基于炮仗花绿色合成纳米材料的抗植物病原真菌活性及代谢组学计算分析研究

本研究针对日益严重的植物病原真菌问题及环境挑战，探索利用炮仗花（Russelia equisetiformis）提取物绿色合成氧化锰纳米颗粒（MnO NPs）、氮掺杂碳点（N-CDs）及其纳米复合材料（MnO NPs@N-CDs），并通过LC-QTOF-MS代谢物鉴定与计算毒理学分析，证实其显著抑制番茄病原真菌（Sclerotinia sclerotiorum、Fusarium spp.）生长，且代谢物安全性良好，为可持续农业病害防控提供环保新策略。

　　

随着全球农业面临植物病原真菌日益严重的威胁，以及化学杀菌剂带来的环境与抗药性问题，寻找绿色可持续的替代方案成为科研界的重要方向。植物病原真菌如核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）和镰刀菌（Fusarium spp.）不仅导致作物减产，还影响食品安全和生态平衡。与此同时，纳米技术在农业中的应用展现出巨大潜力，尤其是通过绿色合成方法制备的纳米材料，因其环境友好性和高效性备受关注。然而，如何利用天然植物资源合成多功能纳米材料，并系统评估其生物活性与安全性，仍是当前研究的难点。

在此背景下，由Reham M. Aldahasi等人在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》发表的研究，通过炮仗花（Russelia equisetiformis）提取物成功合成了氧化锰纳米颗粒（MnO NPs）、氮掺杂碳点（N-CDs）及其纳米复合材料（MnO NPs@N-CDs），并深入探究了它们对番茄病原真菌的抑制效果及作用机制。该研究不仅拓展了绿色纳米材料的合成路径，还结合代谢组学与计算毒理学分析，为纳米材料在农业病害防控中的应用提供了重要理论依据和实践参考。

研究人员主要运用了几项关键技术方法：首先利用炮仗花叶片水提取物通过热处理法合成N-CDs和MnO NPs，并通过高温煅烧制备MnO NPs@N-CDs nanocomposite；采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）进行纳米材料表征；通过琼脂稀释法评价抗真菌活性；基于LC-QTOF-MS技术进行代谢物鉴定；并利用PASS Online、SwissADME、ProTox-II和Pred-hERG等计算工具预测代谢物的生物活性、药代动力学特性与毒性。真菌样本来源于感染番茄的病原菌，经18S rRNA测序鉴定。

紫外-可见光谱分析

通过UV-Vis光谱验证了N-CDs在292 nm处的吸收峰（源于C=C键π-π*跃迁），MnO NPs在325.09 nm的特征峰，以及MnO NPs@N-CDs nanocomposite在449 nm的吸收峰，表明纳米材料成功合成且存在相互作用。

傅里叶变换红外光谱

FTIR光谱显示提取物及纳米材料在3318 cm^-1（O-H/N-H伸缩振动）和1636 cm^-1（C=O伸缩振动）等处有特征峰，证实植物代谢物作为还原和封端剂参与纳米材料合成与稳定。

动态光散射和Zeta电位

DLS测定MnO NPs平均粒径为211.9 nm（PDI=0.29），Zeta电位为-0.01 mV；N-CDs为-28.98 mV；纳米复合材料为-21.74 mV，表明材料具备良好的胶体稳定性。

扫描与透射电镜分析

SEM和TEM显示N-CDs呈略棒状聚集，MnO NPs为球形且有部分团聚，纳米复合材料形貌相似但元素分布均匀（EDX证实C、O、Mn、N存在）。

抗真菌活性

纳米材料对S. sclerotiorum、F. equiseti和F. venenatum均表现出显著抑制效果，其中MnO NPs和纳米复合材料抑制效果最佳（菌丝生长直径降至0.1–0.2 mm），优于单一N-CDs和植物提取物。

代谢物检测与计算分析

通过LC-QTOF-MS从炮仗花中鉴定出8种主要代谢物，如russetinol、syringic acid和luteolin 7-O-glucoside等。计算预测表明多数代谢物具有抗真菌和抗肿瘤潜力，且药代动力学特性良好（如syringic acid、phenylethanoids符合口服生物利用度要求），毒性较低（无显著肝毒性、突变性及hERG通道抑制风险）。

研究结论强调，炮仗花作为绿色合成源，可高效制备具有显著抗真菌活性的纳米材料，其代谢物兼具生物活性与安全性，为开发环保型农业杀菌剂提供了新思路。讨论部分指出，纳米材料通过破坏真菌细胞膜、诱导氧化应激及抑制关键代谢基因表达等多途径发挥抗真菌作用，未来需进一步开展田间试验及分子机制深入研究。该工作不仅推动了绿色纳米农业技术的发展，也为植物资源的高值化利用和农业可持续发展提供了重要科学支撑。