Влияние коллоидного раствора наночастиц серебра на почвенные фитопатогенные грибы на примере Fusarium sp.

На территории Красноярского края одним из наиболее распространенных возбудителей заболеваний растений являются грибы рода Fusarium, включающих большое количество видов. Круг растений-хозяев у грибов р. Fusarium исключительно широк, они способны поражать как однодольные, так и двудольные растения, представленные как однолетними, так и многолетними культурами. Использованный в данной работе в качестве тест-культуры Fusarium solani поражает картофель, горох, сою, тыкву и ряд других культур, выращиваемых на территории Красноярского края

Широко распространенные методы борьбы с фузариозами, основанные на использовании химических реагентов, привели к широкому распространению резистентных к ним штаммов

В связи с вышесказанным, целью настоящей работы являлась оценка влияния коллоидного раствора наночастиц серебра на фитопатогенные грибы р. Fusarium на примере изолята F. solani, выделенного из корней поражённой фузариозом сои.

При выполнении исследований использовали коллоидный раствор наночастиц серебра (концентрация серебра составляла 50 мг/л), в составе которого присутствовали: наночастицы размером 4-12 нм (основная часть), размером до 25 нм (отдельные частицы) и агрегаты наночастиц. Коллоидный раствор был изготовлен в Институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН.

Исследование коллоидного раствора наночастиц серебра осуществляли с использованием в качестве тест-культуры моноконидиального изолята возбудителя фузариоза сои и картофеля Fusarium solani (Mart.) Sacc., 1881, который был выделен из корней поражённой фузариозом сои (УНПК «Борский» ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ).

Проверку фунгицидных свойств препарата проводили с помощью теста, основанного на прорастании конидий

Обработку полученных результатов осуществляли при использовании пакетов анализа MS Excel 2007 и StatSoft STATISTICA 6.0.

Средняя длина проростковых гиф в контрольных вариантах с 1%-ным и 2%-ным растворами сахарозы составила 36,37±12,15 мкм и 29,70±8,45, соответственно, после 8 часов инкубирования (рис.1). При этом максимальная длина проростковых гиф была равна 253 и 270 мкм.

Рисунок 1 - Максимальная длина проростковой гифы F. solani в контрольном варианте с 1% (А) и 2% -ным (В) содержанием сахарозы

DOI:10.60797/JAE.2025.54.12.1

В обоих случаях распределение носило асимметричный характер и больше соответствовало логнормальному распределению, чем нормальному (рис. 2).

Рисунок 2 - Аппроксимация распределения проростковых гиф в контроле с 1%-ным (А) и 2%-ным (В) содержанием сахарозы нормальным (1) и логнормальным распределением (2)

DOI:10.60797/JAE.2025.54.12.2

Статистически значимых различий между средней длиной гиф в контрольных вариантах с 1% и 2% сахарозой зафиксировано не было. Согласно двухвыборочному t-тесту, значимость различий между данными вариантами составила p одностороннее 0,177, p двустороннее – 0,354. Непараметрические тесты также не выявили статистически значимых различий между контрольными вариантами с 1% и 2% сахарозой. Это можно объяснить тем, что сахароза в данном случае играет лишь роль индуктора прорастания, в то время как собственно рост проростковых гиф происходит за счёт запаса питательных веществ, накопленных в конидии. В связи с отсутствием статистически значимых различий между контрольными вариантами с 1% и 2% сахарозой, для сравнения с вариантами с наносеребром был использован объединённый контроль, полученный объединением данных по длине проростковых гиф в 1% и 2% растворах сахарозы.

Данные по средней и максимальной длине проростковых гиф в соответствии с изменениями концентрации наночастиц серебра представлены на рисунке 3 и в таблице 1.

Рисунок 3 - Изменение проростковых гиф F. solani в присутствии наночастиц серебра в различных концентрациях от исходного коллоидного раствора

DOI:10.60797/JAE.2025.54.12.3

Как показано в таблице, существенных отличий средней длины проростковых гиф от объединенного контроля не было зарегистрировано в вариантах с наночастицами серебра в концентрации 3,125 и 6,25% от исходного раствора. При использовании концентрации 12,5% и 25% получены аналогичные данные, фактически не отличающиеся друг от друга. Дополнительно следует отметить, что при использовании наночастиц серебра в концентрации 50% от исходного коллоидного раствора практически не фиксировалось прорастание конидий.

Во всех случаях статистическая значимость различий с контролем по длине проростковых гиф составляет p<0,01 по двухвыборочному t-тесту и p=0,01 по непараметрическому тесту, при этом распределение проростковых гиф по длине является асимметричным, и ближе к логнормальному, чем к нормальному.

Для сопоставления распределений длины проростковых гиф по частоте встречаемости в разных вариантах эксперимента эти распределения были переведены в единый масштаб (рис. 4)

Рисунок 4 - Распределение проростковых гиф по длине в зависимости от концентрации наночастиц серебра

DOI:10.60797/JAE.2025.54.12.5

Как видно из сопоставления гистограмм, по мере увеличения концентрации наночастиц происходит закономерный сдвиг верхней границы распределения влево, то есть уменьшение максимальной длины проростковых гиф. В этой связи была изучена зависимость максимальной длины проростковых гиф от концентрации наночастиц.

Установлено, что наночастицы оказали ингибирующее влияние как на максимальную, так и среднюю длину проростковых гиф, в том числе и в минимально изученной концентрации. При этом следует отметить, что данные зависимости носят ярко выраженный нелинейный характер (рис. 5).

Рисунок 5 - Влияние наночастиц серебра на максимальную (А) и среднюю (В) длину проростковых гиф F. solani после 8 часов инкубирования

DOI:10.60797/JAE.2025.54.12.6

Нелинейный характер эффекта вероятно может быть связан с присутствием в растворе наночастиц разного размерного класса с разными кривыми доза – эффект. То есть в данном случае наблюдаемая зависимость может являться результатом наложения двух дозовых кривых. Данная гипотеза подтверждается и в результате анализа данных, представленных на рисунке 5.

На основании представленных данных можно сделать вывод о том, что коллоидный раствор наночастиц серебра, изготовленный в Институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН, характеризуется ярко выраженной биологической активностью в отношении возбудителя фузариоза сои F. solani. При этом снижение максимальной длины проростковых гиф относительно контроля фиксируется во всём диапазоне исследованных концентраций. При высоких концентрациях наночастиц (выше 12,5%) отмечено статистически значимое снижение средней длины проростковых гиф. В случае малых концентраций (менее 6,25%) отмечено небольшое повышение рассматриваемого параметра.

Полученные при анализе кривых «доза-эффект» данные позволяют с высокой степенью уверенности предположить, что для каждого размерного класса наночастиц характерна своя дозовая кривая, суммирование независимых эффектов которых и обусловливает биологические свойства исследуемого раствора.

Несмотря на то, что для наночастиц серебра при длительном хранении в растворах отмечается агрегация частиц в более крупные комплексы