Способ получения микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей и способ его применения Российский патент 2024 года по МПК C12N11/14 C12N1/20 A01N63/23 

Изобретения относятся к области сельского хозяйства, а именно к области к сельскохозяйственной биотехнологии и могут быть использованы для биологической защиты растений от насекомых-вредителей.

В соответствие с ГОСТ 21507-2013 «Защита растений. Термины и определения» биологическая защита растений - это система мероприятий по защите растений и продукции растительного происхождения от вредных организмов путем применения биологических препаратов или использования регуляторной и истребительной деятельности естественных врагов вредных организмов.

Изобретения представляют собой способ получения микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей, а также способ его применения.

Известен способ получения микробного инсектицида (Патент SU 390727A3), включающей культивирование Васillus thuringiensis в жидкой питательной среде, выделение спор и токсинов посредством центрифугирования, и высушивание, при котором с целью исключения вторичной инфекции споры лишают способности к размножению, сохраняя их инсектицидную активность. Недостатком известного способа является низкая технологичность, обусловленная необходимостью проведения дополнительных операций сушки микробного инсектицида.

Известен энтомопатогенный биопрепарат для защиты растений от вредителей и способ его получения (Патент RU 2487542). Энтомопатогенный биопрепарат для защиты растений от вредителей содержит сухую смесь концентрата культуральной жидкости на основе инфекционных единиц энтомопатогенных грибов вида Verticillium lecanii, или Beauveria bassiana, или Metarhizium anisopliae, аэросила и добавки, защищающей инфекционные единицы от потерь жизнеспособности и биологической эффективности при высушивании, при следующем соотношении компонентов, мас. %: концентрат культуральнеой жидкости - 69,0-77,5, добавка - 10,8-13,8, аэросил - 11,6-17,2. В качестве добавки биопрепарат содержит спирт многоатомного ряда, углевод, растительное масло, глюконат натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: спирт многоатомного ряда - 6,2-13,4, углевод - 38,0-41,9, растительное масло - 38,7-41,0, глюконат натрия - 0,4-0,5, вода - 9,3-10,5. Биопрепарат получают введением в концентрат культуральной жидкости добавки при соотношении 5-7:1, а затем аэросила при соотношении 4,5-7.6:1 и высушиванием смеси.

Известный способ обладает рядом существенных недостатков. Первым недостатком известного способа является его высокая себестоимость, обусловленная высокой стоимостью используемого в качестве носителя чистого химически осажденного кремния - аэросила. Другим его недостатком является низкая технологичность, обусловленная необходимостью проведения дополнительной операции сушки.

Известен способ получения инсектицидного препарата и препарат на основе бактерий bacillus thuringiensis (RU 2003109418A), включающий культивирование бактерий Bacillus thuringiensis, выделение из биомассы дельта-эндотоксина путем введения растворителя, удаление осадка и смешивание раствора с наполнителем и прилипателем с дальнейшим высушиванием целевого продукта. Недостатком известного способа является низкая технологичность, обусловленная необходимостью проведения дополнительной операции сушки инсектицидного препарата. Другим его недостатком является нестабильные физико-химические характеристики препарата при использовании в качестве прилипателей побочных продуктов пищевой промышленности: гидролизованный хитин или мелассу или сухую пахту или сыворотку или рыбий клей размолотый или пектин из свекловичного или яблочного жома.

Известен также способ получения инсектицидного препарата на основе Bacillus thuringiensis (RU 2 160 005 C2), предусматривающий внесение в культуральную жидкость, содержащую спорокристаллический комплекс Bacillus thuringiensis и остатки питательной среды, хлористого натрия, сажи, хвойной отдушки и части сульфитно-спиртовой барды. Смесь перемешивают и подсушивают. Получают "двухслойный" препарат, оболочка которого состоит из барды, составляющей 85-90% от регламентного количества, и внутренняя часть - из смеси оставшегося количества барды и веществ, входящих в состав препарата. Недостатком известного способа является низкая технологичность, обусловленная необходимостью дополнительного использования фотопротектора, антиоксиданта, прилипателя и сульфитно-спиртовой барды, а также проведения дополнительной операции сушки инсектицидного препарата.

Известен способ получения инсектицидного препарата и препарат на основе бактерий Bacillus thuringiensis (RU 2 264 100 C2, RU 2 264 101C2, RU 2 264 102С2), включающий культивирование бактерий Bacillus thuringiensis, выделение из биомассы дельта-эндотоксина путем введения растворителя, удаление осадка и смешивание раствора с наполнителем и прилипателем с дальнейшим высушиванием целевого продукта, отличающийся тем, что перед выделением из биомассы дельта-эндотоксина из нее выделяют активную фракцию - осадок, который растворяют в водном растворе восстановителя в щелочи, при этом в качестве восстановителя используют тиомочевину в концентрации 0,04-0,08%, а в качестве прилипателя используют гидролизованный хитин, или мелассу, или сухую пахту, или сыворотку, или рыбий клей размолотый, или пектин из свекловичного или яблочного жома. Недостатками известного способа являются: нестабильные физико-химические характеристики препарата при использовании в качестве прилипателей побочных продуктов пищевой промышленности. Другим его недостатком является низкая технологичность, обусловленная необходимостью дополнительной операции по высушиванию инсектицидного препарата.

Известен способ производства микробиологического препарата сельскохозяйственного назначения и способ защиты растений от болезней с его использованием (RU2 223 650C1), предусматривающий подготовку посевной культуры и питательной среды, внесение посевной культуры в питательную среду, культивирование и концентрирование культуральной жидкости. Затем в концентрат вносят природный минеральный сорбент - цеолитсодержащую породу Хадыженского месторождения, которую предварительно измельчают, избегая сильного нагрева для максимального сохранения естественного ценоза микроорганизмов. Компоненты перемешивают, гранулируют и сушат.

Недостатком указанного способа является низкая технологичность, обусловленная необходимостью выполнения сложных технологических операций: гранулирования и сушки микробиологического препарата.

Ближайшим аналогом является полифункциональный биопрепарат с широким спектром антагонистической активности и его применение (RU2 733 140C1), представляющий собой смесь культуральной жидкости кристаллообразующего штамма Brevibacillus laterosporus ВКПМ В-13186 и целевых добавок, иммобилизованную на гранулах диатомита. Биопрепарат получают путем смешивания культуральной жидкости заявляемого штамма-продуцента ВКПМ В-13186 и целевых добавок с последующей иммобилизацией смеси на гранулах диатомита с последующим высушиванием при температуре 50°С в течение 30 часов. Качество биопрепарата оценивают по титру колониеобразующих единиц методом серийных разведений. Титр биопрепарата составляет до 8,8×10⁹КОЕ/мл.

Недостатком известного способа является его низкая технологичность, обусловленная необходимостью длительной операцией по высушиванию биопрепарата (более 30 часов).

Недостатком всех указанных известных способов получения инсектицидных препаратов является большой период ожидания действия.

Изобретение направлено на решение задачи повышения технологичности способа получения микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей при одновременном повышении эффективности применения получаемого микробного препарата.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей, включающем смешивание суспензии культуры микроорганизмов с носителем, предлагается в качестве культуры микроорганизмов использовать штамм спорообразующих бактерий «Bacillus thuringiensis» в виде концентрата бактериальной суспензии с титром не менее 1×10⁹ КОЕ/мл, а в качестве носителя использовать природный минеральный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, бентонит при этом смешивание производить в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением не менее 2 атм. при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,025:1 мас.ч. Полученный указанным способом микробный препарат за счет своей пористой структуры и сорбционных свойств имеет хорошую сыпучесть, не требует дополнительной сушки и использования дополнительных прилипателей для биологического агента.

Титр получаемого микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей составляет не менее 1×10⁷ КОЕ/г.

В качестве биоагента также может быть использованы грибы из рода Beauveria bassiana с титром не менее 1×10⁹ КОЕ/мл.

В качестве носителя может быть использован диатомит (с содержанием SiO₂ не менее 80% и пористостью не менее 70%) либо цеолит (с содержанием SiO₂ не менее 50% и пористостью не менее 40%), имеющие влажность не более 2% и средний размер частиц не более 20 мкм.

В качестве носителя может быть использован прокаленный диатомит, имеющий абразивную игольчатую структуру, способную повреждать механически хитиновый слой насекомого. Острые игольчатые края микрочастиц диатомита соскребают с хитиновых покровов вредителей верхний защитный восковой слой, нанося им урон. Благодаря механическому повреждению хитинового слоя бактерии быстрее проникают внутрь тела насекомого-вредителя, повреждая пласт клеток, выстилающих слизистые оболочки внутренних органов, желудочно-кишечного тракта, дыхательной системы насекомого, из-за чего повышается эффективность их применения: насекомые погибают в 2-3 раза быстрее. Именно за счет бинарного действия готового препарата (механического и биологического) достигается повышение его эффективности.

Использование полученного таким способом микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей включает ступенчатое разведение в воде микробного препарата в сухой порошкообразной форме из расчета 2-3 кг на 1 га: сначала делается маточный раствор (на 10 - 20 л воды), над осадочная часть которого затем сливается в бак опрыскивателя и разбавляется водой до заданного количества при включенном перемешивающим устройстве.

Способ биологической защиты растений от насекомых-вредителей заключается в том, что предлагаемым микробным препаратом опрыскивают растения в дозировке 200-3000 л в расчете на 1 га в зависимости от культуры против каждого поколения вредителя.

Период защитного действия препарата составляет 7-14 дней в зависимости от погодных условий. Срок воздействия препарата - от 3 до 5 дней. Основные культуры, обрабатываемые препаратом: хлопок, картофель, лук, перец, капуста, подсолнечник, томат защищённого грунта, огурец защищенного грунта. Вредные объекты, на которые воздействует микробный препарат: насекомые-вредители, относящиеся к отряду чешуекрылых и двукрылых (совка хлопковая, тля бахчевая, моль луковая, жук колорадский, луговой мотылек и т.п.).

Препарат совместим с другими химическими препаратами.

Действующее вещество микробиологического препарата - кристаллы δ - эндотоксина, которые являются продуктом жизнедеятельности клеток штамма «Bacillus thuringiensis». Данные кристалы разрушают эпителий кишечника и приводят к гибели насекомого. Благодаря абразивности минерального носителя бактерия в несколько раз быстрее наносит урон насекомому-вредителю, за счет чего в 2-3 раза сокращается период ожидания действия препарата.

Использование в качестве культуры микроорганизмов штамма спорообразующих бактерий в виде концентрата бактериальной суспензии с титром не менее 1х10⁹ КОЕ/мл, при этом в качестве спорообразующих бактерий использовать Bacillus thuringiensis, а в качестве носителя использовать природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, бентонит при этом смешивание производить в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением не менее 2 атм. при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,025:1 мас.ч. способствуют повышению технологичности способа получения микробного препарата для биологической защиты растений за счет исключения из состава прилипателей и дорогостоящих наполнителей, а также исключения такой технологической операции как сушка, что обусловлено использованием концентрата бактериальной суспензии с высоким титром и минерального сорбента (носителя) с большим водопоглощением при соотношении бактериальной суспензии и носителя 0,025:1 мас.ч., что исключает получение густой массы, при этом исключается операция диспергирования получаемого продукта, так как смешивание происходит одновременно с тонкодисперсионным распылением концентрата бактериальной суспензии под давлением в интенсивном турболопастном смесителе, что обеспечивает на выходе получение однородного продукта со стабильными характеристиками, при этом весь процесс занимает около 60 сек. При этом использование в качестве носителя природного сорбента на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, бентонит, за счет его пористой структуры, которая позволяет адсорбироваться указанному штамму бактерии внутри минерала и на его поверхности, что способствует повышению технологичности предлагаемого способа. При этом наличие кремния является благоприятной средой для жизнедеятельности бактерии, а игольчатая структура способствует повышению эффективности получаемого препарата за счет работы его как природного абразива.

Использование в качестве носителя диатомита (с содержанием SiO₂ не менее 80% и пористостью не менее 70%) либо цеолита (с содержанием SiO₂ не менее 50% и пористостью не менее 40%), имеющих влажность не более 2% и средний размер частиц не более 20 мкм, обеспечивает возможность исключения операции диспергирования получаемого продукта и его растворения в водном растворе, что также способствует повышению технологичности предлагаемого способа. При этом использование в качестве носителя природного сорбента на основе кремнийсодержащих пород, преимущественно прокаленного диатомита, способствует повышению эффективности применения получаемого препарата, что обусловлено его высокой абразивностью за счет игольчатой структуры. Непрокалённый диатомит обладает меньшей абразивностью по отношению к прокалённому, игольчатые микрочастицы которого эффективнее наносят механические повреждения хитиновому слою насекомого-вредителя, обеспечивая тем самым быстрое проникновение бактерий внутрь тела насекомого.

Повышение эффективности получаемого предлагаемым способом микробиологического средства защиты растений может быть подтверждено, в частности, следующими опытами:

В 2021 году на базе опытного поля Ульяновского государственного аграрного университета имени П.А.Столыпина был заложен опыт по обработке участка сои предлагаемым микробным препаратом по следующей схеме:

1) контроль (вода 3 л/га);

2) микробный препарат на основе Bacillus thuringiensis в жидкой форме (3 л. д.в./га);

3) микробный препарат на основе Bacillus thuringiensis в сухой форме (3 кг д.в./га).

Таблица 1 Варианты опыта Норма применения, л(кг)/га Биологическая эффективность
после опрыскивания, %, через: 3 дня 5 дней Контроль (вода) - - Жидкая форма 3 72,8 96,0 Сухая форма 3 90,2 98,7

В результате проведенной обработки микробным препаратом против гусениц хлопковой совки на 3 сутки отмечена гибель вредителя: 72,8% - при обработке жидкой формой препарата и 90,2% - при обработке сухой формой препарата. На 5 сутки гибель вредителя возросла до 96% - при обработке жидкой формой и до 98,7% - при обработке сухой формой препарата. Такие образом, после применения препарата в сухой форме отмечалось более быстрое и эффективное угнетение гусениц по сравнению с жидкой формой.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложены способ получения микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей отрядов чешуекрылых и двукрылых, включающий смешивание суспензии культуры микроорганизмов спорообразующих бактерий Bacillus thuringiensis в виде концентрата бактериальной суспензии с титром 1×10⁹ КОЕ/мл с носителем, и способ биологической защиты растений от насекомых-вредителей отрядов чешуекрылых и двукрылых, включающий разведение микробного препарата, полученного заявленным способом, с последующим опрыскиванием растения в дозировке 200-3000 л на 1 га через 7-14 дней против каждого поколения вредителя. В качестве носителя используют природный минеральный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде диатомита, и смешивание осуществляют в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением 2 атм. Группа изобретений обеспечивает расширение арсенала средств биологической защиты растений от насекомых-вредителей с повышенной эффективностью. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения микробного препарата для биологической защиты растений от насекомых-вредителей отрядов чешуекрылых и двукрылых, включающий смешивание суспензии культуры микроорганизмов с носителем, отличающийся тем, что в качестве культуры микроорганизмов используют спорообразующие бактерии Bacillus thuringiensis в виде концентрата бактериальной суспензии с титром 1×10⁹ КОЕ/мл, а в качестве носителя используют природный минеральный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде диатомита, при этом смешивание производят в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением 2 атм. при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,025:1 мас.ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что титр получаемого микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений составляет 1×10⁷ КОЕ/г.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве носителя используют диатомит с содержанием SiO₂ 80% и пористостью 70%, имеющий влажность 2% и средний размер частиц 20 мкм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве носителя используют прокаленный диатомит, имеющий абразивную игольчатую структуру.

5. Способ биологической защиты растений от насекомых-вредителей отрядов чешуекрылых и двукрылых, включающий разведение микробного препарата, полученного способом по п. 1, в сухой порошкообразной форме из расчета 2-3 кг на 1 га до получения маточного раствора на 10-20 л, который затем сливают в бак опрыскивателя и разбавляют водой до заданного количества при включенном перемешивающем устройстве с последующим опрыскиванием растения в дозировке 200-3000 л на 1 га через 7-14 дней против каждого поколения вредителя.