Бактериофаг-опосредованный биосинтез наночастиц MnO₂ и MgO и их роль в защите растений от бактериальных патогенов

Введение: Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) — возбудитель бактериального ожога листьев риса, приводящего к снижению урожайности.

Методы: Для биосинтеза MgO и MnO использовали лизат бактериофага Xoo X3. Физико-химические свойства наночастиц MgO и MnO изучали методами спектроскопии в ультрафиолетовом и видимом диапазонах (УФ-видимой спектроскопии), рентгеновской дифракции, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и ИК-Фурье-спектроскопии. Оценивали влияние наночастиц на рост растений и развитие бактериального ожога листьев. Флуоресценцию хлорофилла использовали для определения токсичности наночастиц для растений.

Результаты: Пики поглощения при 215 и 230 нм для MgO и MnO соответственно подтвердили образование наночастиц по данным УФ-видимой спектроскопии. Рентгеновская дифракция показала, что наночастицы имеют кристаллическую структуру. Бактериологические исследования выявили выраженное антибактериальное действие наночастиц MgO и MnO размером 12,5 и 9,8 нм соответственно в отношении возбудителя бактериального ожога риса Xoo. Наиболее выраженный антагонистический эффект на агаризованной питательной среде наблюдался у наночастиц MnO, тогда как наночастицы MgO сильнее всего влияли на рост бактерий в жидкой питательной среде и клеточный эффлюкс. Наночастицы MgO и MnO не оказывали токсического действия на растения. Более того, у модельного растения Arabidopsis наночастицы MgO в концентрации 200 мкг/мл значительно повышали квантовую эффективность фотохимии фотосистемы II на свету (ΦPSII) по сравнению с другими вариантами воздействия. Кроме того, у проростков риса, обработанных синтезированными наночастицами MgO и MnO, отмечалось значительное подавление бактериального ожога листьев. В присутствии Xoo наночастицы MnO способствовали росту растений сильнее, чем наночастицы MgO.

Выводы: Представлен эффективный способ биосинтеза наночастиц MgO и MnO, которые могут служить альтернативным средством борьбы с бактериальными болезнями растений без фитотоксического действия.