Influence of colloidal silver nanoparticle solution on soil phytopathogenic fungi on the example of Fusarium sp.
Influence of colloidal silver nanoparticle solution on soil phytopathogenic fungi on the example of Fusarium sp.
Abstract
The work analyses the effect of different concentrations of colloidal solution of silver nanoparticles on phytopathogenic fungi of Fusarium p. on the example of F. solani isolate extracted from roots of Fusarium-infected soybean. Nanoparticles in concentrations of 50%, 25% and 12,5% of the initial solution statistically significantly reduced the average length of hyphae of F. solani. The maximum reduction in hyphae length (6 times relative to the control) was observed at a particle concentration of 50% of the stock solution. The minimum reduction (1,5 times relative to control) was observed at particle concentration of 12,5% of the initial solution. The studied nanoparticles reduce the maximum length of hyphae in the range from 50% to 3,125% of the initial solution. The prospect of further study of both fungistatic and growth-stimulating effects of the studied nanoparticles from scientific and practical points of view was noted.
1. Введение
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 . Кроме этого, он способен вызывать микозы у людей с ослабленным иммунитетом . Заболевания, вызываемые грибами р. Fusarium, носят название «фузариозы» и включают поражение наземной и подземной части растения, а также плодов и семян .
Широко распространенные методы борьбы с фузариозами, основанные на использовании химических реагентов, привели к широкому распространению резистентных к ним штаммов , что свидетельствует о необходимости поиска альтернативных методов решения проблемы . К таковым может быть отнесено применение в сельском хозяйстве наноразмерных частиц , , в частности, наночастиц серебра .
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.
2. Методы и принципы исследования
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.
3. Основные результаты
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
Рисунок 2 - Аппроксимация распределения проростковых гиф в контроле с 1%-ным (А) и 2%-ным (В) содержанием сахарозы нормальным (1) и логнормальным распределением (2)
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
Таблица 1 - Влияние наночастиц серебра на среднюю и максимальную длину проростковых гиф
Содержание наночастиц серебра, % | Средняя длина проростковых гиф, мкм | Максимальная длина проростковых гиф, мкм |
Контроль | 32,38±6,96 | 261 |
3,125 | 35,67±8,9 | 233 |
6,25 | 35,61±6,77 | 183 |
12,5 | 21,42±4,38 | 90 |
25,0 | 21,39±3,23 | 95 |
50,0 | 5,4±2,34 | 10 |
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.
4. Обсуждение
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
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
5. Заключение
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 , исследуемый коллоидный раствор наночастиц серебра не утратил своих антимикробных свойств после 2,5 месяцев хранения. Дополнительно следует обратить внимание на то, что исследование как фунгистатических, так и рост-стимулирующих эффектов наночастиц серебра является перспективным направлением дальнейшего изучения как с научной, так и с практической точек зрения.