agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2021.22.6.918-927agronauka-907Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И МИКОЛОГИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURAL MICROBIOLOGY AND MYCOLOGYВлияние состава питательных сред на продуктивность и биологическую активность штамма энтомопатогенного гриба Beauveria bassianaInfluence of the composition of nutrient media on the productivity and biological activity of the strain of entomopathogenic fungus Beauveria bassianahttps://orcid.org/0000-0002-1496-0884ШараповаИ. Э.SharapovaI. E.

Шарапова Ирина Эдмундовна, кандидат техн. наук, научный сотрудник отдела сельскохозяйственной геномики

ул. Ручейная, д. 27, г. Сыктывкар, Республика Коми, 167023

Irina E. Sharapova, PhD in Engineering, researcher, the Department of Agricultural Genomics

ul. Rucheynaya, 27, Syktyvkar, 167023, Komi Republic

i_scharapova@mail.ruИнститут агробиотехнологий им. А. В. Журавского Коми НЦ УрО РАНРоссияA. V. Zhuravsky Institute of Agro-Biotechnologies of Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202114122021226918927Copyright © Шарапова И.Э., 20212021Шарапова И.Э.Sharapova I.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/907

Проведен анализ продуктивности и биологической активности штамма энтомопатогенного гриба Beauveria bassiana F-145 при жидкофазном культивировании на различных питательных средах для получения биопестицидного препарата в нативной форме (исследования проведены в 2019 году). Для культивирования глубинным способом в качестве компонентов питательной среды использованы отходы молочного и пивного производства (молочная сыворотка и пивная барда) с добавлением дизельного топлива (ДТ) или Твин-80 в качестве индукторов биологической активности. Установлено, что продуктивность штамма на средах с промышленными отходами была выше в 1,5-2,0 раза, чем на среде Чапека. В 5-суточной суспензии на основе смеси сыворотки и барды отмечен высокий выход мицелиальной массы с титром 108 -1010 КОЕ/мл. Определена биологическая активность культуральной суспензии штамма. Показано, что нематоцидная активность штамма B. bassianа в отношении нематод Rhabditis sp. в значительной степени проявлялась в суспензии, полученной на смешанной среде с добавлением индукторов. За 1-2 суток инкубации тест-организма гибель подвижной стадии нематод составила более 90 %. Сложный состав питательной среды, содержащей отходы и индукторы, способствовал сохранности биологической активности штамма. Установлена нематоцидная активность штамма на уровне 67-80 % с титром 106 -107 КОЕ/мл при хранении суспензии в течение 67 суток.

The productivity and biological activity of the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana (F-145) strain during the liquid-phase cultivation on various substrates for developing a biopesticide in its native form was analyzed (the research was carried out in 2019). For submerged cultivation, by-products from dairy and beer production (milk whey and brewing spent grain liquor) were used as components of the nutrient medium with addition of diesel fuel (DF) and Tween-80 as inducers of biological activity. It has been established, that the productivity of the strain on industrial by-product substrates was 1.5-2 times higher than on the Czapek medium. A high yield of a mycelial biomass with a titer of 108 -1010 CFU/ml was shown in a 5-day suspension based on a mixture of milk whey and brewing spent grain liquor. The biological activity of the culture suspension of the strain was determined. It was shown that the nematicidal activity of Beauveria bassiana strain with regard to nematodes of the Rhabditis sp. was largely manifested in a suspension obtained on a mixed medium with the addition of inducers. Ninety per cent death at mobile nematode stages was registered within one or two days of test-organism incubation. A complex nutrient medium composition containing by-products and inducers contributed to the preservation of the biological activity of the strain. The strain nematicidal activity was established at the level of 67-80 per cent with a titer of 106 -107 CFU/ml when the suspension was stored for 67 days.

культивированиепромышленные отходыпродуктивностьнематоцидная активностьcultivationindustrial by-productsproductivitynematicidal activityработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания АААА- А19-119031390055-1. Автор благодарит за помощь в работе сотрудника Института биологии Коми НЦ УрО РАН Алексея Александровича Кудрина.the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment АААА-А19-119031390055-1. The author is grateful to the colleague from the Institute of Biology of Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Alexei A. Kudrin, for his assistance. The author thank the reviewers for their contribution to the expert evaluation of this work.ReferencesMaxmen A. Crop pests: under attack. Nature. 2013;501:15-17. URL: https://www.nature.com/articles/501S15aMaxmen A. Crop pests: under attack. Nature. 2013;501:15-17. URL: https://www.nature.com/articles/501S15aEilenberg J., Hajek A., Lomer C. Suggestions for unifying the terminology in biological control. BioControl. 2001;46 (4):387-400. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1014193329979Eilenberg J., Hajek A., Lomer C. Suggestions for unifying the terminology in biological control. BioControl. 2001;46 (4):387-400. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1014193329979Bhattacharjee R., Dey U. An overview of fungal and bacterial biopesticides to control plant pathogens/diseases. Afr. J. Microbiol. Res. 2014;8 (17):1749-1762. DOI: https://doi.org/10.5897/AJMR2013.6356Bhattacharjee R., Dey U. An overview of fungal and bacterial biopesticides to control plant pathogens/diseases. Afr. J. Microbiol. Res. 2014;8 (17):1749-1762. DOI: https://doi.org/10.5897/AJMR2013.6356Lomer C. J., Bateman R. P., Johnson D. L., Lagewald J., Thomas M. Biological control of locusts and grasshoppers. Annual Review of Entomology. 2001;46:667-702. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.ento.46.1.667Lomer C. J., Bateman R. P., Johnson D. L., Lagewald J., Thomas M. Biological control of locusts and grasshoppers. Annual Review of Entomology. 2001;46:667-702. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.ento.46.1.667Wang C., Leger R. J. S. Genomics of Entomopathogenic Fungi. The Ecological Genomics of Fungi. India, 2013. Part. 4. pp. 243-260. DOI: https://doi.org/10.1002/9781118735893.ch11Wang C., Leger R. J. S. Genomics of Entomopathogenic Fungi. The Ecological Genomics of Fungi. India, 2013. Part. 4. pp. 243-260. DOI: https://doi.org/10.1002/9781118735893.ch11Леднев Г. Р., Борисов Б. А., Митина Г. В. Возбудители микозов насекомых. С-Пб, 2003. 71 с.Lednev G. R., Borisov B. A., Mitina G. V. Vozbuditeli mikozov nasekomykh. [Pathogens of insect mycoses: a diagnostic manual]. Saint-Petersburg, 2003. 71 p.Butt T. M., Hadj N. B. E., Skrobek A., Ravensberg W. J., Wang Ch., Lange C. M., Vey A., Shah U-K., Dudley E. Mass spectrometry as a tool for the selective profiling of des-truxins; their first identification in Lecanicillium longisporum. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2009;23 (10):1426-1434. DOI: https://doi.org/10.1002/rcm.4018Butt T. M., Hadj N. B. E., Skrobek A., Ravensberg W. J., Wang Ch., Lange C. M., Vey A., Shah U-K., Dudley E. Mass spectrometry as a tool for the selective profiling of des-truxins; their first identification in Lecanicillium longisporum. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2009;23 (10):1426-1434. DOI: https://doi.org/10.1002/rcm.4018Cox G. M., McDade H. C., Chen S. C. A., Tucker S. C., Gottfredssonn M., Wright L. C., Sorrell T. C., Leidich S. D., Casadevall A., Ghannoum M. A., Perfect J. R. Extracellular phospholipase activity is a virulence factor for Cryptococcus neoformans. Mol. Microbiol. 2001;39(1):166-175. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2001.02236.xCox G. M., McDade H. C., Chen S. C. A., Tucker S. C., Gottfredssonn M., Wright L. C., Sorrell T. C., Leidich S. D., Casadevall A., Ghannoum M. A., Perfect J. R. Extracellular phospholipase activity is a virulence factor for Cryptococcus neoformans. Mol. Microbiol. 2001;39(1):166-175. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.2001.02236.xXiao G., Ying S-H., Zheng P., Wang Z.-L., Zhang S., Xie X-Q., Shang Ya., Leger R. J. S., Zhao G.-P., Wang Ch., Feng M.-G. Genomic perspectives on the evolution of fungal entomopathogenicity in Beauveria bassiana. Sci. Rep. 2012;(2):483. DOI: https://doi.org/10.1038/srep00483Xiao G., Ying S-H., Zheng P., Wang Z.-L., Zhang S., Xie X-Q., Shang Ya., Leger R. J. St., Zhao G.-P., Wang Ch., Feng M.-G. Genomic perspectives on the evolution of fungal en-tomopathogenicity in Beauveria bassiana. Sci. Rep. 2012;(2):483. DOI: https://doi.org/10.1038/srep00483Тутельян В. А., Кравченко Л. В. Микотоксины. М.: Медицина, 1985. 320 с.Tutelyan V. A., Kravchenko L. V. Mikotoksiny. [Mycotoxins]. Moscow: Meditsina, 1985. 320 p.Беккер З. Э. Физиология и биохимия грибов. М.: МГУ, 1988. 227 с.Bekker Z. E. Fiziologiya i biokhimiya gribov. [Physiology and biochemistry of fungi]. Moscow: MGU, 1988. 227 p.Hu G., Leger R. J. S. Field studies using a recombinant mycoinsecticide (Metarhizium anisopliae) reveal that it is rhizosphere competent. Appl. Environ. Microbiol, 2002;68 (12):6383-6387. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.68.12.6383-6387.2002Hu G., Leger R. J. S. Field studies using a recombinant mycoinsecticide (Metarhizium anisopliae) reveal that it is rhizosphere competent. Appl. Environ. Microbiol, 2002;68 (12):6383-6387. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.68.12.6383-6387.2002Gao Q., Jin K., Ying S. H., Zhang Y., Xiao G., Shang Ya., et al. Genome sequencing and comparative transcriptomics of the model entomopathogenic fungi Metarhizium anisopliae and M. acridum. PLoS Genet, 2011;7(1):e1001264. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001264Gao Q., Jin K., Ying S. H., Zhang Y., Xiao G., Shang Ya., et al. Genome sequencing and comparative transcriptomics of the model entomopathogenic fungi Metarhizium anisopliae and M. acridum. PLoS Genet, 2011;7(1):e1001264. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1001264Шарапова И. Э. Применение биопалпинга для предварительной обработки древесного сырья в процессе производства биоэтанола. Часть 1. Отбор штаммов базидиальных и микромицелиальных грибов для биопалпинга древесных субстратов. Бутлеровские сообщения. 2018;56(11):140-145. Режим доступа: https://butlerov.com/stat/reports/details.asp?lang=ru&id=31054Sharapova I. E. Primenenie biopalpinga dlya predvaritel'noy obrabotki drevesnogo syr'ya v protsesse proizvodstva bioetanola. Chast' 1. Otbor shtammov bazidial'nykh i mikromitselial'nykh gribov dlya biopalpinga drevesnykh substratov. [Use of biopulping for pretreatment of wood in bioethanol production. Part 1. Sampling of strains of basidiomycetes and micromycetes for biopulping of wood substrates]. Butlerovskie soobshcheniya = Butlerov Communications. 2018;56(11):140-145. (In Russ.). URL: https://butlerov.com/stat/reports/details.asp?lang=ru&id=31054Секова В. Ю., Корнилова Н. А., Васильева А. В. Глубинное культивирование энтомопатогенного гриба Beauveria bassiana. Успехи в химии и химической технологии. 2010;24 (11):42-45. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=20293253Sekova V. Yu., Kornilova N. A., Vasil'eva A. V. Glubinnoe kul'tivirovanie entomopatogennogo griba Beauveria bassiana. [Deep cultivation of the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana]. Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii. 2010;24 (11):42-45. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=20293253Зипаев Д. В., Зимичев А. В. Молочная сыворотка – ценное сырье для вторичной переработки. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2007;(2):14-16. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=12838876Zipaev D. V., Zimichev A. V. Molochnaya syvorotka – tsennoe syr'e dlya vtorichnoy pererabotki. [Whey – a valuable raw material forrecycling]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya = Food Technology. 2007;(2):14-16. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=12838876Макарова Н. В., Зимичев А. В., Зипаев Д. В., Лугова Т. В. Современные тенденции в переработке молочной сыворотки. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2008;(4):5-7. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=11622868Makarova N. V., Zimichev A. V., Zipaev D. V., Lugova T. V. Sovremennye tendentsii v pererabotke molochnoy syvorotki. [Modern trends in the milk whey processing]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Pishchevaya tekhnologiya = Food Technology. 2008;(4):5-7. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=11622868Колпакчи А. П., Голикова Н. В., Андреева О. П. Вторичные материальные ресурсы пивоварения. М.: Агропромиздат, 1986. 160 с.Kolpakchi A. P., Golikova N. V., Andreeva O. P. Vtorichnye material'nye resursy pivovareniya. [Secondary material resources of brewing]. Moscow: Agropromizdat, 1986. 160 p.Эпоян С., Фомин С., Фомина И. Интенсификация сооружений биологической очистки сточных вод молокозаводов. Motrol. Commission of motorization and energetics in agriculture. 2013;15(6):133-140. Режим доступа: https://journals.pan.pl/Content/91308/mainfile.pdfEpoyan S., Fomin S., Fomina I. Intensifikatsiya sooruzheniy biologicheskoy ochistki stochnykh vod molokozavodov. [Intensification of biological treatment sewage dairies]. Motrol. Commission of motorization and energetics in agriculture. 2013;15(6):133-140. (In Poland). URL: https://journals.pan.pl/Content/91308/mainfile.pdfStimac J. L. Biological control of imported fire ants with a fungal pathogen: Пат. № 4925663 (United States). № 140018: заявл. 31.12.1987; опубл. 15.05.1990. 4 с. Режим доступа: https://patentimages.storage.googleapis.com/cf/ba/d5/2a9e22f50a0687/US4925663.pdfStimac J. L. Biological control of imported fire ants with a fungal pathogen: pat. US № 4925663. 1990. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/cf/ba/d5/2a9e22f50a0687/US4925663.pdfРайт Д. Е. [US], Чандлер Л. Д. [US], Науф Т. А. [US] Штамм гриба Beauveria bassiana, предназначенный для получения энтомопатогенного препарата против хлопкового долгоносика, белянки сладкого картофеля и хлопкового слепняка, композиция для борьбы с насекомыми-вредителями, способ борьбы с насекомыми-вредителями: патент №2103873 (Российская Федерация). №: 93051784/13; заявл. 09.01.1992; опубл. 10.02.1998. Режим доступа: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&rn=8680&DocNumber=2103873&TypeFile=pdfRayt D. E. [US], Chandler L. D. [US], Nauf T. A. [US] Strain of the fungus Beauveria bassiana, used to produce an entomopathogenic drug against cotton weevil, sweet potato whitefish and cotton horsefly, a composition for pest control, a method of pest control: pat. No. 2103873 (RF). URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&rn=8680&DocNumber=2103873&TypeFile=pdfSharapova I. E. Prospects of using entomopathogenic fungus in development of a biopesticide product with nematicidal activity. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019;19:1878-8181. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101098Sharapova I. E. Prospects of using entomopathogenic fungus in development of a biopesticide product with nematicidal activity. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2019;19:1878-8181. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101098Comans-Pérez R., Aguilar-Marcelino L., Mendoza De Gives P., Sánchez Je., López-Arellano Me. In vitro lethal capability of ten strains of edible mush-rooms against Haemonchus contortus (Nematoda) infective larvae [conference poster]. In: Proceedings of 8th International Conference on Mushroom Biology and Mushroom Products (ICMBMP8), New Delhi, India, 19-22 November 2014. ICAR-Directorate of Mushroom Research, 2014. Vol. I & II. pp. 557-562. URL: https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20153365541Comans-Pérez R., Aguilar-Marcelino L., Mendoza De Gives P., Sánchez Je., López-Arellano Me. In vitro lethal capability of ten strains of edible mush-rooms against Haemonchus contortus (Nematoda) infective larvae [conference poster]. In: Proceedings of 8th International Conference on Mushroom Biology and Mushroom Products (ICMBMP8), New Delhi, India, 19-22 November 2014. ICAR-Directorate of Mushroom Research, 2014. Vol. I & II. pp. 557-562. URL: https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20153365541Liu X., Xiang M., Che Y. The living strategy of nematophagous fungi. Mycoscience. 2009;50(1):20-25. DOI: https://doi.org/10.1007/s10267-008-0451-3Liu X., Xiang M., Che Y. The living strategy of nematophagous fungi. Mycoscience. 2009;50(1):20-25. DOI: https://doi.org/10.1007/s10267-008-0451-3Chitwood D. J. Biochemistry and function of nematode steroids. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 1999;34 (4):273-284. DOI: https://doi.org/10.1080/10409239991209309Chitwood D. J. Biochemistry and function of nematode steroids. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 1999;34 (4):273-284. DOI: https://doi.org/10.1080/10409239991209309Зиновьева С. В., Чижов В. Н., Приданников М. В., Субботин С. А., Рысс А. Ю., Хусаинов Р. В. Фитопаразитические нематоды России: монография. М.: Т-во науч. изд. КМК, 2012. 385 с.Zinovyeva S. V., Chizhov V. N., Pridannikov M. V., Subbotin S. A., Ryss A. Yu., Khusainov R. V. Fitoparaziticheskie nematody Rossii: monografiya. [Plant parasitic nematodes of Russia]. Moscow: T-vo nauch. izd. KMK, 2012. 385 p.Wraight S. P., Inglis G. D., Goettel M. S. Fungi. In: Lacey L. A., Kaya H. K. (eds). Field Manual of Techniques in Invertebrate Pathology. Springer, Dordrecht, 2017. pp. 223-248. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5933-9_10Wraight S. P., Inglis G. D., Goettel M. S. Fungi. In: Lacey L. A., Kaya H. K. (eds). Field Manual of Techniques in Invertebrate Pathology. Springer, Dordrecht, 2017. pp. 223-248. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5933-9_10Севницкая Н. Л. Продуктивность и вирулентность энтомопатогенного гриба Beauveria bassiana (Bals.) Vull. при культивировании на разных питательных средах. Труды БГТУ. 2016;(1):177-181. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26465032Sevnitskaya N. L. Produktivnost' i virulentnost' entomopatogennogo griba Beauveria bassiana (Bals.) Vull. pri kul'tivirovanii na raznykh pitatel'nykh sredakh. [Productivity and virulence of the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana (Bals.) vuill. at cultivation on different nutrient mediums]. Trudy BGTU. = Proceedings of BSTU. 2016;(1):177-181. (In Belarus). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26465032

The authors declare that there are no conflicts of interest present.