DOI: https://doi.org/10.1021/acsagscitech.5c00811
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41859460
تاريخ النشر: 2026-02-12
المؤلف: Giovanni Lomonaco وآخرون
الموضوع الرئيسي: استخدام الحشرات وتأثيراتها
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة إمكانيات الفراش، وهو منتج ثانوي من تربية ذبابة الجندي الأسود (BSF)، كسماد عضوي مستدام، مع التركيز بشكل خاص على قدرته على احتواء الكائنات الدقيقة المحفزة لنمو النبات (PGPM). شملت الأبحاث تحليل الفراش من عشرة ركائز تربية مختلفة وتقييم تأثير المعالجة الحرارية الإلزامية عند 70 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. باستخدام وسط أجار يحاكي منطقة الجذور، عزل الباحثون 149 سلالة بكتيرية، تم فحصها بحثًا عن خصائص محددة لـ PGPM.
من بين هذه السلالات، تم اختيار ستة عزلات بارزة من أجناس مثل Serratia وPeribacillus وAcinetobacter وPseudocitrobacter وBacillus وEnterobacter للاختبار في الجسم الحي على Arabidopsis thaliana. أظهرت هذه العزلات تأثيرات متباينة على إنبات البذور، وإطالة الجذور، وتطور شعر الجذر، والتي ارتبطت بملفاتها من الهرمونات النباتية. من المهم أن العديد من السلالات وُجدت في كل من الفراش غير المعالج والفراش المعالج حراريًا، مما يدل على قدرتها على تحمل الحرارة. تؤكد النتائج على إمكانيات فراش BSF كمصدر لـ PGPM لتطبيقات الأسمدة الحيوية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الأدوار المتعددة لتربية الحشرات، مع التركيز بشكل خاص على إنتاج البروتينات والدهون للغذاء والعلف، بالإضافة إلى توليد منتجات ثانوية قيمة مثل الفراش. يُعرف الفراش بموجب لائحة الاتحاد الأوروبي 2021/1925 بأنه بقايا غنية بالمغذيات من الحشرات المرباة، ويمكن أن تعمل كتحسين للتربة أو سماد، مما يعزز استدامة تربية الحشرات. ومع ذلك، قد تؤثر المعالجة الحرارية الإلزامية للفراش لضمان السلامة الميكروبيولوجية على الكائنات الدقيقة المفيدة المحفزة لنمو النبات (PGPM) التي تعتبر ضرورية لتعزيز نمو النبات وتقليل الاعتماد على الأسمدة الاصطناعية.
تسلط الورقة الضوء على أهمية PGPM، التي تشمل مجموعة متنوعة من الميكروبات التي تحسن من تطوير النبات من خلال آليات مثل تنظيم الهرمونات النباتية وتوافر المغذيات. على الرغم من وجود دراسات سابقة تشير إلى التأثيرات المفيدة للفراش على فسيولوجيا النبات، إلا أن هناك بيانات تجريبية محدودة حول وجود ووفرة PGPM في الفراش، خاصة من يرقات ذبابة الجندي الأسود (BSF). تهدف هذه الدراسة إلى عزل PGPM من فراش يرقات BSF، وفحص تأثير ركائز التغذية المختلفة على التركيب الميكروبي وتقييم تأثير المعالجة الحرارية على وجود PGPM. سيتم فحص البكتيريا المعزولة لعدة خصائص محفزة لنمو النبات، مع تقييم العزلات الواعدة في الجسم الحي باستخدام Arabidopsis thaliana لتحديد تأثيراتها على الإنبات والنمو.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تتفصل في اختيار المواد، بما في ذلك الكواشف والمعدات المحددة المستخدمة، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية تكرار النتائج ودقتها. تشمل المنهجية كل من التحليلات النوعية والكمية، مع التركيز على التقنيات الإحصائية المطبقة لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، يصف القسم طرق أخذ العينات، بما في ذلك أي ضوابط ومتغيرات تم اعتبارها أثناء التجارب. ويؤكد على أهمية الالتزام بالإجراءات القياسية لتقليل التحيز وتعزيز موثوقية النتائج. بشكل عام، يعمل هذا القسم كدليل شامل لتكرار الدراسة وفهم العمليات الأساسية التي أدت إلى النتائج التي تم الحصول عليها.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم ما مجموعه 149 عزلة بكتيرية، تم تحديد 73 منها من خلال تسلسل الجين الكامل 16S rRNA، مع التركيز على تلك التي تظهر أنشطة محفزة لنمو النبات (PGP) ذات صلة مثل إنتاج حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA)، وإنتاج الأمونيا، وتحلل الفوسفات، وإنتاج الجيبريلين. تم تصنيف العزلات المحددة بناءً على أدائها عبر هذه المعلمات PGP، مع توضيح النتائج في الأشكال 2 و3 للفراش غير المعالج (NT) والفراش المعالج حراريًا (HT)، على التوالي.
كشفت التحليلات أن العائلة البكتيرية الأكثر وفرة في الفراش غير المعالج كانت Moraxellaceae، والتي تم تمثيلها فقط من قبل جنس Acinetobacter، تليها Enterobacteriaceae، التي شملت أجناسًا مثل Enterobacter وCronobacter وPseudocitrobacter وKlebsiella. في المقابل، حافظ الفراش المعالج حراريًا على Moraxellaceae وEnterobacteriaceae كالعائلات السائدة، بينما كانت عائلة Yersiniaceae غائبة بعد المعالجة الحرارية. من الجدير بالذكر أن عائلة Brucellaceae ظهرت كالعائلة الثالثة الأكثر وفرة في الفراش المعالج حراريًا، مع تحديد أجناس Brucella وOchrobactrum. أشار المقارنة بين الفراش غير المعالج والفراش المعالج حراريًا إلى أنه بينما استمرت عدة أجناس خلال المعالجة الحرارية، فقد فقدت أخرى، وظهرت عائلات جديدة في عينات HT، مما يشير إلى أن المعالجة الحرارية تؤثر بشكل انتقائي على هيكل المجتمع البكتيري داخل الفراش.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة تربية يرقات ذبابة الجندي الأسود (BSFL) والعزل اللاحق وتوصيف البكتيريا المحفزة لنمو النبات (PGP) من فراشها. تم إطعام اليرقات نظامًا غذائيًا قياسيًا لمدة ستة أيام قبل نقلها إلى عشرة ركائز من المنتجات الثانوية النباتية المختلفة. تم تعريض الفراش الذي تم جمعه للمعالجة الحرارية (HT) وظروف غير المعالجة (NT)، بهدف تقييم بقاء وقدرات البكتيريا الوظيفية داخلها. أشارت النتائج إلى أن المعالجة الحرارية أثرت بشكل ضئيل على إجمالي عدد البكتيريا الجذرية، مع احتفاظ حوالي 95.6% من البكتيريا الجذرية.
عزلت الدراسة أيضًا 149 سلالة بكتيرية من الفراش، تم فحصها لعدة أنشطة PGP، بما في ذلك التوافق مع الأحماض الدبالية، وتحلل الفوسفات، وإنتاج الأمونيا، وتخليق حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA) والجيبريلينات. من الجدير بالذكر أن المعالجة الحرارية قللت عمومًا من حدوث خصائص PGP، خاصة في إنتاج IAA والجيبريلين، مما يشير إلى تأثير ضار على الوظائف الميكروبية المفيدة. ومع ذلك، أظهرت بعض السلالات مقاومة للمعالجة الحرارية، مع الحفاظ على قدراتها PGP. تم تحديد ستة من العزلات الأكثر وعدًا، مع قدرات متباينة لتعزيز نمو النبات، وتم تقييم تأثيراتها على إنبات Arabidopsis thaliana ونموها المبكر، مما كشف عن اختلافات كبيرة في تطوير شعر الجذر وديناميات نمو النبات بشكل عام. تؤكد النتائج على أهمية الفحص المحدد للسلالات في تحسين التفاعلات بين النبات والميكروبات للتطبيقات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.1021/acsagscitech.5c00811
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41859460
Publication Date: 2026-02-12
Author(s): Giovanni Lomonaco et al.
Primary Topic: Insect Utilization and Effects
Overview
This study explores the potential of frass, a byproduct of Black Soldier Fly (BSF) farming, as a sustainable organic fertilizer, particularly focusing on its capacity to contain plant growth-promoting microorganisms (PGPM). The research involved analyzing frass from ten different rearing substrates and assessing the impact of mandatory heat treatment at 70 °C for one hour. Utilizing a rhizosphere-mimicking agar medium, the researchers isolated 149 bacterial strains, which were screened for PGPM-specific characteristics.
Among these, six notable isolates from genera such as Serratia, Peribacillus, Acinetobacter, Pseudocitrobacter, Bacillus, and Enterobacter were selected for in vivo testing on Arabidopsis thaliana. These isolates exhibited varying effects on seed germination, root elongation, and root hair development, which correlated with their phytohormone profiles. Importantly, several strains were found in both untreated and heat-treated frass, indicating their thermotolerance. The results underscore the potential of BSF frass as a source of PGPM for biofertilizer applications.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the multifaceted roles of insect farming, particularly focusing on the production of proteins and lipids for food and feed, as well as the generation of valuable byproducts like frass. Frass, defined by EU Regulation 2021/1925 as a nutrient-rich residue from farmed insects, can serve as a soil amendment or fertilizer, thereby enhancing the sustainability of insect farming. However, the mandatory heat treatment of frass to ensure microbiological safety may compromise beneficial Plant Growth-Promoting Microorganisms (PGPM) that are crucial for enhancing plant growth and reducing reliance on artificial fertilizers.
The paper highlights the significance of PGPM, which include various microbes that improve plant development through mechanisms such as phytohormone regulation and nutrient availability. Despite existing studies indicating the beneficial effects of frass on plant physiology, there is limited empirical data on the presence and abundance of PGPM in frass, particularly from Black Soldier Fly (BSF) larvae. This study aims to isolate PGPM from BSF larval frass, examining the influence of different feeding substrates on microbial composition and assessing the impact of heat treatment on PGPM presence. The isolated bacteria will be screened for several plant growth-promoting traits, with promising isolates further evaluated in vivo using Arabidopsis thaliana to determine their effects on germination and growth.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the selection of materials, including specific reagents and equipment used, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and accuracy of results. The methodology encompasses both qualitative and quantitative analyses, with a focus on the statistical techniques applied to interpret the data.
Additionally, the section describes the sampling methods, including any controls and variables considered during the experiments. It emphasizes the importance of adhering to standardized procedures to minimize bias and enhance the reliability of the findings. Overall, this section serves as a comprehensive guide for replicating the study and understanding the underlying processes that led to the results obtained.
Results
In this study, a total of 149 bacterial isolates were evaluated, with 73 identified through full 16S rRNA gene sequencing, focusing on those exhibiting relevant plant growth-promoting (PGP) activities such as indole-3-acetic acid (IAA) production, ammonia production, phosphate solubilization, and gibberellin production. The identified isolates were categorized based on their performance across these PGP parameters, with results illustrated in Figures 2 and 3 for untreated (NT) and heat-treated (HT) frass, respectively.
The analysis revealed that the most abundant bacterial family in NT frass was Moraxellaceae, represented solely by the genus Acinetobacter, followed by Enterobacteriaceae, which included genera such as Enterobacter, Cronobacter, Pseudocitrobacter, and Klebsiella. In contrast, the HT frass maintained Moraxellaceae and Enterobacteriaceae as the predominant families, while the Yersiniaceae family was absent post-heat treatment. Notably, the Brucellaceae family emerged as the third most abundant in HT frass, with genera Brucella and Ochrobactrum identified. The comparison between NT and HT frass indicated that while several genera persisted through heat treatment, others were lost, and new families emerged in the HT samples, suggesting that heat treatment selectively affects the bacterial community structure within frass.
Discussion
In this section, the study discusses the rearing of Black Soldier Fly larvae (BSFL) and the subsequent isolation and characterization of plant growth-promoting (PGP) bacteria from their frass. The larvae were fed a standard diet for six days before being transferred to ten different vegetable byproduct substrates. The frass collected was subjected to heat treatment (HT) and non-treated (NT) conditions, with the aim of assessing the survival and functional capabilities of bacteria within. The results indicated that the HT treatment minimally impacted the overall rhizobacterial population, with a retention of approximately 95.6% of rhizobacteria.
The study further isolated 149 bacterial strains from the frass, which were screened for various PGP activities, including compatibility with humic acids, phosphate solubilization, ammonia production, and the synthesis of indole-3-acetic acid (IAA) and gibberellins. Notably, heat treatment generally reduced the occurrence of PGP traits, particularly in IAA and gibberellin production, suggesting a detrimental effect on beneficial microbial functions. However, certain strains demonstrated resilience to heat treatment, maintaining their PGP capabilities. The six most promising isolates were identified, with varying abilities to promote plant growth, and their effects on Arabidopsis thaliana germination and early growth were evaluated, revealing significant differences in root hair development and overall plant growth dynamics. The findings underscore the importance of strain-specific screening in optimizing plant-microbe interactions for agricultural applications.