СРЕДСТВО ДЛЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ И СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в технологии биологической защиты растений от болезней и насекомых-вредителей на стадии вегетации.

Повышение устойчивости растений к вредителям и болезням является главной задачей как в растениеводстве, так и в сельском хозяйстве в целом.

В настоящее время из препаратов и смесей, содержащих различные культуры микроорганизмов, применяется препарат «Экстрасол» для защиты растений от вредителей и стрессовых факторов, содержащий смеси культур микроорганизмов Arthrobacter mysore, Flavobacterium sp:L-30, Agrobacterium radiobacter 204, Agrobacterium radiobacter 10, Azomonas agilis 12, Bacillus subtilis 4-13, Pseudomonas fluorescens 2137 и др. Он используется для обработки семян и на стадии вегетации растений [7, 8].

Недостаток указанного препарата состоит в том, что в нем все микроорганизмы находятся в условиях одинаковой величины значения pH, хотя каждый микроорганизм имеет определенный оптимум развития pH. Кроме того, у препарата отсутствует защитный эффект от насекомых-вредителей.

Известен препарат для защиты растений от болезней (RU, Патент №2170511), содержащий, масс.%: биомассу штамма гриба Trichoderma viride PersexS.F. Gray 16 ЦКМ F-59M - 80-90; микрокристаллическую целлюлозу - 5-10; соли магния - 5-10. Препарат обладает антагонистической активностью против широкого спектра возбудителей болезней сельскохозяйственных культур, может применяться совместно с химическими пестицидами.

Однако в этом препарате отсутствуют культуры микроорганизмов, ускоряющие рост растений и улучшающие плодородие почвы.

Для обработки по вегетативной массе пасленовых культур в период бутонизации растений перед цветением используется жидкое удобрение «Риверм» в баковой смеси с Фитодоктор, Триходермин, Планриз, Микосан [6]. Т.е. фосфоробактер находится в симбиозе с Bacillus subtilis, одним из видов Trichoderma, в зависимости от используемого исходного штамма, а также с Pseudomonas fluorescens.

Недостатком данного бакового средства является узкая рекомендованная направленность использования для пасленовых культур, а также отсутствие культур микроорганизмов, защищающих от насекомых-вредителей.

Известна микробная композиция для борьбы с личинками жуков-щелкунов (Патент RU №2311768), включающая равнообъемную смесь маточных культур энтомопатогенных грибов Beauveria bassiana F-65, Metarhizium anisopliae var. Anisopliae F-596.

Известны также инсектицидные препараты на основе энтомопатогенных микроорганизмов, таких как грибы Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae и бактерии Bacillus turhingiensis, включающие усниновую кислоту в качестве синергиста инсектицидов, при этом гибнут гусеницы пчелиной огневки, личинки колорадского жука и гусеницы непарного шелкопряда (Патент RU №2328493).

Указанные инсектицидные препараты на основе энтомопатогенных микроорганизмов Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae обладают инсектицидным действием, однако не проявляют лечащего эффекта от бактериальных, грибных и вирусных болезней растений.

Наиболее близким по технической сущности является способ защиты многолетних культур с использованием смеси из трех-шести биофунгицидов. (Патент RU №2458503). Принимаем его за прототип. Применяются биофунгициды различной антифунгальной и антибактериальной направленности, в дозировке 50-100% на гектар. Используется смесь шести различных культур микроорганизмов. Бактофит (Bacillus subtilis штамм ИПМ-215 и продуцируемый антибиотик) - 2,5 л/га, Планриз (Pseudomonas fluorescens штамм АР-33) - 1,5 л/га, Триходермин (Trichoderma viride) - 1,5 л/га, Трихоцин (Trichoderma harzianum) - 100 г/га, Фитолавин (Streptomyces griseus или Streptomyces lavendulae штамм 696) - 1 л/га, Вермикулен (Penicillium vermiculatum) - 2,5 л/га). Или используют состав из трех культур микроорганизмов (Алирин-Б (Bacillus subtilis штамм В-10 ВИЗР) - 100 г/га, Триходермин (Trichoderma viride - 1,5 г/га, Фуникулозум (Penicillium funiculosum) - 2,5 л/га). Каждый отдельно растворяют в небольшом количестве воды (10 л). Затем все растворы смешивают с водой в баке непосредственно перед опрыскиванием и приготовленной баковой смесью опрыскивают насаждения имеющейся в хозяйстве техникой. Норма расхода на 1 га составляет 800-1200 литров. Опрыскивание проводят через 5-15 дней после уборки урожая. При продолжительной теплой осени проводят второе опрыскивание через 2-4 недели.

Недостатком данных баковых смесей является внесение значительного количества (2,5 л/га) споровых микроорганизмов по отношению к вносимому объему грибных культур и отсутствие в смеси культур грибов, которые бы оказывали губительное действие на насекомых. Кроме того, наличие в смеси Фитолавина, представляющего комплекс стрептотрициновых антибиотиков, подавляет почвенную микрофлору.

На сегодняшний момент биологических средств защиты растений, содержащих культуры микрооганизмов: Trichoderma viride, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium, одновременно повышающих устойчивость к бактериальным, грибным и вирусным болезням и стрессовым факторам, защищающих от вредителей, улучшающих плодородие почвы и процесс питания растений - нет. При этом заявляемая смесь рекомендована для обработки в период вегетации.

Таким образом, заявленное средство соответствует критерию патентоспособности - новизна.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений является получение экологически безопасного, непатогенного для человека и животных биологического средства борьбы с заболеваниями растений и с насекомыми-вредителями, повышение эффективности средства путем одновременного использования комплекса биофунгицидов и биоинсектицидов, обеспечение возможности стимулирования роста растений и улучшения плодородия почвы, а также применение средства в период вегетации наиболее благоприятный для снижения количества возбудителей комплекса болезней и насекомых-вредителей.

Технический результат достигается тем, что средство для микробиологической защиты растений включает смесь культуральных жидкостей: Trichoderma viride : Azotobacler chroococcum : Bacillus megaterium : Beauveria bassiana : Metarhizium anisopliae с необходимым количеством воды при соотношении культур в смеси 1:1:1:1:1 при титре каждой культуры не менее 1×10⁷ КОЕ/мл.

Технический результат достигается также тем, что способ микробиологической защиты растений с использованием средства по п.1 включает 2-3-кратное опрыскивание растений в период вегетации в дозировке 12,5 л средства на 1 га посевов, при достижении средних температур воздуха не ниже 15°C, с интервалом две-три недели.

Своевременная обработка растений в период вегетации при норме расхода 12,5 л баковой смеси на 1 га обеспечит растению питание и защиту от болезней и насекомых. При меньшем расходе средства происходит развитие преимущественно почвенных фитопатогенов и насекомых-вредителей вследствие чего снижается урожайность. Применение средства в количестве более 12,5 л/га приводит к нецелесообразному перерасходу средства.

Средство для микробиологической защиты представляет смесь культуральных жидкостей пяти культур микрооганизмов: Trichoderma viride, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium. Оно позволяет использовать смесь биофунгицидов и биоинсектицидов одновременно и является системным средством, улучшающим плодородие почвы и процесс питания растений, приводящим к достижению популяции невредоносного уровня и постепенному вымиранию вредителей, подавляющим возбудителей болезней и повышающим устойчивость к ним, а также к стрессовым факторам.

Благодаря целлюлолитической и лигнолитической активности Trichoderma viride происходит деструкция и уменьшение молекулярного веса полимерных питательных компонентов в почве, что делает их доступными для питания других микроорганизмов, вносимых в баковой смеси. Кроме того, благодаря выделению Trichoderma viride антибиотических веществ происходит обеззараживание почвы, что обеспечивает защиту растений от гнили, корневых инфекций. Trichoderma viride сдерживает размножение фитопатогенов: Fusarium, Phytophthora, Alternaria, Pythium, Botrytis, Phoma. Также Trichoderma viride препятствует развитию возбудителей ржавчины, мучнистой росы. Гриб стимулирует корневое питание растений и улучшает плодородие почвы. Синергизм влияния на насекомых достигается одновременным внесением Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae. Короткий цикл развития и высокая репродуктивная способность Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae увеличивает возможность попадания гриба-паразита на насекомых: колорадский жук, картофельная коровка, луговой и кукурузный мотылек, вредная черепашка, различные виды моли, акациевая огневка, хлопковая совка, гороховая зерновка, свекловичный долгоносик, проволочник, медведка, личинки, реликтового дровосека, термитов и др. Миграция инфицированных насекомых с начальными стадиями мускардиноза способствует распространению заболевания. При этом значительно расширяется спектр вымирающих насекомых-вредителей, включая трипсов, злаковых мух, жужелиц. Внесение в баковую смесь Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium позволяет обеспечить растения доступными для питания формами азота и фосфора. Также микроорганизмы участвуют в процессе минерализации. Кроме того, они являются антагонистами корневой гнили и бактериальных заболеваний растений.

Действие заявленного средства основано на симбиотических отношениях культур между собой. Продукты метаболизма Trichoderma viride используются Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae. При этом Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae имеют разный временной пик развития. Также накопление органики очень важно для развития активных аэробных культур Azotobacter chroococcum. Кроме того, бактерии Bacillus megaterium переводят фосфор в растворимое состояние, доступное для растений и его минеральные формы, необходимые для питания растений и Azotobacter chroococcum.

Таким образом, входящие в состав заявляемого средства культуры микроорганизмов обеспечивают достижение технического результата. Это определяет соответствие заявленного решения условию патентоспособности - изобретательский уровень.

Приготовление питательной среды для выращивания микроорганизмов осуществляют следующим образом: в 1000 литров воды, залитой в емкость для ферментации, засыпают 25 кг сахара, затем добавляют 30 кг просеянных пшеничных или кукурузных отрубей, вводят калий фосфорнокислый двузамещенный 100 г/1000 л среды. Затем устанавливают необходимый pH питательной среды. Для этого вводят 10% раствор ортофосфорной кислоты (для подкисления среды) и 10% раствор гидроокиси калия (для подщелачивания среды) в таком количестве, чтобы установить начальный pH среды для Azotobacter chroococcum и Bacillus megaterium, равным 7,0±0,5, а для Trichoderma viride, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae -6,5±0,5 (количество добавляемых растворов ортофосфорной кислоты и гидроокиси калия зависит от начального pH воды). Тщательно перемешивают, после чего происходит набухание отрубей в течение 2 часов. Далее в питательную среду вводят по 1 кг каждой из заявленных культур микроорганизмов в сухом виде (лиофильно высушенные культуры). После чего осуществляют процесс ферментации и размножения микроорганизмов при температуре 15-20°C с периодическим перемешиванием и аэрацией смеси до достижения титра не менее 1×10⁷ КОЕ/мл в течение 12-14 суток. Каждая культура заявленных микроорганизмов Trichoderma viride, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium выращивается в отдельном ферментере. Затем культуральные жидкости фильтруют. При этом из каждой емкости отбирают определенные порции культуральной жидкости, помещают их в отдельную емкость в соотношении 1:1:1:1:1, приливают необходимое количество воды и проводят их равномерное перемешивание. Полученную баковую смесь заявляемых культур микроорганизмов используют для обработки вегетирующих растений в день приготовления.

Способ микробиологической защиты растений с использованием средства по п.1 включает 2-3-кратное опрыскивание растений баковой смесью в период вегетации в дозировке 12,5 л смеси на 1 га посевов, при достижении средних температур воздуха не ниже 15°C, с интервалом две-три недели.

Для доказательства соответствия предложенного решения условию промышленная применимость приводим примеры конкретной реализации.

Пример 1

Каждую культуру заявленных микроорганизмов Trichoderma viride, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium выращивают в отдельных емкостях для ферментации. Далее из каждой емкости отбирают определенные порции культуральных жидкостей с титром не менее 1×10⁷ КОЕ/мл, помещают их в отдельную емкость в соотношении 1:1:1:1:1, приливают необходимое количество воды и проводят их равномерное перемешивание. Полученной баковой смесью опрыскивают растения в период вегетации. Расход каждой культуры микроорганизма в дозировке 2,5 л/га или 12,5 л/га смеси. Обработку растений производят, при достижении средних температур воздуха не ниже 15°C, с интервалом две-три недели.

Эффективность использования средства по п.1 против насекомых-вредителей на примере использования на озимой пшенице представлена в таблице 1.

Увеличение урожайности при использовании заявляемого микробиологического средства защиты в сравнении с инсектицидом происходит главным образом за счет того, что поражение личинок насекомых грибами Beauveria bassiana и Metarhizium anisopliae происходит на всех стадиях их развития. Также заражение насекомых указанными грибами отражается не только на жизнеспособности зараженного поколения, но и влияет на плодовитость последующих поколений, снижая ее. Это достигается в результате распространения мицелия грибных культур с зараженными мигрирующими насекомыми, а также способностью грибов к дальнейшему бесполому размножению, осуществляемому конидиями. Т.е. их действие пролонгировано. В то время как инсектицид, оказывая губительное действие на насекомых, влияет и на растение.

Эффективность использования средства по п.1 от заболеваний на примере использования на озимой пшенице представлена в таблице 2.

Эффективность использования средства по п.1 от заболеваний на примере использования на подсолнечнике представлена в таблице 3.

Сравнительная оценка использования при заболеваниях растений заявляемого средства защиты с эталоном показывает, что при равных результатах влияния эталона и заявляемого микробиологического средства на растения урожай на 2 ц/га выше при обработке заявляемым средством. Это объясняется тем, что происходит постепенное приобретение устойчивости возбудителей заболеваний к химическим препаратам. А одновременное использование нескольких культур микроорганизмов, в качестве продуцентов антибиотических веществ и ферментов для борьбы с возбудителями заболеваний, позволяет продлить действие средства в течение периода развития растений.

Пример 2

Оценку эффективности способа применения заявляемого средства осуществляют в ходе проведения полевых испытаний.

Полевые испытания проводили в ООО «Аксайская земля» Ростовской области, где провели оценку эффективности по содержанию гумуса в почве и урожайности пшеницы.

Готовят баковую смесь заявленных культуральных жидкостей микроорганизмов Trichoderma viride, Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium с титром не менее 1×10⁷ КОЕ/мл, взятых в соотношении 1:1:1:1:1. Затем опрыскивают приготовленной баковой смесью посевы озимой пшеницы в период вегетации, причем средняя температура воздуха должна быть не ниже 15°C. Через 2-3 недели повторяют обработку посевов. Применение средства заявляемым способом позволило увеличить содержание гумуса на 0,16% в течение 5 лет. При этом урожайность пшеницы возросла с 11 ц/га до 35-40 (до 50 в отдельные годы) ц/га. Это объясняется тем, что разложение органических веществ почвы заявленными микроорганизмами способствует накоплению гумуса. Кроме того, сами отмершие клетки микроорганизмов являются резервом для их разложения другими микроорганизмами, а это способствует увеличению урожайности. Аналогичные испытания проводили на пшенице в ПСХК «Александровский» Ростовской области, ООО «Темижбекский» Ставропольского края.

Применение смеси культуральных жидкостей микроорганизмов обеспечивает снижение количества возбудителей комплекса болезней и насекомых-вредителей путем одновременного использования комплекса биофунгицидов и биоинсектицидов; стимулирование роста растений и улучшения плодородия почвы. Опрыскивание смесью культуральных жидкостей растений в стадии роста и развития обусловлено тем, что это наиболее благоприятный период, т.к. на протяжении всего развития растений достигается снижение количества возбудителей комплекса болезней и постепенное вымирание и расширение спектра популяций уничтожаемых насекомых-вредителей.

Пример 3

Подтверждение возможности использования баковой смеси в необходимом (любом) количестве воды приведено в таблице 4. Для этого осуществляли опрыскивание посевов пшеницы заявленным средством в количестве 12,5 л/га, вносимом в 100, 300, 500, 800 и 1000 литров воды (без учета влажности почв и количества выпавших осадков) с последующим учетом % поврежденности насекомыми и % пораженности корневой гнилью. Результаты представлены в таблице 4. Сравнительная оценка подтверждает, что в данном случае обязательным условием достижения необходимого результата является внесение именно 12,5 л/га смеси культуральных жидкостей, содержащих клетки, споры, конидио-мицелиальную массу микроорганизмов и продукты их метаболизма.

Пример 4

Возможность использования различных штаммов приведена в таблице 5. Видовая принадлежность микроорганизмов характеризует их узконаправленную ферментативную активность и направленность действия против возбудителей болезней и насекомых. Несмотря на разную степень секреции биологически активных веществ, антибиотиков и фунгицидов различных штаммов, при использовании заявленных культур в баковой смеси существенного различия в %-ном выражении в подавлении болезней и энтомопатогенном действии при проведении обработок обнаружено не было. Это подтверждает возможность использования различных штаммов в пределах одного вида заявленных микроорганизмов.

Источники информации:

1. Котляров В.В. Физиология иммунитета растений: Учебное пособие. / В.В. Котляров - Краснодар, 2006. - 102 с.

2. Мосичев С.М., Складнев А.А. Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. - 264 с.

3. Биологическая защита растений / М.В. Штерншис, Ф.С.-У. Джалилов. И.В. Андреева, О.Г. Томилова; под ред. М.В. Штерншис. - М.: КолосС, 2004. - 264 с.

4. http://ru-patent.info

5. www.ovoshevodstvo.com/joumal/brovse/2010 10/

6. http://colhoz.com

7. http://beltorg.org/product_info.php

8. http://www.bisolbi.ru