利用固态发酵由内生真菌可持续生产杀虫和杀螨代谢物

将隐秘真菌转化为作物守护者

现代农业在很大程度上依赖化学农药来防止昆虫和螨虫毁坏收成。但这些化学品可能危害授粉者、污染土壤和水源，并促使害虫进化出抗性。本研究探索一种截然不同的策略：招募寄居于小麦根部且无害的真菌，利用它们将农场废弃物转化为天然的杀虫混合物，可能为作物和环境提供更安全的保护。

静默的盟友——生活在小麦根部的真菌

研究人员从一个简单的问题出发：自然寄居于健康小麦根部的微小真菌能否帮助保护植物？这些所谓的内生真菌生活在植物组织内部但不引起疾病。研究团队从埃及三个地区采集小麦植株，并从其根部分离出38种不同的真菌菌株。随后他们检测每个菌株产生已知能破坏昆虫体或以其他方式充当天然杀虫剂的化学物质和酶的能力。其中一个表现突出的菌株标记为 MORSY‑27，后被鉴定为一种 Geomyces 属，持续产生最高水平的这些潜在保护性物质。

用农场废料喂养真菌

要让任何生物农药在实际中可用，必须具备低成本和可扩展性。研究者没有在液体罐中培养真菌，而是采用固态发酵，让其在本可丢弃的潮湿植物废料上生长——例如橙子和番茄果浆、香蕉皮、芋头加工废料、葵花籽饼以及一种名为墨罗基亚（molokhia）的叶菜秆。这些材料富含糖、纤维、油脂和蛋白质，模拟了真菌的天然栖息环境。通过调整温度和含水量，团队寻找能刺激真菌产生最多杀虫性化合物的最佳条件。

为天然毒素寻找最佳配方

通过显微镜观察和化学检测，Geomyces sp. MORSY‑27 显示出强大的“微型工厂”特性。在大多数植物废料基底上，它产生了四大类植物样化合物——酚类、黄酮类、萜类和生物碱，以及可破坏昆虫细胞的脂肪酸。它还分泌出强效酶类，可消化昆虫和螨虫的外壳（角质层），包括降解几丁质、切割蛋白和分解脂肪的酶。葵花籽饼和芋头废料尤其有效，约20 °C、适中湿度的条件下可产生最丰富的这些生物活性分子混合物。将基于葵花籽的提取物用气相色谱–质谱分析时，发现了39种不同的化合物，许多与先前已知的具有杀虫或抗微生物活性的脂肪酸酯和酰胺相关。

将真菌“鸡尾酒”付诸考验

为了验证这些混合物是否确实对害虫有害，科学家们将提取物用于两种主要农业害虫：黑夜蛾（其幼虫可摧毁幼苗）和两斑螨（吸汁性微小害虫，会侵害数百种作物）。当幼虫食用经真菌提取物处理的叶片时，其发育明显放慢；在某些处理下，幼虫阶段从约18天延长到超过40天。许多幼虫和蛹死亡，幸存者常以畸形成虫出现——翅膀萎缩或部分蜕皮停滞，显示其激素水平与角质层形成受到了干扰。对螨虫而言，提取物导致显著的剂量和时间依赖性成虫死亡率并大幅降低卵的孵化率。有些处理在母体产卵前暴露时几乎达到了100%成虫死亡并导致卵完全无法孵化。

这对未来农业意味着什么

对非专业读者而言，结论很直接：通过与已存在于作物中的真菌结盟并用廉价的植物废料喂养它们，有可能酿制出强效的天然害虫防治混合物。这里研究的 Geomyces 菌株将葵花籽等加工废料转化为复杂的酶和油脂混合物，能削弱幼虫和螨虫，同时依赖可再生、低成本的投入。尽管仍需进一步分离出最安全的成分、进行田间测试并与现有产品比较，这一方法指向了一个未来：农民或可利用定制的真菌盟友来保护产量，而不再主要依赖合成化学品。

引用: 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

关键词: 生物杀虫剂, 内生真菌, 小麦害虫, 固态发酵, 可持续农业