Διερεύνηση της επίδρασης ανόργανων νανοσωματιδίων στους κομβονηματώδεις
Creators: name: Καλομοίρης, Μάριος Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: κομβονηματώδεις
νανοσωματίδια οξειδίων μετάλλων
φυτικά συστατικά
root knot nematodes
metal oxide nanoparticles
plant substances

description: Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δράση επικαλυμμένων νανοσωματιδίων (NPs) και νανοδομών οξειδίων μετάλλων για τον έλεγχο κομβονηματωδών Meloidogyne spp. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η νηματωδοκτόνος δράση α) νανοσωματιδίων μαγγανίου (Mn 3 O 4 NPs), σιδήρου (Fe 3 O 4 NPs), χαλκού (Cu 2 O NPs), ψευδαργύρου (ZnO NPs) και β) νανοκαψουλών (NCs) που δημιουργήθηκαν από τα νανοσωματίδια με τα βιοδραστικά συστατικά ευγενόλη και πελαργονικό οξύ έναντι των Meloidogyne incognita. Πραγματοποιήθηκαν βιοδοκιμές ελέγχου της παράλυσης των προνυμφών δευτέρου σταδίου, που αποτελούν το μολυσματικό στάδιο, στις διάφορες ουσίες και ακόμη, πειράματα ελέγχου της επίδρασης των δραστικών ουσιών που προέκυψαν από τα πειράματα παράλυσης, στο βιολογικό κύκλο των νηματωδών. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων παράλυσης, προέκυψε ότι, τα Mn 3 O 4 NPs και Fe 3 O 4 NPs, δεν προκάλεσαν παράλυση προνυμφών στις χρησιμοποιούμενες δόσεις, μπορούσαν όμως να χρησιμοποιηθούν ως φορείς άλλων δραστικών συστατικών με στόχο τη δημιουργία κατάλληλων νανοδομών για εφαρμογή έναντι φυτοπαθογόνων. Τα Cu 2 O NPs έδειξαν υψηλή αποτελεσματικότητα, και η τιμή EC 50 , στις 24 ώρες προσδιορίστηκε σε 9 μg/ml και μειώθηκε σε τιμές κάτω των 1,5 μg/ml, μετά από 48 ώρες εμβάπτισης, σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη τιμή EC 50 που προσδιορίστηκε για την ιοντική μορφή του χαλκού. Τα Cu 2 O NPs δεσμεύτηκαν σε Fe 3 O 4 NPs, για τη δημιουργία νανοκάψουλας για την οποία όμως δεν βρέθηκε δράση έναντι των Meloidogyne incognita στις δόσεις δοκιμής. Τέλος, για τα ZnO NPs διαπιστώθηκε αξιοσημείωτη δράση (EC 50/24h στα 240 μg/ml), η οποία συσχετίστηκε τόσο με την αύξηση των συγκεντρώσεων δοκιμής, όσο και με τον χρόνο. Τα ZnO NPs χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία νανοκαψουλών με βιοδραστικά φυτικά συστατικά, την ευγενόλη και το πελαργονικό οξύ, οι οποίες διαπιστώθηκε ότι προκαλούν παράλυση στους νηματώδεις Μ. incognita, με τιμές EC 50/24h , 225 και 80 μg/ml για τις νανοκάψουλες ευγενόλης και πελαργονικού οξέος αντίστοιχα. Παρατηρήθηκε επίσης, φαινόμενο συνεργιστικής δράσης μεταξύ του τμήματος του νανοσωματιδίου και αυτού των δεσμευμένων συστατικών που αποδεσμεύονται ανά χρονική στιγμή, καθώς η δράση των νανοκαψουλών ήταν μεγαλύτερη από το άθροισμα της αναμενόμενης δράσης των επιμέρους συστατικών. Σε όλες τις περιπτώσεις ως χημικοί μάρτυρες χρησιμοποιήθηκαν τα συμβατικά νηματωδοκτόνα fluopyram και fosthiazate. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε φυτοδοχεία για τη μελέτη της επίδρασης των νανοσωματιδίων Cu 2 O και ZnO, των φυτικών συστατικών ευγενόλη και πελαργονικό οξύ και των νανοκαψουλών ZnO@Eugenol NCs και ΖnO@Pelargonic acid NCs στο βιολογικό κύκλο των νηματωδών. Βρέθηκε αξιόλογη δράση των Cu 2 O NPs, παρουσιάζοντας 39,36% μείωση της προσβολής ως προς τους κόμβους μετά από εφαρμογή 1 mg/kg εδάφους, ενώ τα ZnO NPs δεν περιόρισαν στατιστικά σημαντικά την προσβολή στη δόση εφαρμογής (300 mg/kg εδάφους). Ωστόσο, οι νανοκάψουλες με τα δεσμευμένα συστατικά, ευγενόλη και πελαργονικό οξύ, περιόρισαν την προσβολή ανάλογα με τη διαθέσιμη ποσότητα των αποδεσμευμένων συστατικών. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι αφενός τα νανοσωματίδια Cu 2 O NPs και αφετέρου οι νανοκάψουλες ZnO NPs με δεσμευμένα φυτικά συστατικά, μπορούν να αξιολογηθούν για την εφαρμογή τους σε ένα πρόγραμμα ελέγχου των νηματωδών M. incognita
description: In this study, it was investigated, the effect of coated metal oxide nanoparticles (NPs) and nanostructures for the control of root-knot nematodes Meloidogyne spp. Particularly, it was investigated the nematicidal activity of a) manganese (Mn 3 O 4 NPs), iron (Fe 3 O 4 NPs), copper (Cu 2 O NPs) and zinc (ZnO NPs) nanoparticles and b) nanocapsules (NCs) derived from the already studied nanoparticles and the bioactive plant substances eugenol and pelargonic acid. Paralysis tests took place, on second stage juveniles, the infectious stage, and also pot experiments, in order to find the effect of the ingredients, found bioactive at the paralysis tests, on the biological cycle of nematodes. The results of the paralysis tests showed that the Mn 3 O 4 NPs and Fe 3 O 4 NPs did not cause any larval paralysis at the doses used, but could be used as carriers of other active ingredients in order to generate appropriate nanostructures for application against phytopathogens. Cu 2 O NPs showed high efficacy and the EC 50/24h value was determined at 9 μg/ml even below 1,5 μg/ml after 48h, significantly lower than that of the copper ionic form. Cu 2 O NPs formed nanocapsules having bounded to Fe 3 O 4 NPs, but no activity was found against Meloidogyne incognita at the doses tested. Finally, for ZnO NPs, there was a remarkable effect obsesved (EC 50/24h =240 μg/ml), which was correlated with both the increase in test concentrations and the time. ZnO NPs were used to form nanocapsules with bioactive plant substances, eugenol and pelargonic acid, which were found to cause paralysis to M. incognita with EC 50/24h , 225 and 80 μg/ml for eugenol and pelargonic acid nanocapsules respectively. A synergistic effect was also observed between the portion of nanoparticle and that of the bound substance’s part released at a given time, as the action of the nanocapsules was greater than the sum of the expected action of the individual components. Conventional nematicides fluopyram and fosthiazate were used as chemical control in all cases. Finally, experiments in pots were carried out, so as to study the effect of the Cu 2 O and ZnO nanoparticles, eugenol, pelargonic acid and ZnO@Eugenol NCs and ZnO@Pelargonic acid NCs on nematodes’ biological cycle. Significant effect of Cu 2 O NPs was observed, showing 39,36% decrease of infection concerning gall number, after the application of 1 mg/kg soil, while ZnO NPs did not significantly reduced infestation at the application dose (300 mg/kg soil). However, the nanocapsules with eugenol and pelargonic acid reduced infestation at such a rate according to the available amount of the released substance. It is concluded from the results, that both Cu 2 O NPs and nanocapsules of ZnO NPs with plant substances can be evaluated for their application in a program for the control of M. incognita