Биологические особенности, факторы развития и применение микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1

Таблица 1 - Основы систематики грибов

Название класса	Строение мицелия	Какими спорами представлено размножение	Представители
		половое	бесполое
Аскомицеты	Пора, наружная стенка, грифы	Половой процесс сумок	кондиями	Трюфели, сморчки, дрожжи
Зигомицеты	Мицелий не клеточный. Состав клеточных стенок-глюканы целлюлоза	Половое, собственно, бесполое, вегетативное. Зигота, мейоза	эндогенно в спорангиях экзогенно в конидиеносцах	хищные грибы
Базидиомицеты	Клетка-2 гаплоидных ядра(дикарион) возле септы-пряжка	соматогамии две вегетативные одно- ядерные клетки гаплоидного мицелия	кондиями	белые, маслята, сыроежки
Дейтеромицеты	мицелий хорошо развитый, клеточный в стенках-хитин		конидиями	Cephalosporium, Alternaria, Trichoderma, Cladosporium

Таблица 2. - Влияние факторов среды на развитие микроорганизмов

Факторы среды	Критические пределы	Действие	Практическое использование этих знаний
		микробоцидное	микробостатическое
Температура: Низкая	психрофилы: 0С - 40С;	при низких температурах психрофилы впадают в состояние анабиоза;		Возможность использования температуры для уничтожения микроорганизмов
высокая	мезофилы: 10С - 45С; термофилы: 30С - 76С.	погибают при температуре 165--170°С в течение часа	развиваются при t выше 55°С,
Влажность: низкая высокая	20% - 95%	Высушивание приводит к обезвоживанию цитоплазмы, нарушается целостность цитоплазмагической мембраны, что ведет к гибели клетки		Возможность использования влажности (высушивания) для уничтожения микроорганизмов
Химические вещества (их названия)	NaCl	в больших количествах	в малых количествах	Для дезинфекции
	фенолы, соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи	в качестве дезинфицирующих средств
	Антисептики	Уничтожение		Уничтожение микроорганизмов

Таблица 3 - Типы питания микроорганизмов

Типы питания	Источник энергии	Источник углерода	Микробы
Фотоавтотрофы	солнечный свет	органические вещества	Фототрофные бактерии, осуществляющие бескислородный и кислородный фотосинтез
Фотогетеротрофы	солнечный свет	органические вещества	Архебактерии
Хемоавтотрофы	химические реакции	неорганические вещества	Возбудители столбняка, газовой гангрены
Хемогетеротрофы: сапрофиты паразиты	химические реакции	неорганические вещества	Bdellovibrio, паразитирующие в других бактериях, Spiromonaceae, Клубеньковые бактерии, Кишечная палочка, возбудитель брюшного тифа, Возбудители дифтерии, Возбудители туберкулеза, проказы

Таблица 4 - Способы получения энергии микробами

Источники энергии	Исходные вещества	Конечные продукты	Источник кислорода (свободный)	Представители
Аэробное дыхание: полное окисление органических веществ	углеводы, белки, жиры, спирты, органические кислоты и пр.	СО2, Н2О	свободный	микобактерии туберкулеза
неполное окисление органических веществ	углеводы, белки, жиры, спирты, органические кислоты и пр.	молекулярный кислород, СО2, Н2О	свободный	актиноисцеты, бруцеллы, лептоспиры
окисление неорганических соединений	неорганические соединения	органические кислоты	свободный	возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка
Анаэробное дыхание: сульфатное	сульфат	сульфид	связанный
нитратное	нитрат	молекулярный азот	связанный	бактерии-денитрификаторы
брожение	углеводы растительного происхождения, аминокислоты и др.	органические кислоты, спирты, ацетон, СО2, вода	связанный	молочнокислые бактерии, дрожжи

Рисунок 1: Морфологические признаки грибов: Мукор, Пенициллиум, Аспергиллус, Триходерма. Отметки: 1 - одноклеточный мицелий, 2 - многоклеточный мицелий, 3 - спорангий со спорами, 4 - спорангиеносец, 5 - конидии, 6 - конидиеносец.



Рисунок 2: Шаровидные, палочковидные, извитые и нитчатые формы бактерий.

Рисунок 3: Внутренняя структура бактериальной клетки. Отметки: 1 - клеточная стенка, 2 - цитоплазматическая мембрана, 3 - нуклеоид, 4 - цитоплазма, 5 - рибосомы, 6 - мезосомы, 7 - включения запасных питательных веществ.



Рисунок 4: Бациллярное, клостридиальное, плектридиальное расположение спор (а, b, c).

Рисунок 5: Бактерии с различным числом и расположением жгутиков.

Задание 2

2.1 Влияние температуры на жизнедеятельность микроорганизмов. Практическое использование действия высоких и низких температур

Температура -- важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

§ психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;

§ мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум -- при 5-10 °С, максимум -- при 50-60 °С;

§ термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом -- при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов. Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

Наблюдения показывают, что количество микробов, погибших при замораживании продуктов, нередко достигает 80--90% от их первоначального содержания. Микроорганизмы, оставшиеся в живых, вначале инактивируются холодом, но при дальнейшем хранении охлажденного или замороженного продукта при температуре не ниже минус 8°С их жизнедеятельность постепенно восстанавливается Губительно действуют на микробы повторное замораживание и оттаивание продукта.

Многие бактерии в жидком водороде при температуре минус 253°С часами остаются живыми. Холерный вибрион и кишечная палочка могут долгое время сохраняться во льду. Возбудители дифтерии переносят замораживание в течение 3 мес, возбудители чумы -- до 1 года. Особенно устойчивы к низким температурам вирусы и бактерии, образующие споры, менее устойчивы такие патогенные бактерии, как гонококки, менингококки, бледная спирохета, риккетсии.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С -- через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.

Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах -- автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.

2.2 Аэробные свободноживущие азотофиксирующие микроорганизмы. Их биологические особенности. Значение и практическое использование

Впервые выделить культуру свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов удалось в 1893 году С.Н. Виноградскому. Он выделил почвенный спороносный анаэробный микроорганизм, относящийся к роду Clostridium, названный автором в честь выдающегося французского микробиолога Л. Пастера Clostridium pasteurianum. В 1901 году М. Бейеринк выделил аэробно живущий почвенный микроорганизм Azotobacter, способный к азотфиксации, неприхотливый при выращивании. Этот микроорганизм интенсивно исследуют не только как удобную модельную культуру, но и применяют в технологии обогащения сельскохозяйственных посевов биологическим азотом. С тех пор коллекции свободноживущих азотфиксаторов постоянно увеличиваются, особенно с 1949 года, когда в арсенал методов регистрации фиксации азота вошли метод изотопных индикаторов и реакция восстановления ацетилена в этилен, катализируемая основным ферментом системы азотфиксации - нитрогеназой. Тогда выяснилось, что способностью к фиксации азота обладают большинство аноксигенных фототрофных бактерий, многие цианобактерии, некоторые бациллы, клебсиеллы и др.

К свободноживущим азотофиксирующим микроорганизмам относятся представители сем. Azotobacteriaceae, а именно Род Azotobacter впервые был выделен голландским ученым Мартином Бейериком в 1901 году из огородной почвы. Азотобактер требователен к субстрату и особенно реагирует на дефицит фосфора. На бедных почвах он не развивается. В связи с этим его используют в качестве индикатора на содержание в почве фосфора и калия. Азотобактер плохо развивается в кислой среде, растет при рН 5,5 - 7,8 и более влаголюбив, чем другие микроорганизмы почвы. Азотобактер широко распространен в почвах разных географических широт. В целинных почвах азотобактер встречается редко, и по мере их окультуривания, создания необходимых условий численность его возрастает. Положительное действие азотобактера на растения объясняется тем, что он выделяет в окружающую среду витамины и другие биологически активные вещества: никотиновую и пантотеновую кислоты, гиббереллин, гетероауксин.

Молодые клетки азотобактера представляют собой палочки размером 2-3Ч4-6 мкм. Позже они превращаются в крупные кокки диаметром 4 мкм. Кокковидные клетки обычно покрыты капсулой и содержат различные включения (жир, крахмал, поли-в-гидроксимасляную кислоту и т.д.).

У кокковидных клеток некоторых видов азотобактера появляется толстая оболочка, и они превращаются в цисту. На одних питательных средах палочки быстро приобретают кокковидную форму, на других - лишь по истечению длительного времени. Палочковидные клетки азотобактера имеют жгутики и обладают подвижностью. При переходе палочек в кокки жгутики обычно теряются.

Все виды азотобактера аэробны. Источник азота для них - соли аммония, нитриты, нитраты и аминокислоты. При отсутствии связанных форм азота азотобактер фиксирует молекулярный азот. Небольшие дозы азотсодержащих соединений не приводят к депрессии фиксации азота, а иногда даже стимулируют её. Увеличение дозы связанного азота в среде полностью подавляет усвоение молекулярного азота. Энергия усвоения азота у отдельных культур азотобактера колеблется в широком диапазоне. Активные культуры связывают 15...20 мг азота на 1 г. потребленного органического вещества.

Азотобактер способен использовать большой набор органических соединений - моно- и дисахариды, некоторые полисахариды (декстрин, крахмал), многие спирты, органические кислоты, в том числе ароматические. Вообще азотобактер проявляет высокую потребность в органических веществах, поэтому в больших количествах встречается в хорошо удобренных почвах.

Из описанных видов азотобактера наиболее изучены A. chroococcum, A. beigerinckii, A. vinelandii и A. paspali. Перечисленные виды различаются по размерам и форме клетки, а так же по некоторым другим признакам, в частности пигментации колоний. Так, колонии A. chroococcum имеют бурый, почти черный цвет, A. vinelandii выделяют желтый пигмент зеленой флуоресценции, A. paspali так же продуцируют желтый пигмент. В почве чаще всего встречается A. chroococcum.

Аэробный свободноживущий азотфиксатор Clostridium pasteurianum. Этот микроб был открыт в 1893 г. С.Н. Виноградским и назван в честь Л. Пастера. Энергию, получаемую в результате маслянокислого брожения органических форм углерода (моно-, ди- и полисахаридов), использует на связывание молекулярного азота. Азотфиксирующая способность составляет 10-12 мг азота на 1 г сброженного сахара. Эти микроорганизмы встречаются во всех почвах.

Аэробный свободноживущий азотфиксатор Азотобактер (Azotobacter chroococcum). зотобактер впервые выделен в чистой культуре голландским ученым М. Бейеринком в 1901 г. В настоящее время известно около 10 видов азотобактера. Наиболее распространенным и хорошо изученным является Azotobacter chroococcum - обитатель почв всех типов, кроме кислых. Образует на плотной питательной среде Эшби колонии с бурым, почти чёрным пигментом. Для Azotobacter agilis характерны бесцветные колонии, Azotobacter vinelandii дает флуоресцирующую желтовато-зеленоватую окраску колоний. Азотфиксирующая способность у азотобактера составляет 15-20 мг азота на 1 г потребляемого органического вещества.

Род Beijerinckia был выделен из кислых почв рисовых полей в Индии (в 1939 г.). Г. Деркс (1950), обнаружив эту бактерию в почве Ботанического сада в Богоре (Ява), предложил назвать ее именем М. Бейеринка -- одного из первых исследователей фиксаторов азота.

Клетки бактерий рода Beijerinckia имеют круглую, овальную или палочковидную формы; палочки иногда искривлены. Размеры молодых клеток 0,5-2,0 х 1,0-4,5 мкм. Встречаются подвижные и неподвижные формы. Цист и спор не образуют. Культуры характеризуются медленным ростом. Типичные колонии формируются обычно через 3 недели при 30°С. Большинство культур Beijerinckia образует на безазотном агаре с глюкозой выпуклые, нередко складчатые, блестящие слизистые колонии очень вязкой консистенции. При старении культуры, как правило, образуют темноокрашенный пигмент.

На 1г использованного энергетического материала организмы рода Beijerinckia фиксируют 16-20 мг молекулярного азота. Спектр углеродсодержащих соединений, доступных бейеринкии, значительно уже, чем у азотобактера. Хорошо используются моно- и дисахариды, хуже - крахмал, органические кислоты, ароматические вещества не усваиваются. Минеральный азот и многие аминокислоты бактерии рода Beijerinckia предпочитают молекулярному азоту.

Основные отличия бейеринкии от азотобактера -- высокая кислотоустойчивость (могут расти даже при рН 3,0), кальцефобность (ничтожные дозы кальция подавляют рост), устойчивость к высоким концентрациям железа, алюминия.

Бактерии рода Beijerinckia широко распространены в почвах южной и тропической зоны, реже встречаются в зоне умеренного климата. Beijerinckia часто встречается на поверхности листьев тропических растений в Индонезии.

Раньше полагали, что бактерии рода Beijerinckia могут существовать только в кислых почвах. Сейчас установлено, что они неплохо развиваются и в нейтральных и щелочных почвах. Тем не менее следует полагать, что Beijerinckia играют значительную роль в азотном балансе главным образом кислых почв (латеритах, красноземах), не имея существенного агрономического значения для нейтральных почв.

К свободноживущим фиксаторам молекулярного азота семейства Azotobakteriaceae относятся также виды рода Derxia, выделенные из почв Индии с рН 6,5. Это медленно растущие на безазотистых средах палочковидные бактерии со слизистыми капсулами, обладающие на определенной стадии развития жгутиками. Колонии могут быть пленочными или слизистыми, при старении преобретают желтовато-коричневый цвет. Derxia используют различные источники углерода - моно-, ди-, полисахариды, спирты, органические кислоты, в среде без азота фиксируют 12 - 15 мг N₂ на 1 г использованного сахара. Представитель данного рода - Derxia gummosa - развивается в почвах с рН 4,5 - 6,5, однако лучше растет при рН 5,1 - 5,5. Виды данного рода распространены в почвах тропической зоны - Индии, Индонезии, тропической Африки, Южной Америки.

По предложению С. П. Костычева и его сотрудников с 30-х годов XX века в СССР начали применять землеудобрительный препарат, содержащий культуру Az. chroococcum. Он рассматривался как аналог азотных удобрений. Позднее, когда выяснилась способность азотобактера продуцировать биологически активные вещества, его действие на растения начали связывать не только с процессом азотфиксации и улучшением азотного питания растений, но и с поступлением в растения вырабатываемых им биологически активных соединений (витаминов и стимуляторов роста). С азотобактерином в СССР была проведена очень большая работа, которая позволяет в настоящее время дать вполне определенный отзыв о целесообразности его использования в практике сельского хозяйства.

Создается вполне определенное впечатление, что для полевых культур азотобактерин малоэффективен. Опыты, поставленные в 1958-1960 гг., показали, что лишь в 34% случаев применение препарата давало прибавку урожая, но она была невысока и граничила с возможной ошибкой полевого эксперимента.

На унавоженных почвах положительное действие азотобактерина возрастает. Вполне благоприятно влияет этот препарат на овощные культуры, которые, как правило, выращиваются на сильно удобренных навозом почвах. В таких случаях бактеризация высеваемых семян может увеличить урожай на 20-30% и, что особенно важно, ускорить его созревание.

Азотобактер, безусловно, не может действовать как аналог азотных удобрений. Его благоприятный эффект на растения связан с продукцией биологически активных веществ и особенно фунгистатических соединений. Азотобактерин, очевидно, может с успехом применяться на богатых почвах как ростовой препарат.

Вклад свободноживущих азотфиксаторов в азотный фонд почвы весьма существенен. До последнего времени считали, что деятельность этих микроорганизмов не имеет особого значения в азотном питании растений. Однако длительные опыты опровергли эту точку зрения. Так, показано, что без применения азотных удобрений и без посева бобовых можно получить урожаи зерновых культур, для создания которых требуется внесение до 50 кг азота на 1 га. При этом к возможным источникам пополнения азота относятся деятельность свободноживущих азотфиксаторов и отчасти поступление этого элемента из атмосферы с дождевыми водами.

По материалам многолетнего опыта МСХА, на делянках бессменной ржи ежегодное азотонакопление при известковании почвы составило 28 кг/га, а на неизвесткованном фоне, где условия для азотфиксаторов были хуже - в 2,5 аза меньше.

По данным академика ВАСХНИЛ И. С. Шатилова, в неудобряемых дерново-подзолистых почвах в год связывается 19 кг азота, а в удобряемых - 32-37 кг/га. Данные С. М. Гуревича свидетельствуют о том, что на типичных черноземах без выращивания бобовых культур в год связывается до 56 кг азота на 1 га.

Микроорганизмы-азотфиксаторы, находящиеся на поверхности растений и использующие органические выделения растительных тканей, фиксируют в год 2-10 кг азота на 1 га.

2.3 Азотобактерин (ризофил), получение, применение. Положительное действие на растение. Условия, способствующие его эффективности

Способность микроорганизмов к азотфиксации встречается во всех основных группах прокариот: эубактерий, цианобактерий, актиномицетов и архебактерий. Большинство азотфиксаторов является диазотрофами, т.е. могут использовать N₂ в качестве единственного источника азота, некоторые азотфиксаторы могут фиксировать N₂ лишь в симбиозе с растениями (Rhizobium, Frankia). Ряд микробов (Azorhizobium, Anabaena, Nostoc) совмещают способность к диазотрофии и к симбиозу с растениями ( Шевелуха и др. 2003).

Среди свободноживущих азотофиксаторов наиболее изучены представители семейства Azotobacteriaceae (Azotobacter chroococcum и др.).

На основе азотобактера было создано бактериальное удобрение азотобактерин, используемое для овощных и технических культур. Результаты полевых испытаний нового удобрения оказались весьма неоднозначными, так как положительный эффект от применения азотобактерина оказался нестабильным. В большинстве случаев прибавка урожая при использовании препарата не превышала 10%, что находится в пределах систематической ошибки полевого опыта. Это привело к тому, что в 70-е гг. препарат азотобактерин был снят с промышленного производства в Советском Союзе.

Однако за рубежом исследования продолжались и показали возможность получения штаммов, способных фиксировать до 13-15 кг/га азота на пастбищах и до 22 - 25 кг/га азота на пашне.

Недостатком этого препарата была неспособность колонизировать корни растений. Проблемы, возникающие при использовании азотобактерина, обусловлены в основном тем, что азотобактер весьма требователен к условиям среды. Так, например, он плохо переносит отклонения от нейтральной реакции почвенного раствора, а температурный оптимум лежит в пределах 25 - 30 ^оС. Кроме того, азотобактер нуждается в достаточном количестве органического вещества.

В Институте почвоведения и агрохимии НАН Беларуси разрабатывается экологически безопасный и дешевый препарат корневых диазотрофов на основе бактерии Аzospirillum brazilense - азотобактерин. Его применение на многолетних злаковых культурах (ежа сборная, овсяница луговая) дает возможность экономить около 30 кг/га д.в. азота, а предпосевная обработка семян позволяет получать прибавки зерна от 3 до 10 ц /га (Н.А. Михайловская и др., 1998)

Применение азотобактерина как правило дает положительный эффект только при его внесении по фону органических удобрений, таких как навоз, солома или разнообразные компосты. Кроме того, хорошо зарекомендовало себя применение азотобактерина в условиях защищенного грунта на богатых органических субстратах. При этом бактеризация семян овощных культур увеличивает урожай и ускоряет его созревание.

В настоящее время установлено, что положительный эффект от применения азотобактерина в основном обусловлен продуцированием азотобактером большого количества биологически активных веществ, таких как витамины группы В, пантотеновая и никотиновая кислоты, биотин, пиридоксин, гетероауксииы и гибберелины, придающих препарату свойства стимулятора роста растений. Внесение азотобактерина способствует заметному увеличению содержания в плодах аскорбиновой кислоты. Кроме того, еще Е.Н. Мишустиным было доказано продуцирование азотобактером фунгицидных веществ из группы анисомицина с широким спектром воздействия.

С бактериями р. Azotobacter широко ведутся работы по селекции новых активных штаммов с заданными свойствами. Так как природные расы азотобактера не способны колонизировать поверхность корней растений, методами генной инженерии был создан штамм К азотобактера, несущий трансмиссивную плазмиду с широким кругом хозяев. Клетки этого штамма вносили в ризосферу определенного вида растений и после их длительного культивирования отбирали изоляты, плотно связанные с ризопланой. Таким образом, были получены штаммы азотобактера, адаптированные к корням ячменя и юматов. Бактеризация растений новыми штаммами обеспечила 40%-ную прибавку урожая.

На основе полученного штамма «К» был создан препарат бактериального удобрения "ризофил", повышающий урожайность овощных растений на 25-30% и зерновых - на 12%. Препарат обладает также антифунгальной активностью, подавляя корневые гнили, и противонематодным действием (рисунок 5) Применение ризофила эквивалентно внесению до 50 кг/га минерального азота.

За рубежом основная масса препаратов на основе азотобактера производится на торфяной, почвенной или компостной основе или в виде сухого препарата высушенных клеток бактерий.

Технология получения сухого азотобактерина

Азотобактерин сухой представляет собой активную культуру высушенных клеток азотобактера в смеси с наполнителем. При этом используют лиофильную либо вакуумную сушку при 30-35 “С и остаточном давлении 1 0 - 13 кПа. В 1 г сухого препарата должно содержаться не менее 0,5 млрд жизнеспособных клеток.

Рисунок 5. Подавление галловой нематоды на корнях растений огурца биопрепаратом «Ризофил». слева- контроль, справа - корни обработанных растений. (Н.А. Троицкий, 1988)

Культуру микроорганизмов выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей мелассу, кукурузный экстракт, сахар и минеральные соли; сульфаты аммония, железа, магния, марганца, сложную соль молибденовой кислоты, мел, хлористый натрий и двузамещенный фосфат калия. При этом pH среды поддерживают на уровне 5,7 - 6.5; аэрацию - 1 объем воздуха на 1 объем среды в мин.

Процесс ферментации проводят до начала стационарной фазы роста культуры. В этот период из клеток в культуральную среду начинают выделяться биологически активные вещества, поэтому существует опасность, что после внесения препарата в почву клетки могут утратить способность фиксировать азот.

Биологические вещества могут также частично разрушаться в процессе высушивания клеток. Однако установлено, что жизнеспособные клетки после выхода из состояния анабиоза восстанавливают способность продуцировать биологически активные вещества Высушенную культуру стандартизуют путем добавки необходимого количества наполнителя (каолина или бентонита) и фасуют в полиэтиленовые пакеты по 0,4 - 2 кг. Пакеты хранят при температуре не выше +15 “С в течение не более 3 мес.

Способ применения сухого азотобактерина зависит от особенностей посевного материала. Семена зерновых опудривают препаратом из расчета 100 млрд клеток на 1 гектарную порцию семян. Картофель, корневую систему рассады овощных культур равномерно смачивают водной суспензией бактерий. Для получения суспензии 1 гектарную норму препарата (300 млрд клеток) последовательным разведением суспендируют в 15 мл воды.

Технология получения почвенного или торфяного азотобактерина

Торфяной или почвенный препарат представляет собой активную культуру азотобактера, размноженную на твердой питательной среде. При этом в I г препарата должно содержаться не менее 50 млн жизнеспособных клеток.

Для приготовления данных препаратов используют плодородную почву или торф высокой степени разложения с нейтральной реакцией среды. К просеянному твердому субстрату добавляют до 2% извести и 0,1% суперфосфата. Полученную смесь в количестве 500 г переносят в 0,5 л бутылки, увлажняют на 40 - 60% по объему водой, плотно закрывают ватными пробками и стерилизуют.

Посевной материал готовят на агаризованных средах, содержащих до 2% сахарозы и минеральные соли. Культуру выращивают при 27 “С примерно 3 - 5 сут. Полученный посевной материал стерильно смывают с поверхности агара водой и переносят в подготовленные бутылки с субстратом. Содержимое бутылок перемешивают и термостатируют при 25 - 27 “С. Культивирование продолжается до тех пор, пока в 1 г почвы или торфа количество бактерий достигнет 50 млн клеток. Препарат сохраняет свою активность в течение 2 - 3 мес.

При обработке семян торфяным или почвенным азотобактерином семена перемешивают с увлажненным препаратом и для последующего равномерного высева подсушивают. При высадке рассады овощных корневую систему растений смачивают приготовленной суспензией с необходимым титром клеток или внос вносят суспензию непосредственно в заранее подготовленные лунки.

микроорганизм азотобактерин биопрепарат

Задание 3

Таблица 6. Список экспонатов коллекции

Название препарата	Назначение	Способ использования
Агат-25	суспензия спор бактерии Pseudomonas aureobacter с титром 5-8 млрд спор/г. Применяют на картофеле, томатах, огурцах, перце, моркови для повышения всхожести, урожайности, стимулирования иммунной системы, снижения заболеваемости растений.	Перед посадкой клубни картофеля опрыскивают из расчета 135 г/т в 5-10 л воды, семена замачивают в течение 3 ч из расчета 7 г/кг семян в 1 л воды. Растения опрыскивают во время вегетации, начиная с фазы 2-3 листа с интервалом 20 дней из расчета 15 мг на сотку и расходом раствора 3 л на сотку.
Битоксибациллин	Выпускается в виде серовато-коричневого порошка, содержащего в 1 г 45 млрд, спор бактерии Bacillus thuringiensis Berl. и 0,6-0,8% экзотоксина. При разведении в воде образует стойкую суспензию. Применяют для опрыскивания картофеля и томата от колорадского жука в период массового появления личинок первого возраста с интервалом 6-8 дней. Используют на овощных, плодовых и ягодных культурах против открыто питающихся гусениц в той же норме расхода.	Норма расхода препарата 40-100 г на 10 л воды. Количество обработок на картофеле до трех раз против каждого поколения вредителей.
Энтобактерин.	Бактериальный инсектицидньй препарат кишечного действия. В 1 г содержится 30 млрд. спор. Применяют против капустной и репной белянок, огневок.	Максимальная кратность обработок - два раза по 30-50 г на 10 л воды
Экстрасол	для улучшения питания овощных, зерновых, цветочных и технических культур, плодово-ягодных деревьев, кустарников и винограда, повышения их урожайности, а также подавления болезнетворных микроорганизмов -- возбудителей заболеваний.	Открытый грунт. Обработка производится методом пролива почвы имеющейся опрыскивающей техникой или вручную (лейками) 0,1% рабочим раствором препарата из расчета лга. Схемы обработок: 1. Посадка семенами. 1-я обработка - в зависимости от влажности почвы - за 1-3 дня до посадки (влажные) или непосредственно перед высадкой (сухие почвы). 2-я обработка - пролив через 10-14 дней после появления всходов. 2. Высадка (перенесение в открытый грунт) рассады. Сплошной пролив почвы на грядах - за 3-5 дней до высадки, лунок - сразу после посадки рассады. Корневую систему рассады целесообразно перед высадкой промокнуть в 1% растворе Экстрасола (раствор можно использовать многократного в течение 1 суток). 3. Обработка цветов - многолетников. 1-ая обработка - пролив гряд весной, непосредственно перед посадкой (цветы 1 года), или через 7-10 дней после начала активной вегетации перезимовавших цветов. 2-ая обработка - осенью, через 1-2 недели после завершения активной вегетации (температура воздуха не ниже 10 град С). Целесообразны 1-2 профилактические обработки в период активной вегетации, совмещаемые с поливом. 4. Оздоровление микробиоты почв под кустарниками и деревьями. Осенью после сбора опавших листьев, падалицы пролить околоствольный круг. Весной после начала сокодвижения обработку повторить. Температура воздуха не ниже 10 град С. Защищённый грунт. Схемы обработок: 1. Обработка сухих и слабоувлажнённых почвогрунтов и субстратов в стационарных теплицах и парниках. Проводится 0,1% рабочим раствором Экстрасола из расчета 5-7 л/кв. м за 3-7 дней до посадки семян, луковиц, отводков и др. и, как правило, совмещается с последним увлажняющим поливом почвогрунтов. Если выкатка или пропаривание грунтов не проводились рекомендуется через 10-14 дней после появления всходов обработку повторить. 2. Обработка переувлажненных почвогрунтов, в том числе вышедших из под снега в теплицах с ежегодно возобновляемым покрытием и при ранней выгонке растений на грядах под временным укрытием. Проводится за 3-7 дней до посадки семян, клубней, луковиц, отводков и др. 0.2% рабочим раствором Экстрасола из расчета 2-3л/кв. м. Через 2-3 недели после появления всходов в теплицах и непосредственно после снятия пленочного укрытия с гряд рекомендуется повторить обработку грунтов - пролить 0,1% рабочим раствором из расчета 5 л/кв. м.. 3. Обработка земляного кома при выращивании декоративных растений в закрытых помещениях (в горшках, кадках и пр.). Проводится 1 раз в месяц 0,1% рабочим раствором Экстрасола из расчета: 50 мл/куб. дм кома для суккулентов, 100 мл/куб.дм - для остальных растений. При пересадке растений на новое место, сопровождаемое увеличением объема сосуда - предпосадочный пролив земляного кома 0.1% рабочим раствором из расчета 150 - 200 мл/куб. дм.
Азофит	для повышения урожайности, улучшает структуру почвы, повышает коэффициент использования растениями минеральных и органических удобрений. Препарат действует как стимулятор роста: улучшает всхожесть, стимулирует развитие корневой системы растений. Овощи быстрее зацветают и не болеют фитофторозом.	Предпосевная обработка семян: замачивание семян в водном растворе "Азофита" на несколько минут. Обработка посадочного картофеля: утреннее замачивание клубней в водном растворе "Азофита", просушка клубней в тени, а после обеда посадка. Раствор готовят: на 10 мл ”Азофита” 5 л воды. Внекорневая подкормка. Раствор готовят: на 10 мл ”Азофита” 5 л воды. Опрыскивание после цветения, в вечернее время или в облачную погоду, т.к. солнечный луч уменьшает эффективность препарата. Раствор использовать в день приготовления.
Бактофит	для защиты зерновых, овощных, плодово-ягодных культур от грибных и прочих болезней. Препарат оказывает антистрессовое воздействие на зерновые культуры, увеличивая их урожайность. Снижает последствия стресса для растений после применения пестицидов. Возможна обработка в период роста и созревания плодов. Не вызывает привыкания у возбудителей болезней. Безопасен для человека и окружающей среды. Препарат используется для: - предпосадочной обработки семян и клубней; - обработки корней во время пересадки растений; - опрыскивания или полива растений в период вегетации; - совмещения с гербицидами.	Рекомендуется обрабатывать растения сразу же, как только проявились первые признаки болезни. Рабочий раствор рекомендуется готовить непосредственно перед его применением, с тем расчетом, чтобы весь приготовленный рабочий раствор был использован за один день. Хранить раствор препарата Бактофит инструкция запрещает. Препарат нужно развести в небольшом количестве воды, перелить в бак опрыскивателя, который наполовину заполнен водой, тщательно перемешать, после чего долить воду до необходимого объема. Для обработки огурца защищенного грунта от гнили необходимо замочить семена перед посевом в суспензии биопрепарата на 3-6 часов и просушить. Норма расхода препарата в данном случае составляет 2г/л воды, а расхода рабочей жидкости - 100-150 мл на 100 г семян. Эта процедура увеличивает период вегетации огурцов на один месяц и устраняет корневую гниль на 65-70%. Для того, чтобы противостоять фузариозу гвоздики защищенного грунта, нужно замочить черенки в растворе препарата (1г/л воды) на 15 минут непосредственно перед их посадкой. Для борьбы с мучнистой росой на розе защищенного грунта рекомендуется обмакнуть черенки перед посадкой в 0,1-0,3 суспензию препарата (1-3 г препарата на 1 л воды), при этом 1 литра раствора достаточно для обработки 500-1000 черенков. Другой вариант - опрыскивать растения в период вегетации раствором 70 г Бактофита на 10 литров воды 1-2 раза в месяц или чаще. Для опрыскивания норма расхода рабочего раствора составляет 10 л на 100 кв.м. Опыт агрономов показывает, что трехкратная обработка Бактофитом с промежутком 6-10 дней - наиболее эффективная тактика борьбы с мучнистой росой.

Задание 4

Таблица 7. Биопрепараты, используемые в растениеводстве

Биопрепараты	Используемый микроорганизм	Механизм действия	Назначение
Ризотофин (ризобин)	монокультуру или комплекс микроорганизмов	Бактерии активно фиксируют азот атмосферы и синтезируют ряд биологически активных соединений	обеспечивает улучшение азотного питания и развития растений, увеличение урожая на 15 - 20 % и повышение в нем содержания белка на 1,5 - 4,0 %.
Азотобактерин (ризофил)	микроба азотобактера (Azotobacter)	это культура свободноживущих азотфиксирующих бактерий (10 - 20 кг /га), синтезирующих витамины (Bj, B6, РР и др.) и другие физиологически активные вещества, ускоряющие развитие растений.	повышающий урожайностьовощных растений на 25-30% и зерновых - на 12%. Препарат обладает также антифунгальной активностью, подавляя корневые гнили и противонематодным действием.
Фосфоробактерин	содержащее споры микроорганизмов, клетки Вас. megaterium, var. phosphaticum (de Bary) М.	содержит бактерии, разлагающие трудно растворимые фосфоросодержащие органические соединения в легко усвояемые.	Лучше развивается корневая система растений, подавляет развитие в почве некоторых микробов, вызывающих заболевание растений.
Азоспириллум	зотфиксаторы, способные к N2-зависимому росту в микроаэробных условиях	способствует фиксации азота корнями растений	повышает способность корней удерживать воду и усилят рост корневой системы в целом.
Цианобактерии	значительная группа крупных грамотрицательных бактерий	способные к оксигенному фотосинтезу	значительной составляющей океанического планктона, стоят в начале большей части пищевых цепей и производят значительную часть кислорода
Грибы-микоризообразователи	аскомицеты, базидиомицеты и зигомицеты	грибы, образующие микоризу на корнях деревьев, кустарников и травянистых растений	переводят азотосодержащие соединения верхнего слоя почвы в форму, усвояемую растениями, снабжению растений фосфором, кальцием и калием, увеличивает площадь питания и водоснабжения
Энтобактерин	споры бактерии и токсические белковые кристаллы Bacillus thuringiensis var. Galleriae, кристаллы эндотоксина	бактериальный препарат кишечного действия.	эффективен против более 50 видов вредных насекомых
Дендробациллин	спорокристаллический комплекс бактерий вида бациллюс тюрингиензис.	Микробный инсектицидный препарат, обладающий кишечным действием	рекомендован для опрыскивания в период вегетации растений.
Боверин	препарат инсектицидного действия на основе энтомопатогенного гриба - гифомицета Вeauveria bassiana с титром не ниже 20Ч109 спор в мл. препарата.	Конидиоспоры гриба, попав на тело насекомого, прорастают и проникают в полость тела, растворяя ферментами кутикулу, при этом выделяют токсины, вызывая гибель вредителей. Грибница пронизывает все тело насекомого, образуя на его поверхности слой конидиеносцев с конидиями. Хозяин погибает, а конидии переносятся на другие растения.	Рекомендуется для защиты сельскохозяйственных и цветочно-декоративных культур закрытого грунта от трипсов, оранжерейной белокрылки, личинок грибных комариков, минирующих мух, плодожорок, личинок капустной совки.
Ашерсония	представляет собой культуру гриба ашерсония, выращенную на агаризованной среде	Грибок заражает только личинок вредителя. Споры, прорастая, проникают в тело, у зараженной особи появляются желтоватые пятна. Гифы заполняют всю личинку, вызывая ее гибель.	Эффективен против опасного вредителя томатов, огурцов, салата в теплицах- белокрылкн.
Вирин	на основе вирусов ядерного полиэдра	Заражение вирусом происходит при питании вредителя. Попавшие в кишечник тельца-включения при щелочных значениях рН разрушаются. Освобожденные вирионы проникают через стенку кишечника в клетки, где в ядрах происходит репликация вирусов. Высвободившиеся вирусы заражают другие клетки, что в итоге приводит к гибели насекомого.	против капустной совки, непарного шелкопряда, американской белой бабочки.
Триходермин	споры и мицелий гриба-антагониста Trichoderma lignorum,	Гриб Trichoderma lignorum подавляет патогены, передающиеся через почву и растительные остатки. Он паразитирует на склероциях гриба Sclerotinia sclerotiorum, псевдосклероциях гриба Rhizoctonia solani, активен в отношении грибов родов Alternaria, Ascochyta, Botrytis, Colletotrichum, Fusarium,Helminthosporium, Pythium, Phoma, Phytophthora, Verticillium.	средство лечения и профилактики корневых инфекций комнатных цветов и декоративных растений. Оздоровитель почвогрунта.
Трихотецин	образуется при выращивании гриба Triehothecium roseum.	способностью подавлять развитие ряда фитопатогенных организмов, в том числе Botrytis cinerea, Helmintosporium.	Предназначен для борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур, вызываемых фитопатогенными грибами
Фитобактериомицин	антибиотик, является продуцентом гриба Adinomyces lavendulae	Обладает бактерицидными и фунгицидными свойствами, легко проникает в ткани растений и сохраняется в них некоторое время	Стимулирует рост и развитие растений.
Бактороденцид	бактерии Salmonella enteritidis, var. Issatschenko, группа "Д"	Метод использования основан на искусственном заражении грызунов через пищевую приманку болезнетворными бактериями мышиного тифа, вызывающим среди грызунов эпизоотии.	для борьбы с наиболее массовыми и вредоносными видами грызунов
Гиббереллин	из продуктов жизнедеятельности грибов рода Fusarium.	Запускает и активизирует рост побегов, вызывает прорастание семян, помогает сформировать бессемянные плоды, и заставляет цвести растения длинного дня. Это естественное составляющее для растительных клеток, которое регулирует рост и развитие растения в целом.	компоненты системы, регулирующей рост растений.

Список литературы

1. Емцев В.Т. Микробиология. М., изд-во «Дрофа», 2005 год

2. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М., изд-во МГУ, 2005 год.

3. Игнатов В.В. Биологическая фиксация азота и азотфиксаторы 1998 год.

4. Колесников С.И. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.

5. Лемеза Н.А. и др. Биология. - М.: Айрис, 2005. - С.294

6. Микробиология. / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. - М.: Кафедра клеточной физиологии и иммунологии биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. 2001

7. Прозоркина Н.В., Рубашкина П.А. Основы микробиологии, вирусологии и иммунологии. - М., 2003. - С.37.

8. Растениеводство/под ред Г. С. Посыпанова. М., изд-во «Колос», 1997

9. Ткаченко К.В. Микробиология. - М.: Эксмо, 2006. - С.22-23.

10. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия М., изд-во «Мир», 2004 год.

Размещено на Allbest.ru