Beauveriabassiana ja Metarhizium anisopliae ovat kaksi tärkeintä ja laajimmin käytettyä entomopatogeenista sientä (EPF) tuholaistorjunnassa. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että ne voivat myös edistää kasvien kasvua keinotekoisen rokotuksen jälkeen. Jotta voitaisiin arvioida tarkemmin niiden kolonisaatiota ja kasvua edistäviä vaikutuksiaBeauveria bassianaja Metarhizium anisopliae -sienten leviämistä maatalouskasveihin. Tässä tutkimuksessa maissin taimia käsiteltiin 13 Beauveria bassiana -kannalla ja 73 Metarhizium anisopliae -kannalla ritsosfäärisieninä hydroponisessa järjestelmässä. Kasvien kasvuparametreja, kuten kasvin korkeutta, juuren pituutta ja tuorepainoa, seurattiin ja tallennettiin 35 peräkkäisen päivän ajan entomopatogeenisen sieni-inokulaation kasvua edistävän vaikutuksen varmistamiseksi. Sienien toipumisasteen (FRR) arvioinnin tulokset osoittivat, että sekä Beauveria bassiana että Metarhizium anisopliae kykenevät endofyyttisesti kolonisoimaan maissikudoksia. Päivänä 7 Beauveria bassiana -sienten havaitsemisaste oli 100 % sekä varsissa että lehdissä, mutta päivään 28 mennessä havaitsemisaste varsissa laski 11,1 prosenttiin ja lehdissä 22,2 prosenttiin. *Beauveria bassiana*-sientä ei kuitenkaan havaittu juurissa ennen päivää 28, jolloin sen havaitsemisaste oli 33,3 %. Koko havaintojakson ajan *Metarhizium anisopliae* -kantoja eristettiin kasvin juurista, varsista ja lehdistä korkealla havaitsemisprosentilla. Sienikohtaisten DNA-juovien PCR-monistus vahvisti edelleen *Beauveria bassiana*- ja *Metarhizium anisopliae* -sienten systemaattisen kolonisaation eri kudoksissa; tällä menetelmällä osoitettiin korkeampi havaitsemisherkkyys ja 100 % positiivinen reaktio. Verrattuna alkuperäisiin arvoihin hydroponisessa liuoksessa, sienitiheys laski 21. päivään mennessä alle 1 %:iin. Näin ollen kaksi valittua entomopatogeenista sienikantaa saavuttivat onnistuneesti endofyyttisen kolonisaation maissin rhizosfäärissä kolonisaation sijaan ja edistivät merkittävästi sen kasvua hydroponisessa järjestelmässä. Entomopatogeenisilla sienillä on valtava potentiaali käytettäväksi luomuviljelyssä, mukaan lukien biotorjunta-aineina ja biolannoitteina.
Hyönteispatogeeniset sienet (EPF) ovat osoittaneet merkityksensä biologisina torjunta-aineina (BCA) erilaisten tuholaisten torjunnassa laajan isäntäkirjon, helpon tuotannon, stabiilisuuden ja korkean patogeenisyyden ansiosta.1, 2, 3Kiinassa *Beauveria bassiana*- ja *Metarhizium anisopliae* -lajikkeita käytetään kaupallisesti tärkeimpien maissintuholaisten (kuten maissikoisan ja puuvillankorentoukan) kestävään torjuntaan kemiallisten torjunta-aineiden liikakäytön välttämiseksi.4Sienien tuholaistorjunnassa kasvien, tuholaisten ja sienten välinen kolmiosuhde on paljon monimutkaisempi kuin tuholaisten ja sienitauteja aiheuttavien taudinaiheuttajien välinen suhde.
Monet kasvit elävät symbioosissa endofyyttisten sienten kanssa5, jotka elävät kasvikudoksissa aiheuttamatta niille merkittävää haittaa6Endofyyttiset sienet ovat eliöitä, jotka muodostuvat muodostettuaan mutualistisen symbioottisen suhteen isäntänsä kanssa.7Ne voivat suoraan tai epäsuorasti edistää kasvien kasvua ja parantaa niiden sopeutumiskykyä epäsuotuisiin olosuhteisiin, mukaan lukien bioottiset ja abioottiset stressit.8, 9, 10Endofyyttisillä sienillä on tärkeitä fylogeneettisiä ominaisuuksia ja elämäntapaan liittyviä piirteitä, kuten kolonisaatio, leviäminen, isäntäkasvispesifisyys ja erilaisten kasvikudosten kolonisaatio.11Endofyyttisten sienten käyttö endofyyttisinä organismeina on herättänyt laajaa tutkimushuomiota ja osoittanut monia ainutlaatuisia etuja perinteisiin endofyyttisiin organismeihin verrattuna.
Beauveria bassiana ja Metarhizium anisopliae voivat tartuttaa useita kasveja, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen, vehnä, soijapavut, riisi, palkokasvit, sipuli, tomaatti, palmu, viinirypäleet, peruna ja puuvilla.12Paikallinen tai systeeminen infektio esiintyy pääasiassa kasvien juurissa, varsissa, lehdissä ja sisäkudoksissa.11Keinotekoinen tartunta siementen käsittelyn, lehtien levittämisen ja maaperän kastelun avulla voi edistää kasvien kasvua sienten aiheuttaman endofyyttisen infektion kautta.13, 14, 15, 16Beauveria bassiana- ja Metarhizium anisopliae -sienten käsittely indusoi onnistuneesti endofyyttisen infektion kasvikudoksissa ja edisti kasvien kasvua lisäämällä varren pituutta, juurien pituutta, juurien tuorepainoa ja varren tuorepainoa.17, 18, 19Maaperän inokulointi jalehtienBeauveria bassiana -kasvin ruiskuttaminen on myös yleisimmin käytettyjä levitysmenetelmiä, ja se voi merkittävästi edistää maissin taimien kasvua.20
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli arvioida Beauveria bassiana- ja Metarhizium anisopliae -sienten kasvua edistäviä vaikutuksia ja kolonisaatio-ominaisuuksia maissin taimissa sekä niiden vaikutusta kasvien kasvuun vesiviljelyjärjestelmissä.
35 päivän kokeessa käsittely Beauveria bassiana- ja Metarhizium anisopliae -sienillä edisti merkittävästi maissin kasvua. Kuten kuvassa 1 on esitetty, sienten stimuloiva vaikutus eri maissin elimiin riippui niiden kasvuvaiheesta.
Maissin taimien kasvu eri käsittelyissä ajan kuluessa. Vasemmalta oikealle eriväriset viivat edustavat maissin taimia kontrolliryhmässä, Beauveria bassiana -käsitellyssä ryhmässä ja Metarhizium anisopliae -käsitellyssä ryhmässä.
Maissikudosten kolonisaatiota *Beauveria bassiana*- ja *Metarhizium anisopliae* -sienillä tutkittiin edelleen PCR-amplifikaatiolla. Taulukko 5 osoittaa, että *Beauveria bassiana* kolonisoi 100 % kaikista maissin elinkudoksista jokaisessa näytteenottopisteessä (7–35 päivää). Samanlaisia tuloksia havaittiin *Metarhizium anisopliae*-sienellä lehtikudoksissa, mutta tämän sienen kolonisaatio ei aina pysynyt 100 %:ssa maissin varsissa ja lehdissä.
Inokulaatiomenetelmät ovat ratkaisevan tärkeitä sienikasvuston kannalta.28Parsa ym.29havaitsi, että *Beauveria bassiana* voi kolonisoida kasveja endofyyttisesti ruiskuttamalla tai kastelemalla, kun taas juurien kolonisaatio on mahdollista vain kastelemalla. Durran osalta Tefera ja Vidal raportoivat, että lehtiin inokulointi lisäsi *Beauveria bassiana*:n kolonisaationopeutta varressa, kun taas siemeniin inokulointi lisäsi kolonisaationopeutta sekä juurissa että varsissa. Tässä tutkimuksessa rokotimme juuriin kahta sientä lisäämällä konidiolisuspensiota suoraan hydroponiseen järjestelmään. Tämä menetelmä voi parantaa sienten leviämisen tehokkuutta, koska juokseva vesi voi helpottaa sienikonidioiden kulkeutumista maissin juurille. Inokulaatiomenetelmien lisäksi muut tekijät, kuten maaperän mikro-organismit, lämpötila, suhteellinen kosteus, ravinnealusta, kasvin ikä ja laji, inokulaatiotiheys ja sienilajit, voivat vaikuttaa sienten onnistuneeseen kolonisaatioon eri kasvikudoksissa.28
Lisäksi sienikohtaisten DNA-juovien PCR-monistus edustaa uutta ja herkkää menetelmää sieniendofyyttien havaitsemiseksi. Esimerkiksi kasvikudosten viljelyn jälkeen selektiivisillä sienikasvustoalustoilla havaittiin pieni määrä vapaita detektorireseptoreita (FRR) *Beauveria bassiana*-sienelle, mutta PCR-analyysi antoi 100 %:n havaitsemisen. Endofyyttisten sienten alhainen populaatiotiheys kasvikudoksissa tai kasvikudosten bioottinen esto voi olla syynä epäonnistuneeseen sienikasvustoon selektiivisillä kasvualustoilla. PCR-monistusta voidaan luotettavasti soveltaa endofyyttisten sienten tutkimukseen.
Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että jotkut endofyyttiset hyönteispatogeenit voivat toimia biolannoitteina edistämällä kasvien kasvua. Jaber ym. [16]raportoivat, että Beauveria bassiana -kasvilla 14 päivän ajan inokuloiduilla vehnänsiemenillä oli suurempi varren korkeus, juuren pituus, tuoreen juurin paino ja varren paino kuin rokottamattomilla kasveilla. Russo ym.[30]raportoi, että maissin lehtien ruiskuttaminen Beauveria bassiana -kasvilla lisäsi kasvin korkeutta, lehtien lukumäärää ja ensimmäisten tähkän nivelten lukumäärää.
Tutkimuksessamme kaksi valittua entomopatogeenista sientä, Beauveria bassiana ja Metarhizium anisopliae, edistivät myös merkittävästi maissin kasvua vesiviljelyssä ja vakiinnuttivat maissin taimien eri kudosten systemaattisen kolonisaation, minkä odotetaan edistävän kasvua pitkällä aikavälillä.
Sitä vastoin Moloignane ym. havaitsivat, että jopa neljä viikkoa maaperän kastelun jälkeen ei ollut merkittäviä eroja kasvien korkeudessa, juurien lukumäärässä, lehtien lukumäärässä, tuorepainossa ja kuivapainossa *Beauveria bassiana*-sienellä käsiteltyjen ja käsittelemättömien viiniköynnösten välillä. Tämä ei ole yllättävää, koska tiettyjen sienikantojen endofyyttinen kapasiteetti voi olla läheisessä yhteydessä isäntäkasvilajiin, kasvilajikkeeseen, ravinneolosuhteisiin ja ympäristötekijöihin. Tull ja Meying tutkivat *Beauveria bassiana*-siemenkäsittelyn (GHA) vaikutusta maissin kasvuun. He havaitsivat, että *Beauveria bassiana* toimi kasvunedistäjänä maississa vain ravinteiden riittävissä olosuhteissa, eikä ravinteiden puutteessa havaittu stimuloivaa vaikutusta. Siten kasvien vastemekanismi sienten endofyyttisiin vaikutuksiin on kaikkea muuta kuin selvä ja vaatii lisätutkimuksia.
Tutkimme entomopatogeenisten sienten *Beauveria bassiana* ja *Metarhizium anisopliae* vaikutuksia kasvunedistäjinä maississa. On kuitenkin epäselvää, onko ensisijainen mekanismi ritsosfäärinen vai endofyyttinen. Seurasimme *Beauveria bassiana*- ja *Metarhizium anisopliae*-sienten populaatiodynamiikkaa vesiviljelyliuoksissa ja kasvikudoksissa selvittääksemme niiden vaikutusmekanismeja. Käyttämällä pesäkettä muodostavia yksiköitä (CFU) indikaattorina havaitsimme, että *Beauveria bassiana*- ja *Metarhizium anisopliae*-sienten määrä vesiviljelyliuoksessa väheni nopeasti. Viikon kuluttua *Metarhizium anisopliae*-sienen jäännöspitoisuus oli alle 10 % ja *Beauveria bassiana*-sienen alle 1 %. Maissin vesiviljelyliuoksessa molemmat sienet käytännössä hävisivät 28. päivään mennessä. Kontrollikokeet osoittivat, että molempien sienten konidiot säilyttivät korkean elinkykyisyyden vesiviljelyjärjestelmässä viikon kuluttua. Siten endofyyttiset sienet, joihin vaikuttavat konidioiden kiinnittyminen, isännän tunnistus ja endogeeniset reitit, ovat ensisijainen syy sienikasvuston jyrkkään vähenemiseen hydroponisessa järjestelmässä. Lisäksi sienten kasvua edistävä tehtävä johtuu ensisijaisesti niiden endofyyttisestä toiminnasta, ei rhizosfäärin toiminnasta.
Biologiset toiminnot liittyvät yleensä populaatiotiheyteen. Vain kvantifioimalla endofyyttisten sienten lukumäärän kasvikudoksissa voimme osoittaa yhteyden kasvien kasvun stimulaation ja endofyyttisten sienten populaatiotiheyden välillä. Mekanismit, joilla kasvien kasvua stimuloidaan entomopatogeenisten sienten ja kasvien vuorovaikutuksessa, vaativat lisätutkimuksia. Entomopatogeenisilla sienillä on paitsi merkittävä potentiaali biologisessa tuholaistorjunnassa, myös tärkeä rooli kasvien kasvun stimuloinnissa, mikä avaa uusia näkökulmia kasvien, tuholaisten ja entomopatogeenisten sienten välisiin ekologisiin vuorovaikutuksiin.
Jokaisesta koeryhmästä valittiin satunnaisesti yhdeksänkymmentä tasaisesti kasvavaa ja tervettä maissin tainta. Kunkin taimen juurien ympärillä oleva kasvualusta huuhdeltiin huolellisesti tislatulla vedellä juuriston vahingoittumisen välttämiseksi. Käsitellyt maissin taimet, joilla oli tasainen kasvu sekä maanpäällisissä että maanalaisissa osissa, siirrettiin sitten vesiviljelyyn tarkoitettuun maissinkasvatusjärjestelmään.
Kaikki kokeelliset tiedot analysoitiin käyttämällä yksisuuntaista varianssianalyysia (ANOVA) IBM SPSS Statistics -ohjelmistolla (versio 20.0), ja hoitojen välisten erojen merkitsevyys määritettiin Tukeyn HSD-testillä (P ≤ 0,05).
Koska kasvimateriaali ostettiin paikalliselta sertifioidulta jakelijalta, lupaa ei tarvittu. Kasvien tai kasvimateriaalin käyttö tässä tutkimuksessa on asiaankuuluvien kansainvälisten, kansallisten ja/tai institutionaalisten ohjeiden mukaista.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kaksi entomopatogeenista sientä, *Beauveria bassiana* ja *Metarhizium anisopliae*, vaikuttivat positiivisesti maissin taimien kasvun edistämiseen ritsosfääriin inokuloinnin jälkeen hydroponisella järjestelmällä. Nämä kaksi sientä pystyivät kolonisoimaan kaikki maissin elimet ja kudokset juuriston kautta viikon kuluessa. Sienipopulaatioiden dynamiikka hydroponisessa liuoksessa ja sienten kolonisaatio maissikudoksissa osoittivat, että ritsosfääritoiminnan lisäksi sienten endofyyttinen toiminta vaikutti merkittävämmin havaittuun kasvien kasvun edistämiseen. Sienten endofyyttinen käyttäytyminen osoitti joitakin lajikohtaisia ominaisuuksia. Sienille spesifisten DNA-vyöhykkeiden monistaminen PCR:llä osoittautui herkemmäksi kuin pesäkkeiden havaitsemismenetelmät, joissa käytetään sieni-selektiivisiä elatusaineita. Tätä menetelmää voidaan käyttää sienten kolonisaation ja niiden alueellisen jakautumisen seuraamiseen tarkemmin kasvikudoksissa. Lisätutkimuksia tarvitaan selvittämään mekanismeja, joilla kasvit ja kasvituholaiset reagoivat sienten endofyyttisiin vaikutuksiin (lisätietoja).
Tämän tutkimuksen aikana luodut aineistot ovat saatavilla vastaavalta kirjoittajalta kohtuullisesta pyynnöstä.
Julkaisun aika: 20. tammikuuta 2026