Сельскохозяйственная биотехнология биологические удобрения

Видео: Проекты Академии биологии и биотехнологии: комплексные органо-минеральные удобрения

Присутствующая в почве микрофлора оказывает непосредственное влияние на ее плодородие, а, следовательно, и на повышение урожайности. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и развития улучшают структуру почв, накапливают в них питательные вещества, превращая органические и неорганические соединения в легкоусвояемые растениями компоненты питания.

С целью стимулирования деятельности почвенной микрофлоры разработаны различные бактериальные удобрения. В практике сельского хозяйства нашли применение такие бактериальные удобоения, как нитрагин, азотобактерин и фосфоробактерин.

Технология получения сухого нитрагина

Нитрагин - бактериальное удобрение, приготовленное на основе жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium и предназначенное для повышения урожая бобовых растений: гороха, фасоли, сои, люцерны, люпина и др. Бактерии способны фиксировать свободный азот атмосферы, превращая его в легкоусвояемые растениями соединения, поскольку в их организмах есть фермент - нитрогеназа.

Нитрогеназа восстанавливает молекулярный азот до аммиака, который вовлекается затем в ряд превращений с образованием глутамина и глутаминовой кислоты. Эти кислоты в дальнейшем идут на синтез растительного белка. Этот процесс возможен только в симбиозе с бобовыми растениями: растение обеспечивает бактерии необходимыми питательными веществами и создает для них оптимальные условия существования, а бактерии, находясь в клубеньках, проросших в корни растения, снабжают его азотистым питанием. Ни растения, ни бактерии сами по себе не могут фиксировать азот.

В почве всегда есть некоторое количество клубеньковых растений, которые располагаются на дикорастущих бобовых растениях. Однако при засевании полей бобовыми монокультурами клубеньковых бактерий оказывается недостаточно, вследствие чего растения снижают урожайность. При этом минеральные азотистые удобрения оказываются в данном случае бесполезными, поскольку азот усваивается только через клубеньки. Поэтому производство бактериальных удобрений чрезвычайно актуально.

Задачей конкретного производства бактериальных удобрений является максимально возможное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса и приготовление на их основе готовых форм препаратов с сохранением их активности в течение гарантийного срока.

Сухой нитрагин - порошок светло-серого или коричневого цвета, который содержит в 1 г препарата не менее 9 млрд жизнеспособных клеток в смеси с наполнителем (бентонитом, каолином, мелом и пр.).

Промышленное производство нитрагина построено по типичной схеме асептического микробиологического процесса. «Узким» местом является стадия высушивания, поскольку именно на этой стадии бактерии могут потерять жизнеспособность из-за температурных воздействий. Поэтому сушку осуществляют под вакуумом при 30-35 оС.

Для производства посевного материала исходную культуру клубеньковых бактерий выращивают сначала на агаризованной среде, содержащей, например, отвар семян бобовых растерий, 2 % агара и 1 % сахарозы. На всех этапах промышленного культивирования применяют питательную среду одного и того же состава, включающую такие компоненты, как мелассу, кукурузный экстракт, минеральные соли в виде сульфатов аммония и магния, мел, хлорид натрия и двухзамещенный фосфат калия.

Основную ферментацию проводят в течение двух-трех суток при температуре 28-30 С и рН 6,5-7,5. Готовую культуральную жидкость направляют на сепарацию, в результате которой отделяется биомасса в виде пасты влажностью 70-80 %. Пасту смешивают с защитной средой, имеющей различный состав, но всегда содержащей мелассу и тиомочевину в соотношении 20:1, и направляют на высушивание. Процесс сушки осуществляют в вакуум-сушильных шкафах при 30-35  С и остаточном давлении 10-13 кПа. Высушенную биомассу размалывают.



Нитрагин способствует увеличению урожайности бобовых на 1525 %, а в районах, где бобовые засеваются впервые, - на 100 %. Вносят препараты путем опудривания семян непосредственно перед посевом.

Технология получения сухого азотобактерина

Азотобактерин - бактериальное удобрение, приготовленное на основе культуры свободноживущего почвенного микроорганизма Azotobacter chroococcum, способного фиксировать до 20 мг атмосферного азота на 1 г использованного сахара. Кроме того, эти бактерии выделяют в почву биологически активные вещества: никотиновую кислоту (витамин PP), пантотеновую кислоту, пиридоксин, биотин (витамин H) и некоторые фунгицидные вещества, угнетающие развитие нежелательных микроскопических грибов.

Все виды азотобактера - строгие аэробы. Бактерии этого вида очень чувствительны к наличию фосфора и развиваются при высоком содержании его в питательной среде. Технология получения азотобактерина имеет много общего с технологией производства нитрагина, поэтому будут рассмотрены наиболее существенные отличия в его технологии.

Культуру микроорганизмов выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей те же компоненты, что и при культивировании Rhizobium. Дополнительно вводят сульфаты железа и марганца, а также сложную соль молибденовой кислоты. РН среды культивирования 5,7-6,5, аэрация - 1 объем воздуха на 1 объем среды в 1 мин.



Процесс ферментации проводят до начала стационарной фазы роста культуры, так как в этой стационарной фазе биологически активные вещества выделяются из клетки и остаются в культуральной жидкости.

При этом существует опасность, что с их выходом клетки могут утратить способность фиксировать атмосферный азот после внесения в почву.

Биологически активные вещества полностью или частично могут теряться и в процессе высушивания клеток, однако оставшиеся жизнеспособными клетки после выведения азотобактера из анабиоза восстанавливают способность продуцировать биологически активные вещества.

Использовать препараты азотобактерина рекомендуется лишь в плодородных почвах, содержащих фосфор и микроэлементы. Отсутствие последних отрицательно сказывается на жизнедеятельности вносимых бактерий.

Применяют азотобактерин для бактеризации семян, рассады, компостов. При этом улучшается корневое питание растений и на 10-15 % повышается урожайность зерновых, технических и овощных культур.

Технология получения фосфоробактерина

Фосфоробактерин - бактериальное удобрение, содержащее споры микроорганизма Bacillus phosphaticum. Бактерии обладают способностью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеины и др.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты (пирофосфаты, полифосфаты) в доступную для растений форму. Кроме того, они также вырабатывают различные биологически активные вещества, в том числе витамины, стимулирующие рост растений, особенно на ранних стадиях их развития.

По морфологическим признакам Bac. phosphaticum представляет собой мелкие, грамположительные, аэробные спорообразующие палочки.

Технология его получения мало отличается от таковой для нитрагина и азотобактерина.

Культуру Bacillus phosphaticum выращивают глубинным способом. Состав питательной среды следующий (в %): кукурузный экстракт - 1,8- меласса - 1,5- сульфат аммония - 0,1- мел - 1- вода - остальное. Культивирование проводят в строго асептических условиях при постоянном перемешивании и принудительной аэрации до стадии образования спор.

Основные параметры проведения процесса: температура - 28-30  С, рН среды - 6,5-7,5- длительность культивирования - 1,5-2 суток. Полученныю в ходе культивирования биомассу клеток отделяют центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при 65-75 С до остаточной влажности 2-3 %. Высушенные споры смешивают с наполнителем (каолином).

В отличие от нитрагина и азотобактерина фосфоробактерин обладает большей устойчивостью при хранении. Потеря жизнеспособности клеток после 1 года хранения не превышает 20 %.

Следует отметить, что фосфоробактерин не заменяет фосфорные удобрения, а резко увеличивает их эффективность, поэтому его вносят вместе с фосфорными удобрениями. Фосфоробактерин рекомендуют применять на черноземных почвах. Он необходим для повышения урожайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и других сельскохозяйственных растений.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик