и они требуют для своего разведения зерновые продукты. Кроме того эти насекомые имеют длительный период развития одной генерации .

Комнатную муху давно используют в качестве лабораторного объекта Разработаны методики ее лабораторного и промышленного разведения, в частности для переработки навоза. Для лабораторного культивирования имеется ряд сред. Для разведения мух можно использовать комбикорма ПК-91, КС-2. Личинки мух дешевле галлерии и эфестии в 13-24 раза .

Кроме комнатной мухи разработана методика выращивания личинок весенней падальной мухи – протоформии. Этот вид ранее предложен для корма рыбам. Личинок протоформии выращивают на мясокостной муке и черном альбумине (белке). Протоформия имеет короткий период развитая, личинки просто и легко отделяются от корма просеиванием, дешевы в производстве .

При выкармливании личинок подизуса на личинках мух плодовитость клопа несущественно отличалась от выращиваемого на галерии – вощинной огневки, хотя особи имели меньший вес .

За сезон в биолаборатории на личинках мух нарабатывают до 400 тыс. яиц подизуса .

В опытах совхоза «Россия» Адлерского района Сочи при защите баклажанов получена 100%-ная эффективность от применения подизуса, а при применении битоксибациллина – 91%. Выпуск подизуса на поля предпочтителен, когда идет массовой созревание баклажан, а рядки сомкнулись. В этот период опрыскивание малоэффективно, а авиационное изза небольших площадей культуры невозможно .

10. Применение амброзиевого листоеда в борьбе с амброзиями

Амброзиевый полосатый листоед Zygogramma suturalis F .

интродуцирован в СССР из Канады и США в 1978 г. (Ковалев, 1979, 1981) для биологического подавления очагов злостных карантинных сорняков – амброзии полыннолистной (Ambrosia artemisiifolia) и амброзии многолетней (A. psilostachya). Листоед успешно акклиматизировался пока небольшими по численности популяциями на значительной территории: в Ставропольском и Краснодарском краях, на юге Украины и в Абхазии .

Эффективность амброзиевого листоеда обычно проявляется через несколько лет после начала колонизации .

Самым удобным моментом для учета является выход имаго первого поколения, при этом на 1 га может быть сосредоточено до 2.5 млн. жуков .

Однако этот «экологический взрыв» происходит только один раз в середине лета и длится около 10 дней .

Наиболее важный показатель полного проявления эффективности листоеда – уничтожение проростков и всходов амброзии перезимовавшими жуками. Выход зимующего поколения приурочен ко времени появления 1-2й пары настоящих листьев у всходов амброзии полыннолистной. Жукам в этот период свойственна значительная подвижность. Плотность насыщения популяции невелика и составляет всего 20-50 особей на 1 м2. Однако при густоте стояния 200-500 растений на 1 м2. уничтожение всходов завершается за 7-10 дней. Жуки не начинают миграции, пока не будут уничтожены листья всех всходов в месте выхода насекомых из почвы. Через месяц на этом участке появляется другая растительность .

Хотя большинство самок зимуют оплодотворенными, массовая яйцекладка начинается иногда после миграции жуков на новые территории .

В этом «кольце пожара» средняя численность яиц достигает 1000 на 1 кг при максимальной плотности до 2000 яиц .

Появляющиеся личинки 1 возраста предпочитают заселять молодые листочки близ точек роста побегов амброзии, личинки последующих возрастов питаются по краю листовой пластинки. Средняя плотность личинок первого поколения при насыщении очага – 200-300 экз. на 1 м, максимальная – до 1 тыс. личинок. Гибель молодых растений амброзии способствует интенсивному прорастанию других растений. Появляющиеся группировки растений резко усиливают эффективность листоеда, подавляя ослабленную фитофагом амброзию .

Амброзиевый полосатый листоед близок по основным чертам к биологии к колорадскому жуку, поэтому сравнение, например, фенограмм этих видов необходимо для прогнозов расселения полезного фитофага .

Взрослые особи амброзиевого полосатого листоеда обладают весьма слабой способностью к полету, поэтому передвижение по почве (субстрату) является важным способом расселения имаго. Переползанием с одного растения на другое в сочетании с отрицательным геотаксисом объясняется и другая особенность листоеда, проявляющаяся в естественных условиях, скопление жуков на отдельных растениях амброзии, верхушки которых выдаются над общей массой куртины .

Личинки амброзиевого полосатого листоеда в природе ведут, подобно прочим листоедам, малоподвижный образ жизни. Обычно их передвижение ограниченно пределами куртины амброзии, причем личинки имеют тенденцию равномерно распределяться по всем растениям куртины .

Очевидно, что роль личиночной фазы в расселение не велика .

Очень высокая плотность растений в очагах амброзии и слабая способность листоеда к самостоятельному расселению предполагают высокую частоту мест выпуска фитофага. Такие участки выпуска планируют в каждом административном районе засоренных областей. Размер участка га в зависимости от количества завозимой популяции листоеда (1000жуков). Расположение участка оказывает существенное влияние на последующую динамику численности фитофага. Оптимальные условия могут быть созданы на залежах или засоренной пашне, расположенной по периферии сельскохозяйственных угодий .

Участок, на который предполагается переселение листоеда, должен отвечать следующим требованиям .

1. Достаточная обеспеченность кормовым растением (амброзией полыннолистной или многолетней), для чего желательно подобрать залежь или распаханный участок .

2. В течение 4-5 лет исключить любые агротехнические мероприятия (обработка сельхозоруднями, применение пестицидов и т.д.) .

3. Место выпуска должно быть изолировано от выпаса домашних животных и птиц, по возможности следует также избегать участков, обильно заселенных муравьями .

4. Для мигрирующих жуков необходимо соседство засоренных амброзией необрабатываемых земель .

5. Участок должен находиться на достаточном удалении от населенных пунктов, птицеферм и т.п. (1-2 км) .

Перед выпуском листоеда проводят учеты плотности и высоты амброзии и других травянистых растений на площадках основного и контрольного участков, определяют видовой состав растений на площадках .

По мере расселения листоеда по территории участка выполняют регулярные учеты с помощью металлического кольца диаметром 40 см или рамки 50x50 см. Эти пробы с помощью полевого циркуля равномерно распределяют по нестационарным трансектам, проведенным по площади участка в виде буквы «М». Всего делают 50 -100 проб, в каждой из которых в зависимости от цели учета подсчитывают число яиц, личинок или жуков, количество амброзии и степень их повреждения, количество и видовой состав других растений .

Взрослые насекомые – основная стадия листоеда, используемая для переселения. Жуки могут длительное время (допускается неделя) обходиться без пищи, и поэтому возможна их перевозка на большие расстояния без подкармливания. Жуков следует держать в сухом прохладном помещении (10-20°С), тщательно избегая прямого солнечного нагрева. Насекомых помешают в стеклянные банки 1-3 л), закрытые бязью. Внутрь сосудов кладут гофрированную фильтровальную бумагу .

Расселение листоеда Самый удобный период расселения – время массового выхода жуков первого поколения – в июле. Жуки в этот период скапливаются на верхушках амброзии или других растений, что намного облегчает их сбор. Жуков собирают в сухую, солнечную погоду, в местах, где их плотность достигает 50 экз./м 2 и выше. Жуков с растений собирают руками или сачком сначала в небольшие сосуды по 50-100 экз.; затем их помешают в банки, В одной 3-литровой банке допускается перевозка 1-3 тыс. жуков. При выпуске жуков равномерно раскладывают на выделенные заранее площадки .

ЛЕКЦИЯ 9. ПРИМЕНЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ

БИОТЕХНОЛОГИИ В ЦЕЛЯХ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ

СРЕДЫ

ПЛАН:

1. Технология вермикультуры .

2. Использование синантропных мух для переработки навоза и помета

3. Использование азотфиксирующих бактерий

4. Биоконверсия лигноцеллюлозных отходов

1. Технология вермикультуры .

Материал и оборудование: образцы биогумуса, культура красного калифорнийского червя, коллекция стадий развития комнатной мухи .

Задание: изучить технологию вермикультуры. Разведение синантропных мух для переработки органических отходов .

Исследования по переработке биоорганических отходов с помощью дождевых червей и насекомых с получением биоудобрений, биогаза и кормового белка доведены до создания технологических линий при животноводческих и птицеводческих комплексах в нашей стране и за рубежом .

Роль дождевых червей в почвообразовании открыта еще Ч. Дарвиным .

За рубежом процесс разведения дождевых червей на биоотходах называют вермикультурой. Черви быстро превращают отходы в компост. Их используют для переработки навоза, осадка сточных вод, растительных остатков. Получают так называемый «биогумус», «вермикомпост» или просто «гумус». В организме червей растительные остатки и почва измельчаются, химически трансформируются, обогащаются некоторыми питательными веществами, ферментами, микроорганизмами. Наибольшее развитие вермикультура получила в Италии, Великобритании, Нидерландах, Германии, Польше, Венгрии. В странах СНГ вермикультура распространилась недавно, сначала в Киргизстане, потом на Украине, в Московской области и других. Под названием дождевых червей объединены виды нескольких семейств класса многощетинковых червей или олиготех .

Для вермикультуры пригодны виды из семейства настоящих дождевых червей (Lumbricidae): навозный, обыкновенный дождевой червь, малый красный червь, обитающие на территории СНГ. В зарубежных вермикультурах используют отселектированный вид, так называемого красного калифорнийского червя. Черви, культивируемые на отходах, нуждаются в определенных условиях – оптимальной температуре, влажности, кислотности субстрата, кислороде, определенном составе корма. Опытное использование биогумуса для повышения плодородия почв, улучшения лугов и пастбищ в разных по климатическим условиям странах показали высокую эффективность этого приема. Под влиянием хозяйственной деятельности человека численность червей в почвах снижается. Чтобы этого не происходило, необходимо проводить известкование кислых почв, заделку в почву растительных остатков, охрану почв от загрязнения, особенно пестицидами .

Сырьем для производства вермикомпостов могут служить любые органические отходы, поддающиеся разложению: подстилочный навоз, твердая фракция бесподстилочного навоза, бытовой мусор, осадок сточных вод, отходы перерабатывающей, целлюлозно-бумажной и фармацевтической промышленности. Червей можно выращивать и на отработанном грибном компосте, отходах пивоварения и производства хлопка, отходах скотобоен, на гнилом сене, листьях, огородной ботве, опилках, стружках, столовых отходах овощей и картофеля и любых других органических субстратах .

Технология вермикультуры предусматривает ряд мер по предварительной подготовке и хранению отходов. Важное условие – хранение отходов в течение определенного времени, чтобы избежать гибели червей от перегрева, выделения аммиака, метана, сероводорода. Бытовые отходы, например, хранят 3-4 месяца. Некоторые отходы можно заселять червями сразу: ил от молочного производства, макулатуры. Навоз КРС хранят 2-3 месяца, свиней – 3-10 месяцев. В безподстилочный навоз добавляют 20-25% соломы, опилок, гнилого сена, макулатуры и некоторое количество минеральной почвы .

Вермикультуру выращивают в зависимости от погоды и климата или под открытым небом на площадках или в помещениях – сараях, подвалах, теплицах или под пленкой .

Собственно технология производства вермикультуры состоит в следующем: на асфальтированную площадку насыпают отходы грядами 2x1 м разравнивают и периодически их увлажняют в течение месяца. За это время происходит нейтрализация в них органических кислот. Делают биопробу и при нейтральной pH вносят по 2-3 кг массы червей (маточной культуры) на 1 м поверхности. Выдерживают месяц для адаптации и размножения червей. В зависимости от условий погоды и вида отходов цикл компостирования в одной гряде составляет от 3 до 12 месяцев. При этом на поверхность гряд периодически добавляют новые порции отходов, раскладывая тонким слоем, для лучшей аэрации слоя. Гряды периодически ворошат и орошают. Летом культуру мульчируют соломой или сеном от перегрева, а зимой укрывают мешковиной, опавшей листвой, соломой. Популяцию одной стандартной гряды делят 2 раза в год для размножения червей. С 1 м2 гряды в год собирают 60-90 тысяч червей (12-18 кг). Затем их используют в качестве маточной культуры, продают как кормовую добавку птице, или наживку для рыб, а полученный биогумус идет на удобрение почвы .

В крупных хозяйствах механизированы все процессы: предварительной подготовки отходов (измельчение, перемешивание и т.д.), устройство из них гряд, ворошение гряд, дождевание их, раскладка новых порций отходов, отделение червей от компоста. Для этого нужны тракторы с фронтальными погрузчиками, разбрасывателями навоза, дождевальные установки, специальные приспособления для сепарации червей. Для аэрации субстрата (ворошения) используют косилку. Имеется много способов отделения червей от компоста – механических, поведенческих, биофизических и др .

В помещениях – сараях, подвалах, теплицах червей можно культивировать в течение года при температуре не ниже 10°С зимой, а летом в диапазоне 12-25°С. При подпочвенном подогреве в зимних теплицах черви дают 2 генерации в год. Компостирование ведут в лотках на земле, на стеллажах или грядах .

Промышленные установки замкнутого типа для вермикультуры представляют собой разные конструкции – в виде конусообразной башни высотой до 10 м с постепенным добавлением свежих отходов в верхнюю часть, в виде серии поддонов, поставленных один на другой и автоматически сменяемых, в виде вращающихся барабанов и т.п. Наиболее эффективны башенные установки с непрерывной подачей отходов сверху и выгрузкой компоста снизу. Такие установки действуют в Великобритании, Италии, Германии, Франции, Нидерландах. Вместе с компостом отделяются и личинки червей для дальнейшего размножения культуры или внесения их в почву вместе с биогумусом .

В приусадебных хозяйствах в тенистых местах сада складывают на 1-1,5 месяца кучи листьев, срезанных веток, травы. Затем компост заселяют червями. Можно компостировать растительные отходы в ящиках с отверстиями для аэрации в гаражах, подвалах, на балконах. Черви уничтожают неприятный запах органики уже на 2-3 день после заселения отходов .

2. Использование синантропных мух для переработки навоза и помета Для переработки свиного навоза и куриного помета используют синатропных мух – копрофагов – комнатную муху и протоформию (P. Terrenovae). Потомство 1 пары мух каждого вида дает в течение сезона 625 и 1800 т биомассы соответственно. Из 1 т органических отходов можно получить 20-100 кг биомассы личинок и до 500-700 кг высокоценного биоперегноя в течение 5-7 суток при температуре 27-30°С. Биомасса личинок равноценна по кормовым качествам мясной и рыбной муке и используется в качестве белковой муки на корм животным. Биоперегной обладает нематицидным действием, стимулирует рост и развитие растений. Для получения яиц комнатной мухи используют коагулят крови животных, на котором питаются и имаго .

3. Использование азотфиксирующих бактерий К вопросам получения биогумуса примыкает обогащение почвы азотом с помощью препаратов азотфиксирующих организмов. Первым из бактериальных удобрений начали применять нитрагин - препарат культуры клубеньковых бактерий. Они являются аэробными гетеротрофными организмами и хорошо развиваются на природных и полностью синтетических средах. Для каждого вида бобовых растений требуется своя культура нитрагина. Его применяют на старопахотных почвах и при новом введении бобовых в севооборот (соя, люцерна, козлятник). В последнее время получили распространение торфяные препараты нитрагина. Торф обеззараживают тепловым или радиационным методом, фасуют в полиэтиленовые пакеты и инокулируют инъекцией жидкой культуры клубеньковых бактерий. Перемешивают, выдерживают 3-5 дней при 18-20°С и хранят при температуре не ниже 10°С и не выше ЗО°С. Этот препарат называют ризоторфином. Торф является хорошим носителем препарата .

Штаммы клубеньковых бактерий получают методом глубинного культивирования в колбах или бутылках по 4-6 л на качалках, а затем в ферментерах вместимостью от 0,1 до 3 м3 на усовершенствованных питательных средах. Быстрорастущие штаммы клубеньковых бактерий выращивают за 24-60 часов, а медленно растущие – за 72-90 часов .

Применяется ризоторфин, а также жидкие культуры нитрогина для предпосевной инокуляции семян. Прибавка урожая бобовых составляет до 3,5 ц зерна и до 100 ц/га зеленной массы .

4. Биоконверсия лигноцеллюлозных отходов Растительная биомасса - возобновляемый и легкодоступный источник сырья .

Основные ее компоненты - целлюлоза (2/3), крахмал, гемицеллюлоза, лигнин. Лигнин - высокомолекулярный нерастворимый трехмерный неупорядоченный ароматический полимер. Целлюлоза высокомолекулярный нерастворимый полимер глюкозы. Она является главным компонентом как растительной биомассы, так и сельскохозяйственных, бытовых отходов, а также отходов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности .

В основе биологической деградации лигноцеллюлозы лежит действие целлюлолитических ферментов. Реакционная способность природных целлюлозосодержащих материалов невелика, поэтому сырье для ферментативного осахаривания целлюлозы должно иметь большую поверхность, а микрофибриллярная структура целлюлозы должна быть разрушена. Реакционную способность природных субстратов также снижает наличие лигнина. Наиболее эффективным, а также дорогим и энергоемким способом предварительной подготовки сырья является размол. Поэтому для предобработки используют воздействие 0.5-2% растворов щелочи, гаммаоблучение, механо-термообработку в разбавленной серной кислоте с последующей экстракцией лигнина и др. методы .

Гидролиз можно проводить и биологическим способом, с помощью ферментов, выделяемых грибами видов Trichoderma, Aspergillus, Sporotrichum. Далее при использовании дрожжей можно получить спирт, при использовании бактерий Klebsiella или Aeromonas - бутанол. Ряд микроорганизмов рода Clostridium могут продуцировать уксусную и молочную кислоты, лактат, ацетон из опилок, соломы, отходов сахарного тростника. С помощью Trichoderma reesii биомасса разлагается до сахаров .

Ферменты и неразложившаяся целлюлоза поступают в повторные циклы, а остаточный лигнин используется в качестве источника энергии для перегонки спирта. Технология, разработанная в Арканзасском университете и используемая в промышленности нефтяной компанией «Галф ойл», заключается в одновременном осахаривании целлюлозы и сбраживании сахаров, полученных путем гидролиза. Для этого к смеси целлюлозной биомассы и дрожжей добавляют раствор целлюлаз .

Остающийся лигнин также используется для перегонки в качестве топлива, но пентозы не сбраживаются. Фирма «Био фьюэл индастриз» из Ричмонда намерена построить в шт. Вирджиния фабрику, на которой в 1985 г. будет производиться 500 т этилового спирта в сутки из 2500 т целлюлозных отходов посредством этой технологии и целлюлаз из Trichoderma reesii .

Третий вид технологии состоит в прямом сбраживании целлюлозными бактериями гексоз и пентоз, образующихся при гидролизе целлюлозы и гемицеллюлоз. Преимущества этой технологии, разработанной в лабораториях Массачусетского технологического института, заключаются в следующем: помимо одновременной конверсии целлюлоз и пентоз в этанол происходит комбинация целлюлозного и спиртового брожения, а, кроме того, необходимая предварительная обработка субстратов сводится к минимуму .

При микробной деградации и конверсии целлюлоз и гемицеллюлоз можно получать этиловый спирт и сырье для химической промышленности (фурфурол, фенолы, крезолы). 200 000 т надлежащим образом переработанной соломы дают 50 000 т этанола и 20 000 т фурфурола. По оценкам некоторых специалистов, при микробной переработке целлюлозы можно получить до 30% нефтехимикатов. Методы генной инженерии помогут создать штаммы, которые будут лучше адаптированы к этим типам конверсии и дадут больший выход. Это позволит разработать реальную стратегию замещения, которая станет эффективной после 2000 г. (к тому времени химия углерода придет на смену нефтехимии при производстве новых биополимеров, биорастворителей и биодетергентов). Перенос генов целлюлаз и гемицеллюлаз из Clostridium thermocellum в другие виды Clostridium позволит превращать целлюлозы и гемицеллюлозы в этиловый спирт, ацетон, бутанол, уксусную и молочную кислоты .

Термофилия определенных штаммов Clostridium (при оптимальной температуре роста 65—75° С) создает известные преимущества, так как стоимость перегонки этилового спирта и других растворителей уменьшится, а это сделает производственный процесс более экономичным .

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) и Рутгерского университета (США) обнаружили, что бактерия Zymomonas mobilis, выделяемая из пальмового вина и мексиканского алкогольного напитка пульке, сбраживает сахара вдвое быстрее, чем дрожжи. Этот вид также подвергается геномной модификации, которая позволит разлагать целлюлозу с одновременным сбраживанием сахаров, получающихся в ходе деградации .

В условиях строгого анаэробиоза можно осуществлять биометаногенез ароматических соединений. Этот процесс, надо полагать, широко распространен в природе, особенно в отходах и сточных водах, а также при конверсии некоторых биоцидов. По наблюдениям Ферри и Вольфа, в этом процессе участвуют несколько видов микробов, ответственных за различные стадии деградации ароматических колец до ацетата, который является одним из субстратов для метанобактерий (иными словами, его дегидрирование дает электроны, требующиеся для восстановления двуокиси углерода в метан) .

Среди бактерий видов превалируют, судя по всему, Methanobacterium formicicum и Methanospirillum hungati. Ферри и Вольфу удалось их вывести в чистые культуры .

Бензольное кольцо сначала восстанавливается и затем разрезается на алифатические кислоты под действием грамотрицательных микроорганизмов. Последние превращаются в субстраты, используемые метанобактериями. Образующиеся электроны, вероятно, способствуют образованию водорода, который восстанавливает СО2 в СН4 .

Разложение бензольного кольца в метан в процессе анаэробиоза не является правилом. Например, в рубце жвачных животных бензоат и ароматические кислоты, получающиеся за счет деградации целлюлозы, не приводят к образованию метана; их можно обнаружить в моче и виде гиппуратов и других сходных соединений. В природных условиях ароматические соединения получаются при медленном разложении таннинов и лигнина главным образом благодаря внеклеточным микробным ферментам .

Так как лигнины и таннины составляют значительную часть почвенного органического материала, метаногенез этих полимеров—важный процесс в углеродном цикле биосферы .

Одним их отходов сельского хозяйства является солома. Эти отходы трудно использовать, так как скорость разложения соломы невелика. Лучшая утилизация - инокулирование её ассоциацией целлюлолитических грибов, азотфиксирующих и полисахаридообразующих бактерий. В таком виде солому можно запахивать в землю как органическое удобрение, а можно через определенное время использовать как высокобелковый витаминизированный корм .


























 
2018 www.wiki.pdfm.ru - «Бесплатная электронная библиотека - собрание ресурсов»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.