14.613.21.0016 Этап 1

Тема: «Новое поколение биопрепаратов на основе наноматериалов и ризосферных бактерий, стимулирующих рост растений PGPR), для улучшения урожайности и питания сельскохозяйственных растений

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 24 сентября 2014 г. № 14.613.21.0016 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 24 сентября по 31 декабря выполнялись следующие работы:

По п.1.1 Плана-графика (ПГ): подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках проекта.
По п.1.2 ПГ: проведены патентные исследования по тематике работы, проведена систематизация существующих способов и технологий, осуществлен поиск ближайших аналогов и дано обоснование возможности получения РИД, способных к правовой охране.
По п.1.3 ПГ: выделены из различных геохимических и климатических сельскохозяйственных сайтов России новые ризосферные штаммы бактерий, обладающие фитостимулирующими свойствами.
По п.1.4 ПГ: проведен скрининг имеющихся коллекций бактерий с целью поиска штаммов, стимулирующих рост растений за счет различных механизмов.

При этом были получены следующие результаты:

1. Краткое описание основных полученных результатов

Проведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Выявлено, что в литературных источниках описаны примеры как положительного, так и отрицательного влияния различных наночастиц на рост и развитие растений. Положительные стороны применения удобрений и средств защиты растений на основе наночастиц включают в себя: снижение химической нагрузки на почву, увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на 3-18% в зависимости от вида растений, возможность комбинирования наноматериалов с химическими средствами защиты растений. Отрицательные стороны применения удобрений и средств защиты растений на основе наночастиц связаны с вероятностью накопления наночастиц в сельскохозяйственной продукции и их передаче по пищевым цепям, недостаточными экспериментальными результатами и отсутствием стандартных методик (выявление, идентификации и количественное определения наноматериалов в объектах окружающей среды, пищевых продуктах и биосредах) и доклинических испытаний, непредсказуемостью свойств наноматериалов и воздействия окружающей среды на них. Результаты экспериментальной работы зависят от химической природы наночастиц (размер, концентрация, модификация поверхности) и экспериментальных условий (видовая принадлежность микроорганизмов и растений, тип почвы, продолжительность эксперимента и т.д.). В большинстве научных публикаций затрагивается проблема безопасности применения наноматериалов, что связано с отсутствием стандартной методологии по определению их биологической токсичности.
В ходе выполнения этапа проекта проведены патентные исследования по тематике работы в соответствии с ГОСТ 15.011-96. Диапазон поиска включал следующие ключевые слова: ризобактерии, улучшающие рост растений, Pseudomonas, наночастицы оксида железа, биоконтроль, фитопатогены, растительно-микробное взаимодействие, наноматериалы; nanotechnology, iron oxide magnetic nanoparticles, biological product, bioformulation. На основании патентного исследования можно отметить, что применение наночастиц Fe3O4 для разработки новых нанобиотехнологических подходов для повышения урожайности сельскохозяйственных культур находится в русле разработок, проводимых в других зарубежных институтах и фирмах. В ходе патентного поиска не обнаружено сведений, касающихся совместного применения ризосферных бактерий, улучшающих рост растений и наночастиц железа(III) на урожайность сельскохозяйственных культур.

Таким образом, исследуемая в рамках НИР тема «Новое поколение биопрепаратов на основе наноматериалов и ризосферных бактерий, стимулирующих рост растений (PGPR), для улучшения урожайности и питания сельскохозяйственных растений» обладает новизной по сравнению с анализируемыми решениями.

В ходе выполнения этапа проекта из различных геохимических и климатических сельскохозяйственных сайтов было проанализировано 494 бактериальных изолята. Для дальнейшей работы отобрано 105 изолятов, 70 штаммов были отнесены к роду Pseudomonas. Отобрано 55 штаммов флуоресцирующих псевдомонад, 13 из которых обладали разной степенью антагонистической активности по отношению к фитопатогенным грибам. Выявлено 5 штаммов (P4-1, A1, O9-10, Kr31, IG1) наиболее эффективно подавляющих рост фитопатогенного гриба Rhizoctonia solani, 5 штаммов (P6-1, O9-10, Or3-3, Kr31, IG1) – Gaeumannomycesgraminisvar. tritici(штамм Ggt 1818). В результате скрининга отобрано 7 штаммов (P4-1, A1, P6-1, O9-10, Or3-3, Kr31, IG1), способных к эффективному биоконтролю фитопатогенов при совместном выращивании на плотной среде. При обработке семян штаммами P6-1, P8-2, A1, O9-10, Kr21, IC7 и P2-1, P8-2, O9-10, Kr21, IC7 показано стимулирующее влияние штаммов на рост корней проростков ржи и пшеницы соответственно; четыре штамма P8-2, O9-10, Kr21, IC7 стимулировали рост корней обоих растений. В стерильных микровегетационных экспериментах определена способность 13 штаммов флуоресцирующих псевдомонад к эффективной колонизации ризосферы однодольных (пшеницы) и двудольных (горчицы) растений при обработке семян. Показано, что 8 исследуемых штаммов (P4-1, P4-2, Kr21, Kr31, Or3-3, O9-10, IG1, IC7) колонизируют ризосферу растений в высокой концентрации порядка 108–109 бактерий/г сырой массы корней, что сопоставимо с литературными данными, полученными для эффективных колонизаторов.

Проведен скрининг имеющейся в ИБФМ РАН коллекции Pseudomonas. Отобраны ризосферные штаммы Pseudomonas aureofaciens OV17, BS1393, 16H, P. fluorescens OV29, 38a, которые проявляют высокую антагонистическую активность против широкого круга фитопатогенных грибов и входят в группу PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria ризобактерии, стимулирующие рост растений). Данные штаммы были использованы в качестве положительных контролей при тестировании свойств PGPR у новых выделенных ризосферных штаммов.

2. Оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информация о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД

В настоящее время для защиты и улучшения роста и урожайности сельскохозяйственных культур используют химические и микробиологические биопрепараты, минеральные удобрения, содержащие макро- и микроэлементы, стимуляторы роста растений. Разрабатываются удобрения микроэлементов в форме наночастиц. Известно, что трехвалентное железо необходимо для синтеза ряда важнейших ферментов у растений и микроорганизмов. Это очень важный элемент в конкурентных взаимоотношениях ризосферных бактерий и почвенных фитопатогенов, который может оказывать влияние на уровень биосинтеза некоторых биологически активных метаболитов бактерий. Мы предполагаем, что совместное применение ризосферных бактерий, улучшающих рост растений и наночастиц железа(III) даст суммарный положительный эффект на урожайность сельскохозяйственных культур и позволит снизить химическую нагрузку на почву.

3. Оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту

Полученные результаты соответствуют техническим требованиям к выполняемому проекту. Полученные теоретические результаты являются заделом для проведения экспериментальных исследований, касающихся влияния наночастиц железа(III) на физиологию ризосферных бактерий и растений. В ходе выполнения проекта разработаны следующие документы: 1) Методика выделения штаммов бактерий из ризосферы растений; 2) Методика определения способности ризосферных бактерий к биоконтролю фитопатогенов; 3) Методика определения фитостимулирующей способности ризосферных бактерий; 4) Методика определения колонизирующей способности ризосферных бактерий; 5) составлен Акт скрининга ризосферных бактерий; 6) подготовлен Аналитический обзор литературы; 7) подготовлен Отчет о патентных исследованиях по теме проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

Этап 2


142290 Московская область, г.Пущино, пр-т Науки, д.5, Тел./факс: (495)956-33-70, boronin@ibpm.pushchino.ru; rta@ibpm.pushchino.ru; www.ibpm.ru


Разработка сайта - Alces