Nano bạc trị bệnh phấn trắng trên dưa chuột (dưa leo) và bí ngô
Bệnh phấn trắng là một trong những loại bệnh gây hại nặng nề đối với các loại cây họ bầu bí. Năng suất cây trồng có thể giảm khi mức độ nghiêm trọng của bệnh tăng lên. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá tác dụng của các hạt nano bạc đối với bệnh phấn trắng trong các điều kiện canh tác in vitro và in vivo khác nhau . Các hạt nano bạc (WA-CV-WA13B) ở các nồng độ khác nhau được sử dụng trước và sau khi dịch bệnh bùng phát trên cây trồng để xác định các hoạt tính kháng nấm. Trong các khảo nghiệm đồng ruộng, việc sử dụng nano bạc 100 ppm cho thấy tỷ lệ ức chế cao nhất đối với cả trước và sau khi bùng phát dịch bệnh trên dưa chuột và bí ngô. Ngoài ra, việc áp dụng các hạt nano bạc 100 ppm cho thấy sự ức chế tối đa đối với sự phát triển của sợi nấm và sự nảy mầm của bào tử trong in vivo các bài kiểm tra. Kết quả kính hiển vi điện tử quét chỉ ra rằng các hạt nano bạc đã gây ra những ảnh hưởng bất lợi đến sự phát triển của sợi nấm và sự nảy mầm của tế bào mầm.
(Công nghệ NanoCMM Technology)
Giới thiệu
Bệnh phấn trắng là một trong những loại bệnh hại lá cây họ bầu bí có sức phá hoại mạnh nhất. Trên cây họ bầu bí, bệnh có thể do hai loài nấm là Golovinomyces cichoracearum hoặc Sphaerotheca fusca gây ra , là những ký sinh trùng sống bắt buộc gây ra các triệu chứng giống nhau nhưng có thể phân biệt dễ dàng dưới kính hiển vi ánh sáng [ 1 ].
Nhiều loại cây rau bị ảnh hưởng bởi bệnh phấn trắng, bao gồm atisô, đậu, củ cải đường, cà rốt, dưa chuột, cà tím, rau diếp, dưa, đậu Hà Lan, ớt, bí ngô, radicchio, củ cải, bí, cà chua và củ cải. Bệnh phấn trắng là một nhóm mầm bệnh có thể gây bệnh trong một loạt các điều kiện môi trường. Tuy nhiên, một số yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của bệnh này ở bầu bí bao gồm nhiệt độ, độ ẩm tương đối và ánh sáng. Nhiệt độ và độ ẩm phải được kiểm tra cùng nhau bởi vì sự thiếu hụt áp suất hơi nước có ảnh hưởng lớn nhất đến tương tác giữa vật chủ và ký sinh trùng [ 2 ]. Ví dụ, nhiệt độ từ 75 ~ 85 ℉ và độ ẩm tương đối cao (80 ~ 95%) trong trường hợp không có mưa sẽ thúc đẩy sự phát triển của bệnh này.
Bệnh phấn trắng bị nhiễm nặng trước giai đoạn ra hoa có thể làm giảm năng suất quả dưa chuột từ 20 ~ 40%. Sự phá hoại lá bởi mầm bệnh này làm cản trở quá trình quang hợp và hô hấp, dẫn đến giảm khả năng đậu trái, chín không đủ và hương vị kém phát triển [ 3 ]. Bệnh gây bệnh phấn trắng, giống như bột talc phát triển trên bề mặt lá, cuống lá và thân. Các lá bị nhiễm bệnh thường khô héo và chết, và cây sẽ già sớm [ 4 ]. Bệnh là một vấn đề sản xuất lớn ở nhiều khu vực trên thế giới, và việc giảm chất lượng trái cây và năng suất cây trồng là những khía cạnh nổi bật nhất của bệnh mất trắng.
Tính kháng di truyền được sử dụng rộng rãi như một biện pháp kiểm soát trên dưa chuột và bí ngô, và nó đang được đưa vào các cây trồng họ bầu bí khác. Tiềm năng năng suất cần được xem xét khi chọn giống vì một số giống kháng bệnh tạo ra ít quả hơn các giống mẫn cảm chưa được xử lý bằng thuốc trừ bệnh. Các giống bí ngô chống chịu và bí mùa đông đang được phát triển. Việc trồng cây bầu bí kế tiếp nên được tách biệt về mặt vật lý vì những cây già hơn có thể đóng vai trò là nguồn cung cấp bào tử.
Các ion bạc rất dễ phản ứng. Chúng ức chế quá trình hô hấp và trao đổi chất của vi sinh vật và chúng gây ra các tổn thương vật lý [ 5 , 6 ]. Hơn nữa, các ion bạc có thể xen vào DNA của vi khuẩn khi chúng xâm nhập vào tế bào, điều này ngăn chặn sự phát triển mạnh mẽ hơn nữa của mầm bệnh [ 7 ]. Bạc đã được sử dụng để điều trị bệnh trong hơn 100 năm do đặc tính kháng khuẩn và kháng nấm tự nhiên của nó. Nó cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng như một kim loại tự do tinh khiết hoặc như một hợp chất vì nó có hoạt tính kháng khuẩn chống lại mầm bệnh nhưng không độc hại đối với con người.
Gần đây, công nghệ nano đã khuếch đại hiệu quả của các hạt bạc như chất kháng khuẩn. Các hạt nano bạc thường có kích thước 25 nm. Giảm kích thước hạt của vật liệu là một công cụ hiệu quả và đáng tin cậy để cải thiện tính tương thích sinh học của chúng. Trên thực tế, công nghệ nano giúp khắc phục những hạn chế về kích thước và có thể thay đổi cách nhìn của thế giới về khoa học [ 8]. Các hạt nano bạc có diện tích bề mặt tương đối lớn làm tăng khả năng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn hoặc nấm, cải thiện đáng kể hiệu quả diệt khuẩn và diệt nấm của nó. Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn hơn của các hạt nano bạc làm tăng khả năng tiếp xúc của chúng với vi sinh vật và khả năng thấm qua tế bào. Khi tiếp xúc với vi khuẩn và nấm, chúng sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất của tế bào và ức chế sự phát triển của tế bào. Bạc ngăn chặn quá trình hô hấp, trao đổi chất cơ bản của hệ thống truyền điện tử và vận chuyển chất nền trong màng tế bào vi sinh vật. Nano bạc ức chế sự nhân lên và phát triển của những vi khuẩn và nấm gây nhiễm trùng, mùi hôi, ngứa ngáy và lở loét. Sự phát triển của hạt nano đã khôi phục sự quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của kim loại, đã giảm sau khi các kháng sinh tổng hợp hiện đại được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các nghiên cứu về hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano bạc đã được thực hiện hầu hết chống lại các tác nhân gây bệnh cho động vật [9 ].
Ở đây, chúng tôi báo cáo rằng các hạt nano bạc có thể được sử dụng hiệu quả trong việc kiểm soát bệnh phấn trắng và ngăn ngừa các bệnh nhiễm trùng có hại. Kết quả của chúng tôi ủng hộ giả thuyết rằng các hạt nano bạc có thể được điều chế theo cách đơn giản và hiệu quả về chi phí và thích hợp để tạo ra các loại vật liệu diệt nấm mới.
Nguyên liệu và phương pháp
Dung dịch nano bạc và thuốc diệt nấm
Hạt nano bạc được sử dụng trong nghiên cứu này (WA-CV-WA13B, CV) được lấy từ Bio-Plus Co. Ltd (Pohang, Hàn Quốc) ở nồng độ ban đầu 1.000 ppm (Bảng 1). Các nồng độ làm việc khác nhau của các hạt nano bạc (10 ppm, 30 ppm, 50 ppm và 100 ppm) được chuẩn bị bằng cách pha loãng dung dịch gốc ban đầu. Tất cả các dung dịch được bảo quản ở 4 ℃ cho đến khi sử dụng. Hai loại thuốc diệt nấm khác nhau như NSS-F (Dongbangagro, Co., Seoul, Korea) và Fenari (Dongbu HiTek, Seoul, Korea) đã được sử dụng làm đối chứng tích cực.
Bảng 1
Đặc điểm của các hạt nano bạc được sử dụng trong nghiên cứu này
Khảo nghiệm thực địa
Để xác định hiệu quả của chế phẩm nano bạc đối với bệnh phấn trắng trên đồng ruộng, một thí nghiệm đã được thực hiện ở Gothan, Chuncheon, Kangwon-do sau khi dưa chuột bị nhiễm bệnh này một cách tự nhiên. CV hạt nano bạc được sử dụng ở bốn nồng độ khác nhau (10 ppm, 30 ppm, 50 ppm và 100 ppm). Phương pháp phun trên không được sử dụng để áp dụng các hạt nano bạc xung quanh phần chồi của toàn bộ cây 3 ~ 4 tuần trước khi bệnh bùng phát và sau khi bệnh xuất hiện. Thuốc diệt nấm NSS-F (Dongbangagro, Co.) và Fenari (Dongbu HiTek) được sử dụng làm đối chứng dương tính và nước cất được sử dụng làm đối chứng tiêu cực. Chỉ số bệnh được tính bằng cách đếm số lá bị nhiễm bệnh trong số 150 lá của các cây được xử lý. Ngoài ra, để xác định hiệu quả của các hạt nano bạc, thử nghiệm được thực hiện trên một cánh đồng bí ngô ở Sembat, Chuncheon, Kangwon-do với quy trình tương tự đối với dưa chuột. Thuốc diệt nấm NSS-F và Fenari được sử dụng làm đối chứng dương tính và nước được sử dụng làm đối chứng tiêu cực như đã mô tả ở trên. Mỗi thí nghiệm được lặp lại ba lần và chỉ số bệnh được tính bằng cách đếm số lá bị nhiễm bệnh trong số 150 lá của các cây được xử lý.
Xét nghiệm in vitro và phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Các lá bị nhiễm có kích thước khoảng 5 cm x 5 cm được thu thập một cách vô trùng và đưa vào phòng thí nghiệm để phân tích khả năng ức chế trong ống nghiệm đối với bệnh phấn trắng bằng cách sử dụng SEM. Phần bị bệnh được cắt ra khỏi lá và giữ trong đĩa petri (90 x 15 mm). Năm mL với bốn nồng độ khác nhau (tức là, 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm và 100 ppm) CV hạt nano bạc đã được áp dụng trên bề mặt của lá bằng cách sử dụng bình phun. Nước đã được sử dụng để kiểm soát. Các lá đã xử lý được ủ trong bốn ngày ở nhiệt độ phòng. Các lá đã xử lý sau đó được quan sát bởi SEM do SEM cung cấp (LV-SEMS-3500N Hitachi, Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc-Chuncheon).
Phân tích dữ liệu
Kết quả thu được sau một tuần kể từ lần điều trị cuối cùng để điều trị sau khi bùng phát dịch bệnh, và kết quả nhận được bốn tuần sau lần điều trị cuối cùng cho việc điều trị trước khi dịch bệnh bùng phát. Tỷ lệ bệnh (%) được xác định bằng cách tính số lá bị nhiễm bệnh trong số 150 lá của các cây được xử lý. Một cây có các triệu chứng bệnh được coi là bị nhiễm bệnh.
Kết quả
Tác dụng của nano bạc đối với bệnh phấn trắng trên dưa chuột
Kết quả về tỷ lệ bệnh (%) trên dưa chuột được xử lý bằng hạt nano bạc trước và sau khi các triệu chứng bệnh bùng phát được thể hiện trong Hình 1. Tỷ lệ bệnh trung bình quan sát được ở các cây đối chứng là 82,0%. Tất cả các cây được xử lý bằng hạt nano bạc CV đều có tác dụng giảm bệnh so với đối chứng. Tỷ lệ bệnh thấp hơn đáng kể ở các cây được xử lý với nồng độ hạt nano bạc cao. Sự ức chế tăng lên khi tăng nồng độ của các hạt nano bạc. Thuốc diệt nấm hóa học “Fenari” cho thấy tỷ lệ bệnh thấp nhất (3%). Các cây trồng được xử lý bằng thuốc diệt nấm NSS-F thương mại khác cho thấy tỷ lệ bệnh là 25,5%. Việc phân tích so sánh tỷ lệ bệnh khi cây được xử lý với các nồng độ hạt nano bạc khác nhau trước và sau khi bệnh bùng phát trên cây cũng được đánh giá. Tỷ lệ bệnh cao hơn ở các cây được xử lý sau khi bệnh bùng phát trên cây. Tỷ lệ mắc bệnh được quan sát là 57,8, 48,8, 40. 2 và 20% ở nồng độ 10, 30, 50 và 100 ppm của hạt nano bạc được xử lý sau khi dịch bệnh bùng phát trên cây trồng. Theo cách tương tự, tỷ lệ bệnh được quan sát là 45, 40, 27 và 18% ở nồng độ 10, 30, 50 và 100 ppm của các hạt nano bạc được xử lý trước khi bệnh bùng phát trên cây trồng. Do đó, kết quả cho thấy việc ứng dụng hạt nano bạc có hiệu quả hơn khi được áp dụng trước khi có bất kỳ triệu chứng bệnh nào trên cây trồng. Ngoài ra, nồng độ 100 ppm của các hạt nano bạc có hiệu quả hơn so với thuốc diệt nấm thương mại NSS-F trong cả điều kiện trước và sau khi dịch bệnh bùng phát. Tương ứng với nồng độ 50 và 100 ppm của các hạt nano bạc được xử lý trước khi bệnh bùng phát trên cây trồng. Do đó, kết quả cho thấy việc ứng dụng hạt nano bạc có hiệu quả hơn khi được áp dụng trước khi có bất kỳ triệu chứng bệnh nào trên cây trồng. Ngoài ra, nồng độ 100 ppm của các hạt nano bạc có hiệu quả hơn so với thuốc diệt nấm thương mại NSS-F trong cả điều kiện trước và sau khi dịch bệnh bùng phát. Tương ứng với nồng độ 50 và 100 ppm của các hạt nano bạc được xử lý trước khi bệnh bùng phát trên cây trồng. Do đó, kết quả cho thấy việc ứng dụng hạt nano bạc có hiệu quả hơn khi được áp dụng trước khi có bất kỳ triệu chứng bệnh nào trên cây trồng. Ngoài ra, nồng độ 100 ppm của các hạt nano bạc có hiệu quả hơn so với thuốc diệt nấm thương mại NSS-F trong cả điều kiện trước và sau khi dịch bệnh bùng phát.
Hình 1
Tác dụng của nano bạc WA-CV-WA13B đối với bệnh phấn trắng trên dưa chuột. Kết quả thu được một tuần sau lần điều trị cuối cùng đối với điều trị sau khi bệnh bùng phát và các kết quả khác thu được bốn tuần sau lần điều trị cuối cùng đối với điều trị trước khi dịch bệnh bùng phát. Thuốc diệt nấm thương mại NSS-F (Dongbangagro, Co., Seoul, Korea) và Fenari (Dongbu HiTek, Seoul, Korea) đã được sử dụng như một biện pháp kiểm soát tích cực. Nước cất được sử dụng như một đối chứng tiêu cực. Dữ liệu thu được từ các thử nghiệm ba lần và được trình bày dưới dạng giá trị trung bình ± SD.
Tác dụng của nano bạc đối với bệnh phấn trắng trên bí ngô
Tỷ lệ bệnh của CV hạt nano bạc được phân tích chống lại bệnh phấn trắng trên bí ngô (Hình 2). Tỷ lệ bệnh trung bình là tối đa, tức là 85% ở cây đối chứng. Phòng trừ tích cực “Fenari” cho thấy tỷ lệ bệnh thấp nhất (4%) đối với bệnh phấn trắng, và một loại thuốc diệt nấm thương mại khác NSS-F cho thấy tỷ lệ bệnh là 34,4%, cao hơn so với tỷ lệ bệnh bón nano bạc 100 ppm ở cả trước và sau khi bệnh. điều kiện bùng phát. Hiệu quả của hạt nano bạc 50 ppm cũng cao hơn so với NSS-F khi xử lý trước khi dịch bệnh bùng phát trên cây trồng. Tuy nhiên, tỷ lệ mắc bệnh tương tự với NSS-F trong điều trị bằng hạt nano bạc 30 ppm. Tỷ lệ bệnh được quan sát thấy cao nhất trong trường hợp xử lý bằng hạt nano bạc được thực hiện sau khi dịch bệnh bùng phát trên cây trồng. Tỷ lệ bệnh thấp đáng kể khi điều trị được thực hiện trước khi bệnh xuất hiện trên cây trồng. Khả năng ức chế bệnh tật cao đáng kể ở cả bốn nồng độ hạt nano bạc khi nó được áp dụng trước khi dịch bệnh bùng phát trên cây trồng. Tỷ lệ bệnh được quan sát là 60, 60, 65 và 25% ở các nồng độ 10, 30, 50 và 100 ppm của xử lý bằng hạt nano bạc sau khi bệnh bùng phát trên cây trồng.
Hình 2
Tác dụng của nano bạc WA-CV-WA13B đối với bệnh phấn trắng trên bí ngô. Kết quả thu được một tuần sau lần điều trị cuối cùng đối với điều trị sau khi bệnh bùng phát và các kết quả khác thu được bốn tuần sau lần điều trị cuối cùng đối với điều trị trước khi dịch bệnh bùng phát. Thuốc diệt nấm thương mại NSS-F (Dongbangagro, Co., Seoul, Korea) và Fenari (Dongbu HiTek, Seoul, Korea) đã được sử dụng như một biện pháp kiểm soát tích cực. Nước cất được sử dụng như một đối chứng tiêu cực. Dữ liệu thu được từ các thử nghiệm ba lần và được trình bày dưới dạng giá trị trung bình ± SD.
Sự ức chế bệnh phấn trắng được quan sát thấy cao đáng kể trong trường hợp xử lý được thực hiện trước khi bệnh bùng phát trên bí ngô. Tỷ lệ bệnh được quan sát ở các hạt nano bạc 10 ppm, 30 ppm, 50 ppm và 100 ppm lần lượt là 53,4, 34,4, 25 và 20%, được xử lý trước khi bệnh bùng phát trên cây trồng. Thuốc diệt nấm thương mại NSS-F cho thấy tỷ lệ ngăn chặn bệnh thấp hơn so với xử lý 100 ppm trên bí ngô ở cả điều kiện trước và sau khi dịch bệnh bùng phát. Kết quả cho thấy việc ức chế bệnh phấn trắng trên cả hai cây phụ thuộc vào nồng độ của hạt nano bạc và thời điểm xử lý. Có thể giảm bệnh phấn trắng trên bí đỏ thành công khi sử dụng nano bạc tùy theo liều lượng cũng như trước khi bệnh bùng phát trên cây ký chủ.
Phân tích SEM của các hạt nano bạc chống lại sự nảy mầm của sợi nấm và bào tử
Các lá bị nhiễm bệnh phấn trắng được sử dụng để phân tích qua SEM về khả năng ức chế bệnh bằng các hạt nano bạc. Các lá đối chứng được xử lý bằng nước cất có các bào tử và sợi nấm hơi nhăn nheo 2 ngày sau khi xử lý nhưng chúng đã lấy lại hình dạng ban đầu sau 4 ngày sau khi xử lý (Hình 3). Khi bệnh phấn trắng được xử lý bằng các hạt nano bạc 10 ppm, các bào tử và sợi nấm nhăn nheo, trũng xuống (Hình 4). Tình trạng ngày càng trầm trọng hơn theo thời gian. Các điều kiện tương tự cũng được quan sát thấy ở các bào tử và sợi nấm được xử lý bằng các hạt nano bạc 30 ppm và 50 ppm (Hình 5 và 6). Khi bệnh phấn trắng được xử lý bằng các hạt nano bạc 100 ppm, các biến dạng tế bào xảy ra từ ngày thứ hai sau khi điều trị và tình trạng trở nên trầm trọng hơn theo thời gian (Hình 7). Trong hầu hết các trường hợp, sự chết và ly giải của bào tử và sợi nấm được quan sát thấy.
Bào tử và sợi nấm của bệnh phấn trắng được xử lý bằng nước cất (đối chứng) và quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét trong bốn ngày với khoảng thời gian hai ngày.
Bào tử và sợi nấm của bệnh phấn trắng được xử lý bằng hạt nano bạc 10 ppm WA-CV-WA13B và quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét trong bốn ngày với khoảng thời gian hai ngày.
Bào tử và sợi nấm của bệnh phấn trắng được xử lý bằng các hạt nano bạc WA-CV-WA13B 30 ppm và được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét trong bốn ngày với khoảng thời gian hai ngày.
Bào tử và sợi nấm của bệnh phấn trắng được xử lý bằng hạt nano bạc 50 ppm WA-CV-WA13B và quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét trong bốn ngày với khoảng thời gian hai ngày.
Bào tử và sợi nấm của bệnh phấn trắng được xử lý bằng các hạt nano bạc 100 ppm WA-CV-WA13B và được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét trong bốn ngày với khoảng thời gian hai ngày.
Thảo luận
Người ta biết rất ít về tác động của bạc đối với nấm phytopathogenic, bởi vì hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào các tác nhân gây bệnh do vi khuẩn và vi rút trên động vật. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá tác dụng ức chế của các hạt nano bạc đối với bệnh phấn trắng trên dưa chuột và bí ngô trên đồng ruộng. Kết quả của chúng tôi đã chứng minh rõ ràng rằng các hạt nano bạc ức chế nấm gây bệnh phấn trắng. Các nghiên cứu trước đây cho rằng bạc có kích thước nanomet sở hữu các đặc tính khác nhau, có thể đến từ những thay đổi về hình thái, cấu trúc và sinh lý học [ 10 ]. Các hạt nano bạc có khả năng phản ứng cao vì chúng tạo ra các ion Ag + , trong khi bạc kim loại tương đối không phản ứng [ 11]. Các hạt nano thâm nhập vào tế bào vi sinh vật, điều này có nghĩa là nồng độ thấp hơn của bạc kích thước nano là đủ để kiểm soát vi sinh vật. Điều này sẽ hiệu quả, đặc biệt là đối với một số sinh vật ít nhạy cảm hơn với kháng sinh do sự xâm nhập kém của một số kháng sinh vào tế bào [ 12 ]. Một nghiên cứu trước đây đã quan sát thấy rằng các hạt nano bạc làm gián đoạn các hệ thống vận chuyển, bao gồm cả dòng chảy ion [ 11 ]. Sự rối loạn chức năng của dòng chảy ion có thể gây ra sự tích tụ nhanh chóng của các ion bạc, làm gián đoạn các quá trình tế bào như trao đổi chất và hô hấp bằng cách phản ứng với các phân tử. Ngoài ra, các ion bạc tạo ra các loại oxy phản ứng thông qua phản ứng của chúng với oxy, gây bất lợi cho tế bào, gây hại cho protein, lipid và axit nucleic [ 13 , 14].
Trong thí nghiệm này, các hạt nano bạc 50 ppm và 100 ppm có tác dụng ức chế đáng kể đối với bệnh phấn trắng, trong cả hai thí nghiệm hiện trường. Như chúng tôi quan sát thấy, dung dịch dưới 100 ppm cho thấy tỷ lệ ức chế thấp khi nó được áp dụng sau khi dịch bệnh bùng phát. Nhưng khi hạt nano bạc được sử dụng 3 ~ 4 tuần trước khi dịch bệnh bùng phát, thì ngay cả nồng độ hạt nano bạc 50 ppm cũng có thể ức chế bệnh phấn trắng một cách hiệu quả. Điều này cho thấy rằng việc ngăn chặn dịch bệnh có thể đạt được với một nồng độ thấp của các hạt nano bạc khi nó được áp dụng trước khi dịch bệnh bùng phát trên đồng ruộng. Do đó, nghiên cứu này đã chứng minh rằng các hạt nano bạc có thể kiểm soát bệnh phấn trắng trong điều kiện đồng ruộng.
Nguồn tham khảo:
Inhibition Effects of Silver Nanoparticles against Powdery Mildews on Cucumber and Pumpkin
