3.1. Биотехнология получения биопрепаратов для защиты растений

Для подавления численности вредных видов (фитофагов, фитопатогенов и сорняков) в защите растений все большее значение приобретают биологические препараты, а также средства, повышающие устойчивость растений к неблагоприятным факторам окружающей среды (бактериальные удобре­ния, регуляторы роста растений и т.п.). Использование биологических средств защиты растений позволяет снизить дозы применяемых хими­ческих пестицидов и минеральных удо­брений, что приводит к повышению качества продукции и созданию экологически безопасных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Производство микробиологических препаратов осуществляется в рамках биотехнологического процесса, основными компонентами которого являются: биологический агент, субстрат, целевой продукт, аппаратура и совокупность методов для управления процессом (рис.3.1).

Рисунок 3.1. Основные компоненты биотехнологического процесса

Активным началом в биотехнологических процессах является биологический агент. Самым традиционным биологическим агентом является микробная клетка. Постоянно пополняется арсенал микроорганизмов-продуцентов полезных веществ, которые могут быть использованы в биотехнологии.

В первую очередь для биотехнологии нужны активные исходные штаммы, а это требует селекции микро­организмов. Известны два направления получения ценных в практическом отношении микроорганизмов.

Во-первых, это выделение штаммов из природных источников. Для этого ведут поиск и отбор активных природных штаммов из почвы, насекомых, с поверхности листьев.

Во-вторых, целенаправленное создание новых, не существующих в природе биологических агентов экспериментальным путем (методами мутагенеза и генной инженерии). Это новый подход, которому уделяется большое внимание на современном этапе.

Критериями отбора новых штаммов являются: технологичность (однородность популяции, высокая степень продуцирования активного начала и т.д.), вирулентность и спектр действия. Если в течение многочисленных циклов культивирования свойства биологического агента не сохраняются или претерпевают существенные изменения, то данный биологический агент неприемлем и не может быть рекомендован для крупномасштабных технологических разработок, требующих затрат значительных средств. Результатом отбора должен быть штамм, превосходящий по качеству эталонные культуры существующего продуцента необходимого препарата.

Огромное значение приобретают специализированные банки биологических агентов (коллекции микроорганизмов). Коллекции культур играют важную роль в стандартизации биотехнологических процессов. Они обеспечивают сохранение жизнеспособности и генетических свойств штаммов, а также содействуют развитию научных исследований.

Культуры микроорганизмов хранят на среде из свеже­застывшего агара под вазелиновым маслом или без него, в лиофили­зированном состоянии или в трупах погибших насекомых. При хранении в пробирках на агаризованных питательных средах (ПС) стабильность штамма обеспечивается при пересевах каждые 3-4 месяца.

Удобным методом является хранение лиофилизированных культур, но лиофилизация требует специального оборудования и защитных сред (сухое молоко, глина и т.д.).

В процессе производства биопрепаратов из отселектированных штаммов микроорганизмов, развивающихся на питательной среде, готовят маточную культуру. Для получения маточной культуры проводят размножение штамма на скошенной твердой питательной среде в пробирках. Непосредственно перед наработкой нужна посевная культура.

Посевная культура представ­ляет собой размноженную маточную и предназначена для непосред­ственного посева в ферментеры или кюветы. Посевную культуру выращивают в жидких питательных средах в специальных аппаратах или в колбах на качалках. При получении посевного материала принципиально важным являются способ выведения пропагул хранящейся маточной культуры из анабиоза, состав среды и режим культивирования.

Качество пита­тельной среды - одно из важнейших условий получения высокоактивных препаратов. При конструировании питательной среды необходимо учитывать физиологические потребности микробной культуры в элементах азотистого, углеводного и минерального питания. Надо принимать в расчет протеолитическую способность культуры.

Заключительным этапом производства биопрепаратов является получение приемлемой препаративной формы. Особое внимание уделяется стандартизации и безопасности биопестицидов.