В настоящее время антимикробные наноматериалы привлекают все больше внимания в научном сообществе, поскольку они могут устранить ограничения, с которыми сталкиваются другие антимикробные агенты и традиционные пестициды. Наночастицы, как правило, не превышают 100 нм в размере, и их меньший размер вместе с более высоким отношением поверхности к объему определяют их как эффективные биоцидные агенты, поскольку оба этих комбинированных эффекта облегчают тесное взаимодействие с микробной мембраной патогена.
эксклюзив 🔹
Устойчивый рост сельскохозяйственного производства необходим из-за прогнозируемого удвоения мирового спроса на урожай с 2005 по 2050 год. Однако быстрое распространение фитопатогенов угрожает устойчивости продовольственного снабжения. Растениеводство в значительной степени зависит от синтетических агрохимикатов для борьбы с болезнями растений, но этот подход может привести к устойчивости у патогенов при чрезмерном использовании фунгицидов и нуждается в корректировки при помощи принятия комплексной интегрированной системы защиты растений с включением биопродуктов.
В последнее время было проведено много исследований по зеленому синтезу различных антимикробных наночастиц. Медь, высокоэффективный металл, используемый в сельском хозяйстве для борьбы с патогенными атаками, стала объектом нового исследования.
Мангифера или манго индийское, Mangifera indica, известное дерево, принадлежащее к семейству Anacardiaceae, используемое в традиционной медицине, особенно при проблемах с кожей, кашле, диарее, малярии, дизентерийной желтухе благодаря антимикробным свойствам.
Международная группа исследователей из Китая, Пакистана, Индии, Саудовской Аравии, Австралии и Узбекистана предложила использовать листья растения в качестве восстанавливающего и колпачкового агента для формирования наночастиц оксида меди, CuO.NP, с важными фитохимическими веществами и добилась успеха.
Ученые успешно синтезировали зеленые наночастицы оксида меди (CuO.NP) из экстракта листьев Mangifera indica (M. indica). CuO.NP продемонстрировали мощную активность против грамположительных и отрицательных бактерий, а также фунгицидное действие на патогены плодов хурмы. Это достижение имеет большое значение для сельского хозяйства, предлагая биосовместимый и экологически чистый метод борьбы с фитопатогенными заболеваниями. Будущие применения этой технологии могут произвести революцию в управлении болезнями сельскохозяйственных культур, потенциально повышая производительность и устойчивость сельского хозяйства.
Исследование, опубликованное в журнале Fruit Research, описывает работу, направленную на синтез экологически чистых и экономически жизнеспособных CuO.NP на основе M. indica для разработки устойчивых, биосовместимых решений для борьбы с фитопатогенами.
Во-первых, экстракт листьев M. indica был использован для синтеза наночастиц оксида меди (CuO.NPs), и синтез был подтвержден изменением цвета с желтого на медно-красноватый. Затем спектральная и морфологическая характеристика биосинтезированных веществ наблюдалась с помощью анализов FTIR, XRD и TEM.
«Здоровые листья Mangifera indica были собраны в провинции Пенджаб, Пакистан, и идентифицированы в хорошо известном центре гербариев растений таксономического лабораторного отдела в Университете Каид-и-Азам (QAU) Исламабад, Пакистан. Свежие листья растений были тщательно промыты деионизированной водой и высушены при температуре окружающей среды (1-2 недели). После того, как растительные материалы полностью высохли на воздухе, экстракты были измельчены блендером до состояния мелкого порошка. После этого 30 г растительного порошка были добавлены в 300 мл дистиллированной воды и кипятились в течение получаса при 74 °C. Затем материал был перемещен в инкубатор-шейкер в течение 2-3 часов при 50 об/мин при 40 °C. Полученную смесь затем отфильтровали через фильтровальную бумагу Whattman № 1. Отфильтрованный экстракт хранился при 4 °C для дальнейшего процесса синтеза Copper oxide nanoparticles — CuO NPs.
Формулировка зеленых CuO NPs. была опосредована методом соосаждения с применением экстракта листьев Mangifera indica . Для зеленого синтеза CuO.NPs, 40 мл раствора пентагидрата сульфата меди (II) (CuSo 4 ·5H 2 O) (1 M) были приготовлены путем добавления 10 мл водного растительного экстракта и перемешивания на горячей плите при 80 °C в течение 4 часов при 200 об/мин. Коричневатые CuO.NPs в форме осадка были собраны с помощью центрифугирования со скоростью 12 000 об/мин в течение 10 минут. Полученный осадок был трижды промыт деионизированной водой и высушен в сушильном шкафу в течение 4 часов при 60 °C. Наконец, коричневые NP были собраны и сохранены при комнатной температуре для дальнейшего использования», поясняют авторы работы.
Анализ FT-IR подтвердил наличие функциональных групп, таких как CN и OH, в зеленых синтезированных CuO.NPs, которые обладают потенциалом для эффективного подавления патогенного роста. XRD был проведен для демонстрации кристаллической природы и размера наночастиц с использованием формулы Шеррера. Анализ TEM показал, что CuO.NPs демонстрируют сферическую морфологию и эффективно диспергируются без агрегации, с размерами в диапазоне 40−80 нм.
Далее, антибактериальная активность CuO.NPs оценивалась при различных дозах (30, 60 и 100 мкг на мл) как in vitro, так и in vivo. CuO.NPs проявили значительную антибактериальную активность против Escherichia coli (E. coli) и Staphylococcus aureus (S. aureus), причем более высокие дозы показали более обширные зоны ингибирования. Противогрибная активность in vivo была протестирована против Rhizophus oryzae (R. oryzae) на Diospyros kaki (плоды хурмы), где CuO.NPs значительно снизили заболеваемость.
Кроме того, наночастицы также продемонстрировали сильную антиоксидантную активность, сравнимую с аскорбиновой кислотой. Эти результаты свидетельствуют о том, что зеленые синтезированные CuO.NPs имеют значительный потенциал для использования в качестве экологически чистых, экономически эффективных антимикробных агентов в сельском хозяйстве.
«Эта работа открывает новые возможности для дополнительных исследований металлических наночастиц в таких жизненно важных областях, как фитопатология и сельское хозяйство. Использование этого экологически чистого метода биогенных наночастиц может помочь снизить грибную инфекцию плодовых и улучшить социально-экономическое положение фермеров», заключают авторы.
Дальнейшие исследования должны быть направлены на оптимизацию синтеза, расширение сфер применения и масштабирование производства для повышения устойчивой защиты растений.
По статье группы авторов (Ифтихар Хуссейн Шах, Ирфан Али Сабир, Мухаммад Ашраф, Асад Рехман, Зишан Ахмад, Мухаммад Азам, Гулам Аббас Ашраф, Харун ур Рашид, Гохуэй Ли, Джериди Муна, Мохаммад Файзан, Мухаммад Ахсан Альтаф, Авайс Шакур, Чэн Сон, Мухаммад Амир Манзур), опубликованной в журнале Fruit Research.
Фото: Fruit Research (2024). DOI: 10.48130/frures-0024-0015.