Pécs Miklós: BIOTERMÉK és gyógyszeripari bioTECHNOLÓGIA Biomérnöki BSc
10. Biopeszticidek
BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1
10. BIOPESZTICIDEK
Bevezetés
Biopeszticidekről általánosságban Bacillus thuringiensis
δ– endotoxin hatásmechanizmusa A Bacillus thuringiensis fermentációja Fermentlé feldolgozása
Hatóanyag-tartalom meghatározása
2
Az ember a környezete tudatos védelmére nem ügyelt meg- felelően.
Ehhez hozzájárult a kemikáliák nagymértékű alkalmazása pl. DDT (diklór-difenil-triklór-etán)
Alternatívák keresése
Biológiai rovarirtó szerek megjelenése:
BIOPESZTICIDEK
A biopeszticidekr ő l …
3
A biopeszticidekr ő l …
Definíció szerint a biopeszticidek olyan természetes eredetű anyagok, melyeket állatokból, növényekből, baktériumokból vonnak ki különböző módszerekkel.
Előnyeik:
Természetüknél fogva kevésbé toxikusak Csak a célkártevőkre hatnak
Kisebb mennyiségben fejtik ki hatásukat Gyorsan lebomlanak
4
A biopeszticidekr ő l …
A biopeszticidek csoportosítása:
Kipermetezett/kiszórt biokémiai rovarirtók:
élőlényekből kinyert, természetes eredetű anyagok, pl:
növényi hormonok, kivonatok, feromonok
Növénybe épített védelem (Plant-Incorporated-Protect- ants; PIPs):
A növények génállományába mesterségesen bejuttatott idegen gén
5
A biopeszticidekr ő l …
Mikrobiológiai eredetű rovarirtó szerek:
A hatóanyagukat valamilyen baktérium, gomba, vírus ter- meli.
A legfontosabb és legismertebb termelő a Bacillus thuringiensis baktérium. Az általa termelt növényvédő szerek nagyon specifikusan hatnak a rovarokra, a kör- nyezetre azonban ártalmatlanok
rovarok vírusai, pl. a Baculovirusok: Xenorhabdus fajok
6
Pécs Miklós: BIOTERMÉK és gyógyszeripari bioTECHNOLÓGIA Biomérnöki BSc
10. Biopeszticidek
BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2
Bacillus thuringiensis története
Elnevezés: Ernst Berliner német biológus, 1911
Rovarok elleni védekezésre csak később használták (1928) 1938 elsőként Franciaországban került forgalomba 1958-ban USA-ban
1970-ben már egész törzsgyűjteményre való alfaj az USDA Agricultural Research Service-nél
7
Bacillus thuringiensis
Morfológia
Gram+, aerob, spóraképző (parasporális test) Kb. 1 µm átmérő, 2-5 µm hosszú pálca A spóra ellipszis alakú 0,8 x 1,6-2 µm Életciklusa:
Spóra csírázás Növekedés, szaporodás Spórázás és kristályképződés
8
A toxinkristály:
( δ -endotoxin)
9
Bacillus thuringiensis
… besorolása, osztályozása:
34 féle szerotípust különböztetünk meg a flagelláris (H) antigének alapján
Gyakorlatiasabb besorolásra van szükség.
B.t. törzsek rendszerezését a mai napig zavar övezi Toxingén szerkezete alapján:
A – Lepidopterák ellen(Cry I, II, V) B – Dipterák ellen (Cry II, IV) C – Coleopterák ellen (Cry III, V)
A 27 különböző toxinkristályt 4 osztályba sorolták:
Cry I, II, III, IV, később V
10
Bacillus thuringiensis
a δ-endotoxin hatásmechanizmusa:
11
12
Pécs Miklós: BIOTERMÉK és gyógyszeripari bioTECHNOLÓGIA Biomérnöki BSc
10. Biopeszticidek
BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3
A Bacillus thuringiensis fermentációja
Metabolizmus
Kemoheterotróf, aerob közegben a szénhidrátokat szerves savakká, majd CO2-dá alakítja.
Komplex anyagcseréje van.
A növekedés, spórázás és a kristályképződés körülményei:
Alapvető követelmény a jó oxigén ellátás pH: 6,5-7,5 (nem pH érzékeny), de azért pufferolni kell a tápközeget
13
A Bacillus thuringiensis fermentációja
További feltételek:
Hőmérséklet optimum: 26-30 °C
C-forrás: keményítő, glicerin, glükóz, dextrin, melasz N-forrás: NH4+, komplex N-forrás is lehetséges Szervetlen ionok: Mg, Cu, Fe, Co, Zn, K
Történtek kísérletek ún. semisolid tápközegen történő fer- mentációra, de előnyben részesítik a szubmerz eljárást.
14
A Bacillus thuringiensis fermentációja
ipari lép- tékben
15
A Bacillus thuringiensis fermentációja
A Nyugat-Európai országokban környezetvédelmi előírás, hogy a biopeszticidek ne tartalmazzanak csírázóképes spó- rákat.
Megoldások:
Spóramentes mutánsok alkalmazása Spórák feloldása a fermentlében
Hőlabilis spórát termelő mutánsok alkalmazása
16
A fermentlé feldolgozása
Lépések:
Centrifugálás, szeparálás (a sejtekben van a kristály) Adalékok hozzáadása
Porlasztva szárítás Sterilezés
Minőség-ellenőrzés (analitikai módszerek, 2 szint van)
17
A fermentlé feldolgozása
Célszerű olyan szerformák kialakítása, amelyek alkalmaz- kodnak az adott rovar életteréhez (levélre tapad vagy lepe- reg).
Formulázási szempontok:
Könnyű kezelhetőség Stabilitás
Alacsonyabb költségek
18
Pécs Miklós: BIOTERMÉK és gyógyszeripari bioTECHNOLÓGIA Biomérnöki BSc
10. Biopeszticidek
BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4
A fermentlé feldolgozása
Többféle formában kerülnek kereskedelmi forgalomba:
Szuszpenziók Nedvesedő porok Granulátumok Tabletták Brikettek
a fermentlé közvetlenül
19
Hatóanyagtartalom meghatározása
Bonyolult feladat, lehet a
csírázóképes spóraszámot meghatározni (arányos a kristályok mennyiségével)
megbízhatóbb „rovar-biotesztek” kifejlesztése (Petri csészében lárvák + levél, pusztulást számolni) Immunobiológiai módszerek (antitest-antigén) Rezisztencia kialakulásnak veszélye – a rövid behatási idő és a gyors lebomlás miatt csekély
Környezetre gyakorolt hatás: NINCS
20
Növénybe épített védelem (Plant-Incorporated-Protectants; PIPs):
21
