Устойчивое производство инсектицидных и акарицидных метаболитов эндофитными грибами с использованием твердофазной ферментации

Преобразование скрытых грибов в защитников посевов

Современное сельское хозяйство во многом зависит от химических пестицидов, чтобы защитить урожай от насекомых и клещей. Однако эти химикаты могут вредить опылителям, загрязнять почву и воду и стимулировать появление устойчивых к ним популяций вредителей. В этом исследовании предлагается принципиально иная стратегия: привлечение безвредных грибов, живущих внутри корней пшеницы, и использование ими сельскохозяйственных отходов для производства природных смесей с активностью против вредителей, что потенциально обеспечивает более безопасную защиту культур и окружающей среды.

Тихие союзники в корнях пшеницы

Исследователи начали с простого вопроса: могут ли микроскопические грибы, естественно обитающие в здоровых корнях пшеницы, помочь защитить растение? Эти так называемые эндофитные грибы живут внутри тканей растений, не вызывая болезней. Команда собрала растения пшеницы из трех регионов Египта и выделила из их корней 38 различных штаммов грибов. Затем каждый штамм проверяли на способность синтезировать химические соединения и ферменты, известные тем, что повреждают тела насекомых или действуют как природные пестициды. Один выделившийся штамм, обозначенный как MORSY‑27 и позднее идентифицированный как вид Geomyces, постоянно производил наибольшие количества этих потенциально защитных веществ.

Кормление грибов сельскохозяйственными отходами

Чтобы биологический пестицид был полезен на практике, он должен быть дешевым и масштабируемым. Вместо выращивания гриба в жидких баках ученые использовали твердофазную ферментацию, позволяя ему расти на влажных растительных остатках, которые в противном случае были бы выброшены — таких как апельсиновая и томатная паста, банановые кожуры, отходы таро, жмых подсолнечника и стебли листовой зеленой культуры молохия. Эти материалы богаты сахарами, клетчаткой, маслами и белками и имитируют естественную среду обитания гриба. Подбирая температуру и влажность, команда искала условия, которые побудят гриб производить максимальные количества пестицидных соединений.

Поиск лучшего рецепта природных токсинов

Под микроскопом и с помощью химических анализов Geomyces sp. MORSY‑27 проявил себя как продуктивная «мини‑фабрика». На большинстве растительных отходов он вырабатывал четыре основные группы растительных по природе веществ — фенолы, флавоноиды, терпеноиды и алкалоиды — а также жирные кислоты, способные нарушать клетки насекомых. Он также секретировал мощные ферменты, разрушающие наружный покров (кутикулу) насекомых и клещей, включая читоноразы, протеазы и липазы. Особенно хорошими субстратами оказались жмых подсолнечника и отходы таро, а температура около 20 °C при умеренной влажности давала наиболее богатую смесь биоактивных молекул. При анализе экстракта на основе подсолнечника с помощью газовой хроматографии–масс-спектрометрии было обнаружено 39 различных соединений, многие из которых связаны с эфирами и амидами жирных кислот, ранее ассоциировавшимися с инсектицидной или антимикробной активностью.

Испытание грибной смеси на вредителях

Чтобы проверить, действительно ли эти смеси вредны для вредителей, ученые испытали экстракты против двух основных сельскохозяйственных врагов: черного стеблевого (отрезного) мотылька, гусеницы которого могут уничтожать молодые всходы, и двухточечного паутинного клеща, маленького сокососущего вредителя, поражающего сотни культурных видов. Когда гусеницы питались листьями, обработанными грибными экстрактами, их развитие заметно замедлялось; в некоторых вариантах стадия личинки растягивалась примерно с 18 до более чем 40 дней. Многие личинки и куколки погибли, а у выживших часто наблюдались деформации взрослых особей — сморщенные крылья или незаконченные линьки — признаки нарушения гормонального фона и формирования кутикулы. У паутинных клещей экстракты вызывали высокую смертность взрослых особей, зависящую от дозы и времени воздействия, и резко снижали выводимость яиц. Некоторые обработки приводили к почти 100% гибели взрослых и полной неудаче при вылуплении яиц при экспозиции самок до откладки.

Что это может значить для будущего сельского хозяйства

Неспециалисту послание простое: сотрудничая с грибами, которые уже живут в культурах, и кормя их дешевыми растительными отходами, возможно получать мощные природные средства борьбы с вредителями. Исследованный штамм Geomyces превращал подсолнечный и другие перерабатываемые отходы в сложную смесь ферментов и масел, блокировавших развитие гусениц и клещей при использовании возобновляемого и недорогого сырья. Хотя необходимо дополнительно выделить самые безопасные компоненты, испытать их в полевых условиях и сравнить с существующими продуктами, этот подход указывает на перспективу, в которой фермеры могли бы защищать урожай с помощью специально подобранных грибных союзников вместо сильной зависимости от синтетических химикатов.

Цитирование: El-Gendy, M.M.A.A., Sadek, H.E., Barghout, M.E. et al. Sustainable production of insecticidal and acaricidal metabolites by endophytic fungi using solid-state fermentation. Sci Rep 16, 11356 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40413-w

Ключевые слова: биопестициды, эндофитные грибы, вредители пшеницы, твердофазная ферментация, устойчивое сельское хозяйство