Nano kẽm oxit (ZnONP) điều trị nấm mốc xanh, ức chế sự tạo ra độc tố nấm mốc Patulin
Hoạt động chống nấm của các hạt nano kẽm oxit (ZnO NP) và phương thức hoạt động của chúng chống lại hai loại nấm gây bệnh sau thu hoạch ( Botrytis cinerea và Penicillium expansum ) đã được khảo sát trong nghiên cứu này. Các NPN ZnO với kích thước 70 ± 15 nm và nồng độ 0, 3, 6 và 12 mmol l−1 đã được sử dụng. Mạ vi sinh truyền thống, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ Raman được sử dụng để nghiên cứu các hoạt động kháng nấm của các NP ZnO và đặc trưng cho những thay đổi về hình thái và thành phần tế bào của sợi nấm được xử lý bằng ZnO NP. Kết quả cho thấy rằng các NP ZnO ở nồng độ lớn hơn 3 mmol l−1 có thể ức chế đáng kể sự phát triển của B. cinerea và P. expansum . P. expansum nhạy cảm hơn với việc xử lý bằng ZnO NPs hơn B. cinerea. Hình ảnh SEM và phổ Raman cho thấy hai hoạt động kháng nấm khác nhau của các NP ZnO chống lại B. cinerea và P. expansum . Các NP của ZnO ức chế sự phát triển của B. cinerea bằng cách ảnh hưởng đến các chức năng tế bào, gây biến dạng sợi nấm. Trong khi đó, các NPN ZnO đã ngăn cản sự phát triển của tế bào đơn bào và bào tử bào tử của P. expansum, cuối cùng dẫn đến cái chết của sợi nấm. Những kết quả này cho thấy rằng ZnO NP có thể được sử dụng như một chất diệt nấm hiệu quả trong các ứng dụng nông nghiệp và an toàn thực phẩm.
(Bản quyền NanoCMM Technology)
1 . Giới thiệu
Sự phát triển của nấm bệnh là nguyên nhân chính gây ra thiệt hại kinh tế đáng kể trong quá trình xử lý trái cây sau thu hoạch ( Spadaro et al. 2004 ). Botrytis cinerea và Penicillium expansum có thể gây ra các bệnh nặng trên quả sau thu hoạch bao gồm nấm mốc xám và xanh ngay cả khi áp dụng các công nghệ sau thu hoạch tiên tiến nhất ( Spadaro và cộng sự 2004 ). B. cinerea được coi là một trong những bệnh quan trọng nhất của nho để bàn ( Latorre et al. 1994 ), trong khi P. expansum chủ yếu gây thối quả táo và lê được bảo quản ( Cabanas et al. 2009 ). Hơn nữa, P. expansum được coi là nhà sản xuất chính của độc tố nấm mốc, patulin, thường được tìm thấy trong táo thối rữa. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) giới hạn patulin ở mức 50 mg / l trong nước ép táo ( Moake et al. 2006 ).
Rất khó để kiểm soát sự phát triển của nấm vì nấm đã phát triển tính kháng với nhiều loại thuốc diệt nấm thông thường như benzimidazoles và dicarboximides ( Elad et al. 1992 ). Để vượt qua sự kháng thuốc này, điều quan trọng là phải khám phá các tác nhân chống nấm mới, có thể thay thế các chiến lược kiểm soát hiện tại. Trong những năm gần đây, vật liệu hạt nano (NP) ngày càng được chú ý do các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo khác biệt đáng kể so với các vật liệu thông thường của chúng ( Stoimenov et al. 2002 ). Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh các hoạt động kháng khuẩn của các vật liệu NP khác nhau, bao gồm bạc ( Kim và cộng sự, 2008a , Kim và cộng sự, 2008b , Kumar và cộng sự, 2008 ), đồng (Cioffi và cộng sự. 2005 ), titanium dioxide ( Kwak và cộng sự 2001 ), và oxit kẽm ( Liu và cộng sự 2009 ).
Các oxit kim loại nano có tính ion cao như hạt nano oxit kẽm (ZnO NP) đặc biệt ở chỗ chúng có thể được tạo ra với diện tích bề mặt cao và có cấu trúc tinh thể khác thường ( Klabunde và cộng sự 1996 ). So với các vật liệu hữu cơ, các vật liệu vô cơ như ZnO có độ bền vượt trội, tính chọn lọc cao hơn và khả năng chịu nhiệt ( Padmavathy và Vijayaraghavan 2008 ). Hơn nữa, kẽm là một nguyên tố khoáng chất cần thiết cho sức khỏe con người và ZnO là một dạng trong thực phẩm bổ sung kẽm hàng ngày. Các NP của ZnO cũng có khả năng tương thích sinh học tốt với tế bào người ( Padmavathy và Vijayaraghavan 2008 ). Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của bột ZnO số lượng lớn đã được chứng minh ( Yamamoto, 2001 , Sawai và Yoshikawa, 2004). Trong nông nghiệp, các hợp chất kẽm chủ yếu được sử dụng làm thuốc diệt nấm ( Waxman 1998 ). Liều gây chết 50% (LD 50 ) của độc tính qua đường miệng đối với ZnO là 240 mg / kg đối với chuột ( Nam 2002 ). Mối quan tâm gần đây nằm ở các hình thức NP của họ. Người ta tin rằng kích thước của ZnO càng nhỏ thì hoạt tính kháng khuẩn của nó càng mạnh ( Yamamoto 2001 ). Các nghiên cứu sơ bộ cho thấy rằng hoạt tính kháng khuẩn của các NP ZnO có thể liên quan đến sự hình thành các gốc tự do trên bề mặt của các NP và sự phá hủy các lipid trong màng tế bào vi khuẩn bởi các gốc tự do, do đó dẫn đến sự rò rỉ và phân hủy của vi khuẩn. màng tế bào ( Brayner và cộng sự, 2006 , Reddy và cộng sự, 2007). Tuy nhiên, theo hiểu biết của chúng tôi, ảnh hưởng và phương thức hoạt động của các NP ZnO đối với sự phát triển của các loại nấm như B. cinerea và P. expansum vẫn chưa được nghiên cứu.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát các hoạt động kháng nấm của các NP ZnO chống lại hai loại nấm gây bệnh thực vật quan trọng, B. cinerea và P. expansum . Phương thức hoạt động của các NP ZnO đối với sự phát triển của sợi nấm cũng được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và quang phổ Raman.
2 . Nguyên liệu và phương pháp
2.1 . Vật liệu hạt nano
Huyền phù ZnO NP với kích thước NP 70 ± 15 nm được mua từ Alfa Aesar (Ward Hill, MA, USA). Một phần (10 ml) huyền phù ZnO NP được lọc chân không qua màng lọc nhôm oxit với kích thước lỗ 20 nm và đường kính ngoài 25 mm (Anodisc; Whatman Inc., Clifton, NJ, USA), tạo ra dung dịch không có NP . Thành phần của dung dịch không chứa NP được phân tích thành nước và chất phân tán, và ảnh hưởng của nó đối với sự phát triển của vi khuẩn đã được kiểm tra. Sau đó, huyền phù ZnO NP ban đầu (12 mol l −1 ) và dung dịch không chứa NP sau đó được pha loãng với thạch dextrose khoai tây (PDA, chứa chiết xuất từ 200 g khoai tây luộc, 20 g glucose và 20 g thạch trong 1 l nước cất) để tạo một dãy môi trường có chứa ZnO NP với nồng độ 0, 3, 6 và 12 mmol l −1 và dung dịch không chứa NP.
2.2 . Thử nghiệm kháng nấm
Hai loại nấm gây bệnh, B. cinerea và P. expansum , được lấy từ bộ sưu tập nuôi cấy của phòng thí nghiệm Vi sinh vật thực phẩm tại Đại học Missouri, Columbia, MO. B. cinerea và P. expansum được nuôi cấy trên PDA ở 25 ° C trong bóng tối. Các xét nghiệm kháng nấm được thực hiện bằng phương pháp pha loãng thạch ( Fraternale và cộng sự 2003 ) với một số sửa đổi. Môi trường PDA đã được hấp tiệt trùng với ZnO NP ở nồng độ 0, 3, 6 và 12 mmol l −1 và dung dịch không chứa NP được đổ vào đĩa Petri ( đường kính 9 cm). Nấm được cấy sau khi môi trường PDA đông đặc. Một đĩa (1,4 cm) nguyên liệu sợi được lấy từ rìa của các mẫu cấy nấm 7 ngày tuổi được đặt ở giữa mỗi đĩa Petri. Đĩa Petri với chất cấy sau đó được ủ ở 25 ° C. Hiệu quả của việc xử lý ZnO NP được đánh giá ở các khoảng thời gian 2, 4, 6, 9 và 12 ngày bằng cách đo đường kính của các khuẩn lạc nấm. Tất cả các thử nghiệm được thực hiện trong ba lần và các giá trị được biểu thị bằng cm.
2.3 . Kiểm tra hình thái của sợi nấm
SEM được sử dụng để kiểm tra những thay đổi hình thái của sợi nấm B. cinerea và P. expansum trước và sau khi xử lý bằng ZnO NPs. Các mảnh nguyên liệu sợi nấm cắt ra từ các mẫu cấy 7 ngày tuổi được cấy vào PDA chứa 12 mmol l -1 ZnO NP và đối chứng (PDA không chứa ZnO NP), sau đó ủ trong 12 ngày. Sau đó, các mảnh nguyên liệu sợi được cắt ra từ rìa của môi trường nuôi cấy nấm, và trực tiếp được phân tích SEM trong chế độ môi trường. Ảnh SEM được chụp bởi FEI Quanta 600F Environmental SEM (Công ty FEI, Hillsboro, OR, USA) ở điện áp 7 hoặc 10 kV và áp suất từ 525 đến 619 Pa.
2.4 . Thiết bị đo đạc và phân tích dữ liệu Raman
Hệ thống quang phổ kế Renishaw RM1000 Raman (Gloucestershire, Vương quốc Anh) được trang bị kính hiển vi Leica DMLB (Wetzlar, Đức) và nguồn laser diode hồng ngoại gần 785 nm (tối đa 300 mW) đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Tín hiệu tán xạ Raman được phát hiện bằng máy dò mảng CCD 578 × 385 pixel. Phổ Raman thu được từ các vật liệu sợi nấm được phân lập từ môi trường nuôi cấy B. cinerea và P. expansum có hoặc không tiếp xúc với NPN ZnO 12 mmol l -1 sau khi ủ 12 ngày. Một vật kính 50 × được sử dụng với phạm vi phát hiện Raman từ 600 đến 1800 cm -1 ở chế độ mở rộng. Phép đo được tiến hành với thời gian phơi sáng 10 s và ∼10 công suất laser mW.
Phân tích dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm Delight phiên bản 3.2.1 (D-Squared Development Inc., LaGrande, OR, USA). Các thuật toán tiền xử lý như làm mịn và trừ đa thức đã được sử dụng để loại bỏ tiếng ồn của thiết bị và loại bỏ các hiệu số cơ sở. Phân tích thành phần chính (PCA) được sử dụng để phân tích dữ liệu quang phổ. PCA là một phương pháp phân tích đa biến được sử dụng để trích xuất các mẫu hoặc thiết lập các mối quan hệ trong bộ dữ liệu ( Goodacre et al. 1998 ).
3. Kết quả
3.1 . Tác dụng chống nấm của các NP ZnO
Các huyền phù ZnO NP được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ( Hình 1 ). Hình dạng của các NP ZnO chủ yếu có cấu trúc giống hình que. Kích thước phù hợp với mô tả sản phẩm, có chiều dài 70 ± 15 nm. Dung dịch không chứa ZnO NP thu được bằng cách lọc và thành phần của nó bao gồm nước và chất phân tán ( Liu et al. 2009 ). Dung dịch không chứa ZnO NP không ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm và quan sát thấy sự hình thành khuẩn lạc bình thường (dữ liệu không được hiển thị). Hình 2 , Hình 3 cho thấy ảnh hưởng của các NP ZnO đối với sự phát triển của B. cinerea và P. expansum được nuôi cấy trên PDA có chứa các nồng độ khác nhau của ZnO NP (0, 3, 6, 12 mmol l −1 ) và ủ ở 25 ° C trong 12 ngày. Nói chung, việc sử dụng hỗn dịch ZnO NP có hiệu quả trong việc ức chế sự phát triển của nấm đối với cả B. cinerea và P. expansum . Sự phát triển trung bình của B. cinerea bị ức chế từ 63% đến 80% về đường kính phát triển của khuẩn lạc sau 12 ngày ủ bệnh khi nồng độ của các NP ZnO tăng từ 3 đến 12 mmol l −1 ( Hình 2 ). Đối với P. expansum , tỷ lệ giảm sự phát triển của nấm thay đổi từ 61% đến 91% khi nồng độ của các NP ZnO tăng từ 3 đến 12 mmol l −1 với sự ức chế gần như hoàn toàn ở 6 mmol l−1 ( Hình 3 ). Sự khác biệt đáng kể được tìm thấy đối với các nồng độ khác nhau của xử lý ZnO NP ( P < 0,05). Những kết quả này chỉ ra rằng các NP ZnO ở nồng độ lớn hơn 3 mmol l −1 có thể ức chế đáng kể sự phát triển của B. cinerea và P. expansum ; và các nano kẽm oxit có hiệu quả chống lại P. expansum hơn B. cinerea .
Hình 1 . Hình ảnh TEM của huyền phù hạt nano kẽm oxit (ZnO NP)
Hình 2 . Hoạt động chống nấm của các nano kẽm oxit NP ZnO chống lại Botrytis cinerea trên PDA khi có các nồng độ khác nhau của các NP ZnO. Dữ liệu được hiển thị với các giá trị trung bình và sai số tiêu chuẩn của số lượng vi khuẩn . Mỗi điểm đại diện cho giá trị trung bình của phép đo ba lần.
Hình 3 . Hoạt động kháng nấm của các nano kẽm oxit NP ZnO chống lại Penicillium expansum trên PDA khi có các nồng độ khác nhau của các NP ZnO. Dữ liệu được hiển thị với các giá trị trung bình và sai số tiêu chuẩn của số lượng vi khuẩn . Mỗi điểm đại diện cho giá trị trung bình của phép đo ba lần.
3.2 . Phân tích hình thái của sự phát triển của nấm
Để nghiên cứu cơ chế mà các NP ZnO ảnh hưởng đến sự phát triển của B. cinerea và P. expansum , phân tích SEM đã được sử dụng để kiểm tra sự thay đổi cấu trúc của các mẫu nấm sau khi xử lý ZnO NP. Môi trường PDA có chứa 12 mmol l -1 ZnO NP được chuẩn bị, và các mẫu nấm sau đó được cấy vào đĩa PDA và ủ ở 25 ° C trong 12 ngày. Hình 4 A và B cho thấy hình ảnh của sợi nấm thu được từ rìa của môi trường nuôi cấy B. cinerea trong đối chứng (mẫu chưa xử lý), cho thấy sợi nấm có cấu trúc “lưới” điển hình và bề mặt nhẵn. Sau khi điều trị với 12 mmol l −1Các NPN ZnO, sợi nấm mất đi độ nhẵn và hình thành các chỗ phồng bất thường trên bề mặt sợi nấm ( Hình 4 C và D), cho thấy rằng các nano kẽm oxit đã ức chế sự phát triển của B. cinerea bằng cách làm biến dạng cấu trúc của sợi nấm. Các quan sát SEM về sợi nấm bên ngoài từ các khuẩn lạc P. expansum cho thấy các bào tử phân nhánh có cấu trúc dạng chuỗi và tròn ( Hình 5 A và B ). Sau khi xử lý với 12 mmol l -1 ZnO NP trong 12 ngày, sự nảy mầm của bào tử P. expansum bị ức chế hoàn toàn và sự phát triển bào tử của P. expansum bị ngăn chặn ( Hình 5C và D). Những kết quả này cho thấy rằng các NP của ZnO đã làm biến dạng và làm hỏng bào tử của P. expansum . Do đó, sự phát triển của nấm bị ức chế rất nhiều.
Hình 4 . Ảnh SEM của Botrytis cinerea không có (A và B) hoặc có (C và D) xử lý huyền phù ZnO NP.
Hình 5 . Ảnh SEM của Penicillium expansum không có (A và B) hoặc có (C và D) xử lý huyền phù nano kẽm oxit ZnO NP.
3.3 . Nghiên cứu phương thức hoạt động của các NP ZnO bằng quang phổ Raman
Quang phổ Raman được sử dụng để nghiên cứu thêm phương thức hoạt động của các nano kẽm oxit và cơ chế chống nấm của chúng. B. cinerea và P. expansum được ủ trên PDA có hoặc không có NPN ZnO ở 25 ° C trong 12 ngày. Sau đó, các khuẩn lạc nấm được kiểm tra bằng quang phổ Raman. Quang phổ của B. cinerea và P. expansum thể hiện các dải hấp thụ đặc biệt trong khoảng từ 600 đến 1800 cm -1 , tiết lộ thông tin dao động về carbohydrate, protein, lipid và axit nucleic. Các đỉnh Raman chính thu được từ sợi nấm và chỉ định dải của chúng được thể hiện trong Bảng 1 ( Schuster và cộng sự, 2000 , Maquelin và cộng sự, 2002, Chan và cộng sự, 2007 ). Hình 6 cho thấy phổ trung bình của B. cinerea được nuôi cấy trên PDA có hoặc không có các NP 12 mol l −1 ZnO. Ví dụ, các dải khoảng 743, 772, 938 và 1082 cm −1 được gán cho các axit nucleic; các dải khoảng 848, 868, 895, 965 và 1048 cm −1 được gán cho cacbohydrat; các dải khoảng 1005, 1254 và 1668 cm −1 được gán cho protein; và các dải xung quanh 1416 và 1460 cm −1được chỉ định cho lipid. Quan sát thấy rằng cường độ của axit nucleic và các dải carbohydrate tăng lên đáng kể trong sợi nấm được xử lý bằng ZnO NPs; trong khi không quan sát thấy sự thay đổi rõ ràng của tín hiệu Raman của protein và lipid. Hình 7 cho thấy phổ trung bình của P. expansum phát triển trên PDA có hoặc không có NPN ZnO 12 mmol l −1 . Ví dụ, một dải khoảng 1198 cm −1 được gán cho cacbohydrat; các dải khoảng 1368 và 1454 cm −1 được gán cho lipid; và một dải khoảng năm 1603 được gán cho các protein. Không có đỉnh Raman rõ ràng nào được quan sát thấy từ sợi nấm của P. expansumsau khi xử lý ZnO. PCA được thực hiện trên phổ Raman của B. cinerea và P. expansum được ủ trên PDA có hoặc không có NPN ZnO 12 mmol l −1 . Biểu đồ PCA hai chiều (2D) với hai điểm PC đầu tiên được thể hiện trong Hình 8 . Sự phân tách rõ ràng đã được quan sát thấy trong cụm dữ liệu của đối chứng B. cinerea (B_C), B. cinerea được xử lý bằng NPN ZnO (B_Z), đối chứng P. expansum (P_C) và P. expansum được xử lý bằng NP ZnO (P_Z).
Bảng 1 . Sự phân chia dải của các đỉnh Raman trong khoảng 600–1800 cm -1 ( Schuster và cộng sự, 2000 , Maquelin và cộng sự, 2002 , Chan và cộng sự, 2007 ).
Hình 6 . Phổ Raman của Botrytis cinerea có (A) hoặc không có (B) khi xử lý huyền phù nano kẽm oxit ZnO NP. Các phép đo được thực hiện từ 600 đến 1800 cm -1 dưới 10 giây và công suất laser ∼10 mW.
Hình 7 . Phổ Raman của Penicillium mở rộng với (A) hoặc không có (B) khi xử lý huyền phù nano kẽm oxit ZnO NP. Các phép đo được thực hiện từ 600 đến 1800 cm -1 dưới 10 giây và công suất laser ∼10 mW.
Hình 8 . Đồ thị PCA dựa trên phổ Raman của các mẫu nấm: Botrytis cinerea với xử lý huyền phù nano kẽm oxit ZnO NP (B_Z) và đối chứng (B_C); Penicillium mở rộng với việc xử lý huyền phù ZnO NP (P_Z) và đối chứng (P_C).
4. Thảo luận
Các nano kẽm oxit thường tồn tại ở dạng kết tụ trong quá trình sản xuất nó ( Zhang và cộng sự 2007 ). Hai phương pháp, siêu âm và bổ sung chất phân tán, thường được sử dụng để phá vỡ các kết tụ NP. Các chất phân tán thường được sử dụng bao gồm polyvinylpyrolidone, polyethylene glycol, và các hóa chất khác ( Brayner et al. 2006 ). Hình 1 cho thấy các nano kẽm oxit được sử dụng trong nghiên cứu này ( Liu et al. 2009 ). Thông tin về chất phân tán được sử dụng trong chế phẩm NP thương mại độc quyền này không có sẵn từ nhà sản xuất. Các NP của ZnO được phân tán đồng đều trong PDA, điều này đã được chứng minh bằng các kết quả ức chế nhất quán thu được trong nghiên cứu này.
Hoạt động kháng nấm đáng kể đối với B. cinerea và P. expansum được tìm thấy khi sử dụng các NP ZnO thấp tới 3 mmol l −1 . Khi nồng độ của các nano kẽm oxit NP ZnO tăng từ 3 đến 12 mmol l −1 , hiệu quả của việc xử lý ZnO NP được nâng cao. So với B. cinerea , P. expansum nhạy cảm hơn với việc xử lý nano kẽm oxit ZnO NP. Tuy nhiên, các tác dụng kháng nấm khác nhau có thể do hình thái phát triển khác nhau của hai loại nấm này. P. expansum có xu hướng phát triển dày đặc hơn trên bề mặt đĩa thạch so với B. cinerea, do đó nó tiếp xúc nhiều hơn với các NP ZnO so với B. cinerea. Một lý do có thể khác cho sự khác biệt có thể là khả năng chống chịu bẩm sinh của mỗi loại nấm đối với các NP ZnO. Sawai và Yoshikawa (2004) đã báo cáo nồng độ ức chế tối thiểu của bột ZnO dạng khối đối với Saccharomyces cerevisiae , Candida albicans , Aspergillus niger, và Rhizopus stolonifer là trên 100 mg ml −1 (∼1,2 mol l −1 ) bằng thử nghiệm đo độ dẫn gián tiếp ( Sawai và Yoshikawa 2004 ). Các NPN ZnO trong nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự tăng cường đáng kể trong hoạt động kháng khuẩn do các đặc tính độc đáo của chúng như diện tích bề mặt lớn. Tuy nhiên, Kasemets et al. (2009)nhận thấy nano và khối lượng lớn ZnO có độc tính tương đương đối với S. cerevisiae .
SEM đã được sử dụng thành công để đánh giá sự thay đổi hình thái của tế bào vi sinh vật do ZnO NP gây ra ( Brayner và cộng sự, 2006 , Zhang và cộng sự, 2007 ) và sợi nấm được xử lý bằng các hóa chất khác ( Sharma và Sharma, 2008 , Yen và cộng sự, 2008 ). Một số nghiên cứu đề xuất rằng ZnO NPs có thể gây ra những thay đổi cấu trúc của màng tế bào vi sinh vật, gây rò rỉ tế bào chất và cuối cùng là cái chết của tế bào vi khuẩn ( Sawai và Yoshikawa, 2004 , Brayner et al., 2006 ). Trong nghiên cứu này, P. expansum tạo ra bào tử trong khi sinh khối B. cinerea chủ yếu bao gồm sợi nấm. Xử lý ZnO NP đã ức chế sự phát triển của các tế bào bào tử và làm biến dạng các tế bào đồng bào củaP. expansum . So với P. expansum , B. cinerea dường như có khả năng chống lại các NP ZnO cao hơn. Cấu trúc tốt của sợi nấm B. cinerea vẫn được bảo tồn, mặc dù bề mặt của sợi nấm bị biến dạng. Do đó, các NP của ZnO có thể thể hiện các hoạt động kháng nấm khác nhau đối với P. expansum và B. cinerea .
Các kỹ thuật quang phổ dao động, chẳng hạn như quang phổ Raman, rất hữu ích để theo dõi những thay đổi tinh vi trong tế bào vi sinh vật vì kỹ thuật này nhanh chóng, không phá hủy và yêu cầu chuẩn bị mẫu tối thiểu ( De Gussem et al. 2006 ). Quang phổ Raman đã được áp dụng rộng rãi để theo dõi và xác định đặc điểm của vi khuẩn và nấm ( De Gussem và cộng sự, 2005 , Sengupta và cộng sự, 2006 , Chan và cộng sự, 2007 , Szeghalmi và cộng sự, 2007 ), và để điều tra phương thức của tác dụng của các chất kháng khuẩn ( Lopez-Diez và cộng sự, 2005 , Neugebauer và cộng sự, 2006 , Sideroudi và cộng sự, 2006). Sự tán xạ Raman thay đổi theo kiểu dao động phân tử đặc trưng ( Kneipp et al. 1999 ). Do đó, phổ “giống dấu vân tay” mang thông tin tổng thể và cụ thể về các hợp chất hóa học và sinh hóa khác nhau trong các hệ thống phức tạp ( Naumann 2000 ). Quang phổ Raman đã được sử dụng thành công trong việc nghiên cứu cơ chế tác dụng kháng khuẩn của thuốc kháng sinh. Neugebauer và cộng sự. (2006) báo cáo rằng ciprofloxacin, một loại thuốc fluoroquinolon, ảnh hưởng đến sự phát triển của Bacillus pumilus bằng cách tương tác với phức hợp gyrase – DNA. Kết quả này được suy ra từ sự thay đổi các dải Raman của các axit nucleic và các khối cấu tạo của protein. Cơ chế tương tự của amikacin chống lại Pseudomonas aeruginosacũng được báo cáo bởi Lopez-Diez et al. (2005) sử dụng quang phổ Raman.
Cơ chế tác dụng ức chế của các NP ZnO đối với vi sinh vật chưa được hiểu đầy đủ. Một số nghiên cứu đã báo cáo rằng sự tích hợp các NP ZnO vào tế bào vi khuẩn có thể tạo ra sự giải phóng liên tục các chất béo màng và protein, làm thay đổi tính thấm màng của tế bào vi khuẩn ( Amro và cộng sự, 2000 , Brayner và cộng sự, 2006 ). Như được thể hiện trong phổ Raman của B. cinerea , cường độ của axit nucleic và các dải carbohydrate tăng lên đáng kể do xử lý ZnO NP trong khi không quan sát thấy những thay đổi rõ ràng trong tín hiệu Raman của protein và lipid. Sự khác biệt giữa B. cinereaCác tín hiệu có hoặc không có xử lý ZnO NP đã được PCA chứng minh thêm là có ý nghĩa thống kê. Những kết quả này cho thấy rằng các nano kẽm oxit NP ZnO có thể ảnh hưởng đến các chức năng của tế bào và cuối cùng gây ra sự gia tăng hàm lượng axit nucleic. Sự gia tăng axit nucleic có thể do phản ứng căng thẳng của sợi nấm. Sự gia tăng carbohydrate có thể là do cơ chế tự bảo vệ chống lại các NP ZnO ( Alvarez-Peral et al. 2002 ). Những người khác cũng đã báo cáo quan sát về sự gia tăng carbohydrate trong nấm được xử lý bằng NP ( Kim và cộng sự, 2008a , Kim và cộng sự, 2008b ). Các cấu trúc biến dạng của tế bào sợi nấm trong Hình 4C và D có thể là do sự tích tụ quá nhiều axit nucleic và carbohydrate. Những dữ liệu này cho thấy một cơ chế khác đối với tác dụng ức chế của các NP ZnO đối với nấm so với những cơ chế được báo cáo trước đây đối với vi khuẩn ( Liu et al. 2009 ). Mặt khác, không có đỉnh Raman rõ ràng nào được quan sát thấy từ sợi nấm của P. expansum sau khi xử lý bằng ZnO. Các dải được gán cho carbohydrate, lipid và protein từ P. expansum giảm đáng kể do việc xử lý các NP ZnO, cho thấy rằng sự phát triển của P. expansum đã hoàn toàn bị ức chế. Các nấm bị ức chế không có đủ chất để tạo ra các tín hiệu Raman để không có tín hiệu Raman rõ ràng nào được phát hiện. Các kết quả này phù hợp với kết quả mạ vi sinh và SEM (Hình 5 C và D) rằng sự phát triển của P. expansum đã bị kìm hãm rất nhiều.
5. Sự kết luận
Kết luận, các nano kẽm oxit NPN ZnO có kích thước ∼70 nm có các đặc tính kháng nấm đáng kể đối với B. cinerea và P. expansum , và tác dụng ức chế tăng lên khi nồng độ của các NPN ZnO tăng lên. ZnO NP ở nồng độ lớn hơn 3 mmol l −1 có thể ức chế đáng kể sự phát triển của B. cinerea và P. expansum. Các nano kẽm oxit chống lại P. expansum hiệu quả hơn B. cinerea . Dữ liệu thu được từ quang phổ SEM và Raman chỉ ra rằng có thể tồn tại các cơ chế khác nhau của các NP ZnO chống lại hai loài nấm khác nhau. Các NP của ZnO ức chế sự phát triển của B. cinereabằng cách can thiệp vào chức năng của tế bào và gây ra sự biến dạng trong sợi nấm. Trong khi đó, các NP ZnO với nồng độ cao hơn 6 mmol l -1 dẫn đến sự ức chế hoàn toàn sự phát triển của P. expansum bằng cách ngăn chặn sự phát triển của tế bào đồng bào và bào tử bào tử. Những kết quả này cho thấy rằng ZnO NP có thể được sử dụng như một chất diệt nấm hiệu quả trong các ứng dụng nông nghiệp và an toàn thực phẩm. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để điều tra tính khả thi của việc kết hợp các NP ZnO vào màng và các vật liệu đóng gói khác, và việc sử dụng các NP ZnO để giải quyết các vấn đề an toàn thực phẩm theo cách an toàn và có trách nhiệm.
LiliHe1 YangLiu1 Azlin Mustapha MengshiLin