生物合成银纳米颗粒增强辣椒（Capsicum annuum (L.)）的生长、生理及对蓟马侵染的抗性

《Next Nanotechnology》：Biosynthesized silver nanoparticles enhance growth, physiology, and resistance of Capsicum annuum (L.) against thrips infestation

　　

蓟马侵染是辣椒（Capsicum annuum L.）果实品质和产量的主要限制因素。在本研究中，研究人员合成了根霉激发子（RE）介导的硝酸银（SN）和硫代硫酸银纳米颗粒（R-Ag，R-STS），其颜色从淡黄色转变为棕色，吸收峰分别位于425 nm和432 nm。合成的银纳米颗粒尺寸范围为18–35 nm。研究人员在温室条件下检测了这些纳米颗粒对辣椒植株蓟马侵染的效果。使用不同纳米颗粒（RE、R-Ag、R-STS、SN）以1、10和20 mg L^-1进行种子引发处理。种子引发提高了45日龄幼苗的种子发芽率（96–100%）、幼苗活力指数、幼苗长度、生物量、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、类胡萝卜素和叶绿素。以20至100 mg L^-1的纳米颗粒进行叶面喷施，与对照相比，蓟马种群减少了85–94%。叶面喷施提高了叶绿素、类胡萝卜素、TPC、TFC、还原糖、总抗氧化活性（TAA）和铁还原抗氧化能力（FRAP）活性，同时DPPH（IC50 100–47 mg mL^-1）活性被发现。此外，纳米颗粒处理使辣椒素类物质增加了277%，使其成为经济上重要的辣椒植株的合适选择。研究结果表明，使用生物合成纳米颗粒也可作为一种有效的生物纳米农药，用于预防蓟马侵染并促进可持续的农艺改进。

**论文解读：生物合成银纳米颗粒增强辣椒（Capsicum annuum L.）的生长、生理及对蓟马侵染的抗性**

**研究背景与问题**
辣椒（Capsicum annuum L.）是全球热带和温带地区重要的蔬菜和香料作物，其经济价值源于辣椒素类物质（capsaicinoids）和天然红色色素（类胡萝卜素）。然而，蓟马（thrips，缨翅目Thysanoptera昆虫）侵染是制约辣椒果实品质和产量的关键限制因素，这些微小昆虫不仅直接取食造成损伤，还传播植物病毒。传统化学农药的使用带来环境和健康风险，因此亟需可持续的防控策略。纳米生物技术（nanobiotechnology）作为新兴手段，在促进植物生长、提高产量和增强抗逆性方面展现出潜力。已有研究证实壳聚糖纳米颗粒可减少辣椒蓟马70–85%。然而，关于生物合成银纳米颗粒（AgNPs）对蓟马侵染下辣椒次生代谢物积累的影响，相关研究十分有限。本研究旨在合成并表征环境友好的根霉（Rhizopus）介导的银纳米颗粒，并评估其对辣椒生长、果实品质及蓟马抗性的作用。该论文发表在《Next Nanotechnology》。

**主要关键技术方法**
研究人员利用根霉真菌提取物作为生物还原剂和稳定剂，通过生物合成方法制备了两种银纳米颗粒：根霉-硝酸银纳米颗粒（R-Ag）和根霉-硫代硫酸银纳米颗粒（R-STS）。采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、Zeta电位分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对纳米颗粒进行表征。实验选用三个高度辣味的辣椒品种（Arka Sweta、Arka Harita、Arka Meghana），种子来源于印度园艺研究所（ICAR）班加罗尔。在温室条件下，分别进行种子引发处理（1、10、20 mg L^-1，24小时）和叶面喷施处理（20–100 mg L^-1，于开花期）。通过测定幼苗形态、生化参数（叶绿素、类胡萝卜素、总酚TPC、总黄酮TFC、还原糖）、抗氧化活性（总抗氧化活性TAA、DPPH自由基清除活性、铁还原抗氧化能力FRAP）及辣椒素类物质含量（高效液相色谱HPLC），评估纳米颗粒的效果。蓟马侵染实验通过人工接种约25–30只蓟马/株进行。

**研究结果**

**3.1. 纳米颗粒合成与表征**
**3.1.1. 紫外-可见光谱**：R-Ag和R-STS纳米颗粒在425 nm和432 nm处出现表面等离子体共振（SPR）吸收峰，颜色从淡黄变为棕色，证实Ag⁺还原为Ag⁰。
**3.1.2. Zeta电位分析**：R-Ag和R-STS的Zeta电位分别为?13.1 mV和?22.1 mV，多分散指数（PDI）分别为0.446和18.17 nm，表明纳米颗粒稳定性良好。
**3.1.3. FTIR分析**：FTIR光谱显示，根霉提取物中的蛋白质（尤其是酰胺基团和羟基）参与银离子的还原和纳米颗粒的稳定，防止团聚。
**3.1.4. XRD分析**：XRD图谱显示R-Ag在2θ=38.13°、44.45°、64.51°、77.35°出现布拉格反射，对应面心立方（fcc）银的（111）、（200）、（220）和（311）晶面，证实其晶体结构。
**3.1.5. TEM分析**：TEM图像显示银纳米颗粒尺寸在18–25 nm之间，呈结晶态，选区电子衍射（SAED）进一步确认结晶性。
**3.1.6. 种子引发对植物发育和生化成分的影响**：种子引发处理（20 mg L^-1）显著提高发芽率（96–100%）、幼苗活力指数（SVI最高3550）、幼苗长度和生物量。生化分析表明，R-Ag和R-STS处理使叶绿素含量增加137–139%，类胡萝卜素增加92%，总酚（TPC）增加59–95%，总黄酮（TFC）增加54–60%，相比对照均有显著提升（p<0.05）。
**3.1.7. 纳米颗粒叶面喷施对蓟马侵染的影响**：所有纳米颗粒处理（RE、R-Ag、R-STS）均显著降低蓟马种群，减少幅度达85–93%，且呈剂量依赖性。R-STS对蓟马的防控效果最佳。
**3.1.8. 叶面处理对植物生理性状的影响**：纳米颗粒处理显著提高植株高度、果实数量、叶面积等。例如，R-STS处理使Arka Meghana品种株高达94 cm，果实数达89个，对照仅为79 cm和75个。
**3.1.9. 叶面处理对植物生化成分的影响**：叶面喷施显著提升叶绿素、类胡萝卜素、总酚、总黄酮、还原糖含量。例如，R-Ag处理使Arka Meghana叶绿素增加127.75%，类胡萝卜素增加120.34%；R-STS处理使总酚增加89–114%，总黄酮增加207–219%。
**3.2. 抗氧化活性测定**
**3.2.1. 总抗氧化活性（TAA）**：叶面喷施增强TAA，R-STS处理使Arka Sweta的TAA提高55.13%（318.39 mg 100 g^-1）。
**3.2.2. DPPH自由基清除活性**：IC50值降低，表明抗氧化能力增强。R-Ag处理使Arka Sweta的IC50降至47.72 mg mL^-1（对照147.21 mg mL^-1）。
**3.2.3. 铁还原抗氧化能力（FRAP）**：R-STS处理使FRAP能力提高155.31%（Arka Sweta达379.3 mg 100 g^-1）。
**3.2.4. 总辣椒素类物质**：纳米颗粒处理显著增加辣椒素类物质含量。R-Ag在40 mg L^-1下使Arka Meghana品种增加277.34%（达573.62 mg 100 g^-1）。
**3.2.5. 辣度（SHU）**：辣度单位（Scoville Heat Unit, SHU）相应提升。R-STS处理使Arka Meghana的SHU达到91506，对照为24475。
**3.3. 主成分分析（PCA）**：PCA显示纳米颗粒处理与生理、生化参数的高相关性，不同品种对特定纳米颗粒浓度有最优响应，如R-Ag3、R-STS4等浓度可最佳提升生长和代谢物积累。

**总结与结论**
讨论部分指出，生物合成银纳米颗粒通过诱导活性氧（ROS）信号、激活抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD）和非酶抗氧化系统（酚类、黄酮类、抗坏血酸），增强苯丙烷途径等次生代谢，并可能直接破坏蓟马表皮膜或干扰取食行为，从而综合实现抗虫和促生效果。结论明确：本研究成功利用根霉提取物高效合成绿色银纳米颗粒，R-Ag和R-STS纳米颗粒稳定性强，可作为有效的生物纳米农药对抗蓟马侵染。此外，辣椒素类物质和抗氧化活性的增强表明这些纳米颗粒可作为果实品质的生物刺激素。未来研究应关注纳米颗粒在土壤中的残留及长期环境影响。