Комплекс мероприятий, направленных на очистку и восстановление свойств природных сред, в частности почв, грунтов, донных осадков, называется ремедиацией. Биоремедиация — направление исследований и разработок, связанных с использованием биотехнологий для очистки природных сред. Биоремедиация загрязненной среды происходит под действием биологических процессов в мягких физико-химических условиях, при сохранении структуры почвы, её функциональных свойств.
Среди способов биоремедиации выделяют:
- Природное истощение или внутренняя биоремедиация;
- Биостимулирование in situ;
- Биоаугументация, использование биопрепаратов;
- Методы биоконцентрирования: биоадсорбция, биоаакумуляция, биоиммобилизация, образование связанных остатков;
- Биовыщелачивание;
- Реакционно активные биобарьеры: искусственные биогеохимические барьеры и биоэкраны;
- Биоремедиация ex situ (обработка в буртах, насыпях, компостирование и вермикомпостирование;
- биорыхление;
- обработка в биореакторах);
- Фиторемедиация
Биоаугментация — внесение экзогенного биологического материала в природную среду. В загрязненные среды вносятся выделенные из естественных источников специально отобранные, селекционированные микроорганизмы (в виде биопрепаратов), обладающие необходимой биодеградирующей активностью, устойчивые к высоким концентрациям поллютанта и не обладающие нежелательными побочными эффектами. Внесенные микроорганизмы разлагают основную массу загрязнений, снижают негативное их воздействие на биоту и тем самым стимулируют процессы самоочищения. Биоаугментация используется, если содержание загрязнений не превышает величин, угнетающих развитие внесенных микроорганизмов.
В основном отобранные микроорганизмы для получения биопрепаратов для биоремедиации относятся к бактериям, использующим углеводороды и органические ксенобиотики в качестве субстрата или косубстрата. Активные биодеструкторы выделены также и среди грибов, в частности среди грибов белой гнили Phanerochaete chrysosporium, обладающих лигниназной, пероксидазной, лактазной активностями, среди дрожжей pp. Candida, Yarrowia, Rhodotorula и среди цианобактерий. Препараты на основе грибов и дрожжей часто оказываются более эффективными в экстремальных условиях среды: при кислом pH, в сухих почвах или почвах, содержащих питательные вещества в виде локальных микроагрегатов, в условиях повышенного солесодержания. Плесневые грибы секретируют внеклеточные ферменты, которые расщепляют связи в сложных ароматических молекулах. Ферменты неспецифичны и способны разлагать широкий спектр соединений.
Микроорганизмы в круговороте веществ в природе
... пищевая токсикоинфекция. Микрофлора воздуха Микрофлора воздуха взаимосвязана с микрофлорой почвы и воды. В воздух также попадают микроорганизмы из дыхательных ... почву с фекалиями. Однако в почве отсутствуют условия для их размножения, и они постепенно отмирают. ... В почве находятся также многочисленные представители грибов. Грибы участвуют в почвообразовательных процессах, превращениях соединений ...
Многие ксенобиотики быстрее и полнее разрушаются при использовании биопрепаратов, полученных на основе смешанных популяций и ассоциаций микроорганизмов. Это характерно для таких ситуаций, когда отдельный вид организмов трансформирует одно соединение в другое, но не имеет ферментативной системы для его дальнейшей деградации. Смешанные культуры могут состоять из микроорганизмов, утилизирующих различные части многокомпонентного загрязнения. Накапливаемые метаболиты могут быть токсичны для одного из видов в сообществе, но усваиваться другими микроорганизмами, что также ускоряет в совокупности процесс их разложения.
Внесение биопрепаратов может оказывать положительное влияние на процессы очистки и вследствие косвенных эффектов: влиять на гумификацию органического вещества, трансформацию и разложение гуминовых кислот, образование более биодоступных форм углерода и азота, полифенолов, стимулирующих развитие растений, выделение различных веществ в прикорневой зоне растений и тем самым развитие микроорганизмов различных физиологических групп; минерализовать азотсодержащие ксенобиотики с выделением аммонийного или нитратного азота, что способствует развитию бактерий-нигрификаторов и денитрификаторов; обеспечивать источниками питания и энергии бактерии, образующие гидрофильные слизистые капсулы, удерживающие влагу в условиях ее дефицита; предотвращать полимеризацию и аккумуляцию в почве токсичных ксенобиотиков.
1. Биопрепараты и их получение
Среди биопрепаратов, разработанных для решения задач охраны окружающей среды, можно выделить следующие группы по их назначению:
- для ликвидации загрязнений;
- для рекультивации территорий и восстановления плодородия почв;
- для переработки отходов;
- для очистки природных водоемов;
- для биомониторинга и биотестирования.
Специализированные биопрепараты для ликвидации аварийных загрязнений, очистки загрязненных территорий, оборудования, переработки отходов, использования в быту и других целей находят в настоящее время все более широкое применение. В ряде случаев они позволяют существенно снизить затраты, повысить скорость и эффективность биологических методов очистки загрязненных почв, стоков и водоемов, стабилизировать работу очистных сооружений, решить задачу нейтрализации вредных токсикантов, переработки нетоксичных отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности с получением кормовых продуктов и биологически активных добавок.
В России биопрепаратами называют препараты, полученные на основе штаммов микроорганизмов, имеющих разрешения санитарно-эпидемиологических служб на их производство и применение. Подавляющее большинство этих штаммов прототрофные, природного происхождения, т. е. не относятся к генетически модифицированным и не содержат мутаций, требующих дополнительных источников ростовых факторов.
Промышленное культивирование микроорганизмов
... стадии культивирования осуществляется накопление, как самой биомассы, так и продуктов метаболизма (жизнедеятельности) микроорганизмов. Так, при производстве бактериальных препаратов целевым продуктом является сама биомасса, в других случаях продукты, синтезируемые клеткой, ...
Товарной формой препаратов могут быть сухой порошок и жидкая концентрированная суспензия клеток. Технология получения сухих товарных форм биопрепаратов и используемое технологическое оборудование типичны для биотехнологических процессов получения биомассы живых клеток микроорганизмов (например, при выпуске пекарских дрожжей, микробиологических средств защиты растений и т. д.).
Технология включает следующие стадии:
- прием, хранение и подготовка сырья, органического субстрата, растворов минеральных солей;
- обеспечение ферментационного процесса источником кислорода, технологической водой, паром, моющими и дезинфицирующими средствами, пеногасителями;
- выращивание посевного материала;
- накопление биомассы в рабочем аппарате — ферментере;
- концентрирование суспензии микроорганизмов сепарацией, микрофильтрацией, адсорбцией на инертных материалах-наполнителях;
- сушка (при выпуске жидких форм препаратов стадия сушки отсутствует);
- если предусмотрено, гранулирование, компаундирование препарата с различными наполнителями и внесение добавок;
- расфасовка, упаковка, складирование, отправка готового продукта;
- очистка сточных вод, газовоздушных выбросов со стадии ферментации, сепарации и сушки.
На стадии ферментации микроорганизмы культивируют периодическим или непрерывным способом, на питательных субстратах и при режимах, гарантирующих получение микроорганизмов с необходимыми свойствами или активностью ферментов, участвующих в удалении загрязнений. При использовании таких субстратов, как углеводороды, биодоступные аналоги ксенобиотиков (например, нехлорированные аналоги хлорсодержащих соединений) возможно культивирование в не строго асептических условиях, что существенно упрощает требования к технологическому обеспечению ферментационного процесса и квалификации обслуживающего персонала.
При концентрировании биомассы и сушке используются методы и технологические режимы, обеспечивающие сохранение жизнеспособных клеток микроорганизмов, что особенно важно при получении биопрепаратов на основе неспоровых форм микроорганизмов. В частности, сепараторы и циркуляционные контуры мембранных установок оснащаются рубашкой для охлаждения суспензии, что позволяет в процессе сепарирования поддерживать температуру ниже температуры инактивации клеток микроорганизмов, для сушки применяют распылительные, лиофильные или вакуум-термические сушилки.
При получении иммобилизованных биопрепаратов суспензию клеток микроорганизмов (обычно до стадии концентрирования) смешивают с носителем (сорбентом).
Носитель может быть порошкообразным, гранулированным, волокнистым, тканым. Процедура иммобилизации может предусматривать внесение дополнительных реагентов, флокуляцию, осаждение клеток на носителе и другие приемы, повышающие эффективность иммобилизации. В процессе созревания, длящемся от 2-3 недель до 1,5-2 месяцев, биомасса микроорганизмов-деструкторов нарастает на носителе, увеличиваются титр жизнеспособных клеток, их активность и срок хранения препарата.
Внесение различных добавок (наполнителей, осмопротекторов и других защитных веществ, компонентов питания и т. п.) в полученную биомассу позволяет исключить из технологической схемы стадию сушки, инактивирующую клетки микроорганизмов, стандартизировать характеристики биопрепарата, увеличить срок хранения, выживаемость и активность микроорганизмов, эмульгирующую, диспергирующую, адгезионную, пенообразующую способности, уменьшить слеживаемость.
Биологическая очистка загрязненных нефтью и нефтепродуктами почв ...
... растения входят в сложные взаимоотношения с микроорганизмами, населяющими почву (Звягинцев, 1983). В естественных условиях обитания микроорганизмы, окружающие растения, влияют на их рост и развитие. Загрязнение ... загрязнения нефтью и нефтепродуктами [2]. 1)механические методы очистки почвы от нефти и нефтепродуктов. К ним относят обволоку загрязнения, замену почвы ... так называемый нефтяной слик. ...
Сухие товарные формы биопрепаратов могут храниться до 6 месяцев и более без существенного снижения их целевых свойств. Срок хранения жидких препаратов существенно ниже. Однако исходный титр жизнеспособных клеток в них может быть больше, а стоимость ниже, так как из технологии получения исключена стадия сушки, приводящая к инактивации части клеток.
Задачей разработки технологии применения биопрепаратов является обеспечение необходимых условий (содержание минеральных компонентов, дополнительных субстратов, мелиорантов, наполнителей и других добавок, оптимальные условия влажности, температуры, рН среды, аэрации и др.) для активного развития микроорганизмов биопрепарата в загрязненной среде, использования их биоокислительного потенциала.
Для активации микроорганизмов биопрепаратов (восстановления сниженной жизнеспособности клеток, индукции и повышения активности деструкционных ферментов) перед использованием рекомендуется препараты разводить в водной среде, содержащей питательные компоненты и, возможно, загрязняющее вещество, и выдерживать некоторое время (от нескольких часов до суток), если требуется, при аэрировании.
Использование биопрепаратов для биоремедиации почв
Рекультивация — комплекс мероприятий, направленных на восстановление плодородия и практической ценности нарушенных земель, почвенного покрова, естественного экологического равновесия ранее загрязненных или выведенных из хозяйственного использования территорий. Методы рекультивации развивались по мере накопления практического опыта поддержания плодородия почв, совершенствования агротехники возделывания сельскохозяйственных культур, углубления знаний закономерностей основных процессов, протекающих в почве.
Почвы могут не содержать опасных концентраций загрязнений, но их механическая структура может быть нарушена, изменены физико-химические свойства, снижены содержание биогенных элементов и активность биоты, ухудшено фитосанитарное состояние почв и посевов растений, т. е. в целом нарушено плодородие почвы. Биопрепараты, предназначенные для рекультивации, активизируют почвенные процессы, направленные на восстановление ее плодородия.
К биопрепаратам для рекультивации и восстановления плодородия почв можно отнести:
- почвенные грунты, различные органические отходы и другие материалы, модифицированные при химическом или микробиологическом воздействии, в процессе анаэробного сбраживания, аэробной ферментации, компостирования или вермикомпостирования;
- специализированные препараты на основе микроорганизмов и ферментов: биоудобрения, включающие азотфиксаторы, микроорганизмы, улучшающие доступ фосфора растениям, препараты эндомикоризных грибов и др.;
- биопрепараты против возбудителей различных заболеваний растений (средства защиты растений), для улучшения фитосанитарного состояния почв. Спектр таких биопрепаратов достаточно обширен.
Различные органические отходы и материалы, внесенные в почву, способствуют восстановлению почвенной структуры, увеличению содержания гумусовых веществ в почве, повышают устойчивость ее к эрозии, служат источником биогенных элементов, различных биологически активных веществ, способствующих развитию растений, формированию микробного биоценоза, повышению урожайности возделываемых культур, устойчивости их к возбудителям заболеваний. Среди зарекомендовавших себя препаратов этой группы — препараты на основе гуминовых кислот.
Основы генной инженерии и её роль
... компонентов, т.н. субмикробные или субвирионные вакцины; 3. генно-инженерные вакцины, содержащие продукты экспрессии отдельных генов ... устойчивость к лекарственным препаратам. Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства бактерий и токсинообразование ( ... вакцин Как известно, основу каждой вакцины составляют протективные антигены, представляющие собой лишь небольшую часть бактериальной клетки ...
Малые дозы (0,1-1 кг/м2) препаратов гуминовых кислот и гуматов, особенно низкомолекулярные фракции (фульвокислоты), а также различные модификации гуминовых веществ (гидрогуматы, нитрогуматы, оксигуматы), оказывают стимулирующее действие на развитие растений. Причина такого влияния не совсем ясна, учитывая тот факт, что практически любые пахотные почвы содержат аналогичные гуминовые кислоты или гуматы в значительно больших количествах, но они оказываются менее доступными для растений и сходного стимулирующего действия не проявляют.
Исходное сырье измельчают, подсушивают и обрабатывают водным раствором NaОН для извлечения гуминовых кислот. Обработку проводят, как правило, при повышенных температурах в интервале 80-160 С и избыточном давлении. В этих условиях гуминовые вещества не только экстрагируются, но и частично гидролизуются. Полученный раствор, содержащий гуматы, отделяют от твердой фазы и упаривают. Гуматы осаждаются и отделяются от маточного раствора, который повторно используется, возвращается на стадию щелочной экстракции.
Гуминовые препараты могут использоваться не только как стимуляторы роста растений, но и как мелиоранты-струкгураторы. Обработка ими песчаной почвы (в количестве 3%) позволяет более чем на порядок увеличивать ее способность удерживать влагу для мелиоративной цели больше подходят препараты гуминовых кислот, а не гуматы щелочных металлов. Гуминовые кислоты образуют в растворе гидрогели, которые более устойчивы, долгое время не оседают, лучше впитываются в почву, чем гуматы. При получении препаратов-мелиорантов используют влажное гумусосодержащее сырье (торф, сапропель), не подвергавшееся высушиванию. Частицы высушенного торфа, сапропеля претерпевают необратимые структурные изменения, и мелиоранты, полученные на их основе, оказываются малоэффективными структурообразователями.
В комплексе работ по рекультивации и восстановлению ранее загрязненных почв, а также различных отвалов, терриконов горнодобывающей промышленности хорошо зарекомендовало себя использование биопрепаратов и биоудобрений на основе живых микроорганизмов, разработанных и вносимых в почву для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Биоудобрения наиболее эффективны на бедных, низкоплодородных почвах, поэтому они стали использоваться и для целей рекультивации. Особенно важны бактерии, обитающие в ризосферной (прикорневой) зоне растений и обладающие совокупностью полезных для растений свойств. Такие бактерии принято обозначать как PGPR (ризобактерии, способствующие росту растений).
Среди классических биоудобрений, предназначенных для сельского хозяйства, но которые могут использоваться в ремидиационных и постремедиационных работах, можно выделить биопрепараты с азотфиксаторами, бактериальные препараты, улучшающие доступ фосфора растениям, препараты эндомикоризных грибов.
Традиционные биопрепараты с азотфиксаторами выпускаются на основе свободноживущих бактерий рр. Azotobacter; Azospirillum и симбиотических азотфиксаторов — клубеньковых бактерий рр. Rizobium и Bradirizobium. Усвоение ими азота и обогащение почвы биологически фиксированным азотом наиболее эффективно, если она обеднена минеральным азотом, но обогащена источниками углерода и энергии, необходимыми для жизнедеятельности азотфиксаторов: корневыми выделениями, корневыми и пожнивными остатками растений и т. п. В почве должны обеспечиваться подходящие физико-химические условия: оптимальный рН, отсутствие засоления, наличие в достаточном количестве фосфора, оптимальные влажность, температура, газообмен. Для клубеньковых бактерий характерна высокая видовая специфичность: определенный вид бактерий обычно образует клубеньки только на одном или немногих видах растений (бобовых), поэтому для целей рекультивации препараты с симбиотическими азотфиксаторами могут использоваться лишь в случаях, если технологией рекультивационных работ предусматривается высев бобовых
Химические средства защиты растений
... вредных организмов. Основной способ применения средств защиты растений от вредителей, болезней и сорных растений - наземное и авиационное опрыскивание, т.е. нанесение химических препаратов в капельно-жидком состоянии на растения, покровные тела насекомых ...
Из биоудобрений с азотфиксаторами в России наиболее известны азотобактерин, нитрагин и ризоторфин. Действующее начало азотобактерина — свободноживущий несимбиотический азотфиксатор Azotobacter choococcum. Этот почвенный микроорганизм способен фиксировать до 20 мг 
на 1 г углеродного субстрата (углеводов).
Кроме того, он выделяет в почву витамины и фитогормоны, стимулирующие прорастание и развитие растений, а также фунгициды, угнетающие развитие некоторых нежелательных микроскопических грибов в ризосфере растения. Нуждается в высоком содержании фосфора и микроэлементов в среде.
В России были разработаны технологии получения сухой, почвенной и торфяной товарных форм азотобактерина. Почвенную и торфяную формы препарата можно хранить 2-3 месяца без существенной потери активности азотфиксатора. Сухую товарную форму азотобактерина получают глубинной ферментацией азотобактера на среде с мелассой с последующим смешиванием суспензии с защитной средой (смесь мела, мелассы и аминокислот) и обезвоживанием. Сухая форма содержит >0,5 млрд жизнеспособных клеток на 1 г препарата.
Наиболее эффективный способ использования азотобактерина — обработка им семян, рассады, компостов. Норма расхода сухого препарата 100-300 млрд клеток на одну гекгарную порцию семян. Азотобактер способен развиваться лишь в хорошо окультуренных почвах, поэтому его использование в рекультивационных целях целесообразно при внесении в обедненные почвы большого количества органики (навоза, компоста, соломы и т. п.).
Хорошее действие на растения оказывают лишь культуры азотобактера, вырабатывающие биологически активные вещества, которые стимулируют рост растений и угнетают развитие фитопатогенных грибов.
Нитрагин — биологическое удобрение на основе клубеньковых бактерий р.Rizobium. В России было разработано производство почвенного и сухого нитрагина. Почвенный нитрагин — культура клубеньковых бактерий, выращенная в стерильной почве. 1 г такого препарата содержит не менее 0,3 млрд жизнеспособных клеток. Сухой нитрагин (ризобин) — порошок с титром >9 млрд жизнеспособных бактерий на 1 г препарата в смеси с наполнителем (бентонитом, каолином, мелом).
Технология его получения предусматривает глубинное культивирование ризобий с последующим выделением клеток, смешением с защитной средой и сушкой. Узкое место технологии — стадия сушки, поскольку ризобии весьма чувствительны к нагреву и дефициту влаги. Препараты нитрагина применяют совместно с фосфорно-калиевыми и органическими удобрениями, которые повышают активность клубеньковых бактерий.
По фармацевтической технологии : «Новые аспекты в создании экстракционных ...
... с растительными содержат и другие лекарственные вещества.[18] 1.2. Теоретические основы экстрагирования В фармацевтической технологии процесс экстрагирования широко используется при получении препаратов из лекарственного растительного сырья: настойки, экстракты ...
Ризоторфин — более эффективный по сравнению с нитрагином препарат. Содержит клубеньковые бактерии р. Rizobium на торфе. Торф является наиболее подходящим субстратом-носителем по влагоемкости, удельной поверхности, содержанию органического вещества, доступности и стоимости. Однако это нестандартный носитель, который часто содержит токсичные для клубеньковых бактерий вещества. В технологии производства ризоторфина используется низкосолевой кислый или слабокислый торф (рН 3,0- 6,0).
Торф подсушивается до влажности 25-30% и размалывается до среднего размера частиц <0,1 мм. Этим достигается хорошая прилипаемость препарата к инокулированным семенам. Для повышения прилипаемости в торф могут добавлять водорастворимый клей, например карбоксиметилцеллюлозу. Добавки мела обеспечивают нейтральный рН. В технологии используется радиационная стерилизация торфа, поскольку тепловая стерилизация неэффективна из-за низкой теплопроводности торфа и возможности накопления токсичных веществ при тепловой обработке.
Выращивание ризобактерий проводят на отваре гороха, фасоли, люпина с добавками сахарозы, глюкозы или маннита и минеральных солей. Полученной суспензией с помощью инъекционной иглы под давлением инокулируют пакеты с подготовленным торфом в стерильных условиях до конечной влажности 45-55%. Перед инокуляцией в жидкую культуру вносят стерильные растворы углеводов (мелассы, декстрина, молочной сыворотки) в количестве до 3% к массе сухого торфа.
Инокулированные пакеты загружаются во вращающийся барабан на 3- 5 минут для перемешивания содержимого пакета. При необходимости быстрого получения готового препарата инокулированные пакеты после перемешивания их содержимого помещают на 4-6 суток в термостат при температуре 20-21 °С или на 3 суток при 28 °С. В последующем рост ризобактерий продолжается еще около 5 недель при 20 °С. За это время численность жизнеспособных клеток увеличивается в 2-5 раз. Медленно растущие культуры бактерий хранят при температуре 12-15 °С, быстрорастущие культуры — при 5-10 °С. Через 2 года хранения препарата при 5 °С жизнеспособность клеток составляет 10% от первоначальной. При хранении при 25 °С уменьшение жизнеспособности клеток до 10% от первоначальной происходит через 8 недель.
Препараты «Нитрагин» и «Ризоторфин» используют совместно с высевом на зернобобовых культур. Для улучшения доступа фосфора к растениям в качестве биоудобрений используют препараты на основе бактерий и на основе грибов, Бактериальный препарат фосфобактерин содержит бактерии Bacillus megaterium var. phosfaticum, обладающие способностью превращать сложные фосфорсодержащие органические соединения и трудноусвояемые минеральные фосфаты (трехосновные фосфаты железа, алюминия и кальция, пирофосфаты, полифосфаты) в доступную для растений форму. Кроме того, бактерии вырабатывают биологически активные вещества (тиамин, биотин и другие витамины), стимулирующие рост растений. Препарат не заменяет фосфорные удобрения и не действует без них. Технология получения фосфобакгерина включает стадии выращивания микробных клеток и спор, их выделения из ферментационной среды, сушки.
Микроэлементы (цинк, железо, марганец) в системе «почва-растение» ...
... формы выщелачиваются, что приводит к дефициту цинка для растений. Органическое вещество способно связывать цинк в устойчивые формы, вследствие чего он накапливается в верхних горизонтах культурных и органогенных почв ... поглощения в работе Л. В. Переломова и Д. Л. Пинского (2005) показал, что способность почв прочно связывать цинк играет важную роль в доступности металла растениям. Несмотря ...
Из препаратов эндомикоризных грибов наиболее эффективны грибы — симбионты растений, образующие везикулярно-арбускулярную микоризу. Одни грибы в результате размножения образуют вокруг мелких корешков чехол — эктомикоризу. Другие, проникая в кортикальную ткань корней, образуют эндомикоризу. В результате проникновения устанавливаются симбиотические отношения, выгодные растениям-хозяевам. Микориза, известная под названием «везикулярно-арбускулярная микориза» (ВА-микориза), особенно важна для сельского хозяйства. ВА-микориза найдена у большинства важнейших видов сельскохозяйственных растений. Микориза ВА, образуемая грибом-фикомицетом из семейства Endogonacea, встречается особенно часто в большинстве почв всех климатических зон.
ВА-микориза помогает растениям поглощать из почвы фосфаты. Фосфат-ионы в почве малоподвижны и поэтому вокруг корней их часто недостает. Гифы микоризы, вырастающие из корневого мицелия и распространяющиеся за пределы области дефицита фосфата, переносят его непосредственно в клетки растения-хозяина. При этом также увеличивается поступление микроэлементов. ВА-микориза повышает концентрацию гормонов роста в растениях, усиливает образование клубеньков и азотфиксацию. Особенно часто необходимость внесения в почву грибного мицелия и спор, вызывающих образование ВА-микоризы, возникает на стерилизованных почвах.
Как биологический препарат используют инокулят ВА-микоризы — растения с ВА-микоризой или же инфицированную почву. При этом у растения-донора и растения-хозяина, для которого предназначен вырабатываемый инокулят, не должно быть общих заболеваний корневой системы. Использование мицелия гриба без растения-хозяина позволило бы избежать опасности заболевания, однако проблема получения мицелия гриба без растения-хозяина еще не решена.
Биопрепараты на основе эндомикоризных грибов эффективны при биологической рекультивации земель с целью не только увеличения доступности фосфора и микроэлементов растениям, но и повышения стрессоустойчивости растений, при восстановлении сульфидсодержащих грунтов. Для этих целей возможно и совместное использование фосфатмобилизующих бактерий и эндомикоризных грибов.
Ряд биопрепаратов для рекультивации содержит микроорганизмы-азотфиксаторы. Некоторые штаммы этих бактерий способны к кометаболизму и биодеструкции таких загрязнений, как углеводороды нефти, используя для этого корневые выделения растений. Они синтезируют полисахариды и другие вещества, что важно для структурирования почвы и задержания влаги, обогащения почвы гуминовыми кислотами. Синтез повышенных количеств витаминов, гормонов, аминокислот стимулирует развитие растений. Пример такой разработки — препарат «Риазофилл». Он разработан совместно Институтом микробиологии РАН и Институтом физиологии растений РАН и включает азотфиксирующие клубеньковые бактерии (ризобии) и азоспириллы. По эффективности действия Риазофилл превосходит однокомпонентный препарат Нитрагин.
Среди различных таксономических групп широким набором полезных для растений свойств обладают бактерии р. Pseudomonas. Некоторые из них стимулируют рост растений в результате синтеза бактериями различных метаболитов, полезных для растений, регуляторов роста (индолилуксусной кислоты, гиббереллиноподобных веществ), другие вытесняют и подавляют развитие почвенных фитопатогенов или микроорганизмов, угнетающих рост растений, индуцируют у растений устойчивость к фитопатогенам, третьи способны улучшать фосфорное питание растений, фиксировать атмосферный азот. Псевдомонады холодоустойчивы, для штаммов-азотфиксаторов оптимальная температура для азотфиксации 14-20 °С. В то же время для процесса азотфиксации других ассоциативных диазотрофов, например, бактерий р. Azospirillum, оптимальной температурой является 25 °С. На основе различных штаммов псевдомонад в настоящее время разрабатываются биологические средства защиты растений от фитопатогенов, биопрепараты, стимулирующие продуктивность растений.
По химическим средствам защиты растений
... действия пестицидов на культурные растения, осуществляется благодаря совершенствованию технологий применения пестицидов, улучшению их препаративных форм, целенаправленному синтезу новых более селективных препаратов, использованию специальных химических соединений, обладающих защитными свойствами ...
Разработанный в НИИ экологии топливно-энергетического комплекса (г. Пермь) препарат «БИОР-АБ» получают на основе бурого угля. Он содержит азотфиксирующие и фосфатрастворяющие бактерии, ряд витаминов, органических кислот и биогенных элементов и рекомендуется для рекультивации шахтных отвалов, утилизации твердых отходов угольной промышленности. При применении данных препаратов растительный покров и дерновый слой восстанавливаются в течение 2-3 лет.
В НПО «Биотехнология» разработан ряд препаратов: «Азотовит», «Бакто- фосфин» и другие, стимулирующих рост растений, развитие почвенной микрофлоры, прорастание семян, фотосинтез, разложение стерни. Препарат «Азотовит» создан на основе ассоциативных азотфиксаторов. Препарат обогащает почву биологическим азотом, нормализует питание растений, повышает устойчивость растений к заболеваниям. Микроорганизмы, входящие в состав биопрепарата, продуцируют антибиотические вещества, подавляющие развитие в почве фитопатогенных микроорганизмов.
Фосфорное удобрение «Бактофосфин» повышает урожайность сельскохозяйственных культур в результате мобилизации нерастворимых соединений фосфора в почве, устойчивость растений к грибковым заболеваниям, позволяет сократить расход фосфорных минеральных удобрений в 2 раза и более, восстановить биологическую активность почв в районе применения.
Препараты-биоактиваторы для растениеводства относятся к биологическим регуляторам, стимуляторам роста растений. Они стимулируют прорастание семян, развитие ризосферной микрофлоры, активируют фотосинтез, разложение пожнивных остатков, процесс формирования гумуса. Основу препаратов составляют регуляторы роста растений (фитогормоны гетероауксины, цитокинины, гиббереллины), другие биологически активные вещества, ассоциативные культуры бактерий — естественных обитателей прикорневой зоны растений, синтезирующих фитогормоны. Препараты также содержат микроэлементы, необходимые для питания растений.
Заключение
Микрофлора почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и, как следствие, на урожайность растений. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и развития улучшают структуру почвы, накапливают в ней питательные вещества, минерализуют различные органические соединения, превращая их в легко усвояемые растением компоненты питания. Для стимуляции этих процессов применяют различные бактериальные удобрения, обогащающие ризосферу растений полезными микроорганизмами. Микроорганизмы, используемые для производства бактериальных препаратов, способствуют снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.).
Современные биопрепараты, предназначенные для рекультивации территорий и восстановления плодородия почв, возврата их в хозяйственное пользование, создаются на основе методов биотехнологии, скрининга и селекции высокоактивных штаммов почвенных микроорганизмов. Такие биопрепараты могут включать сообщество полезной почвенной микрофлоры, характерное для местных условий, микроорганизмы-аддитивы, повышающие активность основной микробной составляющей препарата, обладающие фунгицидной и инсектицидной, гидролитической (целлюлолитической, лигнолитической, протеолитической) активностями, гуминовые вещества, сорбенты и другие добавки, повышающие жизнеспособность микроорганизмов, их активность, стимулирующие и регулирующие развитие растений, расширяющие спектр действия препаратов. Они экологически безопасны, имеют относительно невысокую стоимость, позволяют снижать расходы органических удобрений и мелиорантов. Технология их получения типична для биотехнологического производства и хорошо отработана.
Список литературы и других источников информации
биопрепарат почва плодородие загрязнение
1. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т. Т. 1/ Кузнецов А.Е. и др. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 629 с. (Учебник для высшей школы)
2. <http://www.biotechnolog.ru/>
- Сельскохозяйственная биотехнология: учеб. для студ. вузов/ ред. В. С. Шевелуха. — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Высшая школа, 2008. — 710 с.
- Биоремедиация, принципы проблемы, подходы.// Биотехнология, 1995, №3-4, с.
20-27
- http://www.bioefekts.lv/
