Globalne straty owoców i warzyw mogą sięgać nawet 50% produkcji1 i wynikają głównie z rozkładu żywności spowodowanego psuciem się grzybów na polu lub podczas przechowywania po zbiorach2,3, pomimo powszechnego stosowania syntetycznych fungicydów od połowy XX wieku4. Stosowanie tych substancji jest ponownie rozważane, ponieważ stanowi ono poważne zagrożenie dla środowiska i zdrowia. Ponieważ szkodliwe konsekwencje ich stosowania pojawiają się w ekosystemach i zgromadzono dowody na potencjalny wpływ na zdrowie5,6, opracowywane są nowe alternatywy dla starych strategii profilaktycznych dla zabiegów przed i po zbiorach7,8,9. Wyzwanie, przed którym stoimy, jest więc dwojakie. Nowatorskie strategie grzybobójcze muszą, po pierwsze, utrzymać poziom skuteczności ochrony żywności przed fitopatogenami, a jednocześnie, po drugie, przyczynić się do radykalnego zmniejszenia śladu środowiskowego praktyk rolniczych. Aby osiągnąć ten ambitny cel, zaproponowano strategie inspirowane naturalnymi mechanizmami obronnymi, które wyewoluowały w roślinach, ponieważ ponad 1000 gatunków roślin zostało wyróżnionych ze względu na ich właściwości przeciwdrobnoustrojowe8. Na przykład rośliny, które rozwinęły naturalne fungicydy do zwalczania fitopatogenów, są nowym zasobem w badaniach nad rozwojem nowych produktów kontroli biologicznej2. Olejki eteryczne są flagowymi cząsteczkami tego typu. Na przykład wykazano, że olejek eteryczny z origanum chroni pomidory przed szarą pleśnią w szklarniach 10 oraz wykazano, że olejki eteryczne z Solidago canadensis L. i cassia chronią truskawki po zbiorach przed uszkodzeniem przez szarą pleśń11,12. Przykłady te ilustrują, że kontrola biologiczna, a w szczególności produkty pochodzenia roślinnego, stanowią rozwiązanie, które łączy w sobie skuteczność biologiczną i zrównoważenie środowiskowe.
Tak więc, rośliny są ważnym źródłem molekuł potencjalnie interesujących dla przemysłu ochrony roślin. Jednak tylko kilka produktów roślinnych zostało zaproponowanych do stosowania jako produkty kontroli biologicznej, mimo że są one ogólnie uznawane za bezpieczne, niefitotoksyczne i przyjazne dla środowiska2. Zaobserwowano pewne trudności w transpozycji z laboratorium do terenu, takie jak zmniejszanie się skuteczności po zastosowaniu in vivo2,9. W związku z tym ważne staje się zwiększenie zdolności testów laboratoryjnych do lepszego przewidywania skuteczności w terenie. W tym kontekście metody testowania przeciwgrzybiczego produktów pochodzenia roślinnego są niezbędne zarówno do oceny ich skuteczności przeciwgrzybiczej, jak i do określenia optymalnych warunków ich stosowania. W szczególności produkty do kontroli biologicznej są na ogół mniej skuteczne niż fungicydy chemiczne, dlatego lepsze zrozumienie ich sposobu działania jest ważne dla zaproponowania odpowiednich preparatów, określenia sposobu stosowania na polach oraz określenia, który etap rozwoju patogenu jest podatny na kandydujący produkt biologiczny.
Obecne podejścia do działań przeciwbakteryjnych i przeciwgrzybiczych obejmują metody dyfuzji, takie jak dyfuzja krążka agarowego, rozcieńczanie, bioautografia i cytometria przepływowa13. Większość z tych technik, a dokładniej standardowe testy wrażliwości na leki przeciwgrzybicze - testy dyfuzji i rozcieńczania krążka agarowego - są dobrze przystosowane do oceny aktywności przeciwdrobnoustrojowej rozpuszczalnych związków na zarodnikach bakterii i grzybów w płynnych zawiesinach14. Jednakże, metody te generalnie nie są odpowiednie do badania związków stałych, takich jak suszony proszek roślinny, ani do ilościowego określania aktywności przeciwgrzybiczej podczas wzrostu grzybni, ponieważ wymagają one rozcieńczenia zarodników lub rozprzestrzeniania się zarodników na płytkach agarowych i/lub rozcieńczenia związków przeciwgrzybiczych13. W metodzie zatrutej pokarmem, płytki agarowe zawierające środek przeciwgrzybiczy zaszczepia się dyskiem o średnicy 5-7 mm pobranym z 7-dniowej kultury grzybów bez uwzględnienia dokładnej ilości grzybni wyjściowej. Po inkubacji aktywność przeciwgrzybicza jest określana jako procent zahamowania wzrostu promieniowego17,18,19. Dzięki takiemu podejściu możemy ocenić działanie przeciwgrzybicze na wzrost grzybni. Natomiast metodę rozcieńczania agaru przeprowadza się w celu określenia aktywności przeciwgrzybiczej na zarodnikach bezpośrednio zaszczepionych na powierzchni płytki agarowej zawierającej związki przeciwgrzybicze13,20,21. Te dwa podejścia dają uzupełniające się wyniki dotyczące aktywności przeciwgrzybiczej. Są to jednak dwie niezależne techniki stosowane równolegle, które nie zapewniają dokładnego porównania względnej skuteczności związków przeciwgrzybiczych na zarodniki i grzybnię17,20,22, ponieważ ilość wyjściowego materiału grzybowego różni się w obu podejściach. Co więcej, aktywność przeciwgrzybicza produktu pochodzenia roślinnego często wynika z połączenia cząsteczek przeciwgrzybiczych syntetyzowanych przez rośliny w celu stawienia czoła patogenom. Cząsteczki te obejmują białka, peptydy23,24 oraz metabolity o dużej różnorodności chemicznej i należące do różnych klas cząsteczek, takich jak polifenole, terpeny, alkaloidy25, glukozynolany8 oraz związki siarkoorganiczne26. Niektóre z tych cząsteczek są lotne lub stają się lotne podczas ataku patogenu27. Czynniki te są najczęściej słabo rozpuszczalnymi w wodzie i wysokoprężnymi związkami parowymi, które muszą być odzyskiwane poprzez destylację wody jako olejki eteryczne, których niektóre z działań przeciwdrobnoustrojowych zostały dobrze poznane28. Opracowano testy wrażliwości za pośrednictwem fazy gazowej w celu pomiaru aktywności przeciwdrobnoustrojowej związków lotnych po parowaniu i migracji przez fazę parową29. Metody te opierają się na wprowadzaniu związków przeciwgrzybiczych w pewnej odległości od kultury drobnoustrojów29,30,31,32,33. W powszechnie stosowanym teście agarowym w fazie gazowej olejki eteryczne są osadzane na papierowym krążku i umieszczane na środku pokrywy szalki Petriego w pewnej odległości od zawiesiny zarodników bakterii lub grzybów, która jest rozprowadzana na podłożu agarowym. Średnicę strefy zahamowania wzrostu mierzy się następnie w taki sam sposób, jak w przypadku metody dyfuzji krążka agarowego20,24. Inne podejścia zostały opracowane w celu zapewnienia ilościowego pomiaru wrażliwości przeciwgrzybiczej olejków eterycznych w fazie gazowej, pochodzących z metody rozcieńczania bulionu, na podstawie której obliczono aktywność przeciwdrobnoustrojową za pośrednictwem hamującej fazy gazowej32, lub pochodzące z testów dyfuzji krążka agarowego31. Metody te są na ogół specyficzne dla badań aktywności w fazie gazowej i nie są odpowiednie dla testów inhibicji kontaktowej. Wyklucza to określenie względnego udziału czynników lotnych i nielotnych w działaniu przeciwgrzybiczym złożonej mieszaniny bioaktywnej.
Metoda ilościowa, którą opracowaliśmy, ma na celu zmierzenie przeciwgrzybiczego wpływu proszku z suszonych roślin na kontrolowane ilości zarodników i wyrośniętej grzybni zdeponowanej na powierzchni podłoża agarowego w celu odtworzenia wzrostu fitopatogenów podczas infekcji roślin15 jak również połączonej sieci grzybni16. Podejście to jest zmodyfikowanym zestawem doświadczalnym opartym na metodach rozcieńczania agaru i metod zatrucia pokarmowego, który pozwala również, w tym samym układzie doświadczalnym, na równoległe określenie ilościowe udziału zarówno lotnych, jak i nielotnych metabolitów przeciwgrzybiczych. W tym badaniu metoda została porównana z aktywnością trzech dobrze scharakteryzowanych preparatów przeciwgrzybiczych.