Один из подходов включает использование биологических средств контроля и их продуктов в качестве альтернативы синтетическим агрохимикатам. Например, Trichoderma spp. — хорошо изученные грибы, наиболее часто используемые как средство биологического контроля (MBCAs) в сельском хозяйстве.

Они продаются как биопестициды, биоудобрения, усилители роста и стимуляторы естественной резистентности. Эффективность этого гриба можно объяснить способностью защищать растения, усиливать вегетативный рост и сдерживать популяции патогенов, а также выступать в качестве инокулянтов для улучшения питательной способности почвы, разложения и биодеградации растительных остатков. Живые грибковые споры (активные вещества) инкорпорируются в различные составы, как традиционные, так и инновационные, для применения в качестве внекорневых опрыскивателей, предпосадочных обработок семенного материала, обработки после обрезки, внесения в почву во время посева или пересадки, а также во время полива или для корневого обмакивания.

Наибольшее распространение биопродукты Trichoderma получили в Азии, за ней следуют Европа, Южная Америка и Северная Америка. Самыми распространенными формами являются порошок и гранулы. Как правило, Trichoderma обрабатывается семенной материал в момент посадки, затем вторичное использование происходит во время развития растений. В целом, Trichoderma предназначена для борьбы с почвенными грибками — патогенами, такими как ризоктония, пифия и  склеротиния,  а также некоторые листовые патогены, такие как Botrytis и Alternaria. Trichoderma также используется для стимулирования роста растений. Использование биопрепаратов на основе Trichoderma играет важную роль в сельскохозяйственном производстве будущего.

Средства защиты растений

Традиционная защита посевов в основном базируется на использовании химических пестицидов для борьбы с болезнями растений и вредителями. Эта практика может привести к негативным последствиям для конечного потребителя и агроэкосистемы. Только в Европе потребление синтетических агрохимикатов оценивается примерно в 250 k тонн, из которых около 180 тыс. тонн в год — фунгициды.

Европейский указ 2009/128/EC установил рамки «для достижения устойчивого использования пестицидов» путем снижения рисков и воздействия на здоровье человека и окружающую среду за счет комплексной борьбы с вредителями (IPM), включая использование агентов биологического контроля и их продуктов в качестве альтернатив химическим веществам. Указ призывает государства — члены ЕС — содействовать развитию практики IPM с низким содержанием пестицидов. Указ 91/414 ЕС регулирует сбыт и использование продуктов для защиты растений, в то время как постановление ЕС № 396/2005 проверяет мониторинг и контроль содержания пестицидов в продуктах растительного и животного происхождения. Указ 91/414 направлен на урегулирование регистрации  продуктов  в ЕС на основе использования двухуровневой системы: активное вещество должно быть сначала  включено  в  перечень «одобренных продуктов» ЕС, затем это вещество может использоваться в продуктах защиты и его применение может быть одобрено государствамичленами ЕС.

Продукты для защиты растений в общем смысле являются «пестицидами» и включают инсектициды, акарициды, гербициды, фунгициды, регуляторы роста растений, родентициды, биоциды и ветеринарные препараты, влияющие на вредителей сельскохозяйственных культур и/или производство (http://ec.europa.eu/food/plant/plant_protection_products/index_en.htm).

Пестициды защищают посевы путем уничтожения, ингибирования или борьбы с вредителями; могут оказывать влияние на развитие растений, подавлять или убивать конкурентоспособные растения или оказывать помощь в создании конечных продуктов. Самое главное, что пестицид может быть коммерциализирован и использован в ЕС только в том случае, если будет научно доказано, что его использование не наносит вреда здоровью человека, не оказывает нежелательного воздействия на окружающую среду и эффективно против заявленных целевых вредителей.

Биопестициды — это средства защиты растений, полученные из природных источников, включая природные химические вещества, феромоны, бактерии, грибы и насекомых-хищников.

Микробные     средства биологического контроля (MBCA), используемые в настоящее время, можно разделить на 2 типа по механизму действия, направленного на уничтожение или подавление агентов, вызывающих заболевания у растения, и на взаимодействие с растением.

В группу «широкого профиля» входят различные виды Bacillus, Pseudomonas, StreptoMyc, Trichoderma, Clonostachys, дрожжи и др., способные контролировать большой спектр таксономически разнородных патогенных хозяев за счет использования различных механизмов их действия.

В группу «узкого профиля» входят биоконтрольные виды Agrobacterium, Ampelomyces, Coniothyrium,    непатогенные Fusaria, атоксигенные Aspergillus и др., способные противодействовать только одному или нескольким возбудителям. Механизмы биологического контроля включают прямой паразитизм или микопаразитизм от физического проникновения, секреции многочисленных литических ферментов, антибиоза, конкуренцию за питательные вещества и экологические ниши. Классификация становится сложной, когда рассмотрение производится по косвенным положительным эффектам, которые MBCA может оказывать на растение. К ним относятся сниженная восприимчивость к патогенной атаке на примере возникновения индуцированной системной приобретенной резистентности (ISR), активированные молекулярные элиситоры (ферменты, белки, вторичные метаболиты), а также пониженная устойчивость к абиотическим стрессам (засуха, избыток солей, питательные вещества и т. д).

В соответствии с базой данных о пестицидах (PAN), пестициды классифицированы по типу использования (т. е. фунгицид) и химическому классу активного вещества/ингредиента, при котором микроорганизм классифицируется как «микробный».

Биопестициды на основе trichoderma

Trichoderma spp. хорошо изучена, чаще всего используется как агент биологического контроля и в настоящее время продается на рынке как активный ингредиент биопестицидов, биоудобрений, усилителей роста и стимуляторов естественной резистентности. Коммерческий успех продуктов, содержащих эти грибковые средства биоконтроля, связан с большим объемом жизнеспособных пропагул, которые могут быть произведены быстро и легко на различных недорогих субстратах в промышленных ферментативных системах. Живые микроорганизмы могут быть включены в различные составы в виде чистых спор или суспензий  конидий,  в фильтраты  жидких  культур, а также могут быть интегрированы в различные инертные компоненты и храниться в течение нескольких месяцев без потери эффективности. Составы применяют в виде внекорневого опрыскивания, предпосевного нанесения на семенной или размножаемый материал, послеуборочной обработки, внесения в почву во время посева или внесение поливом или в виде погружения корня или пропитывания. На сегодняшний день препараты на основе триходермы используются для защиты растений от различных возбудителей болезней растений или для повышения роста и продуктивности растений.

«Классическим механизмом» биологического контроля Trichoderma является ее прямой антагонизм с фитопатогенными грибами путем конкуренции, антибиотикоза и прямой атаки гидроксильными ферментами. Некоторые изоляты Trichoderma обладают способностью функционировать против широкого спектра грибковых патогенов, влючая том числе Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani, Sclerotinia sclerotiorum, Sclerotiumspp., Pythium ultimum, Phytophthoraspp., Armillaria spp., Fusarium oxysporum, Verticilliumspp. и Gauemannomyces graminis. Наиболее распространенными видами, используемыми  в биоконтроле, являются T. harzianum, T. atroviride, T. аспереллум, T. polysporum, T. viride, а также несколько видов, принадлежащих к родственному роду Gliocladium.

Этот антагонистический потенциал служит основой для эффективного биологического контроля применения различных штаммов Trichoderma в качестве биофунгицидов против почвенных, лиственных и васкулярных патогенов, в качестве альтернативы химическим пестицидам, а также для повышения устойчивости к абиотическим стрессам.

Было предположено, что воздействие Триходермы на растение было ограничено контролем заболеваний, вызывающих фитопатогены. Его персистенция в почве, в частности в ризосфере, в конечном итоге ассоциировалась с эндофитностью, гарантировала бы длительные адвентивные процессы. Тем не менее, все больше и больше доказательств было накоплено, что эти преимущества и эффекты от применения Trichoderma более обширны. Trichoderma способена системно активировать защитные механизмы растений, включая прайминг, которые предупреждают атаку патогена. Реакция растения на BCA подобна ISR, вызываемому ризобактериями. В настоящее время считается, что механизм ISR, активируемый Trichoderma, играет очень важную роль в защите растений, поскольку он связан с прямым антагонизмом патогенов растений. Этот феномен широко наблюдался в различных монокотиловых и двудольных культурах, включая graminaceae, solanaceae и cucurbitaceae, которые были атакованы патогенами, включая различные грибы (R. solani, B. cinerea, Colletotrichumspp., Magnaporthe grisea, Phytophthora spp., Alternaria spp. и т.д.), бактерии (Xanthomonasspp., Pseudomonas syringae, etcи др.), так же, как и вирусы (вирус мозаики огурца), хотя эффект ISR сильно зависит от штамма антагониста и вида/сорта растения.

Еще одним положительным эффектом для растения от применения Trichoderma является улучшение роста, развития и урожайности растений. В частности, этот результат был отмечен в плане роста корней, хотя значительный рост также наблюдается в надземном вегетативном росте, таком как длина и толщина листьев, содержание хлорофилла и урожайности (размер и/или количество цветов и/или фруктов).

Многочисленные гипотезы были предложены, чтобы объяснить это наблюдение, в том числе улучшение химического растворения, секвестр, доступность (т.е. производство сидефоры) и поглощение питательных веществ растениями, а также увеличение роста фитогормонов растительного и грибкового происхождения. Эти процессы не только улучшают рост растений, но и имитируют дыхание растений, тем самым повышая эффективность фотосинтеза, а также повышают способность растения противостоять абиотическим стрессам, таким как засуха, избыток солей, высокая температура.

Недавно было продемонстрировано, что благотворное воздействие Trichoderma spp. на растение связано с получением специфических соединений, полученных из вторичного метаболизма, которые являются антимикробными, что противоречит контролю фитопатогенов, и/или положительно влияют на растение в стимулировании роста, повышении урожайности  и других желательных признаков, т.е. усиливают собственно антиоксидантные связи. Было также продемонстрировано, что Trichoderma при взаимодействии с растениями может играть решающую роль в стимулировании производства растительных летучих веществ, влияющих на взаимодействие растений и насекомых.

Основными преимуществами использования Trichoderma производных биоактивных соединений, т. е. ферментов и других белков или вторичных метаболитов, являются:

1) снятие ограничений, связанных с развитием растений, применением и сохранением продуктов, содержащих живые микробы;

2) эффективность применения сохраняется и зависит от дозы активных веществ;

3) наиболее эффективно опрыскивание листвы для контроля воздушных патогенов;

4) пониженная чувствительность к изменению условий окружающей среды;

5) возможность развития высокоактивных синергических соединений, содержащих биоaктивные вещества и живые средства биологического контроля.

Кроме того, штаммы Trichoderma также могут быть агрессивными биодеградаторами компоста и выступать в качестве конкурентов грибных патогенов в их сапрофитных фазах, особенно когда питательные вещества являются лимитирующим фактором. Они также признаны эффективными в области био и фитобиоремедиации токсичных соединений деградирующими загрязнителями, особенно в почвенной среде.

Универсальность Trichoderma spp. заключается в том, они могут быть адаптированы к различным экологическим условиям или сельскохозяйственным ситуациям, а также совместимы с многочисленными широко используемыми средствами защиты растений и другими агентами биоконтроля, синергичны со многими химическими пестицидами и другими природными соединениями, что позволяет снизить дозы пестицидов, обычно используемых в полевых условиях.

Все эти характеристики расширяют потенциальный круг применения продуктов на основе Trichoderma на сельскохозяйственном рынке не только в качестве биофунгицида против фитопатогенов, но и в качестве общего био-инокулянта, стимулирующего устойчивость растений к биотическим и/или абиотическим стрессам, повышающего рост и урожайность растений, а также улучшающего агроэкосистему. Кроме того, перспективное  использование биосоединений на основе Trichoderma не ограничивается только сельским хозяйством, но также может быть распространено в других областях науки о земле и жизни, таких как экология окружающей среды, где может потребоваться детоксикация и антимикробная активность.

Общее Интернет-исследование показывает, что число продуктов, содержащих Trichoderma, обнаруженных на международном рынке, за последние 5 лет значительно выросло:   существует   более чем 250 доступных продуктов (таблица 1). Разнообразие биологических препаратов Trichoderma можно встретить по всему миру:  Афри ка (6 стран), Азии (8 стран), Европа (14 стран,) Северная Америка (2 страны), страны тихого океана (2 страны) и Южная Америки (14 стран). Указанные числа не являются абсолютными, поскольку подсчеты основаны на наличии продукта на основе Trichoderma в каждой отдельной зоне, но один и тот же продукт может быть доступен в нескольких регионах. На сегодняшний  день   страной  с наибольшим распространением Trichoderma является Индия, которая занимает около 90% азиатского рынка, хотя только один вид зарегистрирован для использования в качестве микробного фунгицида. Еще одна быстро развивающаяся географическая зона с точки зрения использования коммерческих препаратов на основе триходермы для борьбы с болезнями растений — это Южная и Центральная Америки, наибольшая   распространенность препаратов в Бразилии.

Основываясь на базе данных о пестицидах PAN, которая охватила 219 стран мира на четырех континентах, только 32 страны (или союзы) имели доступные регистрационные данные пестицидов из различных национальных агентств по оценке пестицидов. По состоянию на 2010 год, там было 21 Trichoderma spp. изолят и соответствующие коммерческие средства защиты растений, зарегистрированные на международном уровне, а также два Gliocladium spp. и их продукты (таблица 2а). Все продукты классифицируются как микробные фунгициды. Ни один штамм Trichoderma spp. не зарегистрирован в качестве регуляторов роста растений. Несмотря на то, что восемь видов Trichoderma были сертифицированы: T. asperellum, atroviride, gamsii, hamatum, harzianum, polysporum, virens и viride, ни один не доступен на коммерческом рынке в качестве «готовых» фунгицидных продуктов. Trichoderma зарегистрирована для использования в Бельгии, Кипре, Франции, Италии, Нидерландах, Испании, Швеции, Словении и Соединенном Королевстве, Турции, США, Канаде, в Африке (ЮАР, Марокко), Азии (Индия, Вьетнам), Австралии, Новой Зеландии.

Виды Gliocladium включают G. catenulatum и G. virens и зарегистрированы в США, Канаде и Бельгии, Дании, Эстонии, Финляндии, Швеции и Великобритании. 12 из этих антагонистических грибов были одобрены в качестве активных веществ (ЕС база данных пестицидов, https://ec.europa.eu/food/plant/pesticides/eu-pesticides-db_en).

В целом, около 38 видов Trichoderma (состоит из одного вида и комбинации смесей) и один Gliocladium — коммерческие продукты, зарегистрированые или находящиеся в процессе регистрации в различных странах Европейской комиссией и другими учреждениями по всему миру, плюс четыре продукта прошли специальную регистрацию или временное разрешение только для использования в полевых опытах.

Продукты Trichoderma продвигаются как биопестициды, биофунгициды, биопротекторы, биомодификаторы, биостимуляторы, биодеструкторы, биоудобрения, стимуляторы роста растений и т.д. В целом, в сельском хозяйстве во всем мире существует огромное несоответствие между фактическим числом используемых микробных средств биологического контроля и количеством зарегистрированных          микробных         средств   биологического контроля. Основная причина того, что микробные средства биологического контроля используются в Европе реже, чем во многих других странах мира, заключается в том, что процесс регистрации является длительным и дорогостоящим. Не удивительно, что наибольшее коммерческое распространение биологических веществ происходит в странах, где существуют упрощенные процедуры регистрации. Однако для того, чтобы быть допущенными к коммерческому использованию, важно, чтобы биопестициды оценивались специализированными учреждениями, которые могут оценить риск для здоровья человека и окружающей среды.

Большинство рецептур Trichoderma выпускаются в виде увлажняющих порошков (WP, 55,3%), которые состоят из заданной концентрации высушенных спор грибковых конидий в мелкодисперсной пыли для смешивания с водой (табл. 1). Особенностью порошка является то, что продукт должен быть доставлен к цветам с помощью пчел. Следующими широко используемыми составами яв ляются гранулированные (13,6%), жидкие (10,3%) и твердые (6,2%) вещества, которые включают субстраты, такие как кокосовая подстилка или торфяной мох, злаковые зерна, такие как рис, дробленая кукуруза, которые поддерживают рост культуры Trichodermа. Уникальная система использует дюбели (клинья), пропитанные Trichoderma для вставки в отверстия, просверленные в стволе дерева или виноградной лозы, обеспечивая системную защиту в ответ на стресс растений в течение 4-5 лет. Другие продукты состоят из эмульсий, концентрированных жидких суспензий, гранул, порошка или талька. WP, гранулы, эмульсии, суспензии Trichoderma добавляются в воду и смешиваются для таких применений, как распыление (наземное и воздушное), замачивание корней, обработка семян, орошение, гидропоника; в то время как гранулы и твердые составы готовы к использованию и вносятся непосредственно в почву, например, во время посадки или пересадки.

Следует также отметить, что во многих случаях использование Trichoderma в сельскохозяйственном производстве не ограничивается теми продуктами, которые можно найти на коммерческом рынке, а является результатом внутреннего или внутрипроизводственного использования с локальным распределением. Споры грибов могут быть получены в твердофазной ферментации на стерильном рисе, кукурузе или других зернах, а затем биопестицид может быть нанесен непосредственно на зерновые культуры или почву с использованием субстрата, колонизированного Trichoderma, или споры могут быть отделены от семян путем просеивания и ресуспендирования в воде. Другой метод включает производство Trichoderma в жидком брожении, в результате чего получают культуру, содержащую споры, мицелию, литические ферменты, метаболиты и т. д. Эту грибковую смесь непосредственно применяют в области биологического контроля. В некоторых странах, таких как Венесуэла и Куба, разработка и использование биопродуктов на основе триходермы поддерживается правительством и официально одобряется для использования в сельском хозяйстве. Генетическое разнообразие  в пределах рода Trichoderma очень велико, поэтому множество полезных характеристик для биологического применения в сельском хозяйстве и промышленности далеко не полностью используется. Необходимо использовать метод для отбора штаммов грибов многократного действия для тестирования в полевых условиях. Современные научные технологии дают возможность проводить предварительный отбор подходящих   микробных средств биоконтроля на основе различных изученных генетических и биохимических признаков, которые, как известно, участвуют в биологических процессах, важных и полезных для защиты растений. На основе известных желательных характеристик новые штаммы могут быть созданы и разработаны с использованием гибридной технологии (то есть слияния протопластов в случае штамма T. harzianum T22) для улучшения биологических характеристик.

Чтобы быть экономически конкурентоспособными на коммерческом рынке, а также эквивалентными или превосходящими по эффективности химические продукты, необходима дальнейшая разработка новых составов Trichoderma для удовлетворения этих требований. Затраты на промышленное производство были существенно снижены благодаря использованию улучшенных процессов твердой или жидкой ферментации. Недорогие субстраты для производства чистых грибковых спор на зернах, таких как рис, или переработанных материалах для производства пищевых продуктов (материал для муки, волокно отжима масла, фруктовая кожура и т. д.) используются во всем мире без дорогостоящего высокотехнологичного оборудования, например, размещение инокулированного субстрата в полиэтиленовых пакетах или лотках и обработка без высококвалифицированных рабочих и сложных аппаратов. Или, в качестве альтернативы, ферментация направлена не только на получение коммерческого продукта, который содержит чистые споры, но и на образование грибковой культуры в жидкости, состоящей из смеси спор, мицелия, ферментов, разрушающих клеточную стенку и других биологически активных веществ, которые образуют природный арсенал соединений, используемые Trichoderma для контроля фитопатогенов и положительного воздействия на растение.

Очевидно, что положительное биологическое воздействие Trichoderma на растение распознается не только в лабораторных условиях, но и в реальных условиях производства сельскохозяйственных культур. Это подтверждается ростом числа продуктов, коммерчески доступных в последнее десятилетие, расширением использования в большем разнообразии сельскохозяйственных культур, а также географическим распространением. Наше понимание механизмов биологического контроля, используемых такими агентами, как Trichoderma, постоянно расширяется. Использование современных лабораторных методов помогает в изучении и идентификации молекулярных активностей, которые этот гриб использует при взаимодействии с другими микробами и растением. Идеальные биологические признаки могут быть идентифицированы из отдельных видов или изолятов и использованы для биотехнологического улучшения изолятов и их натуральных продуктов. Это необходимо для получения продуктов следующего поколения, которые востребованы рынком сельского хозяйства из-за новых требований к большей экологической безопасности, более высокой урожайности и более низким эксплуатационным расходам.