24 апреля 2026
Согласно исследованию, проведенному учеными из Университета штата Пенсильвания, виды грибов рода Trichoderma — распространенные почвенные грибы — обладают различной способностью стимулировать рост томатов, а также по-разному влияют на бактериальные сообщества ризосферы. Конкурентное вытеснение нецелевых почвенных микроорганизмов (включая полезные микроорганизмы) является одним из ключевых непреднамеренных эффектов, связанных с использованием этих биоконтрольных агентов.
Эта работа стала последней в серии университетских исследований, посвященных оценке использования этой распространенной группы грибов в качестве альтернативы пестицидам для борьбы с почвенными патогенами, сказал Сеогчан Кан, профессор Колледжа сельскохозяйственных наук и соавтор исследования. В исследовании, опубликованном в журнале The Microbe, было установлено, что некоторые бактерии в ризосфере — области почвы, непосредственно окружающей корни, — могут непреднамеренно пострадать от постоянного внесения триходермы.
Ученые показали: грибы рода Trichoderma подавляют рост различных бактерий, выделенных из ризосферы томата, что является формой конкурентного вытеснения. В свете растущего интереса к использованию биоконтрольных агентов в качестве альтернативы пестицидам, их воздействие на микробиомы, связанные с сельскохозяйственными культурами, не следует игнорировать
Ученый пояснил, что это исследование является частью усилий его лаборатории по обеспечению эффективности, предсказуемости и широкого внедрения биологических методов борьбы с почвенными заболеваниями в качестве альтернативы пестицидам.
Почему производителям нужны альтернативы
«Некоторые грибы и бактерии не только защищают растения от болезней, но и повышают их устойчивость к стрессам и способствуют росту. Многие исследования сообщают об успешном использовании таких микроорганизмов в качестве агентов биологического контроля, и некоторые из них уже коммерциализированы. Однако их применение столкнулось с рядом препятствий и трудностей, что подорвало доверие к ним у некоторых производителей», — сказал Кан.
Фермеры сталкиваются с множеством сложных проблем, которые угрожают прибыльности и жизнеспособности их хозяйств, а от них требуют поставлять безопасные, питательные и доступные продукты питания. Ананда Й. Бандара, научный сотрудник Колледжа сельскохозяйственных наук и один из авторов статьи, отметил, что одной из главных задач является смягчение угроз, таких как опасные почвенные патогены, при одновременном обеспечении охраны окружающей среды.
«Эти патогены значительно снижают урожайность и качество сельскохозяйственных культур, а также увеличивают производственные затраты за счет снижения эффективности использования удобрений, воды, рабочей силы и топлива. Агрохимические фунгициды помогают смягчить эти угрозы, но чрезмерное использование фунгицидов не только увеличивает себестоимость производства, но и может повлечь за собой экологические издержки, включая негативное влияние на здоровье человека», — сказал он.
На протяжении более столетия проводились масштабные исследования с целью выявления конкретных бактерий, грибов и насекомых, способных помочь в борьбе с вредителями и патогенами. Однако разработка этих биологических средств борьбы столкнулась с рядом трудностей, что указывает на необходимость дальнейших исследований и лучшего понимания причин их неэффективности в определенных условиях.
Многие виды Trichoderma были широко изучены и коммерциализированы в качестве агентов биологического контроля против различных патогенов и стимуляторов роста сельскохозяйственных культур.
Trichoderma обычно встречается в различных почвах, часто в ассоциации с корнями растений. Несколько видов Trichoderma образуют мутуалистические ассоциации с растениями, что приводит к увеличению усвоения питательных веществ, устойчивости к болезням и стрессоустойчивости. Благодаря своим общепризнанным преимуществам и адаптивности к различным типам почв, приблизительно 90 % коммерчески доступных биоконтрольных агентов на основе грибов относятся к роду Trichoderma, при этом более 60 % зарегистрированных в мире биофунгицидов основаны на Trichoderma.
«В рамках этого исследования мы хотели задать несколько вопросов, — сказал Кан. — При добавлении в почву, используемую для выращивания томатов, влияют ли различные виды Trichoderma по-разному на рост растений? Влияют ли они на микробные сообщества, связанные с корнями томатов, и на химический состав почвы? И могут ли какие-либо из этих изменений потенциально объяснить механизмы биологического контроля с использованием Trichoderma?»
Как был организован эксперимент
Для исследования ученые отобрали образцы верхнего слоя почвы в Сельскохозяйственном исследовательском центре им. Рассела Э. Ларсона при Университете штата Пенсильвания. Часть образцов была подвергнута автоклавированию — процессу стерилизации почвы с помощью пара. Затем рассаду томатов поместили в оба типа почвы.
Далее, саженцы в каждом типе почвы были разделены на четыре экспериментальные группы: одна, обработанная видом Trichoderma T. harzianum (Th), одна, обработанная видом T. virens (Tv), одна, обработанная обоими видами (Tvh), и одна, пропаренная стерильной водой в качестве контроля.
Наконец, исследователи проанализировали, как каждый из вариантов обработки влиял на рост томатов и бактериальные сообщества в ризосфере. Они также оценили, влияют ли летучие соединения, выделяемые этими измененными бактериальными сообществами, на рост Trichoderma и Fusarium oxysporum, почвенного грибного патогена, поражающего многие виды сельскохозяйственных культур, включая томаты.
Ученые решили сосредоточиться на болезнях, передающихся через почву, потому что они угрожают многим важным сельскохозяйственным культурам, но их трудно обнаружить и контролировать на ранних стадиях, поскольку они распространяются под землей.
Исследователи обнаружили, что Tv и Tvh вытесняют бактерии из ризосферы в неавтоклавированной почве, частично восстанавливая при этом бактериальное разнообразие в автоклавированной почве. Обработка Tv и Tvh также способствовала росту томатов в обоих типах почвы, значительно увеличивая средний вес побегов.
Как пояснили ученые, большие популяции Trichoderma, покрывающие растущие корни, эффективно поддерживают здоровье и рост растений, постоянно подавляя патогены, активизируя защитные механизмы растений и обеспечивая определенные ферменты и метаболиты, полезные для роста растений.
Необходимость поддержания достаточно большого количества популяции триходермы может быть одним из факторов, обуславливающих переменную эффективность.
По мере роста корней может потребоваться непрерывное внесение в корневую зону. Однако высокие уровни инокулята могут нарушить работу нецелевых таксонов в почвенном микробиоме, что может негативно сказаться на здоровье почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Исследование подчеркнуло важность учета состава и активности почвенного микробиома для повышения эффективности Trichoderma в полевых условиях.
Изучение механизмов взаимодействия Trichoderma и почвенного микробиома имеет решающее значение для прогнозирования эффективности и стабильности биоконтроля в сложных почвенных экосистемах.
По словам исследователей, дополнительные исследования также могли бы быть сосредоточены на изучении возможности использования Trichoderma для восстановления бактериального разнообразия в почве после природных или антропогенных нарушений, как показано на примере стерилизованной почвы.
Дальнейшие исследования, в том числе использование машинного обучения с данными о почвенном микробиоме из разных типов почв, могут помочь предсказать, в каких условиях Trichoderma с наибольшей вероятностью принесет ожидаемые результаты.
По статье Кэти Бон, опубликованной Университетом штата Пенсильвания.
