由立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起的秋葵（Abelmoschus esculentus L.）根腐病管理：探究多壁碳纳米管在病害缓解和生长促进中的作用
《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Management of Root Rot in Okra (
Abelmoschus esculentus L.) Induced by
Rhizoctonia solani: Exploring the Role of Multi-Walled Carbon Nanotubes in Disease Mitigation and Growth Promotion
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本研究探讨多壁碳纳米管（MWCNTs）对秋葵生长、产量及抗病性的影响。实验表明，MWCNTs处理显著提高秋葵产量，其中T5（24小时100 ppm MWCNTs浸泡）增产效果最佳，病害发生率降低42%，并提升经济收益（ICBR）。结论指出，MWCNTs不仅增强产量和抗病性，还能减少化学农药依赖，为可持续农业提供新方案。
Ranjana Meena | Abhishek Dadhich | R.P. Ghasolia | Shailesh Godika | Kewal Chand | Raja Ram Bunker | Pinki Devi Yadav | Suman Chopra | Rohit Jain
印度拉贾斯坦邦乔布纳SKN农业学院植物病理学系
摘要
秋葵（Abelmoschus esculentus L.）是一种重要的蔬菜作物，在经济和营养方面具有巨大价值。本研究旨在探讨多壁碳纳米管（MWCNTs）对秋葵生长、产量以及生物胁迫抗性的影响。实验设置了六种处理方式：种子浸泡在去离子水中（对照组）以及种子浸泡在100 ppm MWCNTs中不同时间（6至30小时）。研究在2022年和2023年的田间条件下评估了荚果产量、病害发生率（PDI）和增量成本效益比（ICBR）。结果表明，MWCNTs处理过的种子显著提高了荚果产量，其中T5处理组（种子浸泡在100 ppm MWCNTs中24小时）的每公顷产量最高，并且病害发生率降低了42%。MWCNTs处理与ICBR之间的相关性表明，在秋葵种植中采用纳米技术具有经济可行性。研究结论是，MWCNTs的使用不仅提高了产量，还为减轻病害影响提供了环保的方法。未来的研究应重点关注长期田间试验以及MWCNTs诱导秋葵及其他类似作物生长刺激和抗性的分子机制。
引言
秋葵（Abelmoschus esculentus L. Moench），在印地语中称为“Bhindi”，是一种在热带、亚热带和温暖地区广泛种植的重要夏季蔬菜（Kumar等人，2023年）。它因其营养价值和药用特性而备受重视，包括能够降低胆固醇、促进肠道健康以及提供具有抗氧化作用的关键酚类化合物（Elkhalifa等人，2021年；Liu等人，2024年）。然而，秋葵种植受到多种生物胁迫的严重影响，如真菌、细菌、病毒和线虫病害，这些病害会降低产量并降低作物品质。其中，由Rhizoctonia solani引起的根腐病是一个严重问题。这种土传病原体会感染秋葵的根部、下胚轴和叶片，导致生长受阻、萎蔫和组织腐烂（Mishra等人，2021年；Sarkar等人，2022年）。Rhizoctonia solani能够形成抗性菌核，使其在不利条件下持续存在，使得病害管理尤为困难（Yadav等人，2020年；Ounis等人，2024年）。
纳米技术已成为农业领域的变革性工具，为提高植物健康和管理病害提供了创新解决方案（Kim等人，2018年；Nizamani等人，2024年）。在各种纳米材料中，多壁碳纳米管（MWCNTs）因其独特的性质而受到关注，例如高表面积与体积比、机械强度、电导率和化学稳定性（Ayanda等人，2024年）。MWCNTs已被用于多种作物的病害管理（Jabran等人，2024年；Wani等人，2024年）。例如，在小麦中，MWCNTs通过破坏病原体的细胞结构抑制了Fusarium graminearum的感染（Chen等人，2016年）；在水稻中，它们通过干扰真菌代谢抑制了引起稻瘟病的Magnaporthe oryzae的生长（Gupta等人，2021年）。针对番茄的研究表明，MWCNTs不仅抑制了Alternaria solani（早疫病）。尽管需要进一步在秋葵中进行分子验证，但先前的研究显示MWCNTs可能有助于增强防御机制和系统抗性（Rajpal等人，2024年）。此外，在黄瓜中，MWCNTs通过其抗真菌特性减轻了Pseudoperonospora cubensis（霜霉病）的影响，并改善了养分吸收。
这些研究突显了MWCNTs在植物病害管理中的多方面作用，包括直接的抗菌效果、农用化学品的增强输送以及植物防御机制的激活（Wani等人，2024年）。鉴于MWCNTs在多种作物中的成功应用，将其用于对抗Rhizoctonia solani引起的根腐病具有巨大潜力。先前的研究表明，MWCNTs可以干扰病原体的生长和细胞结构，这可能解释了此处观察到的病害发生率降低现象，尽管我们的研究并未直接评估这一点（Goswami等人，2024年）。此外，MWCNTs还能改善根系结构、水分吸收和养分吸收，从而提高秋葵植株抵抗病原体攻击的能力（Wahab等人，2023年）。
本研究探讨了MWCNTs在管理秋葵根腐病中的作用，重点关注其抗菌特性、促进植物生长的效果以及激活防御机制的能力。通过将纳米技术整合到病害管理策略中，本研究为应对秋葵的生物胁迫提供了可持续的方法，有助于提高作物的抗逆性和产量。
实验地点
田间实验于2022年和2023年的Zaid季节在印度拉贾斯坦邦斋浦尔的Sri Karan Narendra农业大学（SKNAU）植物病理学系进行（坐标：26.96625, 75.37774°）。该大学位于斋浦尔-303329。斋浦尔属于半干旱气候，年平均气温约为25.6°C，范围在4.2°C至44.6°C之间；相对湿度平均约为52.8%，变化范围为7.5%至98.8%
多壁碳纳米管（MWCNTs）对植物生长和根腐病的影响
实验发现，100 mg/L（100 ppm）的MWCNTs浓度是最佳浓度，既能促进生长又能抑制病害，同时避免了高浓度下的植物毒性效应。结果表明，在两个生长季节（2022年和2023年）以及汇总数据中，发芽率、植株高度和开花起始时间均受到不同处理方式的显著影响。发芽率范围为95.1%（T1）至97.9%（T5）
局限性与未来工作
本研究展示了MWCNTs处理对提高秋葵产量和抗病性的潜力，但未探讨MWCNTs的环境归趋性或植物毒性效应。已知纳米材料会与土壤微生物群相互作用，在植物组织中积累，并对生态和人类健康构成风险。因此，未来的研究应包括生态毒性评估，如土壤酶活性、微生物多样性和可食用作物中的纳米颗粒残留分析
结论
本研究强调了MWCNTs在提高秋葵产量和病害管理方面的巨大潜力。在所有处理方式中，T5处理组（种子浸泡在100 ppm MWCNTs中24小时）的效果最为显著，表现出显著的荚果产量增加和抗病性提升。研究结果证明了纳米技术在可持续农业中的实际应用价值，能够在不依赖化学农药的情况下同时提高产量和减少生物胁迫。
作者贡献声明
Raja Ram Bunker：撰写——初稿。
Pinki Devi Yadav：撰写——审阅与编辑。
Abhishek Dadhich：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿。
Kewal Chand：正式分析。
R. P. Ghasolia：监督、研究、数据管理、概念构思。
Shailesh Godika：可视化、验证、监督、资源协调、研究、概念构思。
Ranjana Meena：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法学设计、正式分析。
Rohit Jain：验证。
Adelabu和Franke，2022年；Ali等人，2024年；Bharati等人，2023年；Dhaliwal等人，2022年；indianclimate；Liu等人，2021年；Panse和Sukhatme，1985年；Wani等人，2024年。
作者确认他们没有已知的人际或财务冲突可能影响本研究的结果。
作者感谢印度政府通过DST PURSE（2022/142）项目为斋浦尔Manipal大学提供的财政支持。
