Aplicação de nanoconjugado de níquel quitosana como agente antifúngico no combate à podridão por Fusarium do trigo

Jun 11, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 14518 (2022) Citar este artigo

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Os agropesquisadores estão tentando incessantemente derivar uma potencial biomolécula com propriedades antifúngicas, a fim de substituir a aplicação de fungicidas sintéticos em campos agrícolas. A doença da podridão, frequentemente causada por Fusarium solani, causava graves perdas nas colheitas de trigo todos os anos. A quitosana e seus nanoderivados metálicos possuem uma propriedade antifúngica de amplo espectro. Nosso estudo interdisciplinar trata da aplicação do nanoconjugado de níquel quitosana (NiCNC) contra a podridão do trigo por Fusarium, em comparação com nanopartículas de quitosana (CNPs) e o fungicida comercial Mancozeb. CNPs e NiCNC foram caracterizados com base em espectrofotometria UV-Vis, HR-TEM, FESEM, EDXS e FT-IR. Tanto os CNPs quanto o NiCNC foram considerados eficazes contra o crescimento de fungos, dos quais o NiCNC a 0,04 mg/mL mostrou a terminação completa de F. solani cultivado em meio adequado. A análise ultraestrutural dos conídios de F. solani tratados com NiCNC revelou danos pronunciados e ruptura da superfície da membrana. O estudo microscópico de fluorescência revelou geração de estresse oxidativo no sistema fúngico após exposição ao NiCNC. Além disso, o NiCNC apresentou redução na incidência de podridões em 83,33% das mudas de trigo, o que foi confirmado através da observação de seções anatômicas do caule. A aplicação de NiCNC auxilia a muda a superar o efeito adverso do patógeno, que foi avaliado através de atributos de índices de estresse.

Ao longo dos anos tem sido um grande desafio para os agrocientistas controlar doenças fúngicas que destroem uma grande escala de culturas alimentares economicamente importantes. Os patógenos fúngicos causaram graves perdas à produção agrícola mundial1,2,3,4. Um desses patógenos prejudiciais é o Fusarium spp. que causa infecção em uma ampla gama de espécies de plantas. Principalmente, causa doenças como murcha, giberela, podridão de pés e raízes5,6. A podridão do pé e da raiz do trigo (Triticum aestivum L.), que ocorre perto da base do caule da raiz, é uma das doenças fúngicas mais comuns que causa enormes perdas de colheitas nas principais áreas de cultivo de trigo da Europa, Ásia, América do Norte e Austrália7,8, 9,10. Várias espécies de Fusarium são consideradas fungos fitopatogênicos contra cereais de grãos pequenos como trigo, cevada, aveia, etc.11. Existem quase nove espécies diferentes de Fusarium que causam podridão no trigo, de acordo com relatórios publicados em 202012. A espécie Fusarium solani é um dos fungos causadores de podridão mais prevalentes em culturas economicamente importantes como o trigo13,14. A podridão do pé e da raiz do trigo é causada predominantemente por Fusarium solani e Fusarium oxysporum15,16. Epidemias de podridão de Fusarium resultam em graves perdas de colheita todos os anos devido à redução significativa na produção de grãos e à perda de qualidade17. A podridão ataca a porção basal da planta e bloqueia o fluxo de água e nutrientes para a folhagem. Após a infecção, várias espécies de Fusarium produzem metabólitos secundários perigosos para a saúde, chamados micotoxinas, que se acumulam nas plantas e cuja ingestão pode ser letal para o sistema humano18. A espécie Fusarium solani é a maior produtora da toxina T-2 (T = Tricoteceno) que é precursora do neosolaniol, um composto neurotóxico19. Assim, o manejo da podridão de Fusarium solani nas principais culturas economicamente importantes é crucial para minimizar a perda de rendimento.

Nos últimos anos, os cientistas desenvolveram biomoléculas versáteis, como nanopartículas (NPs) ou nanoconjugados (NCs), e as utilizaram para controlar infecções fúngicas20. Vários pesquisadores têm utilizado a quitosana para a síntese de NPs ou NCs devido à sua biocompatibilidade, maior permeabilidade à membrana biológica, custo-benefício, baixa toxicidade e natureza ecologicamente correta21,22. Os cientistas já concluíram que a quitosana é um agente antifúngico devido à sua natureza policatiônica que pode se ligar a vários componentes celulares carregados negativamente de patógenos fúngicos23,24,25. A conversão da quitosana em nanopartículas de quitosana (CNPs) resulta no aumento de sua atividade como componente fungicida devido ao aumento da área superficial e maior eficiência de encapsulamento26. Além dos CNPs, os cientistas têm tentado a síntese de conjugados metálicos de nanoquitosana através de técnicas versáteis, como Método de Gelação Ionotrópica, Reticulação de Emulsão, etc.27,28. Mas há poucos relatos do uso da nanoquitosana metálica como um agente antifúngico promissor. Em comparação com a quitosana e os CNPs, os NPs metálicos conjugados com quitosana apresentam mais atividades biológicas devido às suas propriedades estruturais e funcionais alteradas, como aumento de tamanho e área superficial, presença de mais grupos catiônicos, grupos funcionais ativos e maior capacidade de condensação .