生物源铜纳米颗粒作为防治鹰嘴豆壳针孢病（Ascochyta blight）的新型生物控制策略

《Plant Nano Biology》：Biogenic copper nanoparticles as a novel biocontrol strategy for Ascochyta blight in chickpeas

　　本研究通过生物合成方法利用三种细菌的胞外代谢物制备铜纳米颗粒（CuNPs），评估其对抗因果子菌（Ascochyta rabiei）引起的鹰嘴豆黑斑病的控制效果。实验表明，CuNPs2和CuNPs3在体外对真菌菌丝生长抑制率达63%-68%，显著高于铜硫酸盐（39%），且在体内叶碟试验中使病害发生率降低67%-82%。纳米颗粒的尺寸、形貌及表面电荷特性对其抗真菌活性至关重要，其中CuNPs2（4±1 nm）和CuNPs3（5±1 nm）表现出最佳稳定性和生物相容性。生物合成法避免了化学合成中的有毒溶剂，符合“健康一体化”理念，为可持续农业提供新方案。

　　铜纳米颗粒在农业领域的应用正日益受到关注，尤其是在控制植物病害方面。Ascochyta枯萎病是由*Ascochyta rabiei*引起的，是豆科植物中最严重的病害之一，对全球的鹰嘴豆种植造成了巨大损失。目前，农民通常在出现症状后多次喷洒化学杀菌剂，但这种方法的控制效果并不理想。化学杀菌剂虽然广泛使用，但它们对环境和生态系统可能产生有害影响，同时也可能对人类和动物健康构成威胁。因此，探索新的、可持续的生物防治策略显得尤为重要。

生物合成方法提供了一种替代传统化学合成的可行途径，其使用生物成分作为还原剂和稳定剂，不仅减少了对有害化学品的依赖，还降低了生产成本和环境负担。纳米颗粒的尺寸是提升其功效的关键因素之一，因为纳米级的结构可以增加与目标的接触面积，从而提高杀菌效率。本研究旨在评估通过生物合成方法获得的铜纳米颗粒（CuNPs）对*Ascochyta rabiei*的抗真菌活性，并探讨其作为生物防治剂的潜力。

在生物合成过程中，研究者使用了三种不同的细菌菌株：*Serratia liquefaciens* T-2、*Bacillus paralicheniformis* YHPL-BJ 和 *Bacillus velezensis* NKG50。这些菌株的细胞外代谢物被用来与铜盐（硫酸铜）反应，以生成CuNPs。通过调整铜盐的浓度和反应时间，研究团队优化了纳米颗粒的合成过程。实验结果显示，生物合成的CuNPs（CuNPs2和CuNPs3）在抑制*Ascochyta rabiei*的生长方面表现出显著优于硫酸铜盐的效果，其抑制率甚至达到铜盐的两倍。这种增强的抗真菌活性主要归因于纳米颗粒的尺寸效应和生物合成方法所带来的结构稳定性。

在体外实验中，CuNPs2和CuNPs3分别表现出63%和68%的抑制率，而铜盐仅达到39%。这些数据表明，CuNPs具有更强的杀菌能力。此外，在实际叶片感染实验中，CuNPs2和CuNPs3能够显著降低疾病发生率，分别达到67%和82%的抑制效果。尽管CuNPs3保持了与细胞外代谢物相似的抑制效果，但CuNPs2的抑制效果略逊于其对应的代谢物。这表明，虽然生物合成的CuNPs在某些情况下能够保留原代谢物的抗真菌活性，但在其他情况下，其效果可能受到多种因素的影响，如纳米颗粒的大小、形状以及表面电荷。

在纳米颗粒的表征方面，研究团队利用多种技术对其形态、物理化学性质进行了分析。通过紫外-可见光谱（UV-Vis）检测，CuNPs在特定波长下表现出明显的表面等离子体共振（SPR），表明其成功合成。透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）分析进一步确认了纳米颗粒的尺寸和形态，其中CuNPs2和CuNPs3表现出更均匀的尺寸分布和更高的稳定性。此外，Zeta电位分析揭示了纳米颗粒在溶液中的电荷状态，这对其稳定性和生物活性具有重要影响。CuNPs2的Zeta电位值最低，表明其具有更高的稳定性，而CuNPs3和CuNPs1则表现出一定的电荷不均，可能影响其在环境中的行为。

在元素组成方面，扫描电子显微镜结合能谱分析（SEM-EDS）显示，CuNPs中铜的含量相对较低，通常低于5%。然而，这些纳米颗粒主要由有机成分构成，表明其生物合成过程中可能涉及蛋白质、多糖等生物分子的参与。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析进一步揭示了纳米颗粒表面的化学键和分子结构变化，表明生物成分在纳米颗粒的形成过程中发挥了重要作用。不同CuNPs在指纹区域（600-1500 cm?1）表现出不同的吸收峰，这反映了其独特的分子结构和表面官能团。

在实际应用方面，研究团队通过叶片感染实验验证了CuNPs的抗真菌效果。实验结果表明，CuNPs2和CuNPs3在抑制*Ascochyta rabiei*感染方面表现出良好的效果，其疾病发生率显著低于对照组。这一结果为生物合成铜纳米颗粒作为新型生物防治剂提供了有力支持。然而，研究也指出，铜纳米颗粒的使用仍需谨慎，因为高浓度的铜本身可能具有毒性，并可能在环境中积累。因此，未来的研究需要进一步优化合成方法，以确保纳米颗粒的生物安全性和环境友好性。

生物合成铜纳米颗粒的优势在于其环境友好性和成本效益。与传统化学合成方法相比，生物合成过程无需使用有害化学品，减少了对环境的污染。同时，由于其较小的尺寸和较高的表面活性，生物合成的CuNPs在提高杀菌效率方面具有显著优势。此外，生物合成方法还具有较高的可重复性和可扩展性，适合大规模生产。这些特性使得生物合成的CuNPs成为一种有潜力的可持续农业解决方案。

然而，生物合成方法仍面临一些挑战。首先，不同菌株的代谢物可能影响纳米颗粒的形成过程，导致其尺寸和形状的差异。其次，合成过程中可能产生一些副产物，这些副产物可能影响纳米颗粒的纯度和稳定性。此外，纳米颗粒的长期储存和运输也需要考虑其稳定性，以防止团聚或降解。为了克服这些挑战，研究团队建议通过进一步的优化和功能化处理，提高纳米颗粒的稳定性和生物活性。

总体而言，生物合成的铜纳米颗粒在控制*Ascochyta rabiei*方面表现出良好的效果，其抗真菌活性显著高于传统的铜盐杀菌剂。这一研究为开发新型、环保的生物防治方法提供了重要参考，同时也强调了在实际应用中需要综合考虑多种因素，以确保纳米颗粒的安全性和有效性。随着纳米技术的不断发展，生物合成的纳米颗粒有望成为未来农业病害防治的重要工具，推动更加可持续的农业生产方式。