Использование грибов рода Trichoderma в растениеводстве

 

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 , 

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

11. 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.
12. 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.
13. Коломбет Л.В. Грибы рода Trichoderma - продуценты биопрепаратов для растениеводства / Успехи медицинской микологии. -  М., 2007. –      С. 323-371.
14. 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.
15. Inuwa M.  Screening of fungi isolated from environmental samples for xylanase and cellulase production / M. Inuwa  // Microbiol. – 2013. – Vol. 12, №6. – P. 23-28.
16. Cianchetta S. Hydrolytic potential of  Trichoderma spp. strains evaluated by microplate - based screening followed by switchgrass saccharification /

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

17. Штерншис М. В. Тенденции развития биотехнологии микробных средств защиты растений в России / М.В. Штерншис // Вестник Томского государственного университета. –2012. – № 2. – С. 92-100.
18. 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.
19. 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.
20. 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.
21.   Сидоров А.А. Эколого-биологические основы патогенеза злаковых культур при поражении возбудителями корневых гнилей. – М.: Общество фитопатологов, 2001. – 182 с.
22. Горьковенко В.С. Фитопатогенный комплекс возбудителей корневых гнилей ярового ячменя / В.С. Горьковенко // Защита и карантин растений. -  2005. – № 8. – С. 32–33.
23. 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.
24. 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.
25. 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.
26. Глупов В.В.  Патогены насекомых: структурные и функциональные аспекты/ под ред. В.В. Глупова. М. : Круглый год, 2006. - 736 с.
27. 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.
28. Огарков Б.Н. Mycota - основа многих биотехнологий. - Иркутск : Время странствий, 2011. - 207 с.
29. Штерншис М.В. Энтомопатогены - основа биопрепаратов для контроля численности насекомых. - Новосибирск : НГАУ, 2010. - 160 с.
30. 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.
31. Studholme DJ. Investigating the beneficial traits of Trichoderma 

hamatum GD12 for sustainable agriculture-insights from genomics /

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.

32. Martinez A. Interactions between Trichoderma pseudokoningii strains and the arbuscular mycorrhizal fungi Glomus mosseae and Gigaspora rosea /

A. Martinez , M. Obertello, A. Pardo, JA. Ocampo, A. Godeas // Mycorrhiza. – 2011. – Vol. 14, №2. – P. 79-84.

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