Pseudomonas fluorescens に基づく生物由来銀ナノ粒子：稲の褐斑病に対するグリーンソリューション

2025-04-25 Fri
生物由来銀ナノ粒子 Pseudomonas fluorescens 褐斑病米グリーン合成抗菌活性ナノテクノロジー
学術的背景米（Oryza sativa L.）は世界的に重要な穀物作物であり、世界の約5分の1の人々に主要なカロリー源を提供しています。しかし、米の生産はさまざまな生物的および非生物的ストレスに直面しており、収量の低下を引き起こしています。その中でも、真菌病原体Cochliobolus miyabeanusによって引き起こされる稲の褐斑病（brown leaf spot disease）は広く蔓延する病害であり、米の収量と品質に深刻な影響を与えています。従来の化学農薬は効果が限られているだけでなく、環境に害を及ぼす可能性もあります。そのため、環境に優しく持続可能な病害防除策の開発が急務となっています。ナノバイオテクノロジー、特に銀ナノ粒子（AgNPs）の応用は、その高い抗菌および抗真菌活性から研究の焦点となっています。本研究では、蛍光 Pseudomonas（Pseudomonas fluorescens）を介したグリーン合成法を用いてAgNPsを調製し、稲の褐斑病に対する防除効果を評価しました。
論文の出典この研究は、インドのThe American College、SRM Institute of Science and Technology、Sree Balaji Medical College and Hospital、カタールのUniversity of Doha for Science and Technology、サウジアラビアのKing Khalid University、およびマレーシアのUniversiti Malaysia Perlisなど、複数の機関の研究チームによって共同で行われました。論文は2025年にBionanoscience誌に掲載され、タイトルは「Pseudomonas fluorescens–Based Biogenic Silver Nanoparticles: A Green Solution for Brown Leaf Spot Disease in Rice」です。
研究のプロセスと結果1. 蛍光 Pseudomonasの分離と同定研究チームは、インドのマドゥライ地区の稲の根圏土壌から52株の細菌サンプルを分離し、King’s B培地を使用して蛍光を示す菌株をスクリーニングしました。これらの菌株はグラム染色とカタラーゼテストを経てグラム陰性菌と同定され、さらに標準テストによって蛍光 Pseudomonasであることが確認されました。その中でも、株PF-3は最も強い拮抗活性を示し、その後の実験の研究対象として選ばれました。
2. 稲の褐斑病病原体の分離と同定感染した稲の葉からCochliobolus miyabeanusを分離し、形態学的特徴と培養特性によって同定しました。この病原体はPDA培地で灰黒色のコロニーを示し、27-30°Cで最適に生育しました。二重プレート拮抗実験を通じて、褐斑病病原体に対して抑制効果を示す26株の蛍光 Pseudomonasをスクリーニングし、その中でPF-3株が最も顕著な抑制効果を示し、抑制帯の半径は1.5 cmに達しました。
3. 銀ナノ粒子のバイオ合成と特性評価PF-3株の無細胞培養上清液と1 mM硝酸銀溶液を反応させ、AgNPsの合成に成功しました。反応液の色が淡黄色から濃褐色に変化し、AgNPsの形成が示されました。紫外可視分光法による分析では、AgNPsが420 nmに明確な吸収ピークを示すことが確認されました。フーリエ変換赤外分光法（FTIR）分析では、AgNPsの表面にタンパク質や多糖類などの生体分子が存在し、これらの分子がナノ粒子の安定性と機能に重要な役割を果たしていることが示されました。走査型電子顕微鏡（SEM）およびエネルギー分散型X線分光法（EDX）分析により、AgNPsの球形形態と銀元素の均一な分布がさらに確認され、粒子サイズは5-50 nmの範囲でした。
4. AgNPsの抗真菌活性評価顕微鏡観察により、AgNPsがCochliobolus miyabeanusの菌糸構造を著しく破壊し、菌糸先端の腫脹、破裂、形態変形を引き起こすことが明らかになりました。これらの形態学的変化は、AgNPsが真菌細胞の完全性を妨げ、その成長と繁殖を抑制することを示しています。また、AgNPsは細胞膜の破壊、呼吸作用および電子伝達系の抑制を通じて抗真菌活性を発揮することがわかりました。
研究の結論と意義本研究では、蛍光 Pseudomonasを介したグリーン合成法を用いてAgNPsを調製し、稲の褐斑病防除におけるその有効性を実証しました。AgNPsは真菌細胞構造と代謝機能を破壊することで、顕著な抗真菌活性を示します。この研究は、環境に優しく持続可能な農業病害防除策の開発に新たな視点を提供し、重要な科学的および応用的価値を持っています。
研究のハイライトグリーン合成法：蛍光 Pseudomonasを介したグリーン合成法を用いてAgNPsを調製し、化学合成中の有毒試薬を回避し、環境に優しい利点があります。
高い抗真菌活性：AgNPsはCochliobolus miyabeanusに対して顕著な抑制効果を示し、稲の褐斑病防除に新たな解決策を提供します。
学際的なアプローチ：微生物学、ナノテクノロジー、植物病理学など複数の学問分野の研究方法を組み合わせ、農業病害防除における学際的研究の可能性を示しました。
その他の有益な情報研究チームは、AgNPsの農業における他の潜在的な応用、例えば他の植物病原真菌に対する抑制作用や、作物の病害抵抗性向上の可能性についても検討しました。今後の研究では、AgNPsの野外試験における実際の効果や、環境および人間の健康への潜在的な影響についてさらに探求する予定です。
本研究を通じて、研究チームは稲の褐斑病防除に効率的で環境に優しい代替策を提供し、持続可能な農業の発展に重要な貢献をしました。