Израильские исследователи показывают, что экстракт грибка может повысить урожайность сельскохозяйственных культур, улучшить их вкус и снизить зависимость от химических удобрений.
Грибок всегда считался вредным организмом, когда он присутствует в организме человека и животных, а также растений. Но грибы – организмы, к которым относятся дрожжи и плесени, получающие питание путем поглощения растворенных органических молекул, выделяя пищеварительные ферменты в окружающую среду, – имеют незаслуженно плохую репутацию.
В сельском хозяйстве они играют двойную роль, выступая как в качестве разрушительных патогенов для растений, так и в качестве незаменимых партнеров для здоровья почвы и роста растений. Грибковые инфекции могут уничтожать от 20% до 40% мирового ежегодного урожая, что обходится в миллиарды долларов и создает огромные угрозы для продовольственной безопасности.
Эффективное управление ими требует баланса между подавлением вредных грибковых заболеваний и культивированием полезных грибов для максимизации урожайности и устойчивости. Те, что полезны для сельского хозяйства, являются микроскопическими «электростанциями», используемыми для повышения урожайности, естественного обогащения питательными веществами и снижения зависимости от синтетических химикатов.
Некоторые грибы естественным образом нацеливаются на сельскохозяйственных вредителей и уничтожают их, не прибегая к агрессивным химикатам, а также помогают расщеплять органические вещества, перерабатывая культуры.
Исследователи из Еврейского университета разработали натуральный экстракт из грибка Pseudozyma aphidis, который позволяет получать более высокие урожаи и улучшать вкус определенных культур. Этот метод повышает твердость и естественное содержание сахара в томатах, которые сегодня часто бывают безвкусными, а также в дынях и кукурузе, одновременно значительно увеличивая производство.
Их открытие предлагает практический способ удовлетворения мировых потребностей в продовольствии без ущерба для здоровья планеты или качества продукции. Поскольку этот подход использует стабильные микробные выделения, а не живые культуры, он обеспечивает стабильную и надежную работу в различных сельскохозяйственных условиях и климатических зонах.
Этот естественный, экологически чистый способ значительного повышения урожайности сельскохозяйственных культур при одновременном улучшении качества и вкуса продукции был разработан профессором Мэгги Леви и исследователями Антоном Феннеком и Нетой Ротем.
Они только что опубликовали свое исследование в журнале Plant Physiology под названием «Заставь его расти: экстракт Pseudozyma aphidis стимулирует рост растений». Исследование было поддержано Министерством сельского хозяйства.
Поскольку население планеты продолжает расти, спрос на более высокую сельскохозяйственную продукцию исторически приводил к интенсивному использованию синтетических удобрений и пестицидов. Эти химикаты часто способствуют загрязнению почвы и воды и увеличению выбросов парниковых газов. Новое исследование предполагает, что полезные микроорганизмы могут стать устойчивой альтернативой этим традиционным сельскохозяйственным ресурсам.
В то время как предыдущие исследования показали, что живые культуры некоторых грибов могут помогать растениям расти, применение живых организмов в крупномасштабном сельском хозяйстве часто затруднено из-за различных климатических условий и непредсказуемости того, как колонии приживутся на разных хозяевах.
Чтобы решить эту проблему, команда сосредоточилась на использовании экстракта, а не самого живого грибка. Этот метод устраняет зависимость от живых грибковых колоний и приводит к более стабильным, воспроизводимым результатам в полевых условиях. Результаты показали улучшения практически на всех этапах развития растений.
Леви рассказала The Jerusalem Post, что у обработанных семян томатов всхожесть увеличилась на 18%, а у семян кукурузы и дыни – на 7%. Растения, обработанные экстрактом, зацвели на одну-две недели раньше, чем в контрольной группе. Обработанные растения томатов дали более чем на 60% больше спелых плодов по весу по сравнению с контрольной группой. Растения дыни показали увеличение веса в пять раз по сравнению с необработанными растениями.
Они увидели, что помимо массы и количества, продукция обработанных растений была более высокого качества, чем в контроле. Томаты оказались более твердыми и получили более высокие оценки в сенсорных тестах на вкус, сладость и аромат.
Исследователи обнаружили, что грибок стимулирует рост с помощью нескольких механизмов, включая производство ауксиноподобных молекул, которые являются природными растительными гормонами, а также сидерофоров, которые помогают растениям поглощать железо из окружающей среды. Он убивает патогены, повышает иммунитет и стимулирует рост.
Исследование подчеркивает потенциал этого экстракта как ценного инструмента для «зеленого» сельского хозяйства. Улучшая эффективность роста растений и питательную ценность продукции, этот подход поддерживает более широкую цель глобальной продовольственной безопасности без воздействия на окружающую среду, характерного для синтетических химикатов.
«Наши результаты демонстрируют, что экстракт соединений, выделяемых Pseudozyma aphidis, действует как эффективное средство для повышения как количества, так и качества сельскохозяйственной продукции», — сказала Леви. «Используя натуральный экстракт вместо живых культур, мы можем предоставить фермерам более надежный и экологически чистый инструмент для увеличения урожайности и улучшения вкуса продуктов на наших столах».
Она добавила, что «для обеспечения растущего населения планеты продовольствием требуется более высокая урожайность сельскохозяйственных культур при одновременном отказе от использования вредных продуктов. Полезные микроорганизмы являются экологически чистой альтернативой синтетическим удобрениям и пестицидам.
«Но быстрый рост мирового населения и постоянный спрос на увеличение урожайности сельского хозяйства требуют интенсивного использования удобрений и пестицидов. Удобрения являются основным источником закиси азота, парникового газа, способствующего глобальному изменению климата».
Команда продолжит совершенствовать процесс экстракции, чтобы выявить конкретные соединения, ответственные за эти стимулирующие рост эффекты.
Леви заинтересовалась сельским хозяйством, потому что выросла в Изреельской долине и навещала своего дядю, фермера, который выращивал пекан, авокадо и манго, а также разводил кур.
Это не первая инновация Леви. Она уже участвовала в трех компаниях. Одна из них — PsyRx, которая разрабатывает инновационное лечение депрессии. Разработанный ею запатентованный препарат сочетает одобренный FDA селективный ингибитор обратного захвата серотонина, используемый для лечения депрессии, тревоги и других расстройств настроения, с микродозами ибогаина.
Компания использует запатентованную технологию биореакторов и культивирования тканей для выращивания и извлечения высокостабильного псилоцибина (из грибов Psilocybe) и извлечения ибогаина из ткани африканского дерева Tabernanthe iboga. Препарат направлен на сокращение времени достижения терапевтического эффекта, уменьшение побочных эффектов и улучшение качества жизни пациентов.
Вторая компания, которую она соучредила восемь лет назад на основе исследований в области биологии клеток молочной железы, — BioMilk (ныне Wilk), первая публичная компания, стремящаяся производить культивируемое коровье и женское грудное молоко из клеток в биореакторе. Она фокусируется на культивировании клеток млекопитающих для производства молочных компонентов без использования животных, включая белки, липиды и олигосахариды.
На вопрос, что делает этот грибковый экстракт действительно отличным от предыдущих биологических решений, Леви объяснила: «Он отличается тем, что мы не используем живые организмы, но, поскольку это экстракт, он более стабилен и постоянен, на него меньше влияет окружающая среда, чем на живые организмы, и его можно лучше контролировать.
«Если эта технология добьется коммерческого успеха, она улучшит не только урожайность и вкус, но и будет меньше загрязнять землю и воду, а также станет более экономичной. Многие импортные томаты сегодня собирают недозрелыми, а иногда еще зелеными, поэтому они менее вкусны, когда попадают в супермаркеты», — отметила она. Грибок можно распылять на листья, добавлять в почву или использовать на семенах, которые можно продавать уже с включенным в них материалом.
Это может минимизировать количество, необходимое для выполнения работы. Экстракт, по ее словам, остается стабильным в условиях экстремальной жары или засухи, поэтому на него не повлияет изменение климата.
Она оптимистично настроена, что экстракт будет работать и на других типах культур, что было бы благом для фермеров.
Леви сказала, что понятия не имеет, сколько это будет стоить. «Это будет зависеть от компании, которая выведет его на рынок, но, безусловно, это будет дешевле, чем химикаты, используемые сегодня».