棉根纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒棉叶虫、滨海夜蛾生物防治剂前景

回溯档案 2024-10-21 10:47:14

文:回溯档案

编辑:回溯档案

棉花(棉多毛L.)是一种重要的天然纤维和经济作物,为人类提供了实质性的益处,在过去的几十年中,棉花生产遭受埃及棉叶虫Spodoptera littoralis的发病率增加。

而这是最具破坏性的害虫之一,也对埃及的许多重要农作物如花生,大豆,番茄,甘薯和烟草造成严重损害,迫切需要开发针对滨海链球菌的有效控制方法。

其中有效方法之一是施用化学杀虫剂,这些杀虫剂是用于控制病虫害的最常见工具,农药制造公司认可一定剂量的农药,然而农药经销商经常向农民提出过量服用。

这些较高剂量可能会损害农业生态系统中的寄主作物及其相关的土壤有益微生物,此外有几份关于Spodoptera sp.对多种杀虫剂的抗性发展的报告,导致许多零星的害虫爆发,导致作物歉收。

对减少农业化学投入的需求日益增加,对杀虫剂的抗药性增强,大大刺激了生产替代形式的虫害防治。

生物防治是化学杀虫剂的另一种有吸引力的替代方法,因为它对人类和其他生物体无毒,对环境的危害较小,因为它们既不会在环境中留下有毒的化学残留物,也不会在其昆虫宿主中诱导抗性。

其中,昆虫病原真菌Beauvaria bassiana具有广泛的宿主范围,被称为控制医疗和农业害虫的有效生物,也建议在农业中用作生物肥料的替代品。

昆虫病原真菌的作用方式包括产生大量生物活性代谢物,例如有毒蛋白质,酶和生物活性次级代谢物,以压倒昆虫免疫系统并改变宿主性能。

这些次级代谢产物是生物碱(tennelin,bassianin,pyridovericin),非肽色素(卵孢子蛋白),非核糖体合成的环肽(beauvericins和allobeauvericins,bassianolides)和环肽(beauveriolides),以及其他在发病机制和毒力中卷曲的代谢物,具有可能或公认的工业和农业用途。

用B. bassiana控制节肢动物害虫的传统方法是将真菌繁殖体直接施用于害虫通常发展的植物,直接产品应用的成功取决于真菌随后在节肢动物害虫中的发展和繁殖,从而导致其死亡。

尽管存在各种非生物挑战(如日照发生率低和高),但高温、降雨和潮湿对昆虫病原真菌的作用起到了不良影响作用的作用。最近的研究已将纳米技术确定为一门新兴科学,有可能通过使用纳米颗粒(NPs)进行疾病和昆虫管理来彻底改变食品和农业产业。

Banu和Balasubramanian和Amerasan等人发现由几种昆虫病原真菌(Metarhizium anisopliae,B. bassiana和Isaria fumosorosea)制成的Ag NPs是强大的蚊子生物杀虫剂。

Wang等人证明了烟藻衍生的铁的毒性0NPs对抗Bemisia tabaci,甘薯粉虱。此外,Xu等人描述了B. brongniartii在Fe0NPs用于治疗S. litura。

此外丛枝菌根(AM)真菌与植物根系的共生可以为宿主提供多种益处,例如促进土壤中的养分吸收,增强其生长并帮助植物更好地应对非生物和生物胁迫并增加其抗性。

这种普遍共生的另一个特征意味着,在AM共生的早期发育阶段,植物防御反应被调节以促进AM真菌根定植,然后导致植物对地上和地下昆虫食草动物的免疫反应在局部水平和整个植物中激活。

此外,AM真菌的生物防治活性已被研究用于治疗各种植物病害。AM真菌可以通过多种机制改变植物-昆虫的食草相互作用,导致植物养分可用性、防御策略和胁迫耐受性发生变化。

因此,食草害虫对植物的攻击可能会加速植物的各种生理反应和氧化损伤;从而增强自由基和活性氧(ROS)的积累,引起氧化损伤。

在研究的参与植物防御和ROS解毒的化合物中,有抗氧化剂。来自西红柿,咖啡和其他植物的一些证据表明,AM定植可能通过改变植物对昆虫食草动物和根结线虫的防御来改变植物抗性。

因此,已经进行了各种研究来克服化学残留物对人类健康的不利影响,该研究的重点是采用环保替代品,如AM真菌和B. bassiana Si NPs作为棉花植物对滨海链球菌的生物防治,然而关于它们联合生物防治活性对抗昆虫感染的报告有限。

AM、滨海沙门氏菌、巴西双歧杆菌Si NPs和毒死蜱对形态响应的影响

在存在或不存在滨海沙门虫的情况下喷洒毒死蜱或B. bassiana Si NPs的AM和非AM棉花植物的物候,滨海沙门氏菌对棉花植株的侵扰对生长参数有抑制作用。

在AM植物中,与非AM植物相比,这些生长参数被大大放大。在防治条件下(非虫害),AM棉花株的上部Fwt显著提高(p < 0.05)与非AM棉花(4.9 g/株)相比(3.6 g/株)。

此外,我们的研究结果表明,与非AM相比,接种AM后,用B. bassiana Si NPs处理的棉花植物的所有生长参数都有所增加。

滨海沙门氏菌、巴西芽孢杆菌Si NPs和毒死蜱对菌根定植和菌根依赖性(MD)的影响

在棉花根中观察到独特的菌根定植结构[细胞间和细胞内菌丝(IH),囊泡(V),丛枝(AR)]. 首先,未感染对照棉株AM根系的定植参数[定植频率(F%)和强度(M%)以及丛枝频率(A%)]均表现出较高的评价水平,分别为96.67%、47.07%和26.37%。

此外,与未感染的棉花相比,滨海链球菌感染的棉花根系的菌根定植水平降低。然而,在非AM棉花植物中未检测到菌根定植。

其次,我们的结果显示,与AM对照棉根相比,使用毒死蜱和B. bassiana Si NPs感染滨海沙门氏菌的棉花根系的定植水平有所降低。

在毒死蜱和B. bassiana Si NPs施用下,对照或滨海沙门氏菌侵染棉花植株的皮质感染强度(M%)与总生物量之间存在密切联系。

值得注意的是,施用黄芪Si NPs后,滨海榕侵染棉花植株的MD含量较对照显著增加。

AM真菌、巴西双歧杆菌Si NPs和毒死蜱对总可溶性碳水化合物和蛋白质含量的影响,AM真菌,B. bassiana Si NPs和毒死蜱对解毒酶活性的影响,在存在或不存在滨海沙门氏菌的情况下。

用毒死蜱或B. bassiana Si NPs处理的AM和非AM棉花植物叶片中的抗氧化酶活性与对照显着不同,值得注意的是,AM真菌在不同处理下与非AM真菌相比,在感染条件下的有效性较高,并诱导了显着的抗氧化酶活性。

值得注意的是,随着滨海沙门氏菌侵扰,棉花植物叶片中CAT,POX和PPO活性的增加反映了毒性水平以及对抗胁迫的能力、

另外,证明AM真菌可有效增强棉花叶片中的CAT、POX和PPO活性,以清除ROS并防止植物细胞中的氧化应激。

此外,毒死蜱的应用显著提高了它们在棉花植物中的活性。值得注意的是,使用毒死蜱或B. bassiana Si NPs,AM真菌在感染条件下的有效性更高。

同样,由于对滨海沙门氏菌侵染棉花植物双重施用毒死蜱或巴西双歧杆菌Si NPs,CAT、POX和PPO活动进一步增加。

生长参数,如芽和根Fwt和Dwt可用于显示滨海沙门氏菌侵扰和化学污染物(如杀虫剂)的毒性,滨海沙门氏菌对棉花植物的侵扰对生长参数有抑制作用,这一结果与Kousar等人在被S. litura感染的番茄植株中一致。

此外,我们的研究结果表明,与非AM相比,接种AM后,用B. bassiana Si NPs处理的棉花植物的所有生长参数都有所增加,AM真菌的这种增强作用与Lin等人对羊草一致,因为AM真菌增强了改善新陈代谢的内源性激素的产生。

同样,在AM真菌存在的情况下,棉花植物将具有对关键部位的适应性,因为它们提高了对胁迫条件的耐受性,并且能够抵抗入侵的病原体,并通过其菌丝网络获得更多营养,从而增加其生长。

此外,滨海沙门氏菌形态参数的轻微降低与毒死蜱感染的棉花植物与Parween等人和Fatma等人,在辐射毒死蜱和葱属植物中的毒死蜱和锰锌暴露相印证。

毒死蜱引起的生长迟缓表明,这种杀虫剂可能会通过施加压力和压倒性地损害植物细胞功能,减少细胞分裂,细胞伸长以及吲哚-3乙酸转化为各种光氧化产物来损害棉花。

值得注意的是,AM真菌和巴氏芽孢杆菌Si NPs或毒死蜱杀虫剂双重施用下,滨海沙木棉的上部Fwt和根部Dwt增加可能是巴西草Si NPs或毒死蜱杀虫剂在减少滨海沙木对昆虫危害方面的作用的结果。

此外,AM真菌接种通过促进土壤养分吸收和通过增加其抵抗力和激活植物免疫反应来帮助植物更好地应对滨海沙门氏菌害虫胁迫,从而在加强棉花植物健康方面的有效作用。

而且用滨海沙门氏菌饲养并用B. bassiana Si NPs或毒死蜱处理的AM棉花植株的R/S比最高,这表明滨海沙门氏菌和毒死蜱具有显着的植物毒性。

细胞渗透剂在植物中的积累有助于在包括病原体攻击在内的压力下维持细胞功能和生理稳定性, 这些渗透剂之一是脯氨酸,大量数据表明其积累与植物胁迫之间存在正相关关系。

滨海链球菌感染脯氨酸含量的增加可能是由于脯氨酸合成酶的富集和分解代谢酶的减少或其在蛋白质合成中的局限性同化,AM真菌接种记录了进一步增加。

结论

AM真菌通过增强形态和生化性状来增强棉花植物的健康,从而减轻食草昆虫的有害影响,这些性状可以部分或完全取代化学杀虫剂的应用。

描述了AM真菌和B. bassiana Si NPs对滨海沙门氏菌侵染棉花植物的杀虫生物功效,作为减少毒死蜱等化学杀虫剂对环境的负面影响的生物替代解决方案。

结果表明,油醇、三氟乙酸酯是气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析检测乙酸乙酯提取物中的主要化合物,可作为杀线虫剂和农药。

在滨海沙门鱼胁迫下,接种AM真菌对黄芪SiNPs或毒死蜱处理的棉花植株的生长、生化指标及解毒机制均具有刺激作用,然而需要进一步的工作来确定AM真菌和B. bassiana Si NPs在田间条件下的功效和持久性。

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