纳米银新突破：对抗番茄枯萎病，助力农业增产

在全球可持续农业面临诸多挑战的背景下，研究人员开展了关于绿色合成的银纳米颗粒（PP-AgNPs）抑制番茄枯萎病并促进植株生长的研究。结果表明 PP-AgNPs 能有效抑制病菌、提升产量。这为农业病害治理和增产提供了新途径。

　　

研究背景

在广袤的农田里，番茄作为人们餐桌上常见的蔬果，正面临着严峻的生存挑战。全球气候变化、人口增长带来的粮食安全问题，让农业可持续发展的压力与日俱增。番茄枯萎病，这一由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici，FOL）引起的病害，宛如农田里的 “恶魔”，在温室和田间肆虐，严重威胁着番茄的产量。在一些温暖地区，如巴基斯坦，番茄产量因它遭受的损失高达 10 - 90% ，给农民带来了巨大的经济损失。

传统应对番茄枯萎病的方法，如使用化学药剂等，不仅存在环境污染问题，还容易使病菌产生抗药性。因此，寻找一种绿色、高效的防治手段迫在眉睫。纳米技术的兴起，为解决这一难题带来了新的希望。纳米颗粒凭借其独特的尺寸、形态和表面化学性质，在农业领域展现出巨大的应用潜力。其中，银纳米颗粒（AgNPs）因具有广谱抗菌性，备受科研人员关注。

巴基斯坦旁遮普大学植物病理学系等研究机构的研究人员，为了探索银纳米颗粒在农业病害防治中的应用，开展了一项关于水黄皮（Pongamia pinnata，PP）包覆的银纳米颗粒（PP-AgNPs）的研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为番茄枯萎病的防治和农业增产提供了新的方向。

研究方法

研究人员采用了多种关键技术方法。在合成方面，利用水黄皮叶片提取物和硝酸银反应，通过微波辐射合成 PP-AgNPs，并优化反应条件。对于 PP-AgNPs 的表征，运用了 UV - VIS 光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）等技术，以确定其结构、成分和表面性质。在评估 PP-AgNPs 对番茄枯萎病的防治效果时，分别进行了体外抑菌实验、温室盆栽实验和田间试验，全面考察其对病菌生长、植株生长及果实产量和品质的影响123。

研究结果

1. PP-AgNPs 的合成与表征：通过优化反应条件，确定了合成 PP-AgNPs 的最佳参数，如 5mL 水黄皮提取物、2mM 硝酸银、pH 为 10、微波辐射 90s。UV - VIS 光谱显示，合成的 PP-AgNPs 在 424 - 440nm 处有吸收峰，表明其成功形成。FTIR 分析表明，水黄皮提取物中的多种官能团参与了 AgNPs 的合成和稳定。XRD 结果显示，PP-AgNPs 具有面心立方晶体结构，且纯度较高。此外，通过动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）等技术，确定了 PP-AgNPs 的粒径、形态和表面性质，其平均粒径在 1 - 3.5nm 左右，呈球形456。
2. 体外抗真菌活性：采用琼脂稀释法研究 PP-AgNPs 对尖孢镰刀菌菌丝生长的抑制作用。结果显示，PP-AgNPs 对尖孢镰刀菌的抑制效果呈剂量依赖性，在 150μg/mL 浓度下，对菌丝生长的抑制率高达 95.4%（测量面积 - MA ）和 80.9%（菌落直径 - DA ）。SEM 和荧光显微镜观察发现，PP-AgNPs 处理后，尖孢镰刀菌的菌丝和孢子形态发生明显改变，细胞内活性氧（ROS）积累增加，细胞膜通透性改变，细胞壁成分减少789。
3. 体内防治效果与植物生长促进作用：在温室盆栽实验中，PP-AgNPs 显著降低了番茄枯萎病的发病率和病情严重程度。例如，100μg/mL 的 PP-AgNPs 处理后，病害发病率降低了 32.3%，病情严重程度降低了 34.5%。同时，PP-AgNPs 还促进了番茄植株的生长，提高了植株高度、根长、茎长以及鲜重和干重。在果实产量和品质方面，100μg/mL 的 PP-AgNPs 处理使果实平均重量增加了 50.2%，果实数量增加了 55.4%，且果实中的生物活性化合物如番茄红素、类黄酮、维生素 C 和总蛋白含量显著提高101112。
4. 对酶活性和基因表达的影响：研究发现，PP-AgNPs 处理后，番茄植株中抗氧化酶（如过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT））和苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）等防御酶的活性显著增强。定量实时 PCR（qPCR）分析表明，PP-AgNPs 处理后，番茄植株根和叶中防御基因（PAL、PPO、POD、CAT、SOD）和病程相关蛋白基因（PR2 和 PR5）的表达显著上调，这表明 PP-AgNPs 激活了植物的防御机制1314。
5. 田间试验结果：连续两年的田间试验结果表明，100μg/mL 的 PP-AgNPs 处理显著提高了番茄植株的高度、鲜重和干重，增加了果实产量和数量，同时降低了病害严重程度。在 2021 年和 2022 年，PP-AgNPs 处理使番茄植株高度分别增加了 56.6% 和 62.6%，果实产量分别提高了 41.8% 和 48.2%，病害严重程度分别降低了 64.5% 和 67.4%。此外，通过原子吸收分光光度计（AAS）检测发现，PP-AgNPs 处理后，番茄植株根、茎和果实中银含量显著增加，但果实中的银含量低于安全标准1516。

研究结论与讨论

这项研究成功开发了一种绿色可持续的 PP-AgNPs 合成方法，并证明其在防治番茄枯萎病和促进番茄生长方面具有显著效果。PP-AgNPs 通过诱导真菌细胞壁产生 ROS，破坏真菌细胞，有效抑制了尖孢镰刀菌的生长。在温室和田间试验中，PP-AgNPs 不仅降低了病害严重程度，还显著提高了作物产量和品质，增强了植物的抗氧化和防御反应，且未表现出明显的毒性。

然而，该研究也存在一定的局限性。虽然目前研究表明 PP-AgNPs 在短期内对番茄生长和病害防治效果显著，但长期使用可能对土壤生态系统和环境产生潜在影响，这需要进一步研究评估。此外，PP-AgNPs 在不同作物和病原菌系统中的应用效果还需要更多探索。

总体而言，这项研究为农业病害防治和增产提供了一种创新的解决方案，PP-AgNPs 有望成为下一代农业纳米技术发展的重要基石，为解决全球粮食安全问题贡献力量。