Использование грибов рода Trichoderma в растениеводстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П. ОГАРЁВА»

Факультет биологический

Кафедра биотехнологии

Курсовая работа

Тема: Использование грибов рода Trichoderma в растениеводстве

Саранск

2014



Содержание

Введение

1. Характеристика грибов рода Trichoderma

2. Механизм действия грибов рода Trichoderma на растения

3. Механизм действия на фитопатогенные грибы

4. Лигнолитическое действие грибов рода Trichoderma

5. Биопрепараты на основе грибов рода Trichoderma

Заключение

Список использованных источников



Введение

В условиях высокой специализации и концентрации сельскохозяйственного производства проведение защитных мероприятий - неотъемлемый фактор получения высоких и гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур, сохранения их качества.

Высокая эффективность и универсальность химического метода защиты растений, быстрая окупаемость сделали его доминирующим в системе защитных мероприятий. Однако, широкое и повсеместное применение химических средств защиты растений приводит к появлению новых устойчивых форм вредных организмов, это в свою очередь, влечет за собой необходимость увеличения норм расхода препаратов и их ассортимента. Загрязняются почва, воздух, вода, возрастают остаточные количества химических препаратов и продуктов их распада в сельскохозяйственной продукции, наносится ущерб окружающей среде и здоровью человека.

Биологический метод борьбы основан на использовании естественных врагов вредителей, регулирующих численность последних в природе. При этом в очагах заражения вредителями создается искусственным путем высокая концентрация их врагов, что приводит к ликвидации этих очагов. В условиях загрязненной окружающей среды биологические методы борьбы с вредителями позволяют сократить или отказаться от применения химических средств - пестицидов и гербицидов.

В биометоде используются различные микроорганизмы, оказывающие положительное влияние на развитие растений, при этом угнетающие возбудителей фитозаболеваний. Огромный интерес ученых проявляется к почвенным грибам. В связи с вышесказанным целью работы явился анализ литературы о грибах рода Trichoderma, их характеристике и об их использовании в растениеводстве.



1. Характеристика грибов рода Trichoderma

Важная роль в подавлении развития фитопатогенов отводится грибам-антагонистам. Среди их представителей внимание исследователей привлекают грибы рода Trichoderma (порядок Hyphomycetales). К роду Trichoderma относятся следующие виды грибов: T. lignorum, T. harzianum, T. viride, T. koningii, T. reesei, T. pilulifermum, T. polysporum, T. hamatum, T. aureoviride, T. longibrachiatum, T. pseudokoningii [1].

У грибов рода Trichoderma мицелий бесцветный или светлый, образующий белые, желтые, чаще зеленые или темно-зеленые колонии. Конидии одноклеточные, шаровидные или эллипсоидные, светлые или бесцветные, часто скученные в небольшие головки.

Эти грибы в большом количестве встречаются в почвах тайги, целинных, лесных и лесолуговой зоны, т.е. в почвах, богатых органическими остатками. Также, достаточно обильно они заселяют культурные почвы. В зоне подзолистых почв этих грибов больше, чем в других почвах. Особенно часто их обнаруживают в кислых почвах с низким значением рН (обычно 3,7-5,2) [2].

Наличие источников питания, а также абиотические факторы внешней среды: температура, влажность, рН среды оказывают существенное влияние на развитие грибов рода Тrichoderma и активность их взаимодействия с патогенами. Так, споры прорастают только в условиях оптимальной влагообеспеченности субстрата - 70 - 100%, а при 20% они не прорастают. Оптимальной для развития T. lignorum является температура 24 - 28°С, Т. harzianum - 24 - 25°С, а для Т. viride - 35°С. Штаммы Т. viride, Т. harzianum, Т. hamatum, Т. копingii проявляют гетерогенность по устойчивости к низким температурам. Холодоустойчивые штаммы при температуре 10°С на 81 - 97% заселяли склероции гриба Botrytis cinerea на 28-е сутки, а при температуре 5°С - до 50 - 71% на 60-е сутки. Реакция среды оказывает значительное влияние на рост грибов. Оптимальной для видов Trichoderma является кислотность почвы в пределах от 4 до 6.

Триходерма зеленая (Trichoderma viride) и триходерма древесная (Т. lignorum) появляются на чапек-агаре и на сусловом агаре вначале в виде бесцветного мицелия, который быстро разрастается и с возрастом приобретает зеленый цвет. Колонии этих грибов бывают различных оттенков, от лимонно-желто-зеленого цвета до темно-зеленого.

Trichoderma koningii образует колонии на картофельно-сахарозной среде. Вначале они белые, в виде ватообразных клубочков, впоследствии становятся светло-зелеными, но никогда не бывают темно-зелеными. Колонии на чапек-агаре распростертые, пушистые, вначале белые, с возрастом различных оттенков зеленого цвета, но не темно-зеленые [1, 3].

В последние годы в связи с бурным развитием биотехнологии возрастает интерес к микроскопическим грибам рода Trichoderma, которые привлекают внимание исследователей в связи с их практическим значением для получения биологически активных веществ, средств защиты растений и как активного деструктора растительных полисахаридов [3]. Разработка на их основе экологически чистых технологий является важным направлением в экологической биотехнологии [4].

Известно, что Trichoderma выделяет различные метаболиты: факторы роста (ауксины, цитокины и этилен), органические кислоты, внутриклеточные аминокислоты, витамины и свыше 100 антибиотиков. Фитогормоны Trichoderma (цитокинины), отвечающие за стимуляцию физиологических процессов растений, поступают в растительный организм и приводят к более активному его развитию [5, 6]. Из тканей гриба можно получить трихотецин - антибиотик и «Триходермин» - средство защиты растений от грибных болезней.

Микромицет рода Trichoderma является активным продуцентом фермента целлюлазы и способен к глубокой деструкции как клеточных стенок растений, так и отдельных трудно расщепляемых растительных полисахаридов: целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина до мономерных форм. В настоящее время активно исследуются фенолоксидазы микромицета в связи со значительной ролью этих ферментов в биодеградации лигнина [7, 8].

2. Механизм действия грибов рода Trichoderma на растения

Многие виды грибов рода Trichoderma и другие полезные колонизирующие корни микроорганизмы улучшают рост растений и увеличивают урожайность культур, но долговременное улучшение могут вызывать только ризосферокомпетентные штаммы. В тепличном растениеводстве штамм Т-22 T. harzianum широко используется для защиты от болезней растений вместо химических фунгицидов, поскольку он безопасен для работников. Эффект биоконтрольного агента сохраняется дольше, чем эффект пестицидов, препарат дешевле пестицидов, препарат, в отличие от пестицидов, улучшал состояние корневой системы растений [5].

Для отдельных видов Trichoderma показана способность к увеличению роста и массы корней, что приводит к повышению урожайности. Во многих случаях реакции растений являются результатом прямых воздействий на растения, снижения активности вредной корневой микрофлоры, инактивации токсических метаболитов в корневой зоне. Полезные грибы увеличивают потребление питательных элементов и эффективность усвоения азота, а также солюбилизируют элементы из почвы. Генетическая и молекулярная основа этих эффектов неизвестна. У разных видов и сортов растений наблюдаются отличия в ответных реакциях на воздействие Trichoderma, по крайней мере, это показано для кукурузы. Недавно показано, что стимуляция роста растений под воздействием бактерий, фенотипически напоминающая ситуацию с Trichoderma Т-22, связана с тем, что бактерии выделяют летучие вещества, такие, как ацетоин и 2,3-бутанедиол. Колонизация корней также увеличивает скорость роста корней и всего растения, что приводит к повышению продуктивности культуры и урожая репродуктивных органов. Колонизация корней также помогает растению преодолеть абиотические стрессы и увеличивает усвоение питательных элементов [6].

Для выращивания в качестве стимуляторов роста гороха штамм перспективен, так как стимулирует рост корней и проростков, увеличивает пероксидазную активность, то есть не проявляет фитотоксичности [4].

Штаммы Trichoderma способствуют увеличению размера корневой системы, роста и жизнестойкости растений путем контроля ризосферной микрофлоры и влияя на обмен веществ растения. Ризосферный эффект может проявляться как долговременная колонизация ризосферы, что влияет на количественное улучшение отдельных показателей развития растения. Увеличение плотности корневой системы на глубине чрезвычайно выгодно для растений кукурузы и других культур, особенно в засушливые сезоны. В таких условиях колонизация корней штаммом Trichoderma снижает чувствительность растений к засухе.

Биопрепарат на основе видов Trichoderma перспективен для интегрированной защиты в полевых условиях. Грибы рода Trichoderma с ризосферным эффектом могут обеспечивать долговременную защиту даже при однократном применении в начале сезона, сохраняются на корнях, способны пролиферировать вместе с растущей корневой системой и оставаться жизнеспособными, по крайней мере, во время всей вегетации культуры. Таким образом, биологические препараты могут быть более эффективны, чем химические, в защите корней и ускорении роста растений.

Биопрепараты на основе Trichoderma способны подавлять возбудителей не только семенной, корневой и почвенной инфекции, но и развитие болезней плодов и листьев при нанесении препарата на поверхность этих структур.

Препарат может быть эффективен против мучнистой росы (B. cinerea) в теплице, милдью, возбудителей болезней газонных трав, таких, как бурая пятнистость (R. solani), Pythium spp. и талерные бляшки (S. homoeocarpa). Для борьбы с такими фитопатогенами конидии Trichoderma следует вносить каждые 10 дней. При высокой заболеваемости Trichoderma может колонизировать новые здоровые листья, плоды и цветы, зрелые ягоды, прорастать на цветах, но не на листьях клубники. Однако существуют некоторые ограничения для использования биопрепаратов на основе Trichoderma: они являются превентивными, т.к. чаще всего не способны контролировать уже развившиеся заболевания.

Биопрепараты на основе Trichoderma менее эффективны против системных заболеваний, чем против местных (например, они эффективны против фузариозной корневой плесени, но не активны против фузариозного вилта), на фоне высокой инфекционной нагрузки. Биопрепараты на основе Trichoderma можно применять только как часть интегральной системы контроля (химико_биологической системы). Во всех случаях для получения максимального урожая требуется использовать как биологические, так и химические агенты. Например, протравливание семян одновременно фунгицидом и пестицидустойчивым биопрепаратом на основе Trichoderma приводит к колонизации корней растения и повышает эффективность биопрепарата. Создается общая картина положительного влияния Trichoderma на рост растений и урожайность, хотя это происходит не везде и не всегда. Trichoderma обеспечивает устойчивость к различным стрессам. В оптимальных условиях для роста растений визуальные эффекты от влияния изолятов Trichoderma не видны.

Одним из возможных механизмов, привлекающих особое внимание, является устойчивость биоконтрольного агента к стрессам благодаря улучшению корневой системы и повышению жизнеспособности растений. Толерантность к высушиванию и повышенная усвояемость азота являются примерами этого механизма. Улучшение состояния корневой системы благодаря Trichoderma, возможно, приводит к появлению устойчивости к патогенам, которые непосредственно не контролируются.

В почве многие ионы постоянно переходят из нерастворимой в растворимую форму, что в значительной степени влияет на усвоение этих элементов корнями. Виды Trichoderma способны в значительной степени положительно влиять на переход многих ионов (фосфаты, цинк, Mn4+, Fe3+, Cu2+) из нерастворимых в растворимую форму, и показано влияние этого процесса на развитие болезни растений.

Некоторые штаммы Trichoderma являются мощными индукторами системной резистентности растений (SAR). Штамм T. harzianum, инокулированный на корни или листья, защищает растения от B. cinerea, независимо от места введения. Анализ листьев, устойчивых к фитопатогенам, показывает, что на них нет Trichoderma. Установлено, что способность к контролю мучнистой росы связана с индукцией резистентности растений. В растениях огурца, выращенного с использованием биопрепаратов, отмечено увеличение размеров растения и урожайности. Мицелий гриба проникает в кортекс корней. В растениях, обработанных спорами Trichoderma, увеличена активность хитиназы и пероксидазы и обнаруживаются фитоалексины, что является показателем SAR.

Инфекционность и способность поражать растения у многих фитопатогенов зависит от продукции пектинолитических, хитинолитических и целлюлолитических ферментов, сериновых протеаз, деградирующих клеточные стенки растительных клеток. Механизм биоконтроля, который могут реализовать виды Trichoderma - разрушение ферментов фитопатогенов, что приводит к снижению их инфекционности [9].

В последнее время появилось множество новых разработок, касающихся использования Trichoderma в качестве агентов биоконтроля для болезнетворных микроорганизмов и растений, стимуляторов роста. Было предложено несколько механизмов для объяснения положительного воздействия этих микроорганизмов на растение-хозяин. Один из факторов, который способствует их полезной биологической деятельность, связан с широким разнообразием метаболитов, которые они производят. Эти метаболиты не только непосредственно подавляют рост и деятельность патогенных паразитов, но и повышают устойчивость к болезням, запуская систему обороны в растении-хозяина. Кроме того, эти метаболиты также способны к усилению роста растений. Вторичные метаболиты Trichoderma, которые влияют на метаболизм растений, могут играть важную роль в сложных взаимодействиях этого агента биоконтроля с растениями и микроорганизмами [10].

Недавняя смена тенденции сельскохозяйственной практики применения синтетических удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве фокусируется на использовании микроорганизмов, которые выполняют аналогичную функцию. Trichoderma является одним из самых популярных видов грибов коммерчески доступных, способствующих росту грибков (PGPF) и как агент биологического контроля. Эксплуатация разнообразных вторичных метаболитов, производимых различными видами Trichoderma, расширяет свои программы в сельском хозяйстве и смежных отраслях. Как результат, Trichoderma добилась значительного успеха в качестве мощного агента биологического контроля на глобальном уровне. Одобрение Trichoderma в научном сообществе основано на понимании механизмов ее действия против большого набора грибковых, бактериальных и в некоторых случаях вирусных инфекций. Применение конкретных целевых вторичных метаболитов имеет потенциальные возможности использования Trichoderma как фитопатогенов в качестве замены имеющихся в продаже [11, 12].

Исследования по эффективности биоудобрений на основе Azotobacter chroococcum, Pseudomonas striata и Trichoderma viride дали положительные результаты на примере роста рассады яблони. Azotobacter chroococcum и Trichoderma viride увеличили всхожесть семян до максимального уровня. При этом наблюдалось ускорение роста рассады за счет увеличения длины и диаметра растения. Trichoderma viride также оказалась эффективной против вредителей и болезней при условии достаточного количество влаги в сухой период. Самый высокий темп роста длины и диаметра рассады и хорошее развитие корневой системы наблюдалось при совместном использовании трех микроорганизмов: Azotobacter chroococcum + Pseudomonas striata + Trichoderma viride. Таким образом, «микробное трехстороннее действие» или комбинация из трех микроорганизмов дали лучшие результаты в производстве посадочного материала [13].

Штамм Screening of Fungi Isolated from Environmental Samples for Xylanase and Cellulase Production

Screening of Fungi Isolated from Environmental Samples for Xylanase and Cellulase Production

Screening of Fungi Isolated from Environmental Samples for Xylanase and Cellulase Production

Screening of Fungi Isolated from Environmental Samples for Xylanase and Cellulase Production

Screening of Fungi Isolated from Environmental Samples for Xylanase and Cellulase Production

Trichoderma hamatum GD12 уникален тем, что он может способствовать росту растений, осуществлять биоконтроль над болезнетворными микроорганизмами, находящимися в почве, также может вызывать системное сопротивление прикорневым патогенным микроорганизмам [31].

Таким образом, Trichoderma представляет собой эффективный биоконтрольный агент, который улучшает рост растений.

3. Механизм действия на фитопатогенные грибы

При исследовании биологии микромицета в первую очередь акцентируют внимание на его ингибирующую активность в отношении фитопатогенных грибов, таких как Fusarium oxysporum, Phytophthora parasitica и др. Поэтому грибы рода Trichoderma используются в мировой практике для создания и разработки биологических препаратов, исходя из высокого антагонистического потенциала, скорости роста и возможности культивирования в производственных условиях [4].

Биологическое регулирование численности фитопатогенов с помощью Trichoderma может происходить косвенно: а) в результате конкуренции за питательные вещества и пространство; б) в результате способности агентов биоконтроля синтезировать или сопротивляться метаболитам, которые препятствуют прорастанию спор фитопатогена (фунгистазис); г) способности к уничтожению клетки фитопатогена (антибиоз); д) способности модифицировать ризосферу - закисляя почву так, что болезнетворные микроорганизмы не могут расти.

Механизм отрицательного типа взаимодействия Trichoderma с фитопатогенными микроорганизмами недостаточно изучен на генетическом уровне. В последнее время появилось много свидетельств в пользу того, что биоконтроль является результатом различных клеточных процессов, а не только ферментативного гидролиза, как предполагалось ранее. Исследования подтверждают, что, по крайней мере, один комплекс ферментов - хитиназ - играет одну из главных ролей в отрицательных взаимодействиях Trichoderma с фитопатогенами [6].

Виды рода Trichoderma способны защищать растения от действия патогенов с помощью подавления фитопатогенных микроорганизмов, а также путем индуцирования системной и локальной резистентности растений. Такие прямые эффекты Trichoderma на рост и развитие растений очень важны для применения в сельском хозяйстве и для понимания роли грибов Trichoderma в природных и искусственных экосистемах.

Грибы Trichoderma проявляют видо- и штаммоспецифичность к разным видам фитопатогенов. Все виды Bipolaris и Alternaria в той или иной степени чувствительны к антагонистически активным микромицетам рода Trichoderma [14].

При оценке перспективного продуцента биологического контроля большое значение играет паразитизм на других грибах. Паразитизм представителей рода Trichoderma в большинстве случаев охарактеризован как некротрофный, а микофилия видов этого рода служит самостоятельным предметом изучения.

Активные в отношении фитопатогенов штаммы могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на растения, что необходимо учитывать при использовании их в практике сельского хозяйства. В случае рекомедации продуцента для создания биопрепарата возникает необходимость отбора штаммов и их оценки конкретно для каждого спектра фитопатогенов и классов растений.

Существует множество механизмов, посредством которых грибы Trichoderma осуществляют контроль фитопатогенов. Неудивительно, что разные штаммы обладают различными биоконтрольными способностями. Даже мутанты этих штаммов реализуют различные механизмы контроля фитопатогенов. Кроме того, что эти грибы вооружены самым разным «биологическим оружием», они относятся к высокоадаптивным к различным стрессовым факторам организмам и не специфичным по отношению к контролируемым ими фитопатогенам. Штаммы, лишенные одного механизма, быстро адаптируются и используют другой механизм.

Микопаразитизм считают самым важным механизмом действия биоконтрольных грибов рода Trichoderma. Показано, что регуляция микопаразитизма осуществляется многими генами и генными продуктами. Каждая функциональная ферментная группа представлена несколькими ферментами, различающимися по своим свойствам. Описано более 10 отдельных хитинолитических ферментов, установлена дивергентность и для b_1,3_глюканаз и протеаз. Регуляция каждой ферментной системы осуществляется по-разному, что делает регуляцию микопаразитизма чрезвычайно сложным процессом. Первый этап микопаразитизма обеспечивается более чем 20 генами и генными продуктами и регулируется сложными механизмами. Большинство генов синергичны друг другу. Сложный синергичный регуляторный механизм необходим только для осуществления атаки видов Trichoderma против других фитопатогенов. Неудивительно, что этот род объединяет много грибов, способных контролировать фитопатогенные грибы.

Конкуренция за местообитание и питательные вещества с фитопатогенами - один из «классических» механизмов биоконтроля у видов рода Trichoderma. Во многих случаях, когда очевидный микопаразитизм или антибиоз отсутствует, предполагается механизм конкуренции [9].

Микопаразит Trichoderma atroviride коммерчески применяется в качестве агента биологического контроля в отношении ряда фитопатогенных грибов. Микопаразитизм Trichoderma обусловлен разрушением клеточной стенки фитопатогенного гриба, повлекший за собой его уничтожение и гибель. Из этого следует вывод, что ферменты клеточной стенки (вместе с антибиотиками) являются основными факторами биоконтроля Trichoderma atroviride. Среди них гидролазы и хитиназы играют важную роль. Кроме того, атака Trichoderma на хост гифы сопровождается значительными морфологическими изменениями [15].

Взаимодействие между различными штаммами Trichoderma pseudokoningii и грибами арбускулярной микоризы Glomus mosseae и Gigaspora rosea изучено как в лабораторных условиях, так и в теплице. Все штаммы Т. pseudokoningii ингибируют прорастание G. mosseae и G. rosea [32].

гриб микромицет биоконтроль культивирование

4. Лигнолитическое действие грибов рода Trichoderma

При культивировании Trichoderma viride на жидкой питательной среде с добавлением твердого остатка соломы гречихи, культуральная жидкость исследуемого штамма проявляет высокую целлюлазную активность и не обладает фитотоксичностью. Данный субстрат рекомендован к использованию его для биоконверсии грибами рода Trichoderma viride.

Благоприятный состав твердого остатка соломы гречихи позволяет использовать его в качестве экологически чистого сырья для биоконверсии грибами рода Trichoderma viride, проявляющие высокую биологическую активность в отношении Fusarium oxysporum, а высокий титр спор в полученной культуральной жидкости (1108 спор/гр.) дают основание рекомендовать этот субстрат для промышленного получения жидкого биопрепарата «Триходермин» [4].

Гидролиз ксиланаз и целлюлозы, это необходимый шаг в направлении эффективного использования лигноцеллюлозных материалов в природе. Лигноцеллюлозные отходы это большая часть твердых бытовых отходов в городах, тем самым представляя собой экологическую проблему. Исследования показали, что с помощью традиционных стратегий обращения с отходами не удалось снизить остроту этой проблемы. Использование микробных ферментов для переработки лигноцеллюлозных отходов, как было показано, может быть альтернативой, которая является эффективным и экономичным способом. Поэтому, учитывая промышленный потенциал ксиланаз и целлюлаз, и их потенциального использования в лигноцеллюлитическом обращении с отходами, становится перспективой для получения новых ферментов и микробных штаммов, продуцентов ферментов, которые смогут производить большое количество ксиланаз и целлюлаз по низкой стоимости. Химический гидролиз лигноцеллюлозы в настоящее время сопровождается образованием токсичных компонентов, которые оказывают токсическое воздействие на окружающую среду, следовательно, необходимо рассмотреть возможность использования микроорганизмов и их ферменты, которые обладают высокой специфичностью, незначительными потерями субстрата, и также чтобы побочные продукты являлись экологически чистыми [33].

Ксиланазы и целлюлазы находятся в широком изобилии в природе, они вырабатываются бактериями, грибками, простейшими, водорослями и т.д. Мицелиальные грибы, как сообщается, являются хорошими производителями лигнолитических ферментов с промышленной точки зрения из-за внеклеточного высвобождение ферментов, представлют высокую доходность в сравнении с дрожжами и бактериями, а также производство и несколько вспомогательных ферментов, необходимых для замещенных полисахаридов. Применение ксиланаз и целлюлаз в основном рассматривается для биоконверсии лигноцеллюлозных материалов, особенно остатков и отходов сельского и лесного хозяйства по производству продукции с высокой добавленной стоимостью, таких, как этанол топливо и другие химикаты [16]. Screening of Fungi Isolated from Environmental Samples for Xylanase and Cellulase Production

Биоконверсия лигноцеллюлозной биомассы в топливо требует стадии гидролиза для получения брожения сахара, как правило, которое осуществляется с помощью грибковых ферментов. Масштабный скринниг различных штаммов микроорганизмов позволит получить оптимальные ферменты для любого целевой сырья. Различные штаммы Trichoderma исследовали для гидролизного потенциала на таком травянистом лигноцеллюлозном субстрате как просо. Штаммы культивировали на микропластинах для ксиланазной и целлюлазной деятельности. Таким образом, было выявлено, что рост на просо способствует выработке ксиланаз. Штамм IK4 обладает самый высокий ксиланазной производительностью после роста на таком лигноцеллюлозном субстрате как просо [17].

5. Биопрепараты на основе грибов рода Trichoderma

Экологически безопасной альтернативой химическим пестицидам служат биологические препараты, созданные на основе природных микробных агентов регуляции численности фитофагов и фитопатогенов. Начало развитию биотехнологии микробных средств защиты растений было положено еще в XIX в. в работах известного российского ученого И.И. Мечникова, первого в мире создавшего биологический препарат на основе выделенного им из природы энтомопатогенного гриба Metarhizium anisopliae [18].

Первым грибным препаратом, разработанным на основе Trichoderma viride (lignorum) стал «Триходермин». Позднее, включая современный период, была разработана серия препаратов на основе Trichoderma harzianum, T. koningii, T. asperellum и др. В последнее время препараты, содержащие грибы рода Trichoderma, зарегистрированы под названиями «Глиокладин» и «Стернифаг» (ВИЗР и ЗАО «Агробиотехнология, г. Москва). На мировом рынке представлено также несколько биопрепаратов, являющихся аналогами Триходермина, которые могут быть альтернативой химическим средствам: «ТопШилд» (на основе T. harzianum T_22) и «Триходекс» (T. harzianum T_39) [9].

Грибные препараты получают не только глубинным, но и поверхностным, а также глубинно-поверхностным культивированием. Это связано с тем, что бластоспоры грибов, получаемые в глубинной культуре, не столь жизнеспособны и активны, как конидии, образуемые грибами на поверхности питательной среды. В последние годы более популярным стал способ поверхностного культивирования грибов на сыпучих субстратах [17, 19].

Триходермины изготовляют на основе массового (производственного) размножения этого гриба, с использованием разных растительных отходов и других субстратов (хлебного мякиша, соломенной резки, отходов зерна и хлебных злаков, перегретого торфа). Эти препараты применяют для подавления в почве возбудителей болезни льна, корневых гнилей, вертициллезного увядания хлопчатника и других инфекционных болезней сельскохозяйственных растений. Данный гриб также подавляет развитие многоядного паразита - склеротинии Sclerotinia sclerotiorum, вызывающего заболевание склеротиниоз многих растений, в том числе кукурузы и подсолнечника. Гриб образует два известных антибиотика: глиотоксин и виридин, обладающих антибактериальными и антигрибными свойствами (против патогенных бактерий и грибов) [2, 18].

«Триходермин» выпускается в виде сухого порошка с титром не менее 6 млрд. жизнеспособных спор в 1 г. В борьбе с болезнями сельскохозяйственных культур препарат применяют свежеприготовленным, если же такой необходимости нет, то его высушивают при 30-40°С и хранят в бумажных мешках в сухом помещении при 5-10°С. Срок хранения - 1 год. У препарата отсутствует вирулентность, токсичность и токсигенность по отношению к теплокровным животным и человеку [ 20].

В производстве препаратов важным завершающим этапом является приготовление препаративной формы (формуляция действующего начала). Препаративная форма тесно связана с технологией применения биопрепаратов и со сроком их хранения. От того, насколько она будет способствовать проявлению потенциала штамма-продуцента, зависит и эффективность микробного препарата. Современные разработчики биопрепаратов учитывают необходимость оптимизации препаративной формы, что недооценивалось на первых этапах развития биотехнологии. Кроме того, неотъемлемая часть технологического процесса получения биопрепаратов - их стандартизация и оценка качества. Без этого невозможно их рациональное использование в биологической защите растений [21].

Хотя главным преимуществом биопрепаратов является высокая степень экологической безопасности, их эффективность не всегда соизмерима с эффективностью химических пестицидов в связи с большей зависимостью от температуры, влажности, инсоляции. Для устранения этого необходимо дальнейшее изучение механизмов взаимодействия биоагентов с мишенью и с окружающей средой для усиления активности действующего начала [22]. Перспективны также исследования и разработка биопрепаратов полифункционального действия [23, 25]. Так, разработана технология получения комплексных препаратов серии «Хитозар Био», в которых клетки T. viride иммобилизуют на хитинхитозановых носителях [24].

В практике применения биопрепаратов для защиты растений до настоящего времени часто бытуют неверные представления по данному вопросу. В частности, считается, что биопрепараты менее эффективны и доступны, чем химические пестициды, а биопрепарат, введенный в почву или ризосферу, не способен влиять на фитопатогены в течение длительного периода времени [26, 27]. Поэтому биопрепараты эффективны для защиты семян от болезней проростков, но бесполезны для защиты растений в период вегетации. Считается также, что один биоконтрольный агент не может быть эффективен в различных условиях, на различных культурах и против широкого спектра патогенов, поэтому лучше применять смешанные препараты, а механизм действия биоконтрольного агента очень прост и контролируется только одним или несколькими генами и генными продуктами. Некоторые специалисты уверены, что регистрация биопрепарата - процесс легкий, недорогой и простой [28].

Мнение о том, что биопрепараты менее эффективны и доступны, чем химические пестициды, ошибочно. Действительно, сторонники биологического земледелия стремятся внедрить биопрепараты в систему, в которой пестициды занимают прочное положение и были более экономичными. Другими словами, они старались внедрить биопрепараты по схеме внедрения химических средств защиты. Но на международном рынке уже существует множество эффективных пестицидов для защиты семян, часто более дешевых; пестициды сохраняются на семенах дольше, чем биопрепараты, а химические средства более эффективно защищают семена при разных погодных условиях [29, 30].

Однако в сельском хозяйстве существуют ситуации, в которых биопрепараты могут быть более привлекательными, чем химические пестициды. Например, биопрепаратами можно заменять фунгициды с низкой эффективностью, к которым у патогенов развилась резистентность и которые не могут заменить другие химические средства. Замена или частичная замена биопестицидами опасных для окружающей среды химических пестицидов, применение биопрепаратов там, где использование химических средств невозможно. Наконец, без биологической защиты невозможно ведение биологического (органического) сельского хозяйства.

Следовательно, необходимо внедрять не только биопрепараты, но и новые концепции, которые бы заменили традиционные подходы [31].



Заключение

В современных условиях резко возрастает роль защиты растений в системах земледелия, поскольку потери продукции растениеводства от вредных организмов в среднем составляют 17%. По данным специалистов, в России сельскому хозяйству наносят ущерб около 8 тысяч вредных организмов. Против 400 из них проводятся активные истребительные мероприятия, из которых наиболее распространен химический метод защиты растений.

Не отрицая ряда достоинств химических пестицидов, не следует забывать и о негативных последствиях его использования. Во-первых, широкое использование химических средств приводит к их накоплению в почве, водоемах, грунтовых водах, плодах и по трофической цепочке передается человеку. Во-вторых, при интенсивном применении химикатов у вредных организмов возникает устойчивость к ним.

В последние десятилетия для защиты растений от насекомых-вредителей и возбудителей болезней применяются биологические препараты, основой которых являются микроорганизмы и их метаболиты.

Обрабатывая семена кукурузы, сои, гороха, овощных культур, различными видами бактерий и грибов, ученые обнаружили целый ряд многообещающих форм. По их мнению, поиск биологических препаратов для обработки семян весьма перспективен.

В дальнейшем по мере его разработки, он все больше будет вытеснять химический метод, имеющий ряд недостатков. В настоящее время биологический метод следует сочетать с другими методами и все они вместе должны представлять единую систему защиты растений.



Список использованных источников

1. Штерншис М.В. Биологическая защита растений: учебник / М.В. Штерншис, С.У. Джалилов, И. В. Андреева, О. Г. Томилова; под ред. М.В. Штерншис. - М.: КолоС, 2007. - 264 с.

2. Алимова Ф. К. Trichoderma/ Hypocrea (Fungi, Ascomycetes, Hupocreales): таксономия и распространение: учеб. / Ф.К. Алимова. - Казань: УНИПРЕСС ДАС, 2006. - 260 с.

3. Гнеушева И.А. Биологическая активность грибов рода Trichoderma и их промышленное применение / И.А. Гнеушева, Н.Е. Павловская, И.В. Яковлева // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2010. - № 3. - C. 36-38.

4. Benitez T.B. Biocontrol mechanisms of Trichoderma strains / T.B. Benitez, A.M. Rincon, M.C. Limon, A.C. Codon // International Microbiology. -2004. - Vol. 7, №4. - P. 60-63.

5. Алимова Ф.К. Промышленное применение грибов рода Trichoderma: учеб. пособие / Ф.К. Алимова, Д.И. Тазетдинова, Р.И. Тухбатова. - Казань: УНИПРЕСС ДАС, 2007. - 234 с.

6. Бабицкая В.Г. Грибы - эффективные деструкторы лигноцеллюлозных субстратов: их морфологическая и физиолого-биохимическая характеристика / В.Г. Бабицкая. - М.: Новая Волна, 2003. - 38 с.

7. Claus H.M. Laccases: structure, reactions, distribution / H.M. Claus // Micron. - 2008. - Vol. 35, №2. - P. 6-10.

8. Алимова Ф. К. Некоторые вопросы применения препаратов на основе грибов рода Trichoderma в сельском хозяйстве. - Казань: Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина, 2006. - 4 с.

9. Vinale F. Trichoderma secondary metabolites that affect plant metabolism/ F. Vinale, K. Sivasithamparam, E.L. Ghisalberti, S. Wood, M. Lorito // Nat Prod Commun. - 2012. - Vol. 11, №7. - P. 50-52.

10. Keswani C. Unraveling the efficient applications of secondary metabolites of various Trichoderma spp. / C. Keswani , S. Mishra, B.K. Sarma ,

11. S.P. Singh // Appl Microbiol Biotechnol. - 2013. - Vol. 2, №98. - P. 44-47.

12. Triveni S. Optimization of conditions for in vitro development of Trichoderma viride - based biofilms as potential inoculants / S. Triveni, R. Prasanna, A.K. Saxena // Folia Microbiologica. - 2012. - Vol. 57, № 5. - P. 7-12.

13. Raman J. Response of Azotobacter, Pseudomonas and Trichoderma on Growth of Apple Seedling / J. Raman // Department of Botany and Microbiology. - 2012. - Vol. 40, №3. - P. 83-90.

14. Коломбет Л.В. Грибы рода Trichoderma - продуценты биопрепаратов для растениеводства / Успехи медицинской микологии. - М., 2007. - С. 323-371.

15. Zeilinger S. Signal transduction in host sensing and mycoparasitic response of Trichoderma atroviride / S. Zeilinger, K. Brunner, B. Reithner, I. Peissl // Molecular Biotechnology. - 2012. - Vol. 8, №1. - P. 34-38.

16. Inuwa M.  Screening of fungi isolated from environmental samples for xylanase and cellulase production / M. Inuwa  // Microbiol. - 2013. - Vol. 12, №6. - P. 23-28.

17. Cianchetta S. Hydrolytic potential of Trichoderma spp. strains evaluated by microplate - based screening followed by switchgrass saccharification /

18. S. Cianchetta, S. Galletti, P.L. Burzi, C. Cerato // Enzyme Microb Technol. - 2012. - Vol. 50, №6. - P. 10-16.

19. Штерншис М.В. Тенденции развития биотехнологии микробных средств защиты растений в России / М.В. Штерншис // Вестник Томского государственного университета. -2012. - № 2. - С. 92-100.

20. Садыкова В.С. Перспективы использования грибов рода Trichoderma в защите злаков от корневых гнилей в Сибири / В.С. Садыкова, П.Н. Бондарь // Вестник Крас ГАУ. - 2010. - № 2. - 34 с.

21. Садыкова В.С. Биологическая активность сибирских штаммов Trichoderma как фактор отбора для создания биопрепаратов защиты растений нового поколения / В.С. Садыкова, Т.И. Громовых, А.Н. Лихачев [и др.] // Биотехнология, 2007. - №6. - 12 с.

22. Громовых Т.И. Новые аборигенные штаммы грибов рода Trichoderma, распространенные на территории Средней Сибири / Т.И. Громовых, С.В. Прудникова, В.С. Громовых // Микология и фитопатология. - 2010. - Т. 35. - 56-61 с.

23. Сидоров А.А. Эколого-биологические основы патогенеза злаковых культур при поражении возбудителями корневых гнилей. - М.: Общество фитопатологов, 2001. - 182 с.

24. Горьковенко В.С. Фитопатогенный комплекс возбудителей корневых гнилей ярового ячменя / В.С. Горьковенко // Защита и карантин растений. - 2005. - № 8. - С. 32-33.

25. Громовых Т.И. Фитопатогенные микромицеты сеянцев хвойных в Средней Сибири: видовой состав, экология, биологический контроль: автореф. дис. д-ра биол. наук / Т.И. Громовых; М-во образования РФ, Красноярск. гос. ун-т. - Красноярск, 2002. - 37 с.

26. Lord J.C. From Metchnikoff to Monsanto and beyond: The path of microbial control / J.C. Lord // J. Invertebrate Pathology. - 2005. - Vol. 89, №1. - P. 19-29.

27. Берестецкий А.О. Проблемы и достижения в области биологической борьбы с сорными растениями при помощи фитопатогенных грибов / А.О. Берестецкий // Микология и фитопатология. - 2004. - 14 с.

28. Глупов В.В. Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты/ под ред. В.В. Глупова. М.: Круглый год, 2006. - 736 с.

29. Орловская Е.В. Биологические аспекты использования энтомопатогенов для регуляции численности насекомых - вредителей леса / Е.В. Орловская // Информационный бюллетень ВПС МОББ, 2002. - № 33. - C. 141-146.

30. Огарков Б.Н. Mycota - основа многих биотехнологий. - Иркутск: Время странствий, 2011. - 207 с.

31. Штерншис М.В. Энтомопатогены - основа биопрепаратов для контроля численности насекомых. - Новосибирск: НГАУ, 2010. - 160 с.

32. Новикова И.И. Биологическое обоснование использования полифункциональных препаратов на основе микробов-антагонистов в защите растений от болезней / И.И. Новикова // Защита и карантин растений, 2005. -№ 2. - С. 15-16.

33. Studholme DJ. Investigating the beneficial traits of Trichoderma hamatum GD12 for sustainable agriculture-insights from genomics /

34. DJ. Studholme, B. Harris , L. Cocq, R. Winsbury , V. Perera , L.Ryder, J.L. Ward, MH. Beale , CR. Thornton , M. Grant // Front Plant Sci. - 2013. - Vol. 30, №4. - P. 258-259.

35. Rubio MB. Identifying Trichoderma parareesei beneficial qualities for plants / MB. Rubio, NM. Quijada, E. Pйrez, S. Domнnguez, E. Monte, R. Hermosa // Appl Environ Microbiol. - 2013. - Vol. 10, №5. - P. 18-19.

Размещено на Allbest.ru