ニッケルキトサンナノ複合体の小麦フザリウム腐病と闘うための抗真菌剤としての応用

Jun 11, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 14518 (2022) この記事を引用

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農業研究者は、農地への合成殺菌剤の使用に代わる目的で、抗真菌特性を持つ可能性のある生体分子を導き出そうと絶えず試みています。 Fusarium solani によって引き起こされることが多い腐敗病により、小麦作物は毎年深刻な被害を受けました。 キトサンとその金属ナノ誘導体は、広範囲の抗真菌特性を保持します。 私たちの学際的な研究では、キトサン ナノ粒子 (CNP) および市販の殺菌剤マンコゼブと比較して、小麦のフザリウム腐病に対するニッケル キトサン ナノ複合体 (NiCNC) の適用を扱っています。 CNP と NiCNC は、UV-Vis 分光光度法、HR-TEM、FESEM、EDXS、FT-IR に基づいて特性評価されました。 CNP と NiCNC はどちらも真菌の増殖に対して有効であることが判明し、そのうち 0.04 mg/mL の NiCNC は、適切な培地で増殖した F. solani を完全に停止させました。 NiCNC で処理した F. solani 分生子の超微細構造分析により、膜表面の顕著な損傷と破壊が明らかになりました。 蛍光顕微鏡研究により、NiCNC に曝露されると真菌系で酸化ストレスが発生することが明らかになりました。 さらに、NiCNC は小麦苗の腐敗病の発生率を 83.33% 減少させました。これは茎の解剖学的断面の観察によってさらに確認されました。 NiCNC の適用は、苗木が病原体の悪影響を克服するのに役立ちます。この悪影響は、ストレス指数属性を通じて評価されました。

農業科学者にとって、経済的に重要な食用作物を大規模に破壊する真菌性疾患を制御することは、長年にわたる大きな課題でした。 真菌性病原体は世界の農業生産に重大な損失を与えました1、2、3、4。 そのような有害な病原体の 1 つはフザリウム属菌です。 それは広範囲の植物種に感染を引き起こします。 主に、萎凋病、頭枯病、根腐れなどの病気を引き起こします5,6。 小麦の根腐れ病（Triticum aestivum L.）は、根茎の基部付近で発生し、ヨーロッパ、アジア、北アメリカ、オーストラリアの主要な小麦栽培地域で多大な作物損失を引き起こす最も一般的な真菌性疾患の 1 つです7,8。 9、10。 いくつかの種のフザリウムは、小麦、大麦、オート麦などの小粒穀物に対する植物病原性真菌と考えられています。 2020 年に発表された報告の時点で、小麦に腐敗病を引き起こすフザリウム属の菌種はほぼ 9 種類あります 12。フザリウム ソラニ種は、小麦のような経済的に重要な主要作物で最も蔓延している腐敗病菌の 1 つです 13,14。 小麦の足腐れおよび根腐れは、主に Fusarium solani および Fusarium oxysporum によって引き起こされると報告されています 15,16。 フザリウム腐病の流行により、穀物生産量の大幅な減少と品質障害により、毎年深刻な作物損失が発生しています17。 腐敗病は植物の根元部分を攻撃し、葉への水と栄養素の流れを妨げます。 感染すると、フザリウム属のいくつかの種は、マイコトキシンと呼ばれる健康を脅かす二次代謝産物を生成します。マイコトキシンは植物内に蓄積し、その摂取は人間のシステムにとって致命的になる可能性があります18。 Fusarium solani 種は、神経毒性化合物であるネオソラニオールの前駆体である T-2 毒素 (T = トリコテセン) の最大の生産者です 19。 したがって、経済的に重要な主要作物におけるフザリウム・ソラニ腐敗病の管理は、収量損失を最小限に抑えるために極めて重要です。

近年、科学者はナノ粒子（NP）やナノ複合体（NC）などの多用途生体分子を設計し、真菌感染症の制御に利用しています20。 キトサンの生体適合性、生体膜への高い透過性、費用効果、低毒性、環境に優しい性質により、何人かの研究者がキトサンを NP または NC の合成に使用しています 21,22。 科学者たちは、キトサンが真菌病原体のさまざまな負に荷電した細胞成分に結合できるポリカチオン性の性質により、抗真菌剤であるとすでに結論付けています 23、24、25。 キトサンがキトサンナノ粒子（CNP）に変換されると、その表面積の増加とカプセル化効率の向上により、殺菌成分としての活性が増加します26。 CNP の次に、科学者らは、イオンチャネルゲル化法、エマルション架橋などの多彩な技術を通じて、ナノキトサンの金属結合体の合成を試みてきました 27,28。 しかし、金属ナノキトサンを有望な抗真菌剤として使用したという報告はほとんどない。 キトサンおよび CNP と比較して、キトサンと結合した金属 NP は、サイズと表面積の増加、より多くのカチオン基の存在、活性な官能基、およびより大きな凝縮能力など、構造的および機能的特性の変化により、より多くの生物学的活性を示します 28。