Введение к работе
Актуальность темы. Интенсификация сельскохозяйственного производства предполагает широкое применение пестицидов, что увеличивает опасность загрязнения продуктов растениеводства и негативно влиянет на функционирование агроэкосистем (Логинов, 2004). В отличие от химических средств защиты сельскохозяйственных растений, биопрепараты экологически безопасны, оказывают избирательное действие, их применение не нарушает взаимосвязь между элементами агроэкосистемы и не вызывает резистентности у фитопатогенных микроорганизмов (Акимова, 2007). Современное развитие биотехнологии способствует появлению высокоэффективных многофункциональных биопрепаратов, не только эффективно применяющихся в различных отраслях сельскохозяйственного и промышленного производства, но и экологически безопасных как для человека, так и для почвенной микробиоты (Логинов, 2004; Васильева, 2005). Актуальным способом борьбы с фитопатогениой микрофлорой является использование ризобактерий, обладающих способностью активно заселять ризосферу растений, используя питательные вещества, поставляемые растениями в составе корневых экзометаболитов (Capoalgro, 1986; Bahme, Schroth, 1987; Гарагуля и др., 1988; Kapulnik, 1996; Whipps, 2001; Шапошников, 2003). Бактерии рода Pseudomonas - одна из наиболее эффективных групп микроорганизмов с позиции биологического контроля почвенных фитопатогенов (Рубан, 1986; Weller, Cook, 1988; Смирнов, Киприанов, 1990; Dowling, O'Gara, 1994; Воронин, 1998; Логинов, 2001; Bloemberg, Lugten-berg, 2001; Whipps, 2001; Четвериков, 2003); они входят в группу PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), обладают полезными для растений свойствами - способствуют улучшению роста и развития растений (Pietr, 1989; Renato de Freitas, Germida, 1991; Максимов, 1996; Свешникова, 2003) и способны контролировать развитие фитопатогенов в ризосфере растений как за счет конкуренции за экологическую нишу - источник углерода и энергии (Lugtenberg, 1994 Bolwerk, 2003), так и продуцируя различные антифунгальные метаболиты (Thomashow, Weller, 1996) или гидролитические ферменты, разрушающие клеточные стенки грибов (Shapira et al., 1989; Dunne, 1998; Шапошников, 2003).
При разработке технологии получения биопрепаратов важно подобрать питательные среды, обеспечивающие не только максимальный выход биомассы, но и снижение себестоимости готового продукта (Логинов, 2003). Перспективным является использование отходов пищевого производства. Одним из таких отходов является послеспиртовая барда, содержащая белки, минеральные соли, остатки полисахаридов (Антипов, 2005). Использование барды в качестве основы питательной среды позволит снизить себестоимость готового продукта и будет способствовать улучшению экологического состояния, поскольку барда представляет опасность для окружающей среды вследствие слабой утилизации, низкого рН и высокого содержания нуклеиновых кислот (Антипов, 2005).
Цель работы - оптимизация условий культивирования бактерий Pseudomonas aureofaciens 2006 на жидкой фракции послеспиртовой барды (ЖФПСБ) с
целью получения нового биопрепарата для защиты растений от фитопатоген-ных грибов.
Задачи исследования:
изучить культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства бактерий P. aureofaciens 2006 при культивировании на средах различного состава;
подобрать оптимальные условий культивирования P. aureofaciens 2006 на жидкой фракции послеспиртовой барды и изучить влияние отдельных компонентов питательной среды на выход биомассы бактерий;
определить влияние P. aureofaciens 2006 на рост фитопатогенов при совместном твердофазном и глубинном культивировании;
разработать технологию получения биопрепарата на базе P. aureofaciens 2006, выращиваемого на ЖФПСБ, исследовать его характеристики и дать оценку экономической эффективности производства и применения биопрепарата;
изучить влияние обработки посадочного материала и растений томата биопрепаратом на их устойчивость к фитопатогенам.
Научная новизна. Впервые исследованы характеристики роста P. aureofaciens 2006 на жидкой фракции послеспиртовой барды и подобраны необходимые для этого компоненты среды. Показана возможность выращивания бактерий Р. aureofaciens 2006 на среде с хитином в качестве единственного источника углерода. Охарактеризованы культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства штамма 2006 бактерии P. aureofaciens. Выявлены оптимальные параметры твердофазного и глубинного культивирования P. aureofaciens 2006. Разработана технологическая схема получения биопрепарата при культивировании P. aureofaciens 2006 на ЖФПСБ и изучены характеристики полученного препарата. Показано сохранение высокого титра бактерий в течение длительного времени. Детально исследовано влияние обработки семян и растений томата биопрепаратом на их рост и поражаемость фитопатогенными грибами.
Основные положения, выносимые на защиту.
Новый штамм 2006 бактерий Pseudomonas aureofaciens способен успешно расти на модифицированной послеспиртовой барде, что способствует ее частичной утилизации.
На основе культивирования P. aureofaciens 2006 на жидкой фракции послеспиртовой барды разработана технология получения антифунгального биопрепарата.
Использование полученного биопрепарата стимулирует прорастание семян и защищает сельскохозяйственные растения от фитопатогенных грибов.
Научно-практическая значимость работы.
Выявлены оптимальные параметры культивирования бактерий на жидкой фракции послеспиртовой барды для максимального выхода биомассы. Разработана технология получения и практического использования нового вида биопрепарата для защиты растений от фитопатогенов на основе культуральной жидкости бактерий P. aureofaciens 2006. Показана высокая экономическая эффективность производства и использования биопрепарата, полученного при культивировании P. aureofaciens 2006 на ЖФПСБ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и представлены на международных научно-практических конференциях «Новые технологии в экспериментальной биологии и медицине» (Ростов-на-Дону, 2007; 2008; 2009), «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» (Казань, 2008), «Проблемы биоэкологии и пути их решения (Вторые Ржавитинские чтения)» (Саранск, 2008); на 2-м Международном Конгресс-Партнеринге и Выставке по биотехнологии и биоэнергетике «ЕвразияБио-2010» (Москва, 2010); на междисциплинарном микологическом форуме (Москва, 2010); на Втором съезде микологов России (Москва, 2008); на Всероссийских научно-практической конференциях «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2007), «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийск, 2008), «Экология родного края: проблемы и пути их решения» (Киров, 2010); на Молодежном инновационном форуме Приволжского федерального округа (Ульяновск, 2009); на научных конференциях «Первые чтения памяти профессора О.А. Зауралова» (Саранск, 2007), «Экология, природные ресурсы и развитие Московского региона» (Москва, 2009), «XXXVII Огаревские чтения» (Саранск, 2009), «Вторые чтения памяти профессора О.А. Зауралова» (Саранск, 2010); на школе-семинаре молодых ученых «Биомика - наука XXI века» (Уфа, 2007); на VII Республиканской научно-практической конференции «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2008); XIII научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2008); Республиканской конференции молодых ученых «Развитие биотехнологии в республике Мордовия» (Саранск, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в числе которых 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на 148 страницах машинописного текста. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и списка использованной литературы. Диссертационная работа включает 40 рисунков и 23 таблицы. Список цитируемой литературы включает 240 источников, в том числе 157 на иностранных языках.
