Fusarium head blight (FHB), cauzată de Fusarium graminearum, este o boală fungică gravă care afectează negativ producția de grâu și securitatea alimentară. Într-un nou studiu, oamenii de știință chinezi au evaluat eficacitatea fungicidă a radicalilor oxidativi puternici (SOR) împotriva F. graminearum și efectele acestora asupra creșterii și randamentului grâului printr-o combinație de experimente in vitro și pe teren.

Grâul, una dintre culturile majore ale lumii, joacă un rol crucial în asigurarea securității alimentare. Putregaiul capului Fusarium este o problemă de lungă durată pentru cultură.

Cercetările asupra fusariumului au început la începutul secolului al XX-lea și continuă activ până în zilele noastre. Astăzi, boala este răspândită în America de Nord, Europa și Asia, regiunea de grâu Huang Huai din China fiind una dintre zonele cele mai grav afectate. În anii de focare masive de putregai Fusarium, pierderile de grâu în China pot ajunge până la 30-50%, iar în unele zone grav afectate se observă eșecul complet al recoltei.

Fusarium capul este cauzat de ciuperca F. graminearum, care acumulează cantități semnificative de toxine în boabele infectate, prezentând riscuri pentru sănătatea umană și animală. Deoxinivalenolul (DON), cunoscut și sub denumirea de vomitoxină, este principala micotoxină găsită în grâu și produsele sale.

Impactul schimbărilor climatice și al practicilor agricole a crescut incidența și gama fusariumului, făcând boala o amenințare tot mai mare pentru securitatea alimentară globală.

Metodele tradiționale de control includ tratamente chimice, soiuri rezistente la reproducere și practici agronomice. Cu toate acestea, fiecare dintre aceste metode are limitări în aplicarea practică.

Controlul chimic, în primul rând prin utilizarea fungicidelor, rămâne cea mai comună și directă metodă. Aceste fungicide funcționează prin inhibarea creșterii, reproducerii sau producției de toxine a agenților patogeni.

Principalele metode chimice de combatere a fusariumului includ triazolii (de exemplu, tebuconazol, propiconazol, fluconazol), benzimidazoli (de exemplu, carbendazim, tiofanat-metil) și fungicidele mai noi SDHI (de exemplu, fluopiram). Triazolii sunt preferați datorită spectrului lor larg de activitate și proprietăților sistemice. Deși controlul chimic este eficient pe termen scurt, dependența pe termen lung de aceste metode poate duce la rezistența la patogeni. Rezistența F. graminearum la triazoli a fost raportată în întreaga lume. În plus, utilizarea pe scară largă a pesticidelor poate duce la poluarea mediului și la degradarea solului, ceea ce amenință sănătatea ecosistemului.

Reproducerea soiurilor rezistente este considerată o strategie de control durabilă din punct de vedere al mediului și eficientă din punct de vedere al costurilor, totuși factorii de mediu influențează semnificativ nivelurile de rezistență, iar soiurile rezistente prezintă performanțe diferite în diferite zone ecologice. Înmulțirea soiurilor rezistente este un proces pe termen lung și în prezent niciun soi de grâu nu are imunitate completă la fuzarium.

Practicile de management agronomic joacă, de asemenea, un rol important în controlul integrat, iar implementarea rotației culturilor, managementul precis al densității de însămânțare și a îngrășămintelor și îndepărtarea promptă a reziduurilor de plante infectate după recoltare s-a dovedit că reduc semnificativ riscul de reinfestare cu agenți patogeni în câmpurile agricole.

Prin urmare, agricultura modernă pune accent pe strategiile de management integrat al dăunătorilor (IPM) care combină tratamente chimice, soiuri rezistente și management agronomic pentru a maximiza efectele sinergice ale mai multor metode.

În consecință, studiul noilor tehnologii de „combatere a dăunătorilor verzi” a devenit un domeniu critic de cercetare în gestionarea bolii Fusarium la grâu.

Creșterea rapidă a industriei pesticidelor verzi a condus la un interes larg pentru tehnologia utilizării unor soluții puternice de radicali oxidativi pentru a înlocui parțial pesticidele chimice tradiționale, datorită potențialului său semnificativ de cercetare și perspectivelor largi de piață.

SOR precum O 2+ , O, (O 3 P), O 3 și O 2− sunt generate de tehnologia de descărcare DBD. „Descărcare barieră dielectrică” se mai numește și descărcare electrică silentioasă. Aceasta este o descărcare în care unul dintre electrozi este izolat galvanic și în acest proces se produce ozon.

Acești radicali suferă reacții de transfer de masă gaz-lichid, creând o serie de reacții în lanț, care, atunci când sunt combinate cu tehnologiile de micro-nano-gaz cu bule, sintetizează eficient soluții de radicali bogate în radicali OH, HO 2- și O 3-.

Această abordare a atras o atenție considerabilă datorită avantajelor sale, inclusiv fără reziduuri, oxidare puternică, sterilizare spectrală și randament și profitabilitate crescute.

SOR (radicalii oxidanți puternici), cu potențialul lor de oxidare-reducere extrem de ridicat, pot reacționa cu o gamă largă de molecule organice și și-au găsit aplicații în domenii precum purificarea apei și a aerului. Studiile au arătat că SOR perturbă membranele celulelor patogene prin peroxidarea lipidelor, provocând scurgeri ale conținutului celular, inhibând astfel creșterea patogenului. Ele vizează direct ADN-ul patogenului, provocând oxidarea bazelor și rupturi de catenă care afectează capacitatea de reproducere a agentului patogen, perturbă funcția enzimatică și interferează cu procesele metabolice normale.

cessam.

În ultimii ani, SOR a fost utilizat pe scară largă în diverse aspecte ale controlului bolilor, precum și pentru conservarea fructelor, legumelor și fructelor de mare datorită proprietăților sale antimicrobiene extrem de eficiente și ecologice. De exemplu, ozonul, atât în ​​formă gazoasă cât și în formă apoasă, a redus semnificativ numărul de bacterii (CFU/mL) de Staphylococcus aureus și Enterococcus faecalis la toate concentrațiile și duratele testate. Concentrațiile de 40 μg/ml și 60 μg/ml au fost semnificativ mai eficiente decât 20 μg/ml pentru ambele tulpini bacteriene.

Un studiu privind detoxifierea aflatoxinelor din arahide folosind ozon a arătat că în condițiile de umiditate de 5% (g/g, greutate/greutate) și tratament cu ozon 6,0 mg/L timp de 30 de minute la temperatura camerei, ratele de detoxifiere pentru totalul de toxine și aflatoxină B1 (AFB1) au fost de 65,8% și, respectiv, degradarea aflată efectivă a aflatoxinelor65,8%.

Tratarea căpșunilor cu apă ozonată timp de 5 minute a întârziat debutul infecției cu mucegai cenușiu cu 4 zile și a redus semnificativ incidența în timpul depozitării (aproximativ 17% mai mică decât grupul de control în ziua 8), prelungind astfel termenul de valabilitate la 5 °C.

Tratamentul cu ozon al boabelor de grâu contaminate cu F. graminearum și contaminate cu DON a arătat efecte semnificative asupra inhibării fungice și a degradării DON, în special la expunere de 120 min și concentrație de 60 mmol/mol.

În plus, datorită vitezei lor rapide de reacție biochimică, SOR-urile pot distruge celulele microbiene prin adăugare electrofilă, dehidrogenare și transfer de electroni, descompunându-le în cele din urmă în H2O, CO2 și urme de săruri anorganice fără produse secundare toxice. Prin urmare, SOR-urile au atras o atenție considerabilă din partea cercetătorilor de mediu și agricoli și sunt foarte promițătoare în combaterea agenților patogeni agricoli.

Având în vedere cele de mai sus, scopul acestui studiu al unei echipe de oameni de știință de la Universitatea Jiangsu a fost să investigheze mecanismul fungicid al SOR împotriva F. graminearum și efectul acestuia asupra fusariumului grâului.

Prin optimizarea parametrilor de sterilizare SOR, au investigat efectul inhibitor asupra F. graminearum, mecanismele de acțiune și fezabilitatea aplicării pe teren. Rezultatele acestui studiu propun o nouă abordare pentru controlul ecologic al FHB și oferă informații valoroase pentru managementul integrat al altor boli ale culturilor.

Agentul cauzal F. graminearum (izolat de laborator) tulpina F. graminearum Fg-01 utilizat în acest studiu a fost izolat din plantele de grâu infectate colectate în provincia Jiangsu, China.

Sistemul de generare SOR a fost proiectat de grupul de cercetare. Dispozitivul de descărcare cu ionizare ridicată a fost proiectat cu un spațiu de descărcare de 0,5 mm. Plăcile electrozilor de descărcare au fost realizate din materiale metalice sinterizate acoperite cu argint, iar foile ceramice au servit ca strat dielectric. Puterea totală a sistemului de generare a radicalilor gazoși a fost de 600 W, în timp ce unitatea de amestec gaz-lichid a funcționat la 0,75 kW. Debitul de ozon a fost de 3,0 L/min și pH-ul sistemului a fost menținut la 5,2.

Soiul de grâu „Ji Mai 23”, care este foarte susceptibil la fuzarium și propus de Institutul de Cercetare a Culturii, Academia de Științe Agricole din Shandong, a fost folosit ca material experimental în acest studiu.

Acest studiu a evaluat sistematic eficacitatea fungicidă a radicalilor oxidativi puternici (SOR) împotriva F. graminearum și efectele acestora asupra creșterii și randamentului grâului folosind o combinație de experimente in vitro și de teren.

Experimentele in vitro au arătat că soluțiile care conțin diferite concentrații de radicali suprimă eficient ciuperca patogenă. Rezultatele indică faptul că soluțiile SOR prezintă activitate fungicidă puternică împotriva F. graminearum.

La o concentrație de 4,0 mg/L, mortalitatea sporilor a fost de 96,8%, iar la 5,0 mg/L această rată a ajuns la 99,4%. Concentrația optimă pentru eliminarea sporilor de F. graminearum a fost determinată a fi 2,5 × 10 5 CFU/ml. Durata optimă a tratamentului pentru SOR a fost de 10 minute. LA

În plus, studiile pe teren au investigat efectele SOR asupra creșterii grâului și au fost evaluate trăsăturile agronomice, precum și eficacitatea acestora în controlul FHB în studiile pe teren, atât ca tratament unic, cât și în combinație cu pesticide comerciale.

Rezultatele au arătat că numai aplicarea SOR a atins o eficiență de control de 87,9%, demonstrând un potențial semnificativ pentru controlul bolii. În plus, SOR-urile au influențat pozitiv trăsăturile agronomice ale grâului, cum ar fi înălțimea plantei, lungimea vârfului, greutatea boabelor pe plantă, numărul de boabe per plantă și randamentul cerealelor, oferind o nouă abordare promițătoare pentru controlul ecologic al FHB.

Potrivit articolului unui grup de autori (Huanghuang Zhang, Bo Zhang, Huagang He, Lulu Zhang, Xinkang Hu, Chu(ndu Wu), publicat în revista Agriculture 2025 pe portalul www.mdpi.com).