Влияние биологического контроля на концентрации микотоксинов и микобиом в зерне и стеблях пшеницы твёрдых сортов

Почему это важно для вашей тарелки

Твёрдая пшеница — основа пасты, кус-куса и многих продуктов питания, но её постоянно атакуют микроскопические грибы, которые могут портить урожай и насыщать зерно токсичными соединениями. В этом исследовании проверяли, может ли естественно встречающаяся дрожжевая культура, распыляемая на растения, помочь сдерживать эти грибы и их токсины. Работа важна не только для фермеров, стремящихся сохранить урожай, но и для всех, кто заботится о безопасности и качестве продуктов из пшеницы.

Мелкие нападающие на растения пшеницы

В поле твёрдая пшеница окружена богатым сообществом грибов — часть безвредна, часть вызывает серьёзный вред. Среди самых опасных — виды рода Fusarium, вызывающие заболевание, известное как фузариоз головок. Инфицированные колоски бледнеют и усыхают, а грибы производят микотоксины — малые молекулы, вредные для животных и людей и одновременно подавляющие соперничающие микроорганизмы. Другие грибы, например Alternaria, окрашивают зерна и вырабатывают собственный набор тревожных токсинов. Поскольку эти организмы способны заражать растения с ранних этапов роста и до созревания, у фермеров есть длительный период риска в каждом вегетационном цикле.

Испытание «дружелюбных» дрожжей как живого щита

Исследователи организовали полевые участки на северо-востоке Польши в течение двух лет, чтобы испытать подход биологического контроля. Они распыляли дрожжи Debaryomyces hansenii в период цветения пшеницы в разных дозах и с различной частотой, а на некоторых участках дополнительно вводили агрессивный штамм Fusarium, чтобы усилить давление болезни. Оценивая здоровье растений, урожай и грибковые поражения, учёные также применили передовые методы секвенирования ДНК для картирования видов грибов в зерне и стеблях и современные химические методы для измерения десятков микотоксинов. Такое сочетание позволило увидеть не только визуальное улучшение состояния пшеницы, но и то, как меняется всё микроскопическое сообщество и его химический след.

Что дрожжи смогли и чего не смогли сделать

Распыление дрожжей принесло важные положительные эффекты. Самая интенсивная обработка — два внесения более высокой дозы — снизила тяжесть фузариоза головок почти на 80 процентов в худший год. Уровни нескольких ключевых фузариевых токсинов в зерне, особенно деоксиниваленола (часто называемого DON) и родственных соединений, уменьшились примерно вдвое по сравнению с необработанными, инфицированными растениями. Некоторые другие фузариевые вещества и отдельные токсины Alternaria также сократились. Однако дрожжи не предотвратили колонизацию зерна фузариевыми грибами: вредоносные виды по-прежнему присутствовали с примерно такой же частотой. В стеблях и корневой зоне растений, которые позже стали некротическими, виды Fusarium оставались многочисленными, а уровни токсинов в тканях стебля были значительно выше у больных растений, чем у здоровых.

Сдвиг в скрытом грибном сообществе

По данным ДНК-анализа, патогенные грибы доминировали в микроскопическом сообществе пшеницы как в зерне, так и в стеблях. Виды Alternaria были особенно распространены, а также присутствовали несколько видов Fusarium и близкородственных таксонов. Обработка дрожжами не привела к сильному снижению доли основных патогенов, таких как Fusarium и Alternaria. Вместо этого она заметно увеличивала разнообразие и численность естественно встречающихся дрожжей на зерне. В стеблях патогенные грибы по-прежнему составляли примерно две трети всех обнаруженных грибковых единиц, особенно в верхних сегментах стеблей больных растений, тогда как дрожжи были гораздо более распространены на верхних стеблях, чем у основания. Эти закономерности указывают на то, что введённые дрожжи попадают в плотную и конкурентную экосистему, где многие обитатели — и токсины, которые они производят — могут ослаблять их эффект.

Почему севооборот и ранние инфекции всё ещё важны

Исследование также показало, что выращивание твёрдой пшеницы подряд ухудшает ситуацию. При таком повторяющемся возделывании инфекции корней и нижних частей стеблей увеличивались, особенно со стороны Fusarium avenaceum, что приводило к обширному некрозу и симптомам загнивания корня и шейки. Как только эти ранние инфекции закреплялись, последующая листовая обработка дрожжами не могла спасти растения от стеблевых заболеваний, хотя и улучшала состояние колосков и снижала содержание токсинов в зерне. Это подчёркивает, что любая биологическая обработка колосков — лишь одна часть решения, а севооборот и управление почвенными грибами остаются необходимыми мерами.

Выводы для безопасности пищи и земледелия

Для неспециалистов главный вывод таков: «дружелюбные» дрожжи могут существенно снижать определённые токсины и видимые поражения в колосках пшеницы, но они не вытесняют полностью вредоносные грибы с растений. Их можно рассматривать скорее как частичный биологический фильтр, а не как полный щит. Дрожжи помогают сделать зерно относительно безопаснее, уменьшая нагрузку токсинами, но ранние инфекции корней и стеблей и существующее грибное сообщество по‑прежнему в значительной степени определяют здоровье растений. Чтобы поддерживать продуктивность и безопасность пшеничной муки, фермерам, вероятно, придётся сочетать такие биологические обработки с разумным севооборотом и другими мерами борьбы с болезнями, охватывающими весь жизненный цикл патогенов.

Цитирование: Wachowska, U., Sulyok, M., Wiwart, M. et al. The effect of biological control on mycotoxin concentrations and the mycobiome in durum wheat grain and stems. Sci Rep 16, 10197 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40947-z

Ключевые слова: твёрдая пшеница, фузариоз головок, микотоксины, биологический контроль, обработка дрожжами