Введение к работе
Актуальность темы. Техногенная нагрузка на почву, интенсивность которой имеет тенденцию к возрастанию, оказывает негативное влияние на функционирование агроэкосистем. Одним из ведущих факторов, ухудшающих агроэкологические свойства почв, является их загрязнение различными ксенобиотиками. Интенсификация сельскохозяйственного производства предполагает широкое применение пестицидов, что увеличивает опасность загрязнения продуктов растениеводства. Развитие биотехнологических способов защиты сельскохозяйственных растений от болезней связано с разработкой новых биопрепаратов, не только функционально эффективных, но и экологически безопасных как для человека, так и для почвенной микробиоты.
Известно, что некоторые представители бактерий родов Pseudomonas и
Azotobacter выступают в качестве антагонистов широкого спектра
фитопатогенных грибов, вызывающих заболевания зерновых и овощных культур. Значительный интерес исследователей вызывает также способность этих микроорганизмов стимулировать рост и развитие растений, усваивать атмосферный азот в процессе своей жизнедеятельности. В связи с этим, разработка и внедрение в сельскохозяйственную практику биологических препаратов и биологических удобрений на основе бактерий Pseudomonas и Azotobacter, приобретает особое значение.
Среди высоко токсичных загрязнителей окружающей среды выделяются нефтепромысловые поллютанты (нефть и продукты ее переработки, нефтяные шламы и т.д.). Наиболее перспективные методы биоремедиации загрязненных объектов основаны на способности различных микроорганизмов усваивать углеводороды нефти. Поэтому поиск их отдельных видов и консорциумов, обладающих высокой скоростью роста, возможностью деструкции различных углеводородов и разработка экономичных, технологически простых в использовании биопрепаратов остается актуальной проблемой.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась разработка новых биопрепаратов для защиты сельскохозяйственных растений от болезней и восстановления окружающей среды от последствий нефтяного загрязнения. В соответствии с целью были поставлены основные задачи:
1. Выделить и охарактеризовать новые штаммы бактерий-антагонистов
грибных фитопатогенов родов Pseudomonas и Azotobacter.
Определить химическую структуру метаболитов с антибиотическими свойствами, продуцируемых бактериями-антагонистами родов Pseudomonas и Azotobacter.
Оценить эффективность применения новых штаммов бактерий родов Pseudomonas и Azotobacter для улучшения развития сельскохозяйственных растений и защиты их от болезней.
Выделить из нефтезагрязненных почв наиболее активные штаммы аборигенных микроорганизмов-деструкторов нефтепродуктов.
Разработать биопрепарат на основе этих штаммов и оценить его эффективность для ремедиации почв и водных поверхностей, загрязненных нефтью.
Разработать технологическую схему производства биопрепаратов для сельского хозяйства и восстановления окружающей среды.
Научная новизна. Из природных и техногенных местообитаний выделена и идентифицирована группа новых штаммов родов Pseudomonas и Azotobacter , проявляющих антагонистическую активность в отношении аэрогенных и почвообитающих фитопатогенных грибов. Штаммы Pseudomonas aureofaciens ИБ 51, Pseudomonas putida ИБ 17, Azotobacter vinelandii ИБ 1 и Azotobacter vinelandii ИБ 4 запатентованы в Российской Федерации в качестве основы биопрепаратов для защиты растений от грибных инфекций. Показано, что все выделенные штаммы микроорганизмов продуцируют фитогормоны, а штамм бактерий Pseudomonas aureofaciens ИБ 6 предложен в качестве продуцента цитокининов. Штамм Pseudomonas species ИБ 182, обладающий
5 высокой хитинолитической активностью, может быть использован для получения хитиназ (Пат. РФ № 2187553).
Впервые показано, что бактерии штамма Pseudomonas aureofaciens ИБ 51, являющиеся основой биопрепарата «Елена», способны продуцировать новый антибиотик, представляющий собой трипептид глицерина и подавляющий развитие фитопатогенных микромицетов.
Впервые определена химическая структура нового антибиотика, продуцируемого бактериями штамма Azotobacter vinelandii ИБ 4, являющихся основой биопрепарата «Азолен» и представляющего собой политиофосфат тетрааминосахарозы.
Выделен и идентифицирован природный консорциум микроорганизмов-нефтедеструкторов, содержащий штаммы бактерий Bacillus brevis ИБ ДТ 5-1 и Arthrobacter species ИБ ДТ 5-3. Указанный консорциум микроорганизмов, являющийся основой биопрепарата «Ленойл», обладает высокой деструктивной активностью по отношению к нефти и нефтепродуктам (Решение Роспатента от 14.01.2004 о выдаче Патента РФ по заявке № 2002121985/13).
Разработаны новые способы очистки водных поверхностей от нефти и нефтепродуктов, биологической рекультивации отбеливающей земли, содержащей нефтепродукты, основанные на использовании биопрепарата «Ленойл» (Решение Роспатента от 10.06.2004 о выдаче Патента РФ по заявке № 2002132519/13; Решение Роспатента от 21.04.2004 о выдаче Патента РФ по заявке № 2002135839/13).
Практическая значимость. Разработаны для защиты сельскозяйствен-ных растений и повышения их урожайности новый биопрепарат «Елена» и новое микробиологическое удобрение «Азолен». Проведен комплекс производственных испытаний в условиях открытого и закрытого грунтов, подтвердивших эффективность новых разработок. Разработан для восстановления окружающей среды биопрепарат-нефтедеструктор «Ленойл», биопрепарат используется в настоящее время в ОАО «Орскнефтеоргсинтез» в процессе
биологической рекультивации отбеливающей земли, являющейся крупнотоннажным отходом нефтепереработки. Разработан и внедрен на ГУЛ «Опытный завод Академии Наук Республики Башкортостан» технологический регламент опытно-промышленного производства новых биопрепаратов. Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
новые штаммы бактерий Pseudomonas aureofaciens и Ps. putida, обладающие комплексом свойств, положительно влияющих на развитие растений;
новые штаммы бактерий Azotobacter vinelandii, обладающие совокупностью полезных свойств, стимулирующих развитие растений;
- структура и свойства новых метаболитов PGPR микроорганизмов,
обладающих антагонистической активностью по отношению к фитопатогенам;
новый природный консорциум микроорганизмов-нефтедеструкторов, способный окислять углеводороды как алифатического, так и ароматического ряда;
- методы концентрирования биомассы в процессе производства биопрепаратов
для сельского хозяйства и восстановления окружающей среды.
Апробация результатов. Основные результаты исследований были представлены на Международной научно-практической конференции «Хозяйственно-питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования» (Пенза, 2000), Всероссийской конференции «Почва, жизнь, благосостояние» (Пенза, 2000), Международной научно-практической конференции «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля» (Пенза, 2000), II Всероссийской научно-практической конференции «Огходы-2000» (Уфа, 2000), XIV Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2001), VI Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях» (Москва, 2001), XV Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2002), I Международном Конгрессе «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2002), Все-
7 российской научно-практической конференции «Роль средств химизации в повышении продуктивности агроэкосистем» (Уфа, 2003), II Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, 2003), Семинаре-презентации инновационных научно-технических проектов «Биотехнология - 2003» (Пущино, 2003), II Московском Международном Конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2003), II Всероссийской научной Internet-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и механики многофазных систем» (Уфа, 2003), научно-практической конференции «Теоретические и практические вопросы мониторинга, предупреждения, ликвидации и рекультивации последствий нефтяного загрязнения» (Ханты-Мансийск, 2003).
Публикации. Основные результаты исследований изложены в 62 научных публикациях, включая 10 патентов Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из двух томов. Том I содержит введение, обзор литературы, экспериментальную часть (5 глав), заключение, выводы, список цитируемой литературы; том II содержит 36 приложений. I том работы изложен на 296 страницах, содержит 72 таблицы и 22 рисунка. Список цитируемой литературы включает 343 наименования, из них 199 на русском языке.
