Сельскохозяйственная биотехнология

Препарат АМБ применяется  в тех случаях, когда почва  обеднена и не имеет достаточного количества негативных микроорганизмов для проведения сельскохозяйственной деятельности. Кроме АМБ известен также вид препаратов ЭМ, который отличается от АМБ тем, что содержит не все почвенные бактерии подряд, а только их "элитных" представителей. В настоящее время ЭМ-препараты представляются одним из наиболее прогрессивных направлений развития биопрепаратов сельского хозяйства.

 

 

3 Процесс приготовления бактериального удобрения

 

Рассмотрим процесс  приготовления бактериального удобрения более подробно. Весь цикл состоит из 5 этапов, каждый из которых, в свою очередь, подразделяется на несколько шагов:

 

Схема процесса производства бактериальных  удобрений в общем виде

 

1 стадия: приготовление инокулята

1) Подбор штамма бактерий, обладающего требуемыми свойствами (достаточная скорость роста,  обязательно устойчивость к сухим  условиям, и ряд свойств, необходимых  для конечного продукта)

2)  Засев на твердую  питательную среду. Производится в лабораторных условиях при соблюдении стерильности. Требуется для первоначального наращивания биомассы.

3) Пересев на жидкую питательную среду. Также проводится в лабораторных условиях. Необходим для получения количества биомассы, достаточного для помещения в ферментер большого объема.

 

 

2 стадия: приготовление среды

Этот процесс идет параллельно с приготовлением инокулята, питательная среда также используется для предварительного наращивания  биомассы бактерий. Состав среды подбирается индивидуально для каждого вида бактерий. Для увеличения эффективности процесса ферментации зачастую требуется достаточно трудоемкий предварительный этап подбора оптимального состава питательной среды.

1) Подбор оптимального  состава питательной среды, если требуется (при модернизации производства, при использовании нового штамма бактерий и т.д.).

2) Приготовление требуемого  количества среды.

3) Стерилизация среды.

3 стадия: ферментация

Процесс ферментации  проводится, как правило, глубинными методами в таре, предназначенной для конечного продукта, в помещениях, обеспеченных оптимальными для процесса условиями; реже — в ферментерах. Условия культивирования строго асептические, температурный режим как правило 26-30°С, pH среды нейтральная (6,5 — 7,5).

Продолжительность культивирования зависит от требуемого количества биомассы, вида микроорганизма и других условий, в общем, подбирается экспериментальным путем.

4 стадия: сушка

Существует несколько  методов сушки, применяемых в  производстве бактериальных удобрений — сублимационная сушка, применение распылительных, ленточных и др. сушилок. Выбор метода сушки и условий процесса (температурный режим, требуемая остаточная влажность) определяются, исходя из эксплуатационных требований получаемого удобрения и того, какие микроорганизмы взяты для производства.

5 стадия: фасовка и выпуск продукта

Зачастую, стадия фасовки  готового удобрения мало выделяется среди предшествующих стадий производства. Это связано с тем, что во многих случаях культивирование микроорганизмов  производится непосредственно в товарной упаковке (например, ризоторфин — в ПЭ пакетах (предварительно в них расфасована подготовленная среда - торф), азотобактерин — в стеклянных бутылях и т.д.).

Во многом это связано  с тем, что срок хранения готового продукта очень недолог, поэтому  экономически наиболее приемлема скорейшая  его реализация. В других случаях  производится сортировка, отбор, фасовка  и упаковка готового продукта, для  чего может потребоваться введение отдельной производственной линии.

 

4 Экономическая  целесообразность и обоснованность  внедрения производства бактериальных  удобрений

 

Рассмотрим более подробно экономическую целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений. По результатам их работы было установлено, что при применении азотфиксирующих бактериальных препаратов рост продуктивности картофеля за 2 года составил от 7% до 43% в зависимости от разведения препарата и сочетания его с другими бакудобрениями (конкретно были исследования силикатные бактерии).

Кроме того, была обнаружена зависимость эффективности препарата  от типа почвы, в которую он был  внесен и глубины заделки саженцев. Немаловажным экономическим фактором так же является и то, что наибольшую эффективность препарат продемонстрировал при среднем разведении (эксперимент проводился при разведениях от 1:200 до 1:1000, при этом наивысший результат был достигнут при разведении 1:400, далее происходило снижение эффективности).

Судя по всему, это  связано со значительным накоплением в почве продуктов жизнедеятельности бактерий, которые нейтрализуют положительный эффект от их применения.

Из описанных результатов можно сделать вывод о том, что при соблюдении ряда условий, либо путем подбора более эффективных биопрепаратов, применение бактериальных удобрений в общем позволяет получать плоды, обладающие большей массой, экологичностью, безвредностью для человека и животных, и содержащие больше витаминов по сравнению с аналогами, выращенными без применения таких удобрений. Все это в итоге повышает экономичность и эффективность сельского хозяйства в целом.

 

4.1 Достоинства  и недостатки бактериальных удобрений

 

Рассмотрим достоинства и недостатки бактериальных удобрений как таковых. К их плюсам можно отнести следующее:

-  Представляют собой  100% экологически чистые препараты

-  Относительно простой  производственный цикл

-  Доступные штаммы  микроорганизмов

-  Существенная эффективность  использования по сравнению с  минеральными удобрениями

К недостаткам биопрепаратов можно отнести:

-  Зависимость эффективности  их действия от состава и  свойств почвы, и ряда других  факторов

-  Расчет товарной  упаковки на применение на  больших площадях, затруднено использование  на малых садовых участках

-  Малый срок хранения, некоторая "сезонность" производства

 

 

 

 

5 Регуляторы  роста

 

Регуляторы роста находят  всё большее применение в современных  технологиях производства продукции  растениеводства. К ним относятся  природные и синтетические органические соединения, которые в малых дозах активно влияют на обмен веществ растений, вызывая стимуляцию или подавление их роста и морфогенеза.

Фитогормоны - соединения, с помощью которых осуществляется взаимодействие клеток, тканей и органов  и которые в малых количествах  необходимы для запуска и регуляции физиологических и морфогенетических программ растений.

К природным регуляторам  роста растений относятся фитогормоны: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен, брассинолиды и другие.

 

 

5.1 Общая характеристика  регуляторов роста растений

 

Ауксины - соединения преимущественно  индольной природы: индолилуксусная  кислота и ее производные. Ауксин образуется в апикальных меристемах и стимулирует клеточное растяжение.

Гиббереллины ускоряют рост стебля, в меньшей степени - корня за счет, как деления, так и растяжения, прерывают период покоя у семян, клубней и луковиц, индуцируют цветение длиннодневных растений при коротком дне, стимулируют прорастание пыльцы, оказывают действие на биосинтез ферментов. Обработка озимых гиббереллинами заменяет яровизацию.

Цитокинины - производные 6-аминопурина, синтезируются главным  образом в меристеме корня, участвуют  в регуляции обмена веществ в  надземных органах, индуцируют в  присутствии ауксина деление  клеток.

Абсцизовая кислота  накапливается осенью в семенах и почках, индуцирует их переход в период покоя и увеличивает его продолжительность, ускоряет образование отделительного слоя при опадении листьев, тормозит рост отрезков стеблей и калеоптилей.

Этилен - содержится в  различных органах растений, способствует замедлению роста, ускорению старения клеток, созреванию и опадению плодов.

Брассинолиды - поддерживают иммунитет растений в стрессовых ситуациях (уменьшение температуры, засуха, заморозки, засоление почвы, болезни, действие пестицидов).

Первый эпи-брассинолид был выделен американскими учеными в 1979г. из пыльцы рапса, он обладает биорегуляторной и ростостимулирующей активностью. Природные РРР не представляют какой-либо опасности для окружающей среды и человека, т.к. в процессе эволюции биосферы и организма человека вырабатывались соответствующие механизмы их биотрансформации.

Синтетические регуляторы роста растений получают химическим или микробиологическим путём. С физиологической точки зрения они являются аналогами эндогенных фитогормонов, либо могут оказывать влияние на биосинтез и функционирование гормонов растений. Их применяют с целью влияния на процессы роста, развития и жизнедеятельности растений, обеспечения урожайности, улучшения качества, обеспечения уборки. К этой группе соединений можно отнести также гербициды, вызывающие задержку роста и гибель растений. Известно, что гербициды в зависимости от дозы могут проявлять как ингибирующее, так и стимулирующее действие.

5.2 Фитогормоны и стрессовое состояние растений

 

Фитогормоны полифункциональны, регулируют многие физиологические процессы, физиологическое действие их на растение зависит от следующих факторов:

• специфики фитогормона - спектра физиологических действий на растительный организм данного фитогормона;
• специфики объекта - видовых, органных, тканевых, возрастных и других особенностей растительного объекта, определяющих его восприимчивость к фитогормону;
• концентрации фитогормона - определенных границ концентраций, в которых фитогормон активирует или ингибирует данный физиологический процесс;
• обеспеченности растительного объекта необходимыми факторами минерального и углеродного питания;
• эндогенного содержания фитогормона - ответной реакции растительного объекта на экзогенный гормон, зависящей от его концентрации внутри растения;

Устойчивость растений к воздействию неблагоприятных факторов среды связана с защитным реакциями, формирующимися с участием гормонов. В период действия стрессора преобладает роль гормонов-ингибиторов, а при выходе растений из состояния стресса - гормонов-активаторов.

Абсцизовая кислота является основным фактором замедления обмена веществ при действии стресса, что связано с её способностью интенсивно накапливаться в клетках, тканях и органах, а при улучшении условий быстро подвергаться деградации. Абсцизовая кислота накапливается в растениях при водном дефиците.

Этилен также интенсивно образуется в растениях в ответ  на действие засухи, жары, на повреждение  насекомыми и инфекцию, на механические травмы и др.

 «Стрессовый» этилен  способствует отмиранию и отторжению  поврежденных тканей, листьев и других органов растений, что обеспечивает нормальную работу в целом. При засухе, недостатке минеральных элементов питания нарушается синтез цитокининов в корневых окончаниях и их транспорт в надземную часть растений. С помощью экзогенных цитокининов удаётся повысить устойчивость клеток к разнообразным стрессовым воздействиям, сохранить жизнеспособность листьев.

5.3 Взаимодействие фитогормонов

В.И. Кефели (1991) считает, что для обеспечения каждой формы  ростового процесса имеется доминирующий гормон, а другие гормоны сопровождают его. Регуляцию прорастания семян можно представить, как доминирование гиббереллина, цитокинина или ауксина с редукционным содержанием эндогенного ингибитора. Регуляцию роста корня - как действие ауксина с редукционным содержанием ингибитора; регуляцию роста стебля - как функцию совместного действия гиббереллина и ингибитора; старение стебля - как доминирование ингибиторов с редукционным содержанием гиббереллинов; старение листьев - как доминирование с редуцированным содержанием цитокинина.

Следует подчеркнуть, что  ауксин индуцирует, а гиббереллин  приостанавливает процесс образования  корней; зеленение листа запускает цитокинин. Цитокинин вызывает рост боковой почки, а ауксин приостанавливает его. Стареющие органы обедняются ауксином, и обогащаются этиленом, начинается формирование отделительного слоя. Если ауксины способствуют биосинтезу белков, клетчатки и пектинов в растении, то этилен - их распаду.

Антагонизм цитокинина и абсцизовой кислоты проявляется  в ростовых явлениях, движении устьиц, процессе старения и др. Повышение концентрации ауксина в одном органе растения приводит к накоплению этилена.

Взаимодействие фитогормонов в растении на уровне биосинтеза возможно благодаря их общему предшественнику  и взаимодействию метаболических ветвей, ведущих к активации или подавлению биосинтеза гормонов конечным продуктом.

5.4 Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений

 

Прорастание семян. В набухающем семени центром образования или высвобождения гиббереллинов, цитокининов и ауксинов из связанного состояния является зародыш. Из зародыша первые порции этих гормонов обеспечивают мобилизацию запасных белков, углеводов и др., способствуя питанию зародыша, а также стимулируют начало процессов деления и растяжения клеток в осевых органах зародыша, запуск всего ростового процесса молодого растения.