《Plant Nano Biology》：Green synthesis of Cu
2O nanoparticles on rice husk ash using mango seed kernel suspension as reducing agent and antifungal activity for tomato plants
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为解决番茄立枯病(Rhizoctonia solani)导致的严重产量损失问题，本研究采用芒果籽仁(MSK)碱性悬浮液作为还原剂，在富含二氧化硅的稻壳灰(RHA)上绿色合成了Cu2O纳米颗粒(Cu2O NPs)。研究发现，该复合物不仅能直接抑制病原菌，还能激活番茄的诱导防御系统，显著提升几丁质酶和过氧化物酶(POD)活性，从而有效控制病害。这项研究为利用农业废弃物开发环境友好的土壤病害防控剂提供了新思路。
（论文解读文章）
想象一下，你是一位番茄种植户，辛辛苦苦种下的番茄苗，却因为一种叫做立枯丝核菌的土壤真菌而根茎腐烂、整株枯萎，最终导致收成锐减。这种被称为根腐病的病害，是番茄生产中的主要威胁之一。传统上，人们依赖化学农药来控制病害，但随之而来的环境污染、农药残留以及对生态平衡的破坏等问题日益凸显。因此，发展可持续、高效且环境友好的病害防控策略，已成为农业领域迫切的需求。
在此背景下，纳米技术为农业病害防治带来了新的曙光。其中，铜基纳米颗粒因其出色的抗菌活性和对植物生长的潜在促进作用而备受关注。然而，传统的化学合成方法往往使用有毒试剂，不符合绿色化学的理念。另一方面，全球每年产生大量的农业废弃物，如芒果加工后的籽仁和稻米加工后的稻壳灰，如果得不到有效利用，不仅造成资源浪费，还可能引发环境问题。那么，能否将这些“废料”变废为宝，用于合成具有抗病功能的纳米材料呢？这正是发表在《Plant Nano Biology》上的这项研究所要探索的核心问题。
为了回答上述问题，研究人员巧妙设计并实施了一项研究。他们开发了一种绿色的合成方法，以芒果籽仁(MSK)的碱性悬浮液作为生物基还原剂，将铜离子还原，并在富含二氧化硅的稻壳灰(RHA)载体上成功合成了氧化亚铜纳米颗粒(Cu2O NPs)，最终制得Cu2O NPs/RHA复合材料。随后，他们在感染了立枯丝核菌的番茄植株上，系统评估了该材料的抗病效果及其对植物自身防御系统的激发作用。
为了开展这项研究，研究人员运用了几个关键的技术方法。首先是材料的绿色合成与表征：他们使用0.5%氢氧化钠溶液处理MSK得到悬浮液作为还原剂，与硫酸铜溶液和RHA混合，在碱性条件下合成Cu2O NPs/RHA。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、选区电子衍射(SAED)、能量色散X射线光谱(EDX)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对合成的纳米颗粒进行了形貌、晶体结构、元素组成和化学官能团的全面表征。其次是盆栽抗病实验：研究采用完全随机设计，使用越南本地番茄品种TN747，在经灭菌的混合土壤中进行。实验设置了包括未接种未处理对照、接种未处理阳性对照、单独RHA处理以及四种不同铜含量(30, 45, 60, 75 mg Cu/kg土壤)的Cu2O NPs/RHA处理组。在植株移植后20天进行土壤表层撒施处理，5天后接种病原菌悬浮液。最后是生化分析：在接种后的不同时间点采集番茄叶片，测定了防御相关酶——几丁质酶和过氧化物酶(POD)的活性，并在接种后14天统计了病害发生率、病害严重度和防治效果。
研究结果
材料的成功合成与表征
研究首先通过视觉和一系列分析技术证实了Cu2O NPs的成功合成。合成的粉末呈紫褐色，与原始的灰色RHA明显不同。TEM和SEM图像显示，纳米颗粒均匀分布在多孔的RHA表面，平均粒径分别为17.5 nm (TEM测量)和27.9 nm (SEM测量)。XRD和SAED分析确认了产物的晶体结构为立方相的Cu2O，未检测到氧化铜或单质铜的相。EDX分析表明复合材料中铜的含量约为1%。FTIR光谱进一步证实了MSK中有机组分(如碳水化合物、木质素、多酚)的引入以及Cu-O键的形成。这些结果共同表明，利用MSK碱性悬浮液中的生物活性成分(主要是多酚和木质素)作为还原剂，成功地在RHA载体上合成了Cu2O纳米颗粒。
Cu2O NPs/RHA激活番茄防御酶系统
在抗病机制研究中，一个重要的发现是Cu2O NPs/RHA能够作为激发子，激活番茄植株的诱导防御系统。酶活性测定结果显示，在接种病原菌之前，施用Cu2O NPs/RHA的处理组(T1-T4)其几丁质酶和POD活性就显著高于阳性对照组，表明该材料能预先温和地激活植物防御。在接种病原菌后，两种酶的活性进一步快速升高。几丁质酶活性在处理后第4天达到峰值，其中以60 mg Cu/kg土壤处理组(T3)的活性最高，约为阳性对照的1.9倍。POD活性则在处理后第2天达到峰值，同样在T3处理下增幅显著。值得注意的是，单独使用RHA处理对酶活性的提升效果很小，与阳性对照无显著差异。这揭示了Cu2O NPs在激发防御反应中的关键作用，而RHA中的二氧化硅(SiO2)可能起到了协同或辅助作用。当铜含量过高(75 mg/kg)时，酶活性反而有所下降，这可能与高浓度铜引发的氧化应激有关。
Cu2O NPs/RHA对番茄根腐病的防治效果
最终的盆栽试验结果验证了该材料的实际应用潜力。在接种后14天，阳性对照组的病害严重度高达66.11%。单独施用RHA对病害控制效果甚微，病害严重度为63.33%。而施用Cu2O NPs/RHA则显著降低了病害。随着施用剂量中铜含量的增加，防治效果(E)从42.86% (30 mg Cu/kg) 显著提升至90.76% (75 mg Cu/kg)。特别值得注意的是，在45-75 mg Cu/kg的中高剂量下，防治效果均达到84.87%以上，且彼此间无显著差异。这表明，即使在防御酶活性并非最高的剂量下(如75 mg/kg组)，材料依然能通过其直接的抗真菌活性实现优异的病害控制。
结论与讨论
本研究成功地将两种农业废弃物——芒果籽仁和稻壳灰转化为有价值的纳米复合材料。所合成的Cu2O NPs/RHA不仅本身对引起番茄根腐病的立枯丝核菌具有直接的抑制效果，更重要的是，它能够作为纳米激发子，激活植物自身的免疫系统。其作用机制是双重的：一方面，纳米颗粒可能通过释放铜离子、产生活性氧等方式直接攻击病原菌；另一方面，它们与植物互作，通过调控氧化信号通路，显著上调几丁质酶和过氧化物酶等关键防御相关酶的活性，从而增强植物对病原菌入侵的结构和生化抵抗能力。这种“既授人以鱼（直接杀菌），又授人以渔（激活植物免疫力）”的策略，为防治土传病害提供了创新思路。
这项研究的意义深远。首先，它展示了一条符合循环经济原则的路径，将农业副产品升级再造为高附加值的纳米农业投入品，实现了废物资源化。其次，它开发了一种环境友好的绿色合成方法，避免了传统化学合成中有毒试剂的使用。最重要的是，该研究为铜基纳米颗粒在农业中的应用提供了新的视角，即它们不仅是抗菌剂，更是能够与植物进行“生物对话”、调节其生理状态的纳米效应物。尽管其具体的分子作用机制尚待深入解析，但本研究无疑为植物纳米科学领域增添了重要的实验证据，并为开发下一代智能、可持续的植物保护产品奠定了坚实基础。未来，需要在更接近真实农田环境的条件下开展田间试验，以进一步评估和验证其实际应用潜力与安全性。
