МИКРОБИОЛОГИЯ, 2014, том 83, № б, с. б53-б55
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 579.64:631
ФУНГИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА НАНОСИСТЕМ ХИТОЗАНА BOMBYX MORI
С ИОНАМИ МЕДИ
© 2014 г. Н. Р. Вохидова*, 1, М. Э. Саттаров**, Н. Д. Карева*, С. Ш. Рашидова*
*Институт химии и физики полимеров Академии наук Республики Узбекистан, г. Ташкент **Институт микробиологии Академии наук Республики Узбекистан, 100128, г. Ташкент, ул. А. Кадыри, 7б
Поступила в редакцию 09.01.2014 г.
Изучена фунгицидная активность некоторых образцов хитозана и его наноструктурированных систем с медью. Установлено, что образцы хитозана Bombyx mori и его наноструктурированные системы с медью активно ингибируют рост и развитие фитопатогенных грибов — Fusarium solani 169 и Ver-ticillium dahliae 57. Зона ингибирования роста фитопатогенов достигает значительных величин — от 22 до 60 мм.
Ключевые слова: хитозан Bombyx mori, наносистемы хитозана с ионами меди, Fusarium solani 169, Ver-ticillium dahliae 57, фунгицидная активность.
DOI: 10.7868/S0026365614060214
Известно, что хитозан и его различные модификации обладают биологически активными свойствами по отношению к вирусным инфекциям, бактериям и фитопатогенным грибам [1—5].
Получение металлсодержащих препаратов на основе полимеров, в частности, хитозана является наиболее развивающимся направлением нано-химии. Известно, что Ag-хитозановые наноме-таллополимерные композиты обладают бактерицидным и бактериостатическим эффектами в отношении бактерий E. coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis и Pseudomonas aeruginosa [6].
Авторами работы показано, что хитозаны с низкими молекулярными массами проявляют повышенные антимикробные свойства по сравнению с высокомолекулярными хитозанами. Также исследована антибактериальная активность ме-таллокомплекса хитозана с медью по отношению Salmonella enteritidis. Результаты показали, что ме-таллокомплекс при соотношении хитозан : медь = = 1 : 1 проводит к 100%-ному ингибированию роста фитопатогенов [7].
В связи с этим, получение отечественного хи-тозана из куколок тутового шелкопряда, а также синтез и применение наноструктурированных систем на его основе, полученных нами ранее [8, 9], содержащих как ионы, так и наночастицы меди, представляет как фундаментальное, так и прикладное значения, некоторые аспекты которых рассматриваются в данной работе.
1 Автор для корреспонденции (e-mail: noira_vokhidova@ya-
hoo.de).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Выделение хитина Bombyx mori и получение на его основе хитозана осуществляли согласно методике, описанной в работе [8].
Наноструктурированные системы были синтезированы на основе хитозана Bombyx mori (ХЗ) и Cu2+ в присутствии восстановителей. Для этого 0.5 М водный раствор CuCl2 в присутствии этанола предварительно прогревали при 70°С в течение 1 ч для синтеза наночастиц меди, как описано [10]. Затем к растворам ХЗ добавляли расчетное количество солей металлов. Полученные образцы были идентифицированы УФ-спектроскопией, так же с помощью атомно-силового микроскопа марки AFM 5500. Данный способ позволяет получить наноструктурированные системы на основе хитозана и ионов меди в интервале размеров 2.5— 25 нм.
Содержание азота в образцах определяли методом Дюма [11], путем сжигания навески в кварцевой трубке за счет кислорода твердых окислителей в атмосфере двуокиси углерода. Количество металла в образцах определяли комплексономет-рическим титрованием [12]. При этом содержание меди в полученном наносистеме ХЗ : Cu составляло 24%.
Фунгицидные свойства растворов ХЗ и его на-ноструктурированных систем — ХЗ : Cu, были определены путем тестирования на рост и развитие фитопатогенных грибов — Fusarium solani 169 и Verticillium dahliae 57.
654
ВОХИДОВА и др.
Влияние молекулярно-массовых характеристик хитозана и его медьсодержащих наносистем на рост и развитие фитопатогенных грибов Г. solani 169 и V. dahliae 57
Образцы испытаний Молекулярная Степень Масса действующих веществ в растворе, мг Зона подавления , мм
№ масса хитозана, 103 дезацетилиро-вания, % F. solani 169 V. dahliae 57
1 СН3СООН — — 4.0 10 14
2 ХЗ-1 48 86 5.0 23 28
3 ХЗ-2 50 81 5.0 22 24
4 ХЗ-3 35 70 2.5 23 17
5 ХЗ : Cu-1 35 70 1.5 25 27
6 ХЗ : Cu-1 35 70 3.0 45 60
Штаммы чистых культур фитопатогенных грибов F. solani 169 и V. dahliae 57, выделенные из корней и стеблей растений, получены из коллекций культур Института микробиологии АН РУз.
Для выявления фунгицидных свойств хитозана и его наноструктурированных систем с ионами меди была приготовлена искусственная агаровая питательная среда Чапека—Докса следующего состава (г/л): глюкоза — 30.0; NaNO3 — 3.0; K2HPO4 - 1.0; MgSO4 • 7H2O - 0.5; KCl - 0.5; FeSO4 • 7H2O — 0.01; агар-агар — 25; вода дистиллированная с рН 6—6.5. Среду стерилизовали при 0.5 атм. и разливали в стерильные чашки Петри. После застывания агара фитопатогенные грибы высевали сплошным газоном. Для этого споры фитопатогенных грибов переносили петлей на агаровую пластинку, распределяли по всей поверхности стерильным шпателем. Затем стерильным пробочным сверлом (диаметр 6—8 мм) вырезали агаровые блоки, заливали по 0.2 мл раствора хитозана или его наноструктурированных систем с ионами меди и культивировали при 28—30°С в течение 8—10 сут, как описано в работе [13]. В качестве контроля использовался раствор 2%-ной уксусной кислоты.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
Изучение биологически активных свойств растворов ХЗ и его наноструктурированных систем — ХЗ : Cu в отношении широко распространенных фитопатогенов F. solani 169 и V. dahliae 57 показывали, что растворы исследуемых образцов эффективно ингибируют рост и развитие фитопатогенных грибов. Зона ингибирования роста патогенных грибов достигает значительных величин — от 22 до 60 мм, в зависимости от количества испытуемых образцов ХЗ : Cu. Полученные результаты представлены в таблице.
Фитопатогенные грибы развиваются в корне и в стебле растений, приводят к замедлению роста и вызывают такие заболевания, как корневая гниль
и вялость. В основном, эти фитопатогенные грибы встречаются в почве и, повреждая технические культуры, приводят к снижению урожайности.
Как показывают результаты, растворы ХЗ обладают фунгицидными эффектами, т.е. между растворами ХЗ и колонией грибов образуется зона диаметром 22—28 мм. Так же наблюдается замедление развития мицелия грибов вокруг зоны. Возможно, растворы хитозана оказывают деструктивное воздействие на гифы мицелия. В результате рост мицелия существенно тормозится и происходит лизис клеток. Следует отметить, что образец хитозана с большей степенью дезацетили-рования проявляет несколько более сильные фун-гицидные свойства. В целом, результаты свидетельствуют, что исследованные образцы хитозана проявляют среднюю фунгицидную активность в отношении исследуемых штаммов фитопатоген-ных грибов.
Ряд исследований посвящен вопросу изучения антибактериальной активности хитозана в зависимости от молекулярной массы и степени дез-ацетилирования (СДА). Авторами обнаружено, что аминоглюканы со значительной степенью полимеризации в виде 1% растворов в 0.2% соляной кислоте проявляют антимикробное действие в отношении многих микроорганизмов [14]. При тестировании хитозанов с молекулярной массой 4000 Da и СДА 55, 73, 78 и 86% установлена тенденция к увеличению гибели клеток с увеличением СДА хитозана. Это связано с тем, что хитозан с максимальной СДА имеет более высокую концентрацию положительных зарядов на макроцепи, что приводит к образованию наиболее прочной связи с поверхностью клеточной стенки микроорганизмов [15]. Полученные нами результаты подтверждают эти данные. Обнаружено, что введение наночастиц меди в молекуле хитозана усиливает его фунгицидную активность в отношении штаммов фитопатогенных грибов. Увеличение в системе количества ХЗ : Си-1 приводит к возрастанию фунгицидной активности на 2.2 раза
МИКРОБИОЛОГИЯ том 83 № 6 2014
ФУНГИЦИДНЫЕ СВОЙСТВА НАНОСИСТЕМ ХИТОЗАНА BOMBYX MORI
655
(таблица; примеры 5 и 6). В результате эффективного замедления роста и развития штаммов фито-патогенных грибов V. dahliae 57, гифы мицелия фитопатогенов подвергаются лизису, и между системой ХЗ : Cu и патогенными грибами образуется зона диаметром 60 мм.
Таким образом, изучена фунгицидная активность некоторых образцов хитозана и его наноси-стем с ионами меди в отношении фитопатоген-ных грибов F. solani 169 и V. dahliae 57. Установлено, что образцы хитозана Bombyx mori и его наноструктурированных систем с медью эффективно ингибируют рост и развитие фитопатоген-ных грибов. Возможно, полученные образцы могут быть использованы в профилактике и лечении некоторых грибковых заболеваний растений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кочкина З.М., Чирков С. Н. Влияние производных хитозана на репродукцию колифагов Т. 2 и Т. 7 // Микробиология. 2000. Т. 69. № 2. С.258-260. Kochkina Z.M., Chirkov S.N. Effect of chitosan derivatives on the reproduction of coliphages T2 and T7 // Microbiology. 2000. V. 69. no. 2. P. 208-211.
2. Ryan C.A., Farmer E.E. Oligosaccharide signals in plants, a current Assessment // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1991. V. 42. P. 651-674.
3. Benhamou N. Elicitor-induced plant defense pathways // Trends Plant Sci. 1996. V 1. № 7. Р. 233-240.
4. Pospieszny H, Atabekov J.G. Effect of chitosan on the hypersensitive reaction of bean to alfalfa mosaic virus // Plant Sci. 1989. V. 62. № 1. Р. 29-31.
5. Pospieszny H. Chitin and Chitosan. Polish-Russian Monograph / Eds. Struszczyk H., Popsieszny H., Gamza-zade A. Lodz: Polish Chitin Society, 1999. P. 115-130.
6. Shipra Tripathi, Mehrotra G.K., Dutta P.K. Chitosan-silver oxide nanocomposite film: Preparation antimicrobial activity // Bull. Mater. Sci. 2011. V. 34. № 1. P. 29-35.
7. Mekahlia S, Buzid B. Chitosan-copper(II) complex as antibacterial agent: synthesis, characterization, and coordinating bond-activity correlation study // Physics Procedia. 2009. V. 2. P. 1045-1053.
8. Рашидова С.Ш., Милушева Р.Ю. Хитин и хитозан Bombyx mori. Ташкент: Изд-во "Фан", 2009. 246 с.
9. Вохидова Н.Р., Саттаров М.Э., Югай С. М, Рашидова С.Ш. Получение наност
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.