马铃薯干腐病病原菌镰刀菌(Fusarium falciforme)的鉴定及其绿色合成银纳米颗粒的抗菌活性研究

本研究首次报道了巴基斯坦地区马铃薯干腐病病原菌镰刀菌(Fusarium falciforme)的分子鉴定，并利用其菌丝提取物绿色合成银纳米颗粒(Ag NPs)。通过多基因系统发育分析(ITS/TEF1-α/RPB2)确认病原菌分类地位，采用UV、XRD、FTIR和FE-SEM技术表征了29 nm球形Ag NPs。抗菌实验显示该纳米颗粒对铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)等病原菌具有显著抑制效果(最大抑菌圈2.0 mm)，为农业病害防控提供了新型纳米材料解决方案。

　　

马铃薯作为全球重要的粮食作物，在巴基斯坦年产量达800万吨，但其生产长期受到干腐病的严重威胁。这种由镰刀菌属(Fusarium)真菌引起的病害会导致块茎出现褐色凹陷斑块、内部组织坏死，并产生多种霉菌毒素如单端孢霉烯(trichothecenes)和伏马菌素(fumonisins)。更棘手的是，传统化学防治面临病原菌耐药性和环境毒性等问题，而纳米材料因其独特的物理化学性质正成为新型抗菌剂的研究热点。

在这项发表于《BMC Plant Biology》的研究中，Syed Haseeb Shah团队首次报道了巴基斯坦马铃薯干腐病病原菌镰刀菌(Fusarium falciforme)的鉴定，并创新性地利用该真菌合成银纳米颗粒(Ag NPs)用于抗菌应用。研究人员从开伯尔-普赫图赫瓦省多个产区采集病薯，通过形态学观察发现典型白色菌丝体症状，分离获得15个菌株。采用18S-ITS、翻译延伸因子TEF1-α和RNA聚合酶II亚基RPB2基因测序，结合多基因系统发育分析，首次确认F. falciforme是当地马铃薯干腐病的新病原菌。

关键技术包括：从马铃薯病薯分离真菌病原体；ITS/TEF1-α/RPB2基因测序和系统发育分析；真菌介导的Ag NPs绿色合成(pH 9.0，28°C)；UV-Vis、XRD、FTIR和FE-SEM表征技术；针对铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)等4种病原菌的琼脂扩散法抗菌实验。

Morphological identification

菌落形态学显示F. falciforme在PDA培养基上产生絮状菌丝，随培养时间延长转为棕白色，与F. solani的同心轮纹状菌丝形成鲜明对比。这种形态差异为初步分类提供了依据。

PCR identification and sequencing

通过特异性引物扩增获得TEF1-α(550 bp)和ITS(780 bp)条带，测序分析发现分离株ZHW5与F. falciforme(NCS238)相似度达99.6%。值得注意的是，RPB2基因分析进一步佐证了这一结果，三基因联合系统发育树将其明确归类于镰刀菌 solani复合种(FSSC)分支。

Phylogenetic tree

最大似然法构建的系统发育树显示，分离株ZHW5与参考菌株F. falciforme(NCS54)形成高支持率分支(SH-aLRT≥80%)，而ZHW3和ZHW6分别聚类于F. verticillioides和F. oxysporum分支。这种多基因分析方法显著提高了物种鉴定的准确性。

Ag NPs synthesis and characterization

当真菌滤液与AgNO₃(1 mg/mL)以1:1混合时，溶液在72小时内由乳白色变为深棕色，UV-Vis光谱在431 nm处出现典型表面等离子共振峰。XRD分析显示Ag NPs为面心立方结构，在2θ=36.14°(111)、44.26°(200)等位置出现特征峰。FE-SEM图像证实纳米颗粒呈球形，平均粒径29 nm，EDS检测到银元素占比达86.7%。

Antimicrobial activity

浓度梯度实验显示，90 μg/μL Ag NPs对铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)抑菌圈达2.0 mm，对丁香假单胞菌(P. syringae)为1.9 mm，显著高于对照(p≤0.05)。这种广谱抗菌性可能与纳米颗粒破坏细菌细胞膜、诱导活性氧(ROS)积累有关。

研究结论强调，这是首次在巴基斯坦发现F. falciforme引起马铃薯干腐病，其合成的Ag NPs具有优异的抗菌性能。该方法不仅为农业病害防控提供了环境友好的纳米材料，还拓展了真菌资源在纳米生物技术中的应用前景。特别是Ag NPs对多重耐药菌株的抑制作用，为开发新型抗菌剂奠定了理论基础。未来研究可进一步优化合成条件，并探索其在采后病害防治中的实际应用价值。