Введение к работе
Актуальность темы. Проблема загрязнения окружающей среды экотоксикантами, оскудение лесных угодий в начале XXI века привели к тому, что население Дальневосточного Федерального округа России все меньше используют дикоросы для пищевых хозяйственных целей (Мухамедшин, 2005). Грибы белковая, деликатесно-целебная пища, важный источник адаптогенов, становятся опасными и малодоступными для жителей региона. В то же время во всем мире наблюдается всевозрастающий бум производства и потребления культурных безопасных грибов. В условиях нарастания угрозы глобального продовольственного кризиса, культивируемые грибы призваны мировым сообществом, наряду с соей, птицей, рыбой, решать проблемы дефицита белка и сбалансированного (здорового) питания (Гарибова, 2005; Заикина и др., 2007). Успешное становление регионального культивирования грибов и его научного обеспечения актуальная, своевременная задача для дальневосточной агробиологической науки в первой четверти XXI века, отвечающая целям продовольственной безопасности и создания новых рабочих мест в городах и сельской местности.
Современные исследования в областях фунгобиохимии и фунготерапии показали, что вешенка, как и некоторые другие грибы-ксилотрофы, является продуцентом редких целебных и онкостатических соединений: антибиотиков, антиоксидантов, иммуномодулирующих полисахаридов (-Д-глюканы) и димерных лектинов (Wang et al., 2000; Zhao et al., 2000; Бухман и др., 2003; Меерович и др., 2005; Краснопольская и др. 2006; Заикина и др., 2007).
В последние годы отмечаются отечественные и зарубежные исследования, в которых особое значение придается оптимизации культивирования путем регулирования абиотических и биотических факторов, защите инокулируемых сельскохозяйственных субстратов и мицелия вешенки от конкурентных микромицетов в условиях полустерильной евротехнологии выращивания (Дудка, Вассер, 1978; Павлов, Девочкин, 1987; Бисько, Дудка, 1987; Дудка и др., 1992; Морозов, Тимофеев, 2001; Карпов, Тишенков, 2003; Сычев, Ткаченко, 2003; Морозов, 2004; Матершев, 2006, 2007; Тишенков, 2009).
Ситуация развития грибоводства в Приамурье связана, в первую очередь, с массовым выращиванием вешенки обыкновенной (Pleurotus ostreatus) как наиболее перспективного вида (Беляев, 2000; Измоденов, 2008).
Проблемы эффективного интенсивного культивирования грибов во многом обусловлены отсутствием региональных исследований и слабой изученностью многих экологических аспектов (влияние сезонного фактора (освещенность), конкурентных отношений между базидиомицетами и микромицетами и другие), а также недостаточным использованием различных видов и штаммов из рода Pleurotus.
Несмотря на многообразие исследований, выполненных в России и за рубежом, разработка биотехнологических принципов селективных субстратов, создание искусственных фунгоэкосистем и оценка устойчивости различных видов Pleurotus остается одной из основных проблем экологизации дальневосточного культивирования грибов.
Цель исследования: разработать экологические принципы оптимизации процессов функционирования искусственных фунгоэкосистем для интенсивного выращивания вешенки в условиях Хабаровского Приамурья.
Задачи исследования:
1. Определить биологический и хозяйственный потенциал видов и штаммов Pleurotus перспективных для возделывания в условиях Приамурья.
2. Разработать методические основы оптимизации культивирования видов и штаммов рода Pleurotus путем регулирования абиотических и биотических факторов среды.
3. Разработать метод экстенсивного культивирования Pleurotus с оптимизацией процесса путем использования в качестве субстратного посадочного мицелия материал, полученный после стерильного интенсивного процесса выращивания.
4. Выявить новые возможности культивирования Pleurotus ostreatus в условиях полустерильных и нестерильных фунгоэкосистем на основе «селективных живых субстратов» с чистыми культурами Bacillus cereus и Bacillus subtilis.
Защищаемые положения:
1. Разные адаптивные возможности окультуренных видов и коллекционных штаммов рода Pleurotus позволяют выявить условия для оптимизации их культивирования и оценить влияние различных биотических и абиотических факторов на продуктивность грибов.
2. Продуктивность грибов рода Pleurotus зависит от характера конкурентных отношений между микромицетами и термофильными природными микроорганизмами, которые улучшают ферментацию и селективность субстрата. В результате применения селективной среды для посадочного мицелия Pleurotus ostreatus повышается адаптивный потенциал, и создаются условия для эффективного культивирования грибов.
3. Искусственно созданная модельная микроэкосистема (Pleurotus + Bacillus) активизирует ферментацию субстрата и ингибирование роста микромицетов. В этом случае исключается конкуренция за субстрат и необходимость в использовании химических фунгицидов.
Научная новизна. Впервые выполнена научно-исследовательская работа, которая является новой (пионерной) в направлении создания искусственных микроэкосистем на Дальнем Востоке и затрагивает ряд важных аспектов экологии, микологии и биотехнологии. На примере культивирования различных видов и штаммов грибов рода Pleurotus научно обоснованы, разработаны и экспериментально подтверждены экологические принципы функционирования искусственных фунгоэкосистем в Хабаровском Приамурье.
Впервые наиболее перспективным для Приамурья объектом грибоводства определен вид вешенка обыкновенная (Pleurotus ostreatus), выделены другие перспективные виды и штаммы Pleurotus, пригодные для использования, как при интенсивном, так и экстенсивном культивировании.
Впервые дана оценка отличительных элементов стерильного (азиатский) и нестерильного (европейский) методов интенсивного культивирования Pleurotu и сформирована научно-технологическая система эффективного массового получения грибов в условиях Хабаровского Приамурья.
Впервые детально разработаны научно-методические основы получения качественных «селективных живых субстратов» с использованием Bacillus subtilis, особенно Bacillus cereus.
Практическая значимость. Разработаны способы, способствующие стабилизировано-прогрессивному выращиванию Pleurotus ostreatus в региональных условиях. Впервые определены рациональные нормы расхода важных компонентов: питательных добавок к соломистому и опилочному субстрату; количество мицелия; объем микроэкосистемы.
Результаты биохимических исследований выявили различие содержания сырого протеина, макро- и микроэлементов у исследуемых видов и штаммов рода Pleurotus в зависимости от времени года.
На основе созданной и сохраняемой генетической коллекции культивируемых видов Pleurotus впервые организовано производство качественного посадочного мицелия на зерне овса. Исследования в области интенсивной культуры Pleurotus, производства качественного посадочного мицелия и сохранения генетической коллекции грибов-ксилотрофов поддержаны грантами Правительства Хабаровского края №15261 от 30.12.2005 года, №15353 от 2.02.2007 года и №15383 от 10.01.2008 года. По материалам диссертационных исследований получен патент РФ на изобретение «Способ интенсивного выращивания вешенок и производство субстратного посадочного мицелия для их экстенсивного культивирования» № 2378821 от 17.04.2008.
Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом исследований автора, выполненных согласно планам НИР ГНУДВ ордена ТКЗ НИИ РАСХН. Фактические данные по разработке эколого-технологических вопросов, связанных с созданием искусственных микроэкосистем, получены автором при его непосредственном участии в лабораторных опытах, включая проведение модельных экспериментов, приготовление питательных сред и субстратов, анализ и обобщение полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных научных конференциях: «Дендрарию Дальневосточного НИИ лесного хозяйства 110 лет» (Хабаровск, 2006); «Лесные биологически активные ресурсы» (Хабаровск, 2007); на межрегиональной научно-практической конференции «Ресурсы и экологические проблемы Дальнего Востока» (Хабаровск, 2006); на сессии, посвященной 70-летию ГНУДВ ордена ТКЗ НИИ РАСХН «Энергосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Дальнего Востока» (Хабаровск, 2005); на региональной научной конференции «Природопользование на Дальнем Востоке России» (Хабаровск, 2006); на IV и V Казьминских научных чтениях «Научные основы повышения эффективности сельскохозяйственного производства на Дальнем Востоке России (Хабаровск, 2005), «Современное научное обеспечение дальневосточной аграрной отрасли» (Хабаровск, 2006); на Втором Дальневосточном международном экономическом форуме «Инновационное развитие как приоритет экономической политики в регионах Востока России» (Хабаровск, 2007); на международной научной конференции «Российско-китайское приграничье в интеграционных процессах в СВА: проблемы и перспективы» (Благовещенск, 2007); в региональной конференции «Молодые ученые аграрному комплексу ДФО» (г. Благовещенск, 2005); во всероссийской конференции с международным участием «Состояние лесов Дальнего Востока и актуальные проблемы лесоуправления» (Хабаровск, 2009); на VIII и IX Хабаровских краевых конкурсах молодых ученых и аспирантов (Хабаровск, 2006, 2007; диплом III степени).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 научных печатных работ, в т.ч. в изданиях, рекомендованных ВАК 2, патент РФ на изобретение 1.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 153 страницах компьютерного текста, содержит 35 таблиц и 25 рисунков. Состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и рекомендаций. Список литературы включает 194 источника, в т.ч. 23 иностранных авторов.
