МИКРОГРАНУЛЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
MICRO GRANULES FOR USE IN AGRICULTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает способ повышения жизнеспособности микроорганизмов, являющихся действующим веществом в пестицидах, родентицидов, и других препаратах для борьбы с вредными объектами (например, грызунами в санитарно-эпидемиологической практике), а также агрохимикатах, путем помещения данных микроорганизмов в защитные микрогранулы, изготовленные из легкодоступных общестроительных материалов, и предназначено для использования в промышленности, сельском хозяйстве, садоводстве и лесоводстве.
Уровень техники
Из уровня техники известны биологические препараты для борьбы с различными вредителями, в которых в качестве действующих веществ используются различные виды микроорганизмов: грибы, бактерии, вирусы, стрептомицеты.
В частности, известен препарат «Ризоплан», с действующим веществом - бактериями Pseudomonas fluorescens, который используется в качестве пестицида и фунгицида против гельминтоспориозной гнили, мучнистой росы, бурой ржавчины, пятнистостей, фитофтороза картофеля, серой и плодовой гнилей на плодовых и ягодниках, черной ножки, слизистого и сосудистого бактериозов капусты. Выпускается в виде жидкости с концентрацией 1 млрд КОЕ/мл. В настоящее время известен препарат «Биостоп», содержащий Bacillus thuringiensis, Streptomyces sp. и Beauveria bassiana, обладает избирательным действием в отношении широкого спектра вредных чешуекрылых. Также выпускается в виде жидкости. Таким образом, существуют различные пестициды и фунгициды с биологическими или бактериальными препаратами.
Вместе с тем, известны недостатки таких биологических препаратов.
Так, при применении биологических препаратов в полевых условиях (путем распыления рабочего раствора или непосредственно препарата на защищаемые объекты) под воздействием ультрафиолета (солнечный свет) и иных неблагоприятных факторов (осадки) значительная часть полезных микроорганизмов либо погибает, либо смывается в течение первых суток с обработанных поверхностей, что снижает эффективность действия препаратов и вынуждает повышать дозировку или требует дополнительной или повторной обработки.
Кроме того, биологические препараты имеют ограниченный срок хранения, связанный с относительно коротким периодом сохранения полезными микроорганизмами в активном состоянии своей жизнеспособности. Кроме того, бактериальные и биологические препараты также требуют специальных условий хранения (прежде всего по температуре), что не всегда возможно обеспечить в полевых условиях. Например, указанные выше препараты Ризоплан и Биостоп имеют срок хранения 3 месяца при температуре от 4 до 10°С. Все это накладывает ограничения по использованию.
Известны способы повышения срока хранения препаратов путем перевода микроорганизмов в состояние анабиоза за счет высушивания. Однако существующие способы сушки культуральной жидкости либо связаны с значительными потерями полезных микроорганизмов. Например, при сушке в распылительной сушилке производственные потери могут составлять до 50% от исходного количества сырья. В случае лиофилизации биологических препаратов, которые содержат значительное количество влаги, этот процесс сопряжен со значительными энергозатратами и объемами производственных помещений. Отдельно может возникать проблема повреждения и гибели бактериальных препаратов при лиофилизации.
Известны исследования по введению в биологические пестициды наполнителей как протекторов микрорганизмов. В нескольких исследованиях показана перспективность использования таких наполнителей, как глины, гуматы, активированный уголь, диоксид титана, оксид цинка, флюорисцентные отбеливатели (Tinopal LPW, Blankophor BSU), растительные и минеральные масла, меласса, сухое молоко, яичный альбумин и др. См., например работы: Inglis G.D., Goettel M.S., Johnson D.L. Influence of ultraviolet light protectants on persistence of the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana II Biol. Contr. 1995. V 5. № 4. P. 581-590, Edgington S., Segura H., de La Rosa W., Williams T. Photoprotection of Beauveria bassiana: testing simple formulations for control of the coffee berry borer // Int. J. Pest Manag. 2000. V. 46. № 3. P. 169-176; Kassa A. Development and testing of mycoinsecticides based on submerged spores and aerial conidia of the ento-mopathogenic fungi Beauveria bassiana and Metarhizium anisopliae (Deuteromycotina: Hyphomycetes) for control of locusts, grasshoppers and storage pests. Doctoral diss. GOttingen: Georg-August-University, 2003. 170 p.; Inglis G.D., Goettel M.S., Eriandson M.A., Weaver D.K. Grasshoppers and locusts // Field manual of techniques in invertebrate pathology. Application and evaluation of pathogens for control of insects and other invertebrate pests. Springer, 2007. P. 627-654.
Данные протекторы могут различаться по своей эффективности в зависимости от видов используемых микроорганизмов, целевых объектов и среды их обитания, т.е. не отличаются универсальностью.
Известно использование в пестицидах различных микрокапсул, состоящих из оболочки и ядра, содержащего как химические пестициды и иные химические вещества (патенты RU № 2126628, 2518449, 2496483, 2516357, 2488437, 2602196), так и живые микроорганизмы (патент RU№ 2220716). Данные микрокапсулы потенциально способны выполнить роль протекторов; однако микрокапсулы при применении в биологических пестицидах не дают возможности высушить препарат, переведя микроорганизмы из активного состояния в состояние анабиоза (т.е. увеличить срок хранения препарата). Большинство способов получения микрокапсул или микрогранул не применимы к биологическим и бактериальным препаратам, так как предполагают проведение реакции в агрессивной для микроорганизмов среде, не способны обеспечить немедленное действие препарата (необходимо время на разрушение оболочки), в силу значительного диаметра (более 50 мкм) не могут быть применены в современных системах опрыскивания (УМО).
Наиболее близким аналогом является изобретение, раскрытое в патенте № 2581929, предлагающее способ получения биопестицида, включающий введение биологически активной суспензии в виде спор энтомопатогенных грибов и жидкой фазы в микроконтейнеры, представляющие собой пустотелые емкости, в виде оболочки из синтетического полимерного материала, по меньшей мере, с одним отверстием для введения спор, декантацию жидкой фазы и высушивание при температуре 25÷45°С микроконтейнеров вместе со спорами энтомопатогенных грибов в проточных условиях до постоянного веса,  также способ защиты растений от вредителей, включающий активацию биопестицида в водной среде и нанесение названного препарата на растения. При этом микроконтейнер полностью защищает биопестицид, находящийся в нем, от вредного УФ-излучения, поддерживает необходимую внутри себя влажность для жизни микроорганизмов, защищает их от высоких температур, имеет пролонгированное заранее заданное время действия и хорошие "прилипающие" свойства.
Однако данное изобретение предполагает использование в качестве действующего вещества только споры грибов, что ограничивает защитное действие биологического пестицида. Кроме того, вышеуказанное изобретение требует применения специализированного оборудования для реализации достаточно сложной технологии изготовления микроконтейнеров, что увеличивает себестоимость продукции.
Техническое решение согласно настоящему изобретению заключается в использовании в качестве биопротекторов или контейнеров для действующих веществ пестицидов общедоступных неспециализированных или общестроительных материалов, позволяющих достичь тех же показателей эффективности препаратов, что и при применении специально изготовленных микроконтейнеров, однако более дешёвых и уже стандартно выпускаемых промышленностью.
Описание изобретения
9
Настоящее изобретение предлагает способ получения биопестицида путем добавления минеральных микрогранул в культуральную жидкость с содержанием микроорганизмов – действующих веществ биологических пестицидов. Например, оптимальное соотношение микрогранул и микроорганизмов может составлять 1 литр порошка микрогранул на 3 литра культуральной жидкости с титром 10микроорганизмов.
В качестве микрогранул используются марки перлитового песка, например, с открытыми порами, диатомита или кизельгура, или других пористых минералов, в том числе искусственного происхождения, например, шунгизита и др.. Согласно настоящему изобретению, могут быть использованы любые минеральные или искусственные пористые материалы с размером гранул от 1 до 40 мкм, оптимальное среднее значение гранул - около 20 мкм. Такой размер пор позволяет обеспечить возможность применения раствора пестицида в современных ультрамалообъемных опрыскивателях.
При этом микроорганизмами могут быть бактерии или их споры. Культуры микроорганизмов, которые можно использовать согласно изобретению, включают бактерии рода Pseudomonas, Bacillus, Salmonella Bradyrhizobium japonicum, Azotobacter; стрептомицеты; конидии, бластоспоры и мицелий грибов; клетки эукариотов и поражающих их вирусов.
После добавления микрогранул в культуральную жидкость вместе с гранулами могут дополнительно выдерживать в стабильном состоянии.
Далее, полученную культуральную жидкость с микрогранулами фильтруют, а фильтрат высушивают в лиофильной, вакуумной или в распылительной сушилке до прекращения потери массы, либо оставляют в виде концентрата с добавлением поверхностно-активных вещество (ПАВ), например, ионогенных или неионогенных, в размере от 10 до 90% от отфильтрованной массы смеси культуральной жидкости и микрогранул. При этом микроорганизмы переходят в состояние анабиоза, что увеличивает срок хранения биопестицида без потери свойств.
В дальнейшем полученный порошок или концентрат микрогранул с конкретным видом микроорганизмов возможно комбинировать с аналогичными микрогранулами с другими микроорганизмами, получая комбинированные универсальные биопестициды с расширенным спектром действия на вредителей и болезни растений. Такие комбинированные препараты могут включать смеси микроорганизмов различной природы, например, биологические и бактерийные препараты, или культуры различных микроорганизмов.
Перед применением полученные биопестициды с микрогранулами могут быть активированы путем замачивания или разведения в воде, после чего находящиеся в анабиозе микроорганизмы переходят в активную фазу.
Таким образом, настоящее изобретение включает микрогранулы с размеров от 1 до 40 мкм на основе перлитового песка, диатомита (кизельгура) или других пористых минеральных материалов, в том числе искусственного происхождения, например, шунгизита и других материалов, содержащие в качестве действующего вещества живые микроорганизмы и/или их споры, грибы и/или их споры, либо зараженные вирусами клетки эукаритов. Данные микрогранулы могут быть использованы в качестве пестицида, агрохимиката или препарата для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. В качестве живых микроорганизмов и/или их спор могут быть использованы различные виды спорообразующих и неспорообразующих бактерий; актиномицетов; стрептомицетов; грибов, спор, конидии, мицелий и бластоспоры грибов; рикетсии; простейшие; зараженные вирусами клетки эукаритов, или смеси любой части из них или их всех, в любых сочетаниях. Дополнительно, в микрогранулах могут наравне с микроорганизмами могут содержаться поверхностно активные вещества в виде ионогенных и неионогенных ПАВ. Настоящее изобретение также предлагает способ защиты растений или семян путем опрыскивания препаратами, включающими микрогранулы согласно изобретению. Данные препараты могут быть предварительно разведёнными в воде как в рабочем растворе.
Также предложен способ питания растений или регулирования плодородия почв путем опрыскивания препаратами, содержащими микрогранулы согласно настоящему изобретению, которые могут быть предварительно разведены в воде как в рабочем растворе как самих растений и их семян, так и путем непосредственного внесения указанных микрогранул в почву. Также микрогранулы без разведения могут вноситься путем опудривания в почву для регулирования плодородия почв или растений и их семян для питания растений.
Кроме того, получаемые микрогранулы могут использоваться для борьбы с вредителями и болезнями растений, в частности, в качестве родентицидов путем приготовления приманок, содержащих указанные микрогранулы.
Предлагаемое изобретение будет проиллюстрировано примерами ниже. Данные примеры ни в коей мере не предназначены для ограничения объема изобретения.
Примеры
Пример 1
Получение микрогранул
Пример 1а
В ферментер объемом 1000 л. загружали питательную среду (уровень заполнения 65-70% от объема ферментера), например L-бульон, стерилизовали путем нагрева при 1-1,5 атм. в течении 30-45 минут, затем охлаждали до температуры 25-28°С. Далее в среду стерильно заливали посевной материал, представляющий собой культуру клеток Bacillus thuringiensis. Клетки выращивали в течении 36-48 ч. при непрерывном перемешивании и аэрации (1-1,5 л. воздуха на 1 л. среды) до высыпания бактериальных спор на уровне 70-80%. Затем процесс культивирования останавливали, сливали культуральную жидкость в горизонтальные открытые ванны, добавляли порошок кизельгура (диатомита) марки NDP-300, дополнительно просеянный на вибросите МВ1-АПМ или аналогичном с крупностью сетки 0,029 мм, в соотношении по объему 1 к 3 культуральной жидкости. После этого при непрерывном перемешивании добивались оседания в культуральной жидкости более 85% микрогранул. Оставшиеся на поверхности микрогранулы удаляли, а культуральную жидкость отфильтровывали на фильтре. Полученный концентрат микрогранул перемешивали и сушили на распылительной сушилке при температуре входящего воздуха 130-150°С, выходящего 60-70°С, с температурой в рабочей зоне не более 80°С.
В другом варианте реализации вместо кизельгура также использовали фильтроперлит марки А по ГОСТ 30566-98, с отсевом на вибросите с крупностью сетки 0,035 мм (но с большим отсевом крупных частиц и меньшим полезным выходом). При этом крупные частицы свыше 0,035 мм дополнительно обрабатывали или измельчали на промышленных мельницах различного типа и повторно просеивали.
Пример 1б
Далее в ферментер объемом 1000 л. загружали питательную среду (уровень заполнения 65-70% от объема ферментера), например L-бульон, стерилизовали путем нагрева при 1-1,5 атм. в течении 30-45 минут, затем охлаждали до температуры 25-28°С. После чего в среду стерильно заливали посевной материал, представляющий собой культуру клеток Streptomyces sp. Клетки выращивали в течении 48 ч. при непрерывном перемешивании и аэрации (1 л. воздуха на 1 л. среды). Затем процесс культивирования останавливали, клетки концентрировали путем седиментации в центробежном поле. Полученный концентрат смешивали с микрогранулами в соотношении 1:2-1:3, перемешивали непрерывно в течении 1-2 ч. и отфильтровывали на нутч-фильтре до получения массы, похожей на мокрый песок. Данную массу сушили лиофильно или на роторной сушилке под вакуумом.
Порошки микрогранул, полученных в примере 1а и 1б, смешивали в соотношении 1:1, образовывая универсальный пестицид широкого спектра действия (далее – опытный пестицид).
Проведенные с ним полевые испытания позволили выявить следующее.
Пример 2
Активность пестицида в микрогранулах
Пример 2а
Посадки сои (в Краснодарском крае) с концентрацией хлопковой совки, превышающий экономический порог вредоносности в 7-8 раза (10-12 гусениц на 10 растений) обрабатывали пестицидом «Биостоп Супер», который использовали в качестве контроля. Данный пестицид изготавливали с применением микроконтейнеров по патенту № 2581929, а также пестицидом Биостоп Супер-М, изготовленным с применением микрогранул по настоящей заявке (опытный пестицид). Обработку проводили с расходом 50 и 100 г на гектар, содержащим те же действующие вещества, что и контрольный пестицид. Температура наружного воздуха 29°С, погода была солнечной. Использовали способ нанесения: распыление опрыскивателем ОП-2000.
Через 8 дней получены следующие результаты:
Повторностьэксперимента, Стадия вредителя
Участок 1,Контрольный пестицид(50 г/га), выжившие вредители, на 10 растений
Участок 2,Контрольный пестицид(100 г/га),выжившие вредители, на 10 растений
Участок 3,Опытный пестицид(50 г/га), выжившие вредители, на 10 растений
Участок 4,Опытный пестицид(100 г/га),выжившие вредители, на 10 растений
Личинки 1-3-го возраста
2
1
2
0
Личинки 1-3-го возраста
2
0
3
0
Личинки 1-3-го возраста
3
1
3
1
Пример 2б
Посадки рапса (Рязанская область) с концентрацией рапсового листоеда 8-9 жуков на 1 кв.м. (что превышает экономический порог вредоносности в 3-5 раз) были обработаны контрольным пестицидом Биостоп Супер, изготовленным способом с применением микроконтейнеров по патенту № 2581929, и пестицидом Биостоп Супер-М, изготовленным с применением микрогранул по настоящей заявке, с расходом 50 и 100 г на гектар, содержащим те же действующие вещества, что и контрольный пестицид. Температура наружного воздуха была 23°С, погода стояла пасмурная. Использовали способ нанесения распылением с помощью опрыскивателя ОП-2000.
Через 8 дней получены следующие результаты:
Повторностьэксперимента, Стадия вредителя
Участок 1,Контрольный пестицид(50 г/га), выжившие вредители, на 1 м<sup>2</sup>
Участок 2,Контрольный пестицид(100 г/га),выжившие вредители, на 1 м<sup>2</sup>
Участок 3,Опытный пестицид(50 г/га), выжившие вредители, на 1 м<sup>2</sup>
Участок 4,Опытный пестицид(100 г/га),выжившие вредители, на 1 м<sup>2</sup>
Личинки 1-3-го возраста
2
1
2
1
Личинки 1-3-го возраста
2
0
3
0
Личинки 1-3-го возраста
2
0
2
1
Проведенные испытания на стабильность и срок хранения позволили выявить следующее:
Использование минеральных микрогранул позволяет достичь эффективности применения биологических пестицидов, аналогичной полученной от использования пестицидов с микроконтейнерами по патенту № 2581929.
Пример 3
Получение микрогранул с микроорганизмами
В ферментер объемом 1000 л загружали питательную среду, бедную по источнику азота, при этом содержащую 10 г/л маннозы, 2 г/л фосфата натрия двузамещенного, 5 г/л натрия хлористого. Смесь готовили способом, описанном в примере 1а и 1б. Засевали аппарат азотофиксирующими организмами Bradyrhizobium (или Azotobacter), культивировали аналогично примеру 1а и 1б. Далее проводили процесс седиментации, фильтрации и сушки аналогично примеру 1. Вместо порошка кизкельгура возможно применение фильтроперлита марки А по ГОСТ 30566-98.
Если культура в процессе роста выделяла много полисахарида и становилась достаточно вязкой, то после остановки ферментации культуру смешивали без седиментации с микроконтейнерами в соотношении 1:1, перемешивали 3-4 ча и фильтровали с использованием нутч-фильтра. Полученную отфильтрованную массу сушили в лиофильной сушилке.
Пример 4
Активность микроорганизмов в микрогранулах
Полученную сухую массу азотофиксирующих микроорганизмов (Bradyrhizobium) в примере 3 в количестве 1 кг смешивали с сухим ПАВ (100 г) или жидким ПАВ (500 мл) и разводили в 10 л воды. Полученным раствором проводили обработку семян бобовых (сои) из расчета: 10 л полученного разбавленного раствора на тонну сои. После обработки семян сою складировали на несколько месяцев и использовали при посеве без дополнительной инокуляции.
Вариант опыта
Урожайность по повторностям, ц/га
Средняя урожайность, ц/га
Bradyrhizobium с микроконтейнерами патенту RU 2581929, обработка за 2 месяца до посева
23,1
22,9
24,2
23,7
23,5
116,9
Bradyrhizobium с минеральными микрогранулами, обработка за 2 месяца до посева
22,9
24,6
22,7
23,1
23,3
115,9
Контроль
19,7
20,3
19,5
20,8
20,1
100
Данный метод применения азотофиксаторов в микрогранулах позволяет проводить обработку семян азотфиксаторами (азотификсирующими бактериями) заблаговременно, а не непосредственно перед посевом семян.
Техническое решение согласно настоящему изобретению позволяет:
1. Снизить воздействие прямого УФ-излучения на микроорганизмы за счет помещения их внутрь микрогранулы, стенки которых выступают защитным барьером, чем значительно улучшает их выживаемость, продлить защитное действие биологического или бактериального препарата, что позволяет сократить кратность обработок, увеличить срок хранения таких препаратов, увеличить срок хранения семян, обработанных таким препаратом (по сравнению с биопестицидами и биоагрохимикатами без защитных микрогранул);
2. Использовать в качестве материала для микрогранул общестроительные легкодоступные минеральные материалы, стандартно выпускаемые промышленностью, что позволяет значительно удешевить производство пестицидов и агрохимикатов с протектором биологических действующих веществ.