通过从伊朗特有药用植物Salvia persepolitana中分离出的镰刀菌属(Fusarium)内生真菌实现银纳米粒子的绿色合成

时间:2026年2月3日
来源:Biocatalysis and Agricultural Biotechnology

编辑推荐:

本研究利用伊朗特有药用植物S. persepolitana的内生真菌,通过暗反应条件下银硝酸盐与真菌细胞滤液反应,外源绿色合成银纳米颗粒。筛选发现F. oxysporum、F.avenaceum和F. falciforme三种真菌具有合成能力,并利用UV可见光谱、动态光散射、扫描电镜及红外光谱分析其特性,证实颗粒单分散且稳定性良好。抗菌实验表明其能有效抑制S. aureus和大肠杆菌,抑菌圈分别为16.5-21.5 mm和16-21 mm。研究表明,此类生物合成纳米颗粒可作为合成方法的替代选择。

广告
   X   

雷扎·莫斯塔法扎德(Reza Mostafazade)| 瓦希德·索赫埃利(Vahid Soheili)| 贾瓦德·阿西利(Javad Asili)| 扎赫拉·塔齐克(Zahra Tazik)| 莱拉·阿拉比(Leila Arabi)| 比比·塞迪格赫·法兹利·巴扎兹(Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz)
伊朗马什哈德医科大学药学技术研究所生物技术研究中心

摘要

内生真菌是植物的共生体,被认为是天然产物的良好来源。此外,它们在绿色合成中的应用进一步提升了其重要性。在本研究中,通过与伊朗特有药用植物Salvia persepolitana共生的Fusarium内生真菌,在黑暗条件下通过真菌细胞滤液与硝酸银的反应实现了银纳米颗粒的体外合成。筛选后确定Fusarium oxysporumFusarium avenaceumFusarium falciforme能够生物合成银纳米颗粒。使用紫外-可见光谱法(UV-visible spectrophotometry)、动态光散射(DLS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对这些纳米颗粒的形状、大小和其他特性进行了研究。紫外-可见光谱法在400-450纳米范围内检测到吸收峰,证实了纳米颗粒的形成。DLS测量结果显示,由F. avenaceumF. oxysporum和F. falciforme分别产生的纳米颗粒大小分别为52.42纳米、52.82纳米和54.28纳米。粒子的粒子分散指数(PDI)小于0.3,且ζ电位适中,表明其具有单分散性和稳定性。FESEM观察显示大多数颗粒呈球形且未聚集,粒径为50-70纳米。傅里叶变换红外光谱分析证实了合成和包覆过程中存在天然化合物。通过琼脂孔扩散试验评估了这些纳米颗粒的抗菌活性,发现它们对金黄色葡萄球菌(抑菌圈约为16.5-21.5毫米)和大肠杆菌(抑菌圈约为16-21毫米)具有显著的剂量依赖性抗菌作用。此外,这些纳米颗粒还具有良好的化学和物理稳定性。总之,通过与Salvia persepolitana共生的Fusarium通过绿色合成方法生物合成的银纳米颗粒是合成方法的合适替代方案。

引言

纳米技术是指合成和利用尺寸小于100纳米的纳米材料(包括纳米颗粒NPs、量子点、纳米纤维、纳米复合材料等)的科学。从块状到纳米尺度形式的转变通常伴随着材料物理和化学性质的改进(Ghasemi Farimani等人,2025年;Joudeh和Linke,2022年)。金属纳米颗粒因其理想的尺寸和表面积比、表面电荷以及高多样性而得到广泛应用(Burlec等人,2023年)。其中,银纳米颗粒因其高稳定性、低化学反应性以及抗菌、抗真菌、抗病毒、抗癌和抗炎等生物活性而尤为突出(Duman等人,2024年)。银纳米颗粒在制药、医疗、环境、食品和农业领域具有巨大潜力,可用于伤口愈合、癌症治疗、药物递送系统、植入物、生物传感器、诊断、太阳能电池、可回收催化剂、化妆品、组织工程和废水处理等领域(Almatroudi,2020年;Bagheri-abassi等人,2015年)。
银纳米颗粒的合成主要通过三种物理、化学和生物方法实现。物理方法主要是机械或基于激光的过程,可以高速生产纯纳米颗粒,但存在能耗高、设备占用空间大和效率低等问题。化学方法主要基于化学反应将银从离子态转化为纳米态,但也面临成本高和使用有毒溶剂等挑战。尽管存在这些限制,寻找清洁、安全、环保且经济可行的方法(即“绿色合成”方法)仍然十分重要(Khalaj等人,2020年;Motafeghi等人,2023年;Nguyen等人,2023年)。
绿色合成是指利用生物系统(包括植物、细菌、真菌和藻类)制造纳米颗粒的过程(Al-Sahlany等人,2025年)。通过这种方法合成的纳米颗粒具有更好的稳定性和更多样的尺寸,因为它们是一步法生产的,因此是传统方法的可靠替代方案(Huston等人,2021年)。多种植物化学物质,如生物碱、黄酮类、酚类、醇类、单宁和蛋白质,可作为还原剂、稳定剂和包覆剂(Ingle等人,2008年;Singh等人,2023年)。多种机制和化合物,如辅因子NADH、各种酶(尤其是硝酸盐还原酶)和细胞壁结构,参与纳米颗粒的体内或体外合成。与游离半胱氨酸残基或胺基团的静电相互作用在生成过程中起着重要作用(Durán等人,2005年;Salunke等人,2016年;Singh等人,2018年)。绿色合成的银纳米颗粒在尺寸和形状上具有广泛分布,这受到用于制造颗粒的物种等多种条件的影响(Ahmad等人,2019年)。研究表明,这些生物来源的纳米颗粒比合成样品具有更好的抗菌效果(Sintubin等人,2011年)。
在讨论的生物系统中,真菌(尤其是内生真菌)尤为重要(Mostafazade等人,2024年)。这些有益的共生体能够增强和激活植物的防御系统,对抗病原体,并在盐度、干旱等压力条件下帮助植物生存,通过与宿主的多种相互作用产生活性代谢物。尽管它们非常重要,且几乎所有植物都存在内生关系,但其复杂的世界仍不为人所熟知(Akram等人,2023年;Rodriguez等人,2009年)。与其他生物系统相比,真菌在绿色合成中具有许多优势,如能够分泌酶、菌丝体表面积大、可扩展性强以及培养基廉价简单,使其成为实验室和工业规模生产金属纳米颗粒(如银)的理想候选者(Mostafazade等人,2024年;Sawalha等人,2025年)。
Fusarium属可能是第三重要的内生真菌群体,属于Nectriaceae科,与宿主植物具有广泛的内生关系。这些真菌种类能够产生多种活性代谢物,在多种植物器官中大量存在,并具有多种已报道的生物学效应,因此是进一步研究的重要对象(Ahmed等人,2023年)。此外,这些种类在金属纳米颗粒的绿色合成中起着关键作用(Mostafazade等人,2024年)。筛选研究表明,大多数Fusarium种类具有合成银纳米颗粒的潜力(Gaikwad等人,2013年;Ghareib等人,2015年)。
Salvia属是唇形科(Lamiaceae)中最大的属,包含许多具有高药理和植物化学价值的物种,其中一些如Salvia persepolitana Boiss是伊朗特有的(Asgarpanah,2021年;Askari等人,2021年)。先前的研究观察到Salvia属植物与包括Fusarium在内的内生真菌之间存在共生关系(Teimoori-Boghsani等人,2020年;Zimowska等人,2020年)。
鉴于绿色合成的重要性、银纳米颗粒的广泛应用、内生真菌的潜力以及所研究植物的特殊性,此类研究的必要性尤为突出。本研究旨在探讨通过从Salvia persepolitana中分离出的Fusarium内生真菌利用绿色合成方法制造银纳米颗粒的能力,并使用紫外-可见光谱(UV-vis)、动态光散射(DLS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对这些颗粒进行表征。同时,还研究了这些颗粒的抗菌活性(通过琼脂孔扩散试验)及其化学和物理稳定性。

部分内容

溶剂、化学品和仪器

硝酸银、马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)和Luria-Bertani(LB)培养基从德国达姆施塔特的Merck公司购买。Mueller Hinton琼脂(MHA)从伊朗德黑兰的Ibresco公司购买。名为SilvoSept的合成银纳米颗粒来自伊朗德黑兰的Chito Tech公司。Jal Tajhiz公司的JTSDL 40摇床培养箱(伊朗)、岛津UV-1800紫外-可见光谱仪(日本)、Malvern Nano-ZS Zetasizer(英国)、TESCAN MIRA3场发射扫描电子显微镜(捷克共和国)、岛津RF-540傅里叶变换红外光谱仪(日本)等设备也用于实验。

银纳米颗粒的绿色合成

在绿色合成过程中,发现与Salvia persepolitana共生的内生真菌中,F. oxysporumF. avenaceumF. falciforme三种真菌具有生物合成银纳米颗粒的能力。这一过程伴随着培养基颜色逐渐变为浅黄色、黄色、红色、 Ruby红色,最终变为红棕色,这一变化在真菌细胞滤液中并未观察到。

结论

本研究调查了从伊朗特有植物Salvia persepolitana根部分离出的五种Fusarium种类(F. avenaceumF. duofalcatisporumF. redolensF. oxysporumF. falciforme)制造银纳米颗粒的能力。其中F. oxysporumF. avenaceumF. falciforme能够通过硝酸银溶液和真菌细胞滤液的混合物在体外实现这一过程。

CRediT作者贡献声明

瓦希德·索赫埃利(Vahid Soheili):撰写——审稿与编辑、验证、方法学、概念化。雷扎·莫斯塔法扎德(Reza Mostafazade):撰写——审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法学、研究、数据分析、数据整理。扎赫拉·塔齐克(Zahra Tazik):撰写——审稿与编辑、验证、方法学、数据分析、概念化。贾瓦德·阿西利(Javad Asili):撰写——审稿与编辑、验证、方法学、数据分析、概念化。莱拉·阿拉比(Leila Arabi):撰写——审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

数据获取

支持本研究结果的数据可向相应作者索取。

资助

本研究得到了马什哈德医科大学的支持(资助编号:4021602)。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢马什哈德医科大学药学技术研究所生物技术研究中心的支持。本研究中使用的真菌由伊朗马什哈德费尔多维西大学理学系Ali Ganjeali博士收集的植物样本分离得到。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有