Applicazione del nanoconiugato di nichel chitosano come agente antifungino per combattere la putrefazione del Fusarium del grano

Jun 29, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14518 (2022) Citare questo articolo

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Gli agroricercatori cercano incessantemente di ricavare una potenziale biomolecola con proprietà antifungine per sostituire l'applicazione di fungicidi sintetici sui campi agricoli. La malattia da marciume spesso causata dal Fusarium solani causava ogni anno gravi perdite di raccolti di grano. Il chitosano ed i suoi nanoderivati ​​metallici possiedono proprietà antifungine ad ampio spettro. Il nostro studio interdisciplinare riguarda l’applicazione del nanoconiugato di nichel chitosano (NiCNC) contro il marciume del grano da parte del Fusarium, in confronto con le nanoparticelle di chitosano (CNP) e il fungicida commerciale Mancozeb. CNP e NiCNC sono stati caratterizzati sulla base della spettrofotometria UV-Vis, HR-TEM, FESEM, EDXS e FT-IR. Sia i CNP che il NiCNC si sono rivelati efficaci contro la crescita fungina, di cui NiCNC a 0,04 mg/mL ha mostrato la completa cessazione di F. solani coltivato in terreno adatto. L'analisi ultrastrutturale dei conidi di F. solani trattati con NiCNC ha rivelato danni pronunciati e disgregazione della superficie della membrana. Lo studio al microscopio a fluorescenza ha rivelato la generazione di stress ossidativo nel sistema fungino in seguito all'esposizione al NiCNC. Inoltre, il NiCNC ha mostrato una riduzione dell’incidenza delle malattie da marciume dell’83,33% sulle piantine di grano, ulteriore conferma attraverso l’osservazione di sezioni anatomiche dello stelo. L'applicazione NiCNC aiuta la piantina a superare gli effetti negativi del patogeno, che è stato valutato attraverso gli attributi degli indici di stress.

Nel corso degli anni è stata una grande sfida per gli agro-scienziati controllare le malattie fungine che distruggono una vasta scala di colture alimentari economicamente importanti. Gli agenti patogeni fungini hanno causato gravi perdite alla produzione agricola mondiale1,2,3,4. Uno di questi agenti patogeni dannosi è Fusarium spp. che provoca infezioni in un’ampia gamma di specie vegetali. Principalmente provoca malattie come avvizzimento, peronospora, marciume dei piedi e delle radici5,6. Il marciume radicale e radicale del grano (Triticum aestivum L.), che si verifica vicino alla base del fusto radicale, è una delle malattie fungine più comuni che causa ingenti perdite di raccolto nelle principali aree di coltivazione del grano di Europa, Asia, Nord America e Australia7,8, 9,10. Diverse specie di Fusarium sono considerate funghi fitopatogeni nei confronti di cereali a chicco piccolo come frumento, orzo, avena, ecc.11. Secondo i rapporti pubblicati nel 202012, esistono quasi nove specie diverse di Fusarium che causano malattie da marciume nel grano. La specie Fusarium solani è uno dei funghi che causano marciume più diffusi in colture importanti dal punto di vista economico come il grano13,14. È stato riportato che il marciume radicale e radicale del grano è causato prevalentemente da Fusarium solani e Fusarium oxysporum15,16. Le epidemie di marciume da Fusarium provocano ogni anno gravi perdite di raccolto a causa della significativa riduzione della produzione di grano e del rallentamento della qualità17. La malattia del marciume attacca la porzione basale della pianta e blocca il flusso di acqua e sostanze nutritive verso il fogliame. Dopo l'infezione, diverse specie di Fusarium producono metaboliti secondari pericolosi per la salute chiamati micotossine, che si accumulano nelle piante e la cui assunzione può essere letale per il sistema umano18. La specie Fusarium solani è la maggiore produttrice della tossina T-2 (T = Trichothecene) che è un precursore del nesolaniolo, un composto neurotossico19. Pertanto, la gestione del Fusarium solani rot nelle principali colture economicamente importanti è fondamentale per ridurre al minimo la perdita di rendimento.

Negli ultimi anni gli scienziati hanno progettato biomolecole versatili come nanoparticelle (NP) o nanoconiugati (NC) e ne hanno fatto uso per controllare le infezioni fungine20. Diversi ricercatori hanno utilizzato il chitosano per la sintesi di NP o NC grazie alla sua biocompatibilità, maggiore permeabilità nella membrana biologica, rapporto costo-efficacia, bassa tossicità e natura ecocompatibile21,22. Gli scienziati hanno già concluso che il chitosano è un agente antifungino grazie alla sua natura policationica che può legarsi a vari componenti cellulari caricati negativamente di agenti patogeni fungini23,24,25. La conversione del chitosano in nanoparticelle di chitosano (CNP) comporta un aumento della sua attività come componente fungicida grazie alla sua maggiore area superficiale e ad una maggiore efficienza di incapsulamento26. Oltre ai CNP, gli scienziati hanno tentato la sintesi di coniugati metallici del nanochitosano attraverso tecniche versatili, come il metodo di gelificazione ionotropica, la reticolazione dell'emulsione, ecc.27,28. Ma ci sono pochissimi rapporti sull’uso del nanochitosano metallico come promettente agente antifungino. Rispetto al chitosano e ai CNP, le NP metalliche coniugate con il chitosano mostrano più attività biologiche a causa delle sue proprietà strutturali e funzionali alterate quali dimensioni e area superficiale maggiori, presenza di più gruppi cationici, gruppi funzionali attivi e maggiore capacità di condensazione28.