Сельскохозяйственная биотехнология — биологические удобрения
Присутствующая в почве микрофлора оказывает непосредственное влияние на ее плодородие, а, следовательно, и на повышение урожайности. Почвенные микроорганизмы в процессе роста и развития улучшают структуру почв, накапливают в них питательные вещества, превращая органические и неорганические соединения в легкоусвояемые растениями компоненты питания.
С целью стимулирования деятельности почвенной микрофлоры разработаны различные бактериальные удобрения. В практике сельского хозяйства нашли применение такие бактериальные удобоения, как нитрагин, азотобактерин и фосфоробактерин.
Технология получения сухого нитрагина
Нитрагин — бактериальное удобрение, приготовленное на основе жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium и предназначенное для повышения урожая бобовых растений: гороха, фасоли, сои, люцерны, люпина и др. Бактерии способны фиксировать свободный азот атмосферы, превращая его в легкоусвояемые растениями соединения, поскольку в их организмах есть фермент — нитрогеназа.
Нитрогеназа восстанавливает молекулярный азот до аммиака, который вовлекается затем в ряд превращений с образованием глутамина и глутаминовой кислоты. Эти кислоты в дальнейшем идут на синтез растительного белка. Этот процесс возможен только в симбиозе с бобовыми растениями: растение обеспечивает бактерии необходимыми питательными веществами и создает для них оптимальные условия существования, а бактерии, находясь в клубеньках, проросших в корни растения, снабжают его азотистым питанием. Ни растения, ни бактерии сами по себе не могут фиксировать азот.
В почве всегда есть некоторое количество клубеньковых растений, которые располагаются на дикорастущих бобовых растениях. Однако при засевании полей бобовыми монокультурами клубеньковых бактерий оказывается недостаточно, вследствие чего растения снижают урожайность. При этом минеральные азотистые удобрения оказываются в данном случае бесполезными, поскольку азот усваивается только через клубеньки. Поэтому производство бактериальных удобрений чрезвычайно актуально.
Задачей конкретного производства бактериальных удобрений является максимально возможное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса и приготовление на их основе готовых форм препаратов с сохранением их активности в течение гарантийного срока.
Сухой нитрагин — порошок светло-серого или коричневого цвета, который содержит в 1 г препарата не менее 9 млрд жизнеспособных клеток в смеси с наполнителем (бентонитом, каолином, мелом и пр.).
Промышленное производство нитрагина построено по типичной схеме асептического микробиологического процесса. «Узким» местом является стадия высушивания, поскольку именно на этой стадии бактерии могут потерять жизнеспособность из-за температурных воздействий. Поэтому сушку осуществляют под вакуумом при 30-35 оС.
Для производства посевного материала исходную культуру клубеньковых бактерий выращивают сначала на агаризованной среде, содержащей, например, отвар семян бобовых растерий, 2 % агара и 1 % сахарозы. На всех этапах промышленного культивирования применяют питательную среду одного и того же состава, включающую такие компоненты, как мелассу, кукурузный экстракт, минеральные соли в виде сульфатов аммония и магния, мел, хлорид натрия и двухзамещенный фосфат калия.
Основную ферментацию проводят в течение двух-трех суток при температуре 28-30 С и рН 6,5-7,5. Готовую культуральную жидкость направляют на сепарацию, в результате которой отделяется биомасса в виде пасты влажностью 70-80 %. Пасту смешивают с защитной средой, имеющей различный состав, но всегда содержащей мелассу и тиомочевину в соотношении 20:1, и направляют на высушивание. Процесс сушки осуществляют в вакуум-сушильных шкафах при 30-35 С и остаточном давлении 10-13 кПа. Высушенную биомассу размалывают.
Нитрагин способствует увеличению урожайности бобовых на 1525 %, а в районах, где бобовые засеваются впервые, — на 100 %. Вносят препараты путем опудривания семян непосредственно перед посевом.
Технология получения сухого азотобактерина
Все виды азотобактера — строгие аэробы. Бактерии этого вида очень чувствительны к наличию фосфора и развиваются при высоком содержании его в питательной среде. Технология получения азотобактерина имеет много общего с технологией производства нитрагина, поэтому будут рассмотрены наиболее существенные отличия в его технологии.
Культуру микроорганизмов выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей те же компоненты, что и при культивировании Rhizobium. Дополнительно вводят сульфаты железа и марганца, а также сложную соль молибденовой кислоты. РН среды культивирования 5,7-6,5, аэрация — 1 объем воздуха на 1 объем среды в 1 мин.
Процесс ферментации проводят до начала стационарной фазы роста культуры, так как в этой стационарной фазе биологически активные вещества выделяются из клетки и остаются в культуральной жидкости.
При этом существует опасность, что с их выходом клетки могут утратить способность фиксировать атмосферный азот после внесения в почву.
Биологически активные вещества полностью или частично могут теряться и в процессе высушивания клеток, однако оставшиеся жизнеспособными клетки после выведения азотобактера из анабиоза восстанавливают способность продуцировать биологически активные вещества.
Использовать препараты азотобактерина рекомендуется лишь в плодородных почвах, содержащих фосфор и микроэлементы. Отсутствие последних отрицательно сказывается на жизнедеятельности вносимых бактерий.
Применяют азотобактерин для бактеризации семян, рассады, компостов. При этом улучшается корневое питание растений и на 10-15 % повышается урожайность зерновых, технических и овощных культур.
Технология получения фосфоробактерина
Фосфоробактерин — бактериальное удобрение, содержащее споры микроорганизма Bacillus phosphaticum. Бактерии обладают способностью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеины и др.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты (пирофосфаты, полифосфаты) в доступную для растений форму. Кроме того, они также вырабатывают различные биологически активные вещества, в том числе витамины, стимулирующие рост растений, особенно на ранних стадиях их развития.
По морфологическим признакам Bac. phosphaticum представляет собой мелкие, грамположительные, аэробные спорообразующие палочки.
Технология его получения мало отличается от таковой для нитрагина и азотобактерина.
Культуру Bacillus phosphaticum выращивают глубинным способом. Состав питательной среды следующий (в %): кукурузный экстракт — 1,8; меласса — 1,5; сульфат аммония — 0,1; мел — 1; вода — остальное. Культивирование проводят в строго асептических условиях при постоянном перемешивании и принудительной аэрации до стадии образования спор.
Основные параметры проведения процесса: температура — 28-30 С, рН среды — 6,5-7,5; длительность культивирования — 1,5-2 суток. Полученныю в ходе культивирования биомассу клеток отделяют центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при 65-75 С до остаточной влажности 2-3 %. Высушенные споры смешивают с наполнителем (каолином).
В отличие от нитрагина и азотобактерина фосфоробактерин обладает большей устойчивостью при хранении. Потеря жизнеспособности клеток после 1 года хранения не превышает 20 %.
Следует отметить, что фосфоробактерин не заменяет фосфорные удобрения, а резко увеличивает их эффективность, поэтому его вносят вместе с фосфорными удобрениями. Фосфоробактерин рекомендуют применять на черноземных почвах. Он необходим для повышения урожайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и других сельскохозяйственных растений.
Источник
Сельскохозяйственная биотехнология
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Ноября 2012 в 16:28, курсовая работа
Краткое описание
Сельскохозяйственная биотехнология – это отрасль биотехнологии, которая занимается клонированием животных, генетической инженерией животных, приготовлением питательных сред для культивирования микроорганизмов, основами культивирования микроорганизмов, классификацией вакцин и технологией их приготовления, методами выделения, концентрирования и высушивания микроорганизмов и продуктов микробного синтеза, новыми направления в создании вакцин.
Содержание
Введение………………………………………………………………………. 4-5
1 История развития сельскохозяйственной биотехнологии……………………6
1.1 Современное состояние сельскохозяйственной биотехнологии…………. 7
2 Бактериальные удобрения……………………………………………………8-9
2.1 Критерий активности и критерий вирулентности удобрений……. 10-11
2.2 Производство нитрагина………………………………………………. 12-13
2.3 Производство ризоторфина…………………………………………………14
2.4 Производство азотобактерина…………………………….………. 15-17
2.5 Производство фосфобактерина………………………………………. 18-19
3 Процесс приготовления бактериального удобрения…………………. 20-22
4 Экономическая целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений…………………………………. 23
4.1 Достоинства и недостатки бактериальных удобрений……………………24
5 Регуляторы роста………………………………………………………………25
5.1 Общая характеристика регуляторов роста растений…………………..26-27
5.2 Фитогормоны и стрессовое состояние растений………………………28-29
5.3 Взаимодействие фитогормонов……………………………. ……………..30
5.4 Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений……………. 31-33
5.5 Механизм действия фитогормонов…………………………………………34
5.6 Использование фитогормонов и физиологически активных веществ..35-36
6 Компостирование……………………………………………………………. 37
6.1 Виды компостов и способы компостирования………………………..…..38
6.1.1 Компостирование навоза……………………………………………. 38-39
6.1.2 Торфяные компосты……………………………………………………….40
6.1.2.1 Торфонавозные компосты………………………………. 40-41
6.1.2.2 Торфонавознофосфоритные компосты……………. …………………41
6.1.3 Торфожижевыве и торфофекальные компосты…………………. 42
6.1.3.1 Приготовление торфожижевых компостов………………….……..42-43
6.1.3.2 Приготовление торфофекальных компостов…..………………………43
6.1.3.3 Торфоизвестковые компосты…………………………………………. 44
6.1.3.4 Компосты с золой……………………………………..………………. 44
6.1.3.5 Торфофосфоритные удобрения……………….………………………. 44
6.1.3.6 Торфоаммиачные (ТАУ) и торфоминеральноаммиачные (ТМАУ) удобрения (компосты)…………………………………………………………. 45
6.1.3.7 Торфорастительные компосты……………. ……………………….45-46
6.1.3.8 Навозноземляные и дерновонавозные компосты………………….46-47
6.1.4 Компосты из бытовых отходов.……………………………………….47-48
6.1.5 Компостирование отходов сельскохозяйственного производства….48-49
6.1.6 Компосты с использованием дождевых червей………………..…….49-50
7 Силосование………………………………………………………………..51-52
7.1 Микробиологические процессы, протекающие в силосуемой массе……53
7.1.1 Аэробные процессы. Термогенез……………………………………..53-54
7.1.2 Анаэробные процессы…………………………………………………….54
7.1.2.1 Недостаточное уплотнение и плохое укрывание силосных буртов…………………………………………………………………………54-55
8 Этапы превращения питательных веществ в силосуемой массе……….56-57
9 Буферные свойства………………………………………………………. 58-59
10 Ферментация силосуемой массы. Виды ферментации…………………….60
10.1 Аэробная ферментация (дыхание)………………………………………. 60
10.1.1 Гидролиз белков, углеводов, липидов силосуемой массы…………….60
10.1.2 Катаболизм белков, углеводов, липидов силосуемой массы………60-61
10.1.3 Аэробная ферментация (брожение). Виды брожения и фазы……. 61
10.1.3.1 Виды молочнокислого брожения………………………………….62-64
10.1.3.2 Спиртовое брожение……………………………………………….64-65
10.1.3.3 Пропионовокислое брожение………………………………………….65
10.1.3.4 Маслянокислое брожение……………………………………………. 66
11 Ингибирование ферментов в силосуемой массе…………………………. 67
Заключение………………………………………………………………………68
Список использованной литературы………………………………………..69-72
Вложенные файлы: 1 файл
Министерство образования и науки
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«Тверской государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ТГТУ»)
Кафедра биотехнологии и химии
Выполнили: студентки 2 курса
Кулагина М.М., Степанова Г.В., Шалакова В.А.
Проверил: Манаенков О.В.
1 История развития сельскохозяйственной биотехнологии……………………6
1.1 Современное состояние сельскохозяйственной биотехнологии…………. 7
2 Бактериальные удобрения………………… …………………………………8-9
2.1 Критерий активности и критерий вирулентности удобрений……. 10-11
2.2 Производство нитрагина………………………………………………. 12-13
2.3 Производство ризоторфина……………… …………………………………14
2.4 Производство азотобактерина…………………………….………. . 15-17
2.5 Производство фосфобактерина……… ………………………………. 18-19
3 Процесс приготовления бактериального удобрения…………………. 20-22
4 Экономическая целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений…………………………………. 23
4.1 Достоинства и недостатки бактериальных удобрений………………… …24
5.1 Общая характеристика регуляторов роста растений…………………..26-27
5.2 Фитогормоны и стрессовое состояние растений………………………28- 29
5.3 Взаимодействие фитогормонов……… ……………………. ……………..30
5.4 Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений……………. 31-33
5.5 Механизм действия фитогормонов…………………………………………34
5.6 Использование фитогормонов и физиологически активных веществ..35-36
6.1 Виды компостов и способы компостирования………………………..….. 38
6.1.1 Компостирование навоза……………………………………………. 38- 39
6.1.2.1 Торфонавозные компосты………………………………. . 40-41
6.1.2.2 Торфонавознофосфоритные компосты……………. …………………41
6.1.3 Торфожижевыве и торфофекальные компосты…………………. 42
6.1.3.1 Приготовление торфожижевых компостов………………….……..42-43
6.1.3.2 Приготовление торфофекальных компостов…..………………………43
6.1.3.3 Торфоизвестковые компосты…………… ……………………………. 44
6.1.3.5 Торфофосфоритные удобрения………… …….………………………. 44
6.1.3.6 Торфоаммиачные (ТАУ) и торфоминеральноаммиачные (ТМАУ) удобрения (компосты)………………………… ………………………………. 45
6.1.3.7 Торфорастительные компосты………… …. ……………………….45-46
6.1.3.8 Навозноземляные и дерновонавозные компосты………………….46-47
6.1.4 Компосты из бытовых отходов.…… ………………………………….47-48
6.1.5 Компостирование отходов сельскохозяйственного производства….48-49
6.1.6 Компосты с использованием дождевых червей………………..…….49- 50
7.1 Микробиологические процессы, протекающие в силосуемой массе……53
7.1.1 Аэробные процессы. Термогенез……………………………………..53- 54
7.1.2.1 Недостаточное уплотнение и плохое укрывание силосных буртов……………………………………………………………… …………54-55
8 Этапы превращения питательных веществ в силосуемой массе……….56-57
10 Ферментация силосуемой массы. Виды ферментации………………… ….60
10.1 Аэробная ферментация (дыхание)………………………………………. 60
10.1.1 Гидролиз белков, углеводов, липидов силосуемой массы…………….60
10.1.2 Катаболизм белков, углеводов, липидов силосуемой массы………60-61
10.1.3 Аэробная ферментация (брожение). Виды брожения и фазы……. 61
10.1.3.1 Виды молочнокислого брожения………………………………….62-64
10.1.3.2 Спиртовое брожение……………………………………………….64- 65
10.1.3.3 Пропионовокислое брожение………………………………………….65
10.1.3.4 Маслянокислое брожение……………………………………………. 66
11 Ингибирование ферментов в силосуемой массе…………………………. 67
Список использованной литературы………………………………………..69- 72
Сельскохозяйственная биотехнология – наука о взаимодействии растений и удобрений в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, о круговороте веществ в земледелии и использование удобрений для увеличения урожая, улучшения его качества и повышения урожая.
Современная сельскохозяйственная биотехнология — теоретическая, биологическая, и химическая дисциплина, имеющая прямые выходы в практику сельскохозяйственного производства.
Главная задача сельскохозяйственной биотехнологии – управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва – растение. Применение удобрений – главным образом вмешательства человека в этот круговорот. Внесение минеральных удобрений позволяет вводить новые количества элементов питания растений, а навоза и других отходов животноводчества и растениеводства, также повторное использование питательных веществ уже входящих в состав предыдущих урожаев. Применение удобрений дает возможность восполнять вынос урожаем питательных веществ и непроизводительные потери их из почвы, вследствие ветровой и водной эрозии, выщелачивание, улетучивание в атмосферу и т.д. Таким образом, не только может поддерживать, но и повышать плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур.
Цель данной работы заключается в рассмотрении бактериальных удобрений, регуляторов роста растений, компостирования растений, силосования, научных условий питания растений с учетом знания свойств различных видов и форм удобрений, особенностей их взаимодействия с почвой, определении наиболее эффективных форм, способов, сроков применения удобрений.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
- Изучить производство бактериальных удобрений. Их достоинства и недостатки;
- Рассмотреть регуляторы роста растений. Изучить их механизм и влияние на растения;
- Просмотреть виды компостов и способы компостирования;
- Изучить процесс силосования – химию и микробиологию процессов;
Сельскохозяйственная биотехнология играет важную роль в интенсивных технологических возделываниях сельскохозяйственных культур, в создании оптимальных уровней всех факторов участвующих в формировании урожая, в их наиболее благоприятном сочетании. Получения максимального экономически выгодного урожая базируется на использовании лучших сортов, обеспечении необходимых физических и химических свойств почв, комплексов применения средств химизации в период вегетации растений, своевременном и качественном выполнении всех агротехнических работ.
Она скрывает общие закономерности процессов взаимодействия факторов среды на урожай конкретных культур. Зная эти принципиальные закономерности специалист может предвидеть в ход их течения в конкретной обстановке при различных сочетаниях факторов среды.
Сельскохозяйственная биотехнология – это отрасль биотехнологии, которая занимается клонированием животных, генетической инженерией животных, приготовлением питательных сред для культивирования микроорганизмов, основами культивирования микроорганизмов, классификацией вакцин и технологией их приготовления, методами выделения, концентрирования и высушивания микроорганизмов и продуктов микробного синтеза, новыми направления в создании вакцин.
1 История развития
Рождение сельскохозяйственной биотехнологии относится к периоду семидесятых годов прошлого столетия и связано с выдающимися мировыми открытиями в науке, кризисным положением в сельском хозяйстве многих стран, в том числе СССР, и исчерпанием использования традиционных энергетических ресурсов и резервов роста аграрного сектора экономики в США и других развитых странах. В Советском Союзе была создана «Продовольственная программа», которая по большинству показателей была выполнена.
В США в сельском хозяйстве и продовольственном обеспечении страны кризиса нет. Но Президент США поставил перед учеными страны задачу: осуществить новый этап в фундаментальных исследованиях, позволяющий более полно использовать биологические резервы науки в области фотосинтеза, биоэнергетики, селекции и трансформации растений, животных и микроорганизмов. Выполнение этого поручения базировалось на новейших мировых открытиях.
Большое значение для формирования нового стратегического направления в современной биологии имели также основополагающие работы выдающихся биологов мира Г.Бойера, С.Коена, Д.Морра, А.Баева, А.Белозерского, О.Ейвери, Г.Гамова, К.Кораны, Ф.Жакоба, Ж.Моно, Дж.Беквиста, Ю.Овчинникова, А.Спирина, решивших ряд крупнейших проблем по расшифровке генетического кода, идентификации и экспрессии генов, структуры и функций биоинженерных ферментов, биосинтеза белка у прокариот и эукариот. В пятидесятые годы в биотехнологии возникло еще одно важное направление – клеточная инженерия, основателями которого были П.Уайт (США) и Р.Готре (Франция). В России это направление получило успешное развитие благодаря масштабным исследованиям Р.Бутенко, ее учеников и последователей.
1.1 Современное состояние сельскохозяйственной биотехнологии
В настоящее время во всем мире наблюдается значительный рост сельскохозяйственной отрасли. Это связано с рядом достаточно разнообразных факторов, среди которых:
— Постепенное истощение природных ресурсов и энергоносителей (газ, нефть и пр.), а, следовательно, требуются новые виды сырья, в качестве которого себя прекрасно зарекомендовало сырье растительного происхождения — биогаз, биотопливо, спирт на растительной основе.
— Глобальное увлечение человека здоровым образом жизни, которое, в том числе, подразумевает употребление в пищу натуральных продуктов, не содержащих консервантов, химических добавок и т.д.
— В мире наблюдается тенденция возвращения человека к ведению натурального хозяйства. Человек стремится к отдалению от города, самодостаточности и полному обеспечению себя продуктами собственного труда.
2 Бактериальные удобрения
Одним из наиболее актуальных применений сельскохозяйственной биотехнологии в данной области является производство различных видов бактериальных удобрений, поскольку микрофлора почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и, как следствие, на урожайность растений. Почвенные микроорганизмы в процессе роста 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.).
В настоящее время наибольшее распространение в сельском хозяйстве получили такие бактериальные удобрения, как нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин. Их практическая применимость и существенная эффективность не оставляют сомнений, что подтверждается многочисленными научными исследованиями, например работой группы ученых МСХА им. Тимирязева под руководством А.Н. Постникова, исследовавших влияние биологических препаратов на рост и урожайность картофеля в средней полосе России.
К настоящему моменту доказано, что применение бактериальных удобрений не только способствует повышению урожайности ценных культур, но и значительно снижает нагрузку на окружающую среду со стороны химических соединений — минеральных удобрений и средств защиты растений, что позволяет более эффективно использовать ограниченные земельные ресурсы, затрачивать меньше усилий на их восстановление.
Источник