۱٫ معرفی
قارچ‌های بیماریزای گیاهی عامل بیماری‌های گیاهی هستند و احتمالاً متنوع‌ترین گروه از تهدیدات مرتبط با محیط زیست و اقتصادی برای گیاهان را نشان می‌دهند. [
۱]. بسته به گونه، آنها تقریباً تمام قسمت های گیاه را انگلی می کنند، به خصوص زمانی که خود را در شرایط مساعد برای توسعه می بینند. قارچ کش های شیمیایی یا بیولوژیکی برای کنترل قارچ های بیماری زا استفاده می شوند که می توانند خسارات زیادی را در محصولات کشاورزی ایجاد کنند. قارچ کش ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، ابزارهای بسیار قانونی، قانونی و مفیدی هستند که می توانند مزایای قابل توجهی برای کشاورزی داشته باشند. آنها می توانند در حفاظت از محصولات موثر باشند، اما در عین حال می توانند اثرات منفی بر محیط زیست (آلودگی خاک، آب و هوا) داشته باشند زیرا بسیاری از آنها آلاینده های آلی هستند. [
۲]. برای به حداکثر رساندن فواید قارچ کش، باید از آنها به طور ایمن و کارآمد استفاده کنیم. استفاده نادرست می تواند اثرات زیست محیطی منفی ایجاد کند.
علیرغم گستره وسیع محصولات قارچ کش تجاری در بازار، به دلیل توسعه سویه های قارچی مقاوم به مواد موثره قارچ کش، محدودیت های نظارتی، افزایش انتظارات مشتریان، بیماری های جدید و شیوع آن ها، نیاز آشکار به قارچ کش های جدید و ابتکاری وجود دارد. سیاست های جدید حفاظت از محیط زیست معرفی نانوتکنولوژی به کشاورزی می‌تواند تولید محصولات زراعی را با توسعه نانو کودها و نانودرمان‌های بیماری‌های گیاهی بهبود بخشد. [
۳,
۴]با این حال، اطلاعات کافی در مورد کارایی و اثرات زیست محیطی نانو مواد شیمیایی کشاورزی در شرایط مزرعه در ادبیات وجود ندارد. [
۵].
امروزه تعداد قابل توجهی از شرکت های فیتوشیمیایی کلاس های متعدد و متفاوتی از قارچ کش ها را ارائه می دهند که در آنها قارچ کش های مبتنی بر مس (مس) به دلیل اثرات ضد قارچی و ضد باکتریایی نقش مهمی دارند. [
۶]. از مزایای اصلی ترکیبات مس می توان به سمیت نسبتا بالا برای پاتوژن های گیاهی، هزینه کم و سمیت کم ترکیبات مس در پستانداران و همچنین پایداری شیمیایی و اثرات باقیمانده طولانی مدت آنها اشاره کرد. [
۷]. مس یک ریز مغذی ضروری برای گیاهان است و یک جزء مهم از فرمولاسیون قارچ کش و باکتری کش در مقیاس جهانی است. قارچ کش های مس متعلق به گروه معدود قارچ کش هایی هستند که می توانند در کشاورزی ارگانیک مورد استفاده قرار گیرند و هنوز نقشی تقریبا اجتناب ناپذیر در تولید ارگانیک، استفاده پایدار از آفت کش ها و مدیریت یکپارچه آفات دارند. [
۸]. ترکیبات مس قارچ کش های محافظی هستند که روی سطح گیاه باقی می مانند و فقط قبل از اینکه عوامل بیماری زا گیاه را آلوده کنند موثر هستند. آنها یک سد محافظ روی سطح گیاه ایجاد می کنند و از رشد پاتوژن ها قبل از نفوذ به بافت جلوگیری می کنند. یون‌های مس با مسیرهای بیوشیمیایی در پاتوژن به شیوه‌ای غیر اختصاصی برهمکنش می‌کنند و بر بسیاری از مراحل بیوشیمیایی تأثیر می‌گذارند. محلول پاشی قارچ کش های مس تماس یون مس با هاگ های جوانه زن را امکان پذیر می کند و سیستم های آنزیمی ایجاد می کند که باعث فروپاشی متابولیک می شود و از رشد بیشتر سلول های قارچی جلوگیری می کند. [
۹]. استفاده موفقیت آمیز از عوامل حاوی مس برای کنترل بیماری های گیاهی بیماری زا قدمتی بیش از ۱۰۰ سال دارد که می تواند منجر به تجمع مس در خاک و اثرات منفی اکولوژیکی شود. اگرچه مس یک ماده مغذی بسیار مهم برای سلول های زنده است، زیرا بخشی جدایی ناپذیر از بسیاری از متالوآنزیم ها مانند سیتوکروم c اکسیداز است. [
۱۰]مشخص شده است که در غلظت های بالاتر فیتوتوکسیک است. علاوه بر سمیت گیاهی، معایب آن ایجاد سویه‌های مقاوم به مس، تجمع خاک و اثرات منفی بر موجودات زنده خاک و همچنین پارامترهای کیفیت غذا و فشار تنظیمی در کشاورزی در سراسر جهان، غلظت بالای نمک‌های مس در آماده‌سازی، ناپایداری در شرایط مزرعه و حلالیت در آب [
۱۱]. برای رفع معایب ذکر شده، لازم است رویکرد جدیدی در تولید قارچ‌کش‌های مس مانند کپسوله‌سازی اعمال شود. کپسولاسیون یک فناوری پیشرفته است که توسط آن جامدات، مایعات یا گازها ممکن است در یک ماتریس حامل بارگذاری شوند (معمولاً میکروذرات پلیمری زیستی در مقیاس میکرو یا نانو) و اجازه انتشار کنترل شده را می دهد. ریز ذرات بارگذاری شده با یک ماده فعال (فرمولاسیون ریز ذرات) باعث افزایش پایداری ماده فعال کپسوله شده و کاهش مقدار مورد نیاز برای کاربرد می شود، اما مهم ترین نقش، امکان انتشار هدفمند و کنترل شده است.
مطالعات متعدد نشان داده اند که ریزذرات تشکیل شده از آلژینات سدیم (ALG) به عنوان مواد ارزشمندی برای محصور کردن عوامل برای کاربردهای مختلف عمل می کنند. ALG یک پلی ساکارید خطی است که به راحتی در حضور کاتیون های چند ظرفیتی تحت شرایط ملایم به دلیل وجود بلوک های متناوب اسید β-D-مانورونیک (واحد M) و α-L-گولورونیک (واحد G) که به صورت خطی به هم متصل شده اند، ژل تشکیل می دهد. پیوندهای ۱،۴-گلیکوزیدی [
۱۲]. افزودن کاتیون های دو ظرفیتی یا سه ظرفیتی به محلول آبی ALG باعث ایجاد پیوند متقابل فوری و تشکیل هیدروژل ALG می شود. توانایی تشکیل ژل ALG به طور گسترده هم در دانشگاه و هم در صنعت برای چندین کاربرد استفاده می شود. برخی از کاربردهای کلیدی تشکیل ژل ALG عبارتند از مهندسی بافت، ترمیم زخم، دارورسانی، صنایع غذایی، بیوتکنولوژی و کاربردهای پزشکی. کپسوله کردن اجزای فعال زیستی در ریز ذرات ALG یک ابزار ارزشمند در کشاورزی به ویژه در تغذیه و حفاظت از گیاهان است. [
۱۳,
۱۴].
یون‌های مس دارای طیف وسیعی از فعالیت در برابر باکتری‌ها، اوومیست‌ها و قارچ‌ها هستند که با اسیدهای نوکلئیک برهمکنش می‌کنند، در انتقال انرژی اختلال ایجاد می‌کنند، فعالیت آنزیم را مختل می‌کنند و بر یکپارچگی غشای سلولی پاتوژن‌ها تأثیر می‌گذارند. مکانیسم اصلی اثر ضد قارچی یون‌های مس، جذب آنها و تخریب فیزیکی غشاء است که منجر به هجوم مس می‌شود. [
۱۵]. پس از جذب در قارچ یا باکتری، یون‌های مس به گروه‌های عملکردی مختلف موجود در بسیاری از پروتئین‌ها متصل می‌شوند و عملکرد آنها را مختل می‌کنند. با وجود طیف وسیعی که دارد، حساسیت گونه های مختلف پاتوژن های گیاهی به مس متغیر است. در آزمایش فرمولاسیون قارچ کش مبتنی بر مس، گونه های مختلف قارچ، اوومیست یا باکتری های بیماری زا گیاهی باید انتخاب شوند. نامزدهای مناسب برای چنین تحقیقاتی پاتوژن های گیاهی هستند که از نظر اقتصادی مهم هستند و در برابر قارچ کش های آلی خاصی مقاومت ایجاد کرده اند. قارچ های بیماریزای گیاهی
بوتریتیس سینریا پارس و
Cercospora beticola Sacc.، و oomycete (ارگانیسم قارچ مانند)
Phytophthora ramorum ورس و همکاران چنین معیارهایی را برآورده کند.
بوتریتیس سینریا یک پاتوژن قارچی رشته ای است که باعث بیماری کپک خاکستری می شود [
۱۶]. این یک پاتوژن گیاهی مخرب و همه جا حاضر است و تعداد زیادی از گیاهان میزبان (سبزیجات، میوه ها، گل های زینتی) را انگلی می کند و زیان های اقتصادی شدیدی را در محصولات قبل و بعد از برداشت ایجاد می کند. به دلیل تنوع ژنتیکی بالا [
۱۷]،
ب. شام مقاومت در برابر برخی قارچ کش های شیمیایی ایجاد می کند [
۱۸].
Cercospora beticola معمولاً گیاهان خانواده Amaranthaceae (عمدتاً چغندرقند، اسفناج و چغندر سوئیس) را آلوده می کند و باعث
سرکوسپورا بیماری لکه برگی (CLS). [
19]. این پاتوژن مخرب ترین بیماری چغندرقند در مناطق گرم و مرطوب است [
۲۰]. CLS را می توان با استفاده از قارچ کش ها مدیریت کرد، اما پس از قرار گرفتن در معرض مکرر،
C. beticola به برخی از مواد فعال قارچ کش ها مقاوم می شود [
۲۱].
Phytophthora ramorum اوومیست رشته ای و دیپلوئیدی است که متعلق به گروهی از موجودات است که اغلب به عنوان “کپک های آبی” شناخته می شوند. این یک پاتوژن مهاجم است که می تواند به بیش از ۱۵۰ گونه گیاهی از جمله برخی درختان جنگلی با ارزش آسیب زیادی وارد کند. [
۲۲]. بسته به میزبان، علائم از لکه برگی، سوختگی، مرگ شاخه ها، سرطان و در نهایت مرگ یک گیاه متفاوت است. [
۲۳]. در ساحلی کالیفرنیا و جنوب اورگان،
P. شاخه ها باعث مرگ ناگهانی بلوط می‌شود، بیماری که میلیون‌ها درخت، عمدتاً تانو و بلوط زنده ساحلی را از بین برده است. [
۲۴]. مهمترین میزبان از
P. شاخه ها در اروپا رودودندرون است. هر سه پاتوژن در سال‌های اخیر نسبت به کلاس‌های مهم قارچ‌کش‌ها مقاومت ایجاد کرده‌اند. لازم به تاکید است که ترکیبات مبتنی بر مس، اگرچه برای مدت طولانی مورد استفاده قرار می گیرند، همچنان می توانند در سرکوب پاتوژن موثر باشند. [
۲۵].
در این کار، میکروسفرهای آلژینات مس (ALG/Cu) توسط ژل یونی ALG تهیه شد و پتانسیل آنها به عنوان یک قارچ کش اکولوژیکی مورد ارزیابی قرار گرفت. مجموعه‌ای از آزمایش‌های اولیه برای مطالعه اثر ضد قارچی بر روی قارچ‌های پاتوژن گیاهی منتخب انجام شد.بوتریتیس سینریا و سروسپورا بتیکولا Sacc.) و oomycete (میکروارگانیسم قارچ مانند) Phytophthora ramorum.
۴٫ نکات پایانی
ما از یک رویکرد چند تکنیکی برای بررسی خواص فیزیکوشیمیایی ALG/Cu تهیه‌شده در غلظت‌های مختلف یون مس و پتانسیل ضد قارچی آنها استفاده کرده‌ایم.
برهمکنش های مولکولی بین Cu و ALG، مورفولوژی و توپوگرافی میکروسفرها، مقدار مس در میکروسفرها، رفتار تورم و آزاد شدن یون مس از میکروسفرها به غلظت یون مس بستگی دارد.
آزمایش‌های رئولوژیکی تشکیل ساختارهای منظم و الاستیکی را نشان داد که بدون توجه به غلظت یون‌های مس در ALG/Cu از نظر مکانیکی و حرارتی پایدار هستند. همه ریزکره‌ها آرایش ساختاری مشابهی دارند، اگرچه مقدار کمی کمتر مدول الاستیک آنهایی که با بالاترین غلظت مس تهیه شده‌اند، ساختار شبکه کمی شل‌تر را نشان می‌دهد.
ریزکره های تهیه شده در بالاترین غلظت مس دارای بالاترین ظرفیت بارگذاری مس، صاف ترین سطح، بالاترین توانایی تورم و ضعیف ترین چگالی اتصال عرضی بین رشته های آلژینات هستند و مقدار بیشتری از یون مس را با سرعت بیشتری آزاد می کنند.
میکروسفرهای آماده شده برای رساندن یون مس در زمان و مکان خاص طراحی شده‌اند که محافظت طولانی‌تری در برابر عفونت‌های قارچی دارند. کاربرد هدفمند میکروسفرها، مقدار کل یون مس مورد نیاز را کاهش می دهد. مکانیسمی که سرعت رهاسازی از میکروسفرها را کنترل می کند، انتشار در میکروسفر است.
میکروسفرهای آلژینات مس می توانند بر روی سطوح گیاه باقی بمانند که گام مهمی در محلول پاشی قارچ کش های مبتنی بر مس است. کوچکترین پارامترهای زبری نشان دهنده توانایی چسبندگی بهتر میکروسفرهای تهیه شده در بالاترین غلظت یون مس نسبت به سایر نمونه ها بود.
تجزیه و تحلیل مورفولوژیکی پاتوژن های انتخاب شده به دنبال توصیف ادبیات (کنیدیاهای ب. شام بیضی تا بیضی شکل هستند، C. beticola سوزن مانند و اسپورانژی از P. شاخه ها بیضی).
تجزیه و تحلیل FTIR از B. cinerea، C. beticola و P. شاخه ها یک طیف قارچی معمولی با گروه های عملکردی مشخص (اسیدهای چرب، آمیدهای I و II، پلی ساکاریدها و ناحیه اثر انگشت خاص) را نشان داد.
بار منفی دیواره اسپور قارچ از گروه های عملکردی مختلف (کربوکسیل، هیدروکسیل، آمین و فسفات) ناشی می شود. افزودن یون مس ارزش منفی پتانسیل زتا را کاهش داد و باعث تجمع اسپورها شد.
درونکشتگاهی آزمایش‌ها میکروسفرهای جدیدی را به عنوان قارچ‌کش‌های بالقوه در برابر قارچ‌های بیماریزای گیاهی نشان دادند. انتشار یون مس بر جوانه زنی کندیال تأثیر گذاشت ب. شام و رشد میسلیوم C. beticola و P. شاخه ها.
از جمله مزایای میکروسفرهای آلژینات مس در مقایسه با قارچ کش های سنتی در کنترل بیماری های گیاهی، یک روش تولید مقرون به صرفه و مقرون به صرفه از نظر زیست محیطی است، اما مهم ترین مزیت آن آزاد شدن آهسته یون مس و بالقوه طولانی تر شدن اثر است. دوره های بین درمان ها و تعداد درمان ها را می توان کوتاه کرد و محافظت می تواند طولانی تر شود. با تحقیقات بیشتر، میکروسفرهای آلژینات مس جدید می توانند به عنوان قارچ کش های طبیعی و زیست محیطی در فرآیند محافظت از محصولات گیاهی در برابر چندین بیماری مهم قارچی استفاده شوند.
