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Antibiotics | 绿色合成氧化铜纳米颗粒对灰霉病的抑制作用

Antibiotics | 绿色合成氧化铜纳米颗粒对灰霉病的抑制作用
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该研究通过绿色化学方法合成氧化铜纳米颗粒(CuONPs),并评估其对植物病原真菌灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)的抗真菌活性。结果显示,其中一种CuONPs制剂(Tg2)在160 µg/mL浓度下可完全抑制真菌生长,且效果优于商用杀菌剂NORDOX® 75W。这种可持续的抗真菌策略为农业中病害管理提供了新的高效、环保选择。

 

文献概述
本文《Green Synthesized Copper-Oxide Nanoparticles Exhibit Antifungal Activity Against Botrytis cinerea, the Causal Agent of the Gray Mold Disease》发表于《Antibiotics》杂志,回顾并总结了绿色合成氧化铜纳米颗粒(CuONPs)在控制灰霉病中的应用。研究重点在于通过使用两种木霉属(Trichoderma)菌株的上清液合成CuONPs,并评估其在不同浓度下对灰葡萄孢菌的抑制作用。研究还比较了不同制剂的抗真菌效果,其中Tg2表现最优,且在细胞毒性实验中也表现可控性。

背景知识
灰霉病是由灰葡萄孢菌(Botrytis cinerea)引起的植物病害,影响全球多种重要经济作物,造成巨大农业损失。传统防治手段依赖于化学杀菌剂,如波尔多液,但长期使用导致真菌耐药性增强及环境污染问题。近年来,金属纳米颗粒(如银、锌、铜)在农业抗真菌研究中受到关注,因其高效抑菌作用及较低环境残留。木霉属真菌因其分泌多种抗真菌代谢产物和酶类,被广泛用于绿色纳米颗粒合成。本研究采用木霉上清液作为还原剂和稳定剂,通过调节pH和培养条件,成功合成具有高效抗真菌能力的CuONPs。该方法避免了传统化学合成中产生的有毒废物,具有可持续性优势。研究进一步评估了不同CuONPs制剂的物理特性、抗真菌活性以及细胞毒性,为农业抗病害策略提供了新的候选材料。

 

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研究方法与实验
研究人员采用两种木霉菌株(Trichoderma asperellum 和 Trichoderma ghanense)的上清液,在不同培养条件下合成四种CuONPs制剂(Ta1、Ta2、Tg1、Tg2)。纳米颗粒的特征通过UV-Vis光谱、动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)进行分析。研究评估了各制剂在不同浓度下对灰葡萄孢菌CDBBH1556和田间分离株H13的抑制作用。此外,还测定了CuONPs对哺乳动物细胞系的细胞毒性,以及其诱导ROS和NO生成的能力,以评估生物相容性。

关键结论与观点

  • 所有四种CuONPs制剂均显示出对灰葡萄孢菌的抑制作用,其中Tg2在160 µg/mL时达到100%抑制,且在170 µg/mL时仍保持最大活性。
  • Tg2制剂的纳米颗粒尺寸为1-2.7 nm,且形态接近球形,这可能有助于其更高的抗真菌活性。
  • 与商用杀菌剂NORDOX® 75W相比,CuONPs在相同浓度下表现出更强的抑制作用,后者对真菌菌丝生长无明显影响。
  • 木霉上清液本身也具有一定的抗真菌活性,但CuONPs的活性显著增强,表明纳米颗粒在增强抗真菌效应方面具有关键作用。
  • 所有CuONPs制剂均诱导ROS和NO生成,其中Tg2在较低浓度(7.5 µg/mL)即可显著增加ROS水平,表明其可能通过氧化应激机制发挥抗真菌作用。
  • 在细胞毒性实验中,Tg2表现出较强的细胞毒性,尤其在肾细胞(MDCK)和巨噬细胞(RAW 264.7)中,但其IC50值仍表明在一定浓度范围内具备生物相容性。

研究意义与展望
该研究展示了绿色合成纳米颗粒在农业抗真菌应用中的潜力,特别是在减少传统杀菌剂的环境负担和提高病害管理效率方面。未来研究可进一步优化CuONPs的生物相容性,同时评估其在田间条件下的稳定性与抗病效果,以推动实际应用。此外,结合木霉菌株的天然抗真菌代谢产物和纳米颗粒的双重作用,可能发展出更高效的生物杀菌剂。

 

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结语
本研究成功利用木霉菌株上清液绿色合成氧化铜纳米颗粒,并评估其对灰葡萄孢菌的抗真菌活性。研究发现,Tg2制剂在160 µg/mL时完全抑制真菌生长,且效果优于商用杀菌剂NORDOX® 75W。该方法不仅减少了化学合成的污染,还提供了新的可持续农业病害管理工具。尽管CuONPs在部分细胞系中表现出一定的细胞毒性,但其在抗真菌应用中的潜力巨大。未来可进一步研究其在植物和环境中的长期影响,以促进实际农业应用。此外,该研究为开发基于天然产物与纳米技术的联合抗病策略提供了理论基础,为抗真菌纳米材料研究开辟了新方向。

 

文献来源:
Erisneida Campos-Jiménez, Karla Juarez-Moreno, Domingo Martínez-Soto, Alejandro Cabello-Pasini, and Ernestina Castro-Longoria. Green Synthesized Copper-Oxide Nanoparticles Exhibit Antifungal Activity Against Botrytis cinerea, the Causal Agent of the Gray Mold Disease. Antibiotics.
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