Применение наноконъюгата никеля с хитозаном в качестве противогрибкового средства для борьбы с фузариозной гнилью пшеницы

Jun 11, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14518 (2022) Цитировать эту статью

1827 г. Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Агроисследователи постоянно пытаются получить потенциальную биомолекулу, обладающую противогрибковыми свойствами, чтобы заменить применение синтетических фунгицидов на сельскохозяйственных полях. Заболевание гнилью, часто вызываемое Fusarium solani, ежегодно наносит серьезный ущерб посевам пшеницы. Хитозан и его металлические нанопроизводные обладают противогрибковым действием широкого спектра действия. Наше междисциплинарное исследование посвящено применению наноконъюгата никеля и хитозана (NiCNC) против фузариозной гнили пшеницы в сравнении с наночастицами хитозана (CNP) и коммерческим фунгицидом Манкоцеб. CNP и NiCNC были охарактеризованы на основе УФ-Вид спектрофотометрии, HR-TEM, FESEM, EDXS и FT-IR. И CNP, и NiCNC оказались эффективными против роста грибов, из которых NiCNC в концентрации 0,04 мг/мл продемонстрировал полное уничтожение F. solani, выращенного в подходящей среде. Ультраструктурный анализ конидий F. solani, обработанных NiCNC, выявил выраженные повреждения и нарушение поверхности мембран. Флуоресцентно-микроскопическое исследование выявило возникновение окислительного стресса в грибковой системе при воздействии NiCNC. Кроме того, NiCNC показал снижение заболеваемости гнилями на 83,33% проростков пшеницы, что было дополнительно подтверждено наблюдением анатомических срезов стебля. Применение NiCNC помогает саженцу преодолеть неблагоприятное воздействие возбудителя, что оценивалось по показателям стресса.

На протяжении многих лет перед учеными-агрономами стояла серьезная задача борьбы с грибковыми заболеваниями, которые уничтожают большое количество экономически важных продовольственных культур. Грибковые патогены нанесли серьезный ущерб мировому сельскохозяйственному производству1,2,3,4. Одним из таких вредных патогенов является Fusarium spp. который вызывает инфекцию у широкого спектра видов растений. В основном он вызывает такие заболевания, как увядание, фитофтороз, прикорневая и корневая гнили5,6. Прикорневая и прикорневая гниль пшеницы (Triticum aestivum L.), возникающая у основания корня и стебля, является одним из наиболее распространенных грибковых заболеваний, вызывающих огромные потери урожая в основных регионах выращивания пшеницы в Европе, Азии, Северной Америке и Австралии7,8. 9,10. Некоторые виды Fusarium рассматриваются как фитопатогенные грибы против мелкозернистых злаков, таких как пшеница, ячмень, овес и др.11. По данным отчетов, опубликованных в 202012 году, существует почти девять различных видов Fusarium, вызывающих гниль пшеницы. Вид Fusarium solani является одним из наиболее распространенных грибов, вызывающих гниль, на основных экономически важных культурах, таких как пшеница13,14. Сообщается, что прикорневая и корневая гнили пшеницы преимущественно вызываются Fusarium solani и Fusarium oxysporum15,16. Эпидемии фузариозной гнили ежегодно приводят к серьезным потерям урожая из-за значительного снижения производства зерна и снижения качества17. Болезнь гнили поражает базальную часть растения и блокирует поступление воды и питательных веществ к листве. При заражении некоторые виды Fusarium производят опасные для здоровья вторичные метаболиты, называемые микотоксинами, которые накапливаются в растениях и потребление которых может быть смертельным для организма человека18. Вид Fusarium solani является крупнейшим производителем токсина Т-2 (Т = трихотецен), который является предшественником неозоланиола, нейротоксичного соединения19. Таким образом, борьба с фузариозной гнилью основных экономически важных культур имеет решающее значение для минимизации потерь урожая.

В последние годы ученые создали универсальные биомолекулы, такие как наночастицы (НЧ) или наноконъюгаты (НК), и использовали их для борьбы с грибковыми инфекциями20. Некоторые исследователи использовали хитозан для синтеза НЧ или НК из-за его биосовместимости, большей проницаемости в биологические мембраны, экономичности, низкой токсичности и экологичности21,22. Ученые уже пришли к выводу, что хитозан является противогрибковым средством благодаря его поликатионной природе, которая может связываться с различными отрицательно заряженными клеточными компонентами грибковых патогенов23,24,25. Превращение хитозана в наночастицы хитозана (CNP) приводит к увеличению его активности как фунгицидного компонента за счет увеличения площади поверхности и большей эффективности инкапсуляции26. Помимо CNP, ученые предприняли попытки синтеза металлических конъюгатов нанохитозана с помощью универсальных методов, таких как метод ионотропного гелеобразования, эмульсионное сшивание и т. д.27,28. Однако сообщений об использовании металлического нанохитозана в качестве многообещающего противогрибкового средства очень мало. По сравнению с хитозаном и CNP, металлические НЧ, конъюгированные с хитозаном, проявляют большую биологическую активность из-за его измененных структурных и функциональных свойств, таких как увеличенный размер и площадь поверхности, наличие большего количества катионных групп, активных функциональных групп и большей конденсационной способности28.