Микробиологический состав для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и их защиты от вредителей и болезней

Изобретение относится к биотехнологии. Микробиологический состав для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и их защиты от насекомых-вредителей и болезней содержит в 1 г сухой крахмально-сахарозной смеси 2 млрд. жизнеспособных спор и клеток бактерий В. subtilis 26Д (ВНИИСХМ 128), 1 млрд. В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и 1 млрд. В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066). Изобретение позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур.2 табл.

 

Безопасная для здоровья человека и благополучия окружающей среды защита сельскохозяйственных культур от вредителей и болезней - одна из необходимых составляющих частей так называемого «органического земледелия». Основными компонентами такого способа борьбы с вредными организмами в настоящее время являются биологические препараты.

Известно, что представители двух основных царств организмов способны наносить существенный вред растениеводству - насекомые и микроскопические грибки. Для борьбы с первыми в качестве безопасных средств используются биоинсектициды, а со вторыми - биофунгициды.

Очевидно, что наиболее эффективными биологическими пестицидами (биопестицидами) будут те, которые проявляют тройной эффект от применения: уменьшают распространение грибных болезней, насекомых-вредителей, а также повышают урожайность сельскохозяйственных культур. Удобной формой таких биопрепаратов является твердая, порошкообразная, так как жидкие препараты требуют хранения в герметично закрытой таре в особых условиях, а сама тара, в настоящее время в виде пластика, создает новую задачу ее безопасной утилизации, в то время как порошки могут храниться в бумажных пакетах или мешках из плотного картона, которые затем можно утилизировать сжиганием.

Таким образом, необходимо решить задачу создания порошкообразного препарата биологического происхождения, обладающего одновременно способностью уменьшать распространение грибных болезней, насекомых-вредителей, повышать урожайность сельскохозяйственных культур при обработке вегетирующих растений, так как насекомые преимущественно поражают культуры именно при вегетации.

Наиболее эффективной основой таких препаратов являются сами микроорганизмы, подавляющие распространение и развитие фитопатогенных грибов и насекомых-вредителей, т.е. обладающие антагонистической активностью и энтомопатогенными свойствами, а также стимулирующие рост растений. Так, например, известен штамм бактерий Bacillus thuringiensis ВКПМ В-9790, обладающий множественной пестицидной активностью, а именно инсектицидной активностью против личинок жесткокрылых насекомых, фунгицидной активностью против возбудителей корневых гнилей - Fusarium graminearum, Rhizoctonia solani и других фитопатогенных грибов [1]. Недостатком штамма является отсутствие свойства повышать урожайность сельскохозяйственных культур.

В качестве средства комплексного воздействия на вредных жесткокрылых насекомых и фитопатогенные грибы предложен также штамм В. thuringiensis var. darmstadiensis №25 (BtH₁₀№25) [2]. Согласно этому изобретению микроорганизм может быть использован при производстве полифункционального средства защиты растений от вредных жесткокрылых насекомых и фитопатогенных грибов. Изобретение позволяет повысить также всхожесть семян растений. Однако фиторегуляторная активность препаратов на основе этого штамма проявляется только при предпосевном замачивании семян сельскохозяйственных культур, что не позволяет обрабатывать вегетирующие растения.

Известен штамм В. Thuringiensis, проявляющий способность подавлять развитие мучнисой росы на флаг-листе и стеблевую ржавчину вегетирующих растений [3]. Но данный биоагент выделен авторами из внутренних тканей растений пшеницы, т.е. является ее спутником и не позволяет защищать другие культуры.

Вместе с тем выделен другой штамм бактерий Bacillus subtilis AQ713 [4], проявляющий фунгицидную и фунгистатическую активность по отношению к широкому кругу фитопатогенных грибов, поражающих разные культуры, но проявляющий инсектицидную активность по отношению только к блошкам, что не позволяет его применять, например, для уменьшения численности трипсов, колорадского жука и т.д.

Казахскими учеными создан бактериальный препарат «Турингин-Ф» комплексного действия путем выращивания штамма В. thuringiensis var. thuringiensis 20/3 [5]. Этот препарат может защищать растения от листогрызущих насекомых, стеблевых нематод и возбудителей корневых болезней растений, но не позволяет бороться с фитопатогенами, поражающими листья.

Известны также препараты, созданные на основе консорциумов микроорганизмов, например из четырех штаммов почвенных бактерий-антагонистов: Bacillus polymixa, В. thuringiensis, Pantoea agglomerans, P. chlororatis [6]. Препарат на основе такого состава микроорганизмов может быть использован в условиях открытого и закрытого грунтов, на всех стадиях роста растений для эффективного подавления развития серой гнили и мучнистой росы томата и огурца, бактериального рака клевера, сосудистого бактериоза капусты, угловатой пятнистости огурца, фузариозного увядания томата, гельминтоспороза ячменя, корневых гнилей хлопчатника, однако предназначен для заселения ризосферы растений и не обладает инсектицидной активностью.

Одним из простых способов решения поставленной задачи может быть объединение в одном продукте двух порошкообразных микробиологических препаратов, обладающих различной активностью и взаимодополняющими свойствами. К таким препаратам можно отнести, например, отечественный биофунгицид фитоспорин (штамм В. subtilis 26Д, ООО НВП «БашИнком»), согласно изобретению №2099947 [7], который может производиться в форме порошка, а также биоинсектицид битоксибациллин (В. thuringiensis ssp. thuringiensis BtH₁98, ООО ПО «Сиббиофарм»), также в порошкообразной форме. Оба препарата разрешены к применению на территории России в качестве основы биопестицидов, но каждый из них проявляет только одно свойство по отношению к вредным организмам. При этом известно, что обработка растений препаратом на основе штамма В. subtilis 26Д повышает также урожайность сельскохозяйственных культур благодаря наличию у бактерий ростстимулирующей активности [8]. Однако данные о результатах применения комплексного препарата, состоящего из двух биопестицидов с удовлетворяющими нас свойствами не известны в открытой печати, в связи с чем такая смесь выбрана нами в качестве прототипа.

Поставленная выше задача решается тем, что для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и их защиты от вредителей и болезней предлагается микробиологический состав, содержащий в 1 г сухой крахмально-сахарозной смеси 2 млрд. жизнеспособных спор и клеток бактерий В. subtilis 26Д (ВНИИСХМ 128), 1 млрд. В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и 1 млрд. В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066).

Штамм В. thuringiensis subsp. thuringiensis В5689 (имя-синоним штамма ВНИИВЭА-177) выделен из личинки овода Тюменской области, депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов Государственного научного центра Российской Федерации ФГБУ Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов («ГосНИИгенетика») и был получен из указанной коллекции.

Штамм В. thuringiensis ssp. kurstaki В6066 (имя-синоним штамма Т03А001, HD73) депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов Государственного научного центра Российской Федерации ФГБУ Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов («ГосНИИгенетика») и был получен из указанной коллекции.

Состав готовится следующим образом. Препарат, содержащий споры и клетки бактерий штамма В. subtilis 26Д, получают, культивируя микроорганизм в жидкой полусинтетической среде, а затем высушивая вместе с крахмально-сахарозной смесью, согласно процедуре, описанной в работе В.Д. Недорезкова (2003). Получают препарат, содержащий не менее 4 млрд. жизнеспособных спор в 1 г порошка. Препараты, содержащие клетки и споры В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066), получают, культивируя соответствующие бактерии в коммерческой L-среде по Miller, например компании «DIFCO», затем получают сухой препарат крахмально-сахарозной смеси по методу, описанному в работе В.Д. Недорезкова (2003). Получают препараты, содержащие, соответственно, не менее 4 млрд. жизнеспособных спор В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066) в 1 г каждого порошка.

Затем смешивают порошки в соотношении масс 2:1:1 (содержащие, соответственно, В. subtilis 26Д (ВНИИСХМ 128); В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689); В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ B6066)), получают сухую массу, содержащую в 1 г 2 млрд. жизнеспособных спор и клеток бактерий В. subtilis 26Д (ВНИИСХМ 128), 1 млрд. В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и 1 млрд. В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066). Получают микробиологический состав (МС), содержащий бактерии В. subtilis 26Д с биофунгицидными свойствами и способностью повышать урожайность сельскохозяйственных культур, а также указанные В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066), проявляющие инсектицидные свойства и относящиеся к группе микроорганизмов IV класса опасности, что согласно паспортам этих штаммов, хранящихся во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов, позволяет использовать бактерии в качестве основы биоинсектицидов.

Для оценки решения поставленной задачи полученным МС обрабатывали вегетирующие растения яровой пшеницы сорта «Ватан» (таблица 1) и картофеля сорта «Рока» (таблица 2). Сельскохозяйственные культуры выращивали по общепринятой на Южном Урале агротехнике их возделывания.

В качестве прототипа использовали смесь сухих коммерческих препаратов фитоспорин (производитель ООО НВП «БашИнком», содержание спор и клеток В. subtilis 26Д (ВНИИСХМ 128) 2 млрд./г) и битоксибациллин (производитель ООО ПО «Сиббиофарм», содержание спор В. thuringiensis ssp. thuringiensis 20 млрд./г). Препараты применяли в дозах, рекомендованных их производителями - в количестве 1 кг на 1 га посевов. Порошки суспендировали в воде из расчета 300 л суспензии на 1 га. Площадь делянок составляла 50 кв. м, опрыскивание посевов проводили с помощью ранцевого опрыскивателя. Учет распространения болезней и насекомых-вредителей проводили согласно рекомендациям [10-12]. Учет урожайности проводили сплошной уборкой с делянки хозяйственной части урожая. Результаты сравнительного применения МС и прототипа приведены в таблицах 1 и 2.

Как видно по результатам испытаний на посевах яровой пшеницы (таблица 1) при двукратном применении препарата МС с меньшим количеством спор и клеток бактерий (1 млрд. КОЕ/г против 10,5 млрд. КОЕ/г) и меньшим расходом (2 кг/га МС против 4 кг/га прототипа) достигается большая прибавка урожайности (в 4,2 раза больше, чем у прототипа). При этом наблюдается равная (против трипсов) или более высокая (жук кузька, мучнистая роса, корневые гнили) степени биологической эффективности в защите от вредных организмов, причем как против болезни подпочвенных органов (корневые гнили), так и листовой болезни (мучнистая роса).

Большая эффективность применения МС (двукратно с общим расходом 2 кг/га) против насекомого вредителя (колорадский жук) и болезни (фитофтора) в сравнении с прототипом (двукратно с общим расходом 4 кг/га) получена при испытании на посадках картофеля (таблица 2). При равной прибавке урожайности (НСР₀₅ свидетельствует об отсутствии значимых различий в сравнении с прототипом) обработка растений МС позволяет увеличить общий выход крахмала как технического продукта на 1,49 т с гектара больше в сравнении с прототипом.

Как свидетельствуют полученные результаты, разработанный МС позволяет существенно улучшить свойства механической смеси известных биофунгицида и стимулятора роста растений фитоспорин и биоинсектицида битоксибациллин, позволяя даже при двукратном уменьшении количества МС, а также десятикратном уменьшении концентрации микроорганизмов в сухом его препарате получить для семи из девяти показателей лучший эффект при равенстве двух. Технический эффект изобретения достигнут тем, что вместо штамма В. thuringiensis ssp. thuringiensis BtH₁98 взят штамм В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ B5689), а состав дополнен штаммом В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066), что в совокупности позволяет достичь указанных выше эффектов в защите растений и прибавке урожайности, при этом возможно уменьшение концентрации спор и клеток микроорганизмов в 1 г препарата в 2,75 раза в сравнении с прототипом, что относится к признаку «существенный результат».

Библиография

1. Азизбекян P.P., Кузин А.И., Кузнецова Н.И., Григорьева Т.М. и др. Штамм бактерий Bacillus thuringiensis, проявляющий фунгицидную активность, инсектицидную активность и подавляющий вирулентные свойства фитопатогенных бактерий Erwinia carotovora. Патент РФ №2347809. Опубл. 27.02.2009. Бюл. №6.

2. Тихонович И.А., Гришечкина С.Д., Ермолова В.П., Романова Т.А. и др. Штамм Bacillus thuringiensis var. darmstadiensis n 25 в качестве средства комплексного воздействия на вредных жесткокрылых насекомых и фитопатогенные грибы. Патент РФ №2514023. Опубл. 26.12.2012. Бюл. №5.

3. Aili Taoa, Fahu Panga, Siliang Huang, Congming Yua et al. Characterisation of endophytic Bacillus thuringiensis strains isolated from wheat plants as biocontrol agents against wheat flag smut. Biocontrol Science and Technology. 2014. V. 24. No 8. P. 901-924.

4. Heins S.D., Manker D.C., Jimenez D.R., McCoy R.J. et al. Strain of bacillus for controlling plant diseases and corn rootworm. USA Patent 6,060,051. May 9, 2000.

5. Саданов А.К., Айткельдиева С.А., Шемшура О.Н., Гаврилова Н.Н. и др. Способ получения бактериального препарата «Турингин-ф» комплексного действия. Патент Республики Казахстан №29697. Опубл. 15.04.2015. Бюл. №4.

6. Авдиенко И.Д., Исмаилов З.Ф., Рябченко Н.Ф., Скрябин К.Г. и др. Консорциум штаммов-антагонистов для борьбы с бактериальными и грибковыми болезнями растений Патент РФ №2149552. Опубл. 27.05.2000. Бюл. №3.

7. Смирнов В.В., Сорокулова И.Б., Бережницкая Т.Г., Ваньянц Г.М. и др. Биопрепарат фитоспорин для защиты растений от болезней. Патент РФ №2099947. Опубл. 27.12.1997. Бюл. №12.

8. Киреева Н.А., Водопьянов В.В., Григориади А.С., Новоселова Е.И. и др. Эффективность применения биопрепаратов для восстановления плодородия техногенно-загрязненных почв. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12. №1(4). С. 1023-1026.

9. Недорезков В.Д. Биологическое обоснование применения эндофитных бактерий в защите пшеницы от болезней на Южном Урале. Дисс. доктора биол. наук. Уфа, 2003. С. 172-178.

10. Мегалов В.А. Выявление вредителей полевых культур. М.: Колос, 1968. 174 с.

11. Санин С.С. Фитосанитарная экспертиза зерновых культур. Болезни растений: рекомендации. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2002. 140 с.

12. Эльчибаев А.А Шкалы для оценки поражения болезнями сельскохозяйственных культур (методические рекомендации). Воронеж: ВНИИЗР, 1981, 81 с.

Микробиологический состав для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур и их защиты от вредителей и болезней, содержащий в 1 г сухой крахмально-сахарозной смеси 2 млрд. жизнеспособных спор и клеток бактерий В. subtilis 26Д (ВНИИСХМ 128), 1 млрд. В. thuringiensis ssp. thuringiensis (ВКПМ В5689) и 1 млрд. В. thuringiensis ssp. kurstaki (ВКПМ В6066).