CC BY
21Хроника / Chronicle К 90-летию ВИЗР
РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННОГО ПРОЕКТА ПО СОЗДАНИЮ ОПЫТНОГО ПРОИЗВОДСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ЭНТОМОПАТОГЕННЫХ НЕМАТОД
Л.Г. Данилов, В.А. Павлюшин
Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений, Санкт-Петербург
DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF AN INNOVATIVE PROJECT ON THE ESTABLISHMENT OF EXPERIMENTAL PRODUCTION OF BIOLOGICAL PREPARATIONS BASED ON ENTOMOPATHOGENIC NEMATODES
L.G. Danilov, V.A. Pavlyushin
All-Russian Institute of Plant Protection, St. Petersburg, Russia
Биологические средства защиты растений заслуживают всё большего внимания как альтернатива химическим пестицидам в качестве их замены или использования в интегрированных системах защиты растений и в органическом земледелии. Использование микроорганизмов, в том числе и энтомопатогенных нематод (ЭПН), в биологической борьбе с насекомыми-вредителями повсеместно повысилось. Энтомопатогенные нематоды и их симбиотиче-ские бактерии используются либо изучаются во всем мире как агенты микробиологического контроля численности насекомых вредителей и, частично, против возбудителей заболеваний растений. Нематодно-бактериальный комплекс высокотоксичен для многих видов насекомых. Инвазионные личинки активно проникая в тело насекомых, выпускают в его гемолимфу симбиотических бактерий, которые убивают насекомое и способствуют развитию и размножению нематод в теле насекомого. Бактерии быстро размножаются и производят комплекс метаболитов преодолевая таким образом иммунную систему насекомых, приводят к их гибели и подавляют рост различных грибных и бактериальных возбудителей заболеваний внутри тела погибшего насекомого (Данилов, 2004; Poinar, 1990). Энтомонематоды интенсивно размножаются в насекомых
1
2
3
С учётом актуальности проблемы в ВИЗР с 1990 г. проводились исследования по разработке способа массового производства энтомопатогенных нематод на ИПС. За основу был принят метод культивирования нематод на ИПС с использованием инертного носителя (Bedding, 1981, 1984). Биологическую основу получения массовой культуры нематод на искусственных питательных средах составляют чистые отселектированные маточные культуры симбиотических бактерий и моноксенные культуры инвазионных личинок нематод (Akhurst, 1980). Определение потенциальных возможностей производства нематод
и на искусственных питательных средах, их можно применять обычными методами, оставаясь в почве, они могут длительное время (более 2-х лет) существовать при отсутствии насекомого-хозяина. Устойчивость ко многим современным пестицидам и отсутствие патогенного действия на растения, дождевых червей и позвоночных позволяет использовать этих паразитов в программах управления численностью насекомых-вредителей (Boemare, Laumond, Mauleon, 1996).
Во Всесоюзном институте защиты растений в течение длительного времени осуществлялись исследования по изучению особенностей биологии, экологии и паразитической активности ЭПН в отношении 38 фитофагов, разработке технологий производства, применения и создания биопрепаратов (Немабакт и Энтонем-F) на основе энтомопатогенных нематод (Данилов, 1980; Данилов, 2007; Данилов и др., 2008).
Особое значение для повышения конкурентоспособности растительной продукции и получения качественных продуктов питания имеют системы биологической защиты сельскохозяйственных культур от вредителей и болезней. В этой связи уместно подчеркнуть важнейшие элементы инновационного процесса (табл. 1).
на питательных средах растительного и животного происхождения было проведено с адаптацией и совершенствованием методов Беддинга (Bedding, 1981) и Вутса ^оШз, 1981). Подобранный и экспериментально апробированный компонентный состав искусственных питательных сред (ИПС) позволяет получать продуктивный выход инвазионных личинок с 1 г среды от 800 до 1500 особей без ухудшения показателей их патогенности (Данилов и др., 2003).
В инновационном освоении результатов использования ЭПН в биологической защите растений особое значение
Таблица 1. Важнейшие элементы инновационного процесса
Завершенные НИР, прошедшие научно-производственную апробацию и государственные испытания (новые защитные биопрепараты, новые системы защиты, отселектированные маточные культуры энтомофагов, опытные биотехнологические производства, НТД)
Наличие устойчивого рынка, который дифференцирует цены овощи, фрукты, картофель и др. в зависимости от типов защиты растений. Нормативная база на экологически качественную растительную продукцию, т.е. сертификаты Инвестор, организация биотехнологических производств, биофабрик, стационары для зональных производственных испытаний интегрированных и биологических систем защиты сельскохозяйственных культур(зональные регламенты и системы защиты)_
имела созданная на базе ВИЗР опытно-технологическая линия по наработке опытных образцов культур энтомо-патогенных нематод. В процессе эксплуатации линии появилась возможность получать и размножать маточные культуры моноксенных инвазионных личинок и первичные формы симбиотических бактерий любого из перспективных видов и штаммов нематод, что позволяло обеспечивать исследовательский процесс экспериментальными образцами культур нематод в объёмах, необходимых для проведения лабораторных, полевых и производственных испытаний.
За период работы над проектом применительно к условиям промышленного производства проведена оптимизация процесса культивирования нематод на ИПС с определением оптимальных соотношений инокулюмов бактерий и инвазионных личинок нематод в расчёте на 1 г питательной среды при определенном объёме элементов инертного носителя. Кроме того, были изучены и разработаны наиболее оптимальные способы:
а) моноксенизации нематодных культур;
б) выделения, идентификации и сохранения чистых культур симбиотических бактерий;
в) инокуляции микроорганизмов в ИПС;
г) аэрации и температурный режим процесса выращивания нематодно-бактериальных комплексов;
д) отделения зрелой культуры нематод, т.е. инвазионных личинок от остатков питательной среды и инертного носителя.
Для культивирования нематод были также разработаны и прошли апробацию различные типы биореакторов
- т.е. ёмкостей для выращивания нематод [Данилов и др., 2004]. Основные узлы и способы массового размножения нематод по мере их разработки адаптировались и включались в функционирующую на базе ВИЗР опытно-технологическую линию, оригинальность которой подтверждена тремя патентами РФ (Данилов и др., 1999; Данилов, Айра-петян, 2004; Данилов, 2012).
В отличие от многообразия препаративных форм, известных для химических средств защиты растений, эн-томопатогенные нематоды как живые организмы весьма требовательны к условиям существования в период длительного хранения. В нематодных препаратах в качестве действующего вещества выступают живые инвазионные личинки. По результатам работы были предложены две препаративные формы нематодных препаратов. Препаративные формы представляют собой порошкообразную массу с содержанием нематод от 200 тыс. до 250 тыс. инвазионных личинок в 1 г препарата. Препаративные формы обеспечивают сохранение жизнеспособности нематод в условиях хранения при комнатной температуре в течение 10-30 суток и при температуре 2-8 °С не менее 3-6 месяцев. Проведены испытания этих форм на различных культурах и проведено их патентование (Мевлюдов и др., 2000; Данилов и др., 2003).
К проекту создания промышленного производства нематодных препаратов проявлялся интерес со стороны частных инвесторов и государственных учреждений
- ИЧП «Тайга», Государственное научно-внедренческое экологическое малое предприятие «Экорс» и Государственный инженерный центр «Реактив»(Башкортостан), ЗАО «Дзержинскхиммаш», АННПО «Петербургский
центр биоэкологии», НПА «Биота», ЗАО «БИО компания Оранта». Однако не было достигнуто успешного сотрудничества по причинам: а) присутствие риска в связи с отсутствием данных у разработчиков по отдельным процессам промышленного производства нематод; б) необходимость единовременных больших финансовых вложений; в) наличие рисков в связи с наукоемкостью проекта. Кроме того, необходимо учитывать и то, что нестабильное экономическое состояние нашей страны в этот период времени не способствовало развертыванию наукоемких производств, а представители частного капитала в таких условиях не хотели рисковать и осваивать проекты, которые не гарантировали в короткие сроки окупаемость вложенных инвестиций.
Определенная финансовая поддержка и участие в разработке промышленной технологии производства нематодных препаратов была оказана авторам проекта со стороны «БИО компания Оранта» и ЗАО «Дзержинскхиммаш».
В этой связи ВИЗР было принято решение о выдвижении проекта на участие в конкурсной программе «СТАРТ», проводимой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (МП НТС). По условиям выполнения исследований по программе «СТАРТ» было создано малое предприятие ООО «БИОДАН». В 2005 год в рамках программы между ООО «Биодан» и ООО «Защита-Сервис», а также с СХПК «Русский фермер» были заключены Соглашения о намерениях реализации проекта «Разработка промышленной технологии и создание производства биологических препаратов на основе энтомопатогенных нематод». Однако в качестве инвестора проекта Фондом было утверждено ООО «Атлант».
По программе Фонда были выполнены соответствующие исследования и получены положительные результаты по хранению симбиотических бактерий энтомо-патогенных нематод в состоянии глубокой заморозки, в лиофилизированном состоянии в течение 6-10 месяцев и в питательном бульоне при температуре 2-5 °С с оценкой качества бактериальных клеток по интенсивности развития нематод на искусственной питательной среде и инвазионной активности их в отношении насекомых-хозяев. Полученные результаты работы свидетельствуют о возможности в перспективе иметь запас посевного материала бактерий для успешного функционирования промышленного производства в течение 30-40 дней и таким образом, частично снимается один из критических вопросов, которые возникают в переговорах с потенциальными инвесторами. Однако для обеспечения промышленного производства необходимо еще получить данные по более длительным срокам хранения бактерий (Данилов и др., 2014). Кроме того в производственных условиях была оценена эффективность выращивания нематод и бактерий в биореакторах оригинальной конструкции и с использованием оригинального блока отделения биомассы нематод от остатков ИПС и инертного носителя.
ООО «БИОДАН» планомерно проводится маркетинговая работа по подготовке рынка сбыта своей продукции. В 2015 году ООО «Биодан» от Правительства С.-Петербурга получен сертификат «Резидента Центра Импортозамеще-ния и Локализации С.-Петербурга». Потребность тепличного растениеводства в нематодных препаратах достигает
более 500 гектарных норм в год, а спрос превышает предложение в десятки раз.
Между ООО «БИОДАН» и ВИЗР заключен договор о сотрудничестве, в котором предусматриваются все вопросы взаимоотношений между обеими сторонами. На базе ООО «БИОДАН» расширяются исследования по изучению возможности использования продуктов метаболизма энтомопатогенных нематод и их симбиотических бактерий в качестве средства борьбы с насекомыми, почвенными фитопатогенами и фитонематодами. О перспективности таких исследований свидетельствуют данные зарубежных авторов и результаты нашей работы (Данилов и др., 2017).
В целом нематодные биопрепараты и их симбиотиче-ские бактерии хорошо вписываются в системы биозащиты закрытого грунта и органического земледелия. Биологическая эффективность указанных средств на таких опасных фитофагах как трипсы, долгоносики, грибные мухи на шампиньонах, проволочники на картофеле, капустные мухи на капусте находится в интервале 64-98 %. При испытаниях, например, в Центральной Якутии Энтонема-F против капустных мух на капусте прибавка урожая составляла 262.9 ц/га, при этом чистый доход составил 235.2 тыс. руб/га (Слепцов и др., 2004).
О востребованности наших препаратов со стороны сельхозпроизводителей различных форм собственности свидетельствуют результаты реализации готовой продукции. За последние 3 года по данным ВИЗР и ООО «Биодан» на опытном производстве было наработано и реализовано около 1500 гектарных норм нематодных препаратов.
Нематодные препараты ежегодно закупаются отдельными партиями крупными агропромышленными комплексами, крестьянскими фермерскими хозяйствами и владельцами личных подсобных участков и садоводческих товариществ.
Для дальнейшей успешной реализации проекта требуют разрешения вопросы, связанные с расширением объемов наработок препаратов, проведения рекламных акций и поиск гарантированных потребителей готовой продукции. В настоящее время менеджеры компании ведут интенсивную работу по маркетингу рынка сбыта. Оформляется
Библиографический
Данилов ЛГ (1980) Особенности инвазирования и последующего развития нематод Neoaplectana carpocapsae штамм "agriotos" в насекомых при свободном контакте паразита с хозяином. Гельминты насекомых. М.: Наука. 42-46
Данилов ЛГ (2004) Разработка и практическое использование биологических препаратов на основе энтомо-патогенных нематод для защиты растений. Теоретические основы разработки биологических средств защиты растений, новые отселектированные формы полезных организмов, технологии изготовления биологических средств защиты растений и их применение. М. 32-52 Данилов ЛГ (2007) Биологические препараты на основе энтомопатогенных нематод - Немабакт и Энтонем-F. Агро-Эксклюзив 2:56-59 Данилов ЛГ (2012) Способ для производства биологических препаратов на основе энтомопатогенных нематод. Патент на изобретение RUS 2444195
база данных сельхозпредприятий и фермерских хозяйств потребителей нематодных препаратов.
Таким образом, накопленные многолетние результаты научно-исследовательской работы и созданная научно-техническая документация по производству и применению нематодных препаратов отражают основные этапы современного инновационного процесса. Научно техническая документация на регистрацию Немабакта и Энтонема-F рассмотрена и утверждена Ученым Советом ВИЗР и включает следующее: заключение Комиссии по микробным средствам защиты растений и биоудобрениям РАСХН; экспертное заключение Всероссийского научно-исследовательского института биологической защиты растений; заключение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору; экспертное заключение НИЦ ТБК; заключение ВНИИ природы; экспертное заключение АзНИИРХ; отчет ХБО при РАН; справка ВНИТИАФ о непатогенности и опасности культуры Xenorhabdus nematophilus; Санитарно-эпидемиологическое заключение; Технические условия и технологические регламенты на производство препаратов; рекомендации по применению пестицида для личных подсобных хозяйств; тарная этикетка для сельскохозяйственного производства и тарная этикетка для личных подсобных хозяйств.
Государственные испытания препаратов на основе ЭПН проведены в регионах: Ленинградская, Псковская, Новгородская, Нижегородская, Московская, Ивановская, Брянская, Иркутская, Ростовская области, Краснодарский край, Республика Коми, Республика Саха (Якутия) на картофеле, капусте, овощных и декоративных культурах защищенного грунта, шампиньонах, облепихе, розах, смородине.
Пример освоения и внедрения в промышленное производство перспективного инновационного проекта ВИЗР и малым предприятием ООО «Биодан», с большой вероятностью следует рассматривать как типичный, показывающий возможности развития малых форм предприятий в научно-технической сфере по внедрению в производство уникальных научных разработок, обеспечивающих использование систем биологической защиты растений.
список (References)
Данилов ЛГ, Айрапетян ВГ (2004) Способ и линия для производства биологических препаратов на основе эн-томопатогенных нематод. Патент на изобретение RUS 2239315
Данилов ЛГ, Айрапетян ВГ, Искрицкий ВЛ (2003) Способ получения препаративной формы для хранения эн-томопатогенных нематод семейств Steinemematidae и Heterorhabditidae. Патент на изобретение RUS № 221029 Данилов ЛГ, Айрапетян ВГ, Нащекина ТЮ (2014) Способ подготовки симбиотических бактерий рода Xenorhabdus, выделенные из нематод вида Steinernema feltiae protense к хранению. Патент на изобретение RUS 2053790 Данилов ЛГ, Айрапетян ВГ, Нащекина Т.Ю, Турицин В.С (2003) Оптимизация процесса культивирования энтомопатогенных нематод семейства Steinernematidae (Nematoda: Rhabditida) на искусственных питательных средах с использованием инертного носителя. Вестник защиты растений 1:54-58
Данилов ЛГ, Айрапетян ВГ, Салятов ЮП, Салятов ЛЮ (2004) Способ получения препаративной формы для хранения энтомопатогенных нематод семейств Steinemematidae и Heterorhabditidae. Патент на изобретение RUS 2225107 Данилов ЛГ, Зорина ЕА, Нащекина ТЮ (2017) Антибиотическая активность Xenorabdus sp.(Enterobaсteriaceae) симбионтов энтомопатогенных нематод (Rhabditidae: Steinernematidae). Вестник защиты растений 3(93):33-38
Данилов ЛГ, Махоткин АГ, Васильев СВ, Турицин ВС (2008) Взаимодействие энтомопатогенных нематод Steinernema carpocapsae с фауной членистоногих и природными популяциями этих паразитов в биотопе плодового сада. Паразитология 42(2):129-138 Данилов ЛГ, Павлюшин ВА (2015) Состояние, перспективы изучения и практического использования энто-мопатогенных нематод (Steinernematidae) и их симбио-тических бактерий (Xenorhabdus) против насекомых и возбудителей заболеваний растений. Вестник защиты растений 3(85):10-15 Данилов ЛГ, Сычев АЕ, Айрапетян ВГ, Сычев ВА (1999) Линия для производства препарата из энтомопатоген-ных нематод. Патент на изобретение RUS 2136745 Мевлюдов РЯ, Данилов ЛГ, Айрапетян ВГ, Сычев АЕ (2000) Способ подготовки биологического препарата
нематод к хранению и последующему его использованию. Патент на изобретение RUS 2144289 Слепцов СС, Власенко НГ, Данилов ЛГ (2004) Экологически безопасная защита капусты белокочанной от капустной мухи в экстремальных условиях севера). Вестник защиты растений 3:51-56 Akhurst RJ (1980) Morphological and functional dimorphism in Xenorhabdus spp. bacteria symbiotically associated with the insect pathogenic nematodes Neoaplectana and Heterorhabditis. J Gen Microbiol 121(2):303-309 Bedding RA (1981) Low cost in vitro mass production of Neoaplectana and Heterorhabditis species (Nematode) for field control of insect pests. Nematologica 27(1):109-114 Bedding RA (1984) Large scale production, storage and transport of the insectparasite nematodes Neoaplectana spp. and Heterorhabditis spp. Ann Appl Biol 104(1):117-120 Boemare N, Laumond C, Mauleon H (1996) The entomopathogenic nematode-bacterium complex: Biology, live cycle and vertebrate satefy. Biocontrol Sci Technol 6(3):333-345
Ро^г G (1990) Taxonomy and biology of Steinerneimatidae and Heterorhabditidae. In: Gaugler R, Kaya HK (eds) Entomopathogenic nematodes in biological control. Boca Raton: CRC Press. 23-61 Wouts WM (198l) Mass production of the entomogenous Heterorhabditis heliothidis (Nematoda: Heterorhabditidae) on artificial media. Nematologica 13(4):467-469
К 80-ЛЕТИЮ ВЫХОДА ПЕРВОГО НОМЕРА «ВЕСТНИКА ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ»
TO THE 80TH ANNIVERSARY OF THE FIRST ISSUE OF «PLANT PROTECTION NEWS»
В 1939 году в Ленинграде вышел первый номер подписного журнала «Вестник защиты растений» под грифом Всесоюзного института защиты растений (ВИЗР). Этот журнал должен был завершить активную (начиная с момента организации института в 1929 г.) деятельность ВИЗР по созданию и объединению существовавших в стране периодических и продолжающихся фитосанитар-ных изданий1. Ответственным редактором был назначен академик Николай Михайлович Кулагин (1860-1940), который в те годы работал в ВИЗР и одновременно был председателем секции защиты растений ВАСХНИЛ. После его смерти в 1940 г. ответственным редактором журнала стал директор ВИЗР М.П. Елсуков. В состав редакционной коллегии журнала входили ведущие ученые ВИЗР и других учреждений: И.М. Поляков, В.И. Гусев, М.С. Дунин, К.М. Степанов, В.Н. Старк, С.М. Тупеневич, Б.Ю. Фалькенштейн, И.П. Яценко и В.Н. Щеголев. К сожалению, публикация журнала прервалась на втором номере за 1941 г. (в 1939-м г. вышел только один номер, в
1 См. также: Историческая справка о научном журнале ВИЗР «Вестник защиты растений», Вестник защиты растений, 1999, №1, с.106; Периодические и продолжающиеся издания Всероссийского института защиты растений, Вестник защиты растений, 2009, №2, с.68-70.
1940-м г. - 5 номеров; разовый тираж 2000 экз.). Тираж второго номера почти весь погиб во время пожара. Был сверстан третий номер, подготовлены №№ 4 и 5. На обложке первого выпуска (1939) стоит символичный номер - 1(20), что означает преемственность журнала с изданием серии под названием «Защита растений. Сборник», выпускавшейся ВИЗР с 1935 по 1939 гг. Всего вышло 19 сборников, в среднем по 4 в год: в 1935 - 7, 1936 - 4, 1937 - 4, 1938 - 2, 1939 - 2. Предшественником последних можно считать «Сборник ВИЗРа» (4 номера в 1932 г., 3 - в 1933 г. и 1 - в 1934 г.), печатавшийся с черно-белой обложкой и рассылавшийся всем желающим «за счет заказчика по действительной цене» большим по тем временам тиражом, - 3500 экз.
«Сборник ВИЗРа», в свою очередь, заменил подписной журнал «Защита растений от вредителей» (1924-1931, тома 1-УШ), издававшийся в Ленинграде с подзаголовком (до 1929 г.) «Бюллетень Постоянного Бюро Всероссийских Энтомо-Фитопатологических Съездов». Следует заметить, что с самого начала его подзаголовок на французском (затем на английском) языке был «Защита растений». В 1931 г. он назывался уже и по-русски «Защита растений» (с сохранением порядкового номера тома - VIII) и
