Eine Lösung für das Management landwirtschaftlicher Krankheiten

Einem Forschungsteam ist es gelungen, grüne Kupferoxid-Nanopartikel (CuO.NPs) aus Blattextrakten der Mangifera indica (M. indica) zu synthetisieren. Die CuO.NPs zeigten eine starke Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien sowie eine fungizide Wirkung auf Krankheitserreger von Kakifrüchten. Dieser Fortschritt ist von großem Wert für die Landwirtschaft, da er eine biokompatible und umweltfreundliche Methode zur Bekämpfung phytopathogener Krankheiten bietet. Zukünftige Anwendungen dieser Technologie könnten das Krankheitsmanagement bei Nutzpflanzen revolutionieren und potenziell die landwirtschaftliche Produktivität und Nachhaltigkeit steigern.

Eine nachhaltige Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion ist erforderlich, da sich die weltweite Nachfrage nach Nutzpflanzen zwischen 2005 und 2050 voraussichtlich verdoppeln wird. Die rasche Ausbreitung von Pflanzenpathogenen bedroht jedoch die Nachhaltigkeit der Nahrungsmittelversorgung. Der Pflanzenanbau ist in großem Umfang auf synthetische Agrochemikalien zur Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten angewiesen, doch dieser Ansatz trägt zu Umweltschäden und Krankheitsresistenzen bei.

Diese Probleme unterstreichen die Notwendigkeit innovativer, umweltfreundlicher Methoden zur Krankheitsbekämpfung. In letzter Zeit wurde viel Forschung zur grünen Synthese verschiedener antimikrobieller Nanopartikel betrieben. Kupfer, ein Hochleistungsmetall, das in der Landwirtschaft zur Bekämpfung pathogener Angriffe eingesetzt wird, erhielt weniger Aufmerksamkeit.

A Studie veröffentlicht in Fruchtforschung am 3. Juni 2024, zielt darauf ab, umweltfreundliche und wirtschaftlich tragfähige M. indica-vermittelte CuO.NPs zu synthetisieren, um nachhaltige, biokompatible Lösungen für das Management von Phytopathogenen zu entwickeln.

Zunächst wurde M. indica-Blattextrakt zur Synthese von Kupferoxid-Nanopartikeln (CuO.NPs) verwendet, und die Synthese wurde durch eine Farbänderung von gelb nach kupferrötlich bestätigt. Anschließend wurden die spektralen und morphologischen Charakterisierungen der Biosynthese mittels FTIR, XRD und TEM beobachtet.

Die FT-IR-Analyse bestätigte die Existenz von funktionellen Gruppen wie CN und OH in den grünen synthetisierten CuO.NPs, die das Potenzial besitzen, pathogenes Wachstum effektiv zu hemmen. XRD wurde durchgeführt, um die kristalline Natur und Größe der Nanopartikel mithilfe der Scherrer-Formel nachzuweisen. Die TEM-Analyse ergab, dass die CuO.NPs eine sphärische Morphologie aufweisen und effektiv dispergiert sind, ohne zu aggregieren, mit Größen im Bereich von 40–80 nm.

Darüber hinaus wurde die antibakterielle Aktivität von CuO.NPs bei verschiedenen Dosierungen (30, 60 und 100 μg·mL−1) sowohl in vitro als auch in vivo untersucht. Die CuO.NPs zeigten eine signifikante antibakterielle Aktivität gegen Escherichia coli (E. coli) und Staphylococcus aureus (S. aureus), wobei höhere Dosierungen größere Hemmzonen zeigten. Die antimykotische Aktivität in vivo wurde an Diospyros kaki (Kakifrucht) getestet, wo CuO.NPs die Krankheitshäufigkeit signifikant reduzierten.

Darüber hinaus zeigten die Nanopartikel auch eine starke antioxidative Wirkung, vergleichbar mit Ascorbinsäure. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass grün synthetisierte CuO.NPs ein erhebliches Potenzial für den Einsatz als umweltfreundliche, kostengünstige antimikrobielle Wirkstoffe in der Landwirtschaft haben.

Laut dem leitenden Forscher der Studie, Cheng Song, „bietet diese Arbeit einen neuen Ansatz für weitere Untersuchungen metallischer Nanopartikel in wichtigen Bereichen wie Phytopathologie und Landwirtschaft. Der Einsatz dieser umweltfreundlichen Methode biogener Nanopartikel kann dazu beitragen, den Pilzbefall in süßem Obst zu reduzieren und die sozioökonomische Stellung der Landwirte zu verbessern.“

Zusammenfassend zeigt diese Forschung die grüne Synthese von CuO.NPs unter Verwendung von M. indica-Blattextrakt. Die durch FTIR, XRD und TEM charakterisierten CuO.NPs zeigten eine signifikante antimikrobielle Aktivität gegen E. coli und S. aureus, fungizide Wirkungen auf R. oryzae und starke antioxidative Eigenschaften. Diese Erkenntnisse unterstreichen das Potenzial umweltfreundlicher CuO.NPs als kostengünstige antimikrobielle Wirkstoffe in der Landwirtschaft.

Zukünftige Forschung sollte sich auf die Optimierung der Synthese, die Ausweitung der Anwendungen und die Steigerung der Produktion konzentrieren, um den nachhaltigen Pflanzenschutz zu verbessern.