Green Synthesis of Silver Nanoparticles Using Tagetes erecta Flower Extract: Structural Characterization and Dose-Dependent Antifungal Efficacy Against Fusarium oxysporum and Rhizoctonia solani of chickpea

في المناطق شبه القاحلة، حيث تُعد الحمص مصدراً حيوياً للبروتين لملايين البشر، يواجه هذا المحصول عدواً صامتاً ومستمراً تحت التربة. فهناك نوعان من الفطريات الممرضة، أحدهما يسبب ذبولاً يستنزف حياة النبات من الجذور صعوداً، والآخر يسبب تعفناً في المجموع الجذري نفسه، ويمكن لكليهما أن يدمروا حقولاً بأكملة، مما يؤدي إلى محو المحاصيل التي يعتمد عليها المزارعون في سبل عيشهم. ولعقود من الزمن، كان الحل هو المبيدات الفطرية الكيميائية، وهي مركبات اصطناعية قوية تقتل هذه الغزاة ولكنها تحمل تكاليف باهظة خاصة بها: إذ يمكن أن تترك بقايا في البيئة، وتضر بالكائنات غير المستهدفة، وفي النهاية تفقد قوتها مع تطور الفطريات لمقاومتها. وقد دفع هذا العلماء للبحث عن درع من نوع مختلف، درع يعمل مع الطبيعة بدلاً من العمل ضدها. ويقدم مجال "التخليق الأخضر" مساراً واعداً، باستخدام الكيمياء الطبيعية الموجودة في النباتات لبناء جزيئات صغيرة وقوية تسمى "الجسيمات النانوية". وهذه ليست حبيبات رمل أو غبار كبيرة نراها بالعين المجال، بل هي هياكل صغيرة جداً لدرجة أنه يمكن وضع الآلاف منها على رأس دبوس. وعند صنعها من الفضة، تمتلك هذه الجسيمات قدرة فريدة على تعطيل الجدران الخلوية للفطريات، مما يمنعها من النمو والتكاثر. والسؤال الذي طرحه الباحثون هو ما إذا كان يمكن استخدام زهرة بسيطة وشائعة لتصنيع هذه المدافع المجهرية بفعالية كافية لحماية محصول غذائي رئيسي.

لقد شرع فريق من العلماء في جامعة "جواهر لال نهرو الزراعية" في الهند في الإجابة على ذلك من خلال اللجوء إلى زهرة الماري جولد (القطيفة)، وهي زهرة برتقالية زاهية تُعرف محلياً باسم Tagetes erecta. ولم يستخدموا آلات معقدة أو مواد كيميائية صناعية قاسية لإنتاجها. بدلاً من ذلك، أخذوا زهور الماري جولد الطازجة، وقطعوها، وغلوها في الماء لصنع مستخلص يشبه الشاي البسيط. ثم خُلط هذا السائل، الغني بالمركبات الطبيعية مثل الفلافونويد والفينولات، مع محلول من نترات الفضة. وعلى الفور تقريباً، بدأ الخليط الشفاف يتغير لونه، متحولاً من الشفاف إلى البني الداكن. كان هذا التحول البصري هو العلامة الأولى على أن مستخلص النبات يقوم بعمله، حيث عمل كعامل اختزال لتحويل أيونات الفضة إلى معدن صلب، وكعامل تغليف للحفاظ على الجسيمات الجديدة من التكتل معاً. وكانت النتيجة معلقاً من جسيمات الفضة النانوية، وهي عبارة عن كرات معدنية متناهية الصغر معلقة في الماء، جاهزة للاختبار.

ولفهم ما صنعوه بالضبط، فحص الباحثون الجسيمات تحت مجاهر قوية وباستخدام حيود الأشعة السينية، وهي تقنية تكشف عن الترتيب الداخلي للذرات. ووجدوا أن الجسيمات كانت بالفعل بلورية، ذات بنية نموذجية للفضة المعدنية، وبلغ متوسط حجمها حوالي 19 نانومتراً. وبينما كانت غالبية الجسيمات كروية، إلا أنها لم تكن منتظمة تماماً؛ فبعضها كان بيضاوياً قليلاً، وكانت تميل إلى التكتل معاً، مغلفة بطبقة رقيقة من المادة النباتية العضوية التي ساعدت في إنشائها. وهذا الغطاء أمر بالغ الأهمية، لأنه يعمل على استقرار الجسيمات ويساعدها على التفاعل مع الخلايا الفطرية على الأرجح. كما كشف التحليل عن وجود كمية صغيرة من كلوريد الفضة مختلطة مع الفضة، وهو أمر شائع عند استخدام مستخلصات نباتية تحتوي على أملاح طبيعية، ولكنه لم يعق فعالية الجسيمات.

بعد توصيف الجسيمات النانوية، انتقل الفريق إلى الاختبار الحقيقي: هل يمكنهم إيقاف الفطريات التي تفتك بحقول الحمص؟ بدأوا بتجربة مخبرية محكومة، حيث وضعوا الفطريات في أطباق "بتري" تحتوي على هلام مغذٍ ممزوج بتركيزات مختلفة من جسيمات الفضة النانوية. واختبروا تركيزات 50 و100 و200 جزء في المليون. كانت النتائج واضحة ومتسقة: كلما زادت كمية الجسيمات النانوية المضافة، قل نمو الفطريات. عند أدنى جرعة، انخفض نمو الفطر المسبب للذبول بنحو 32 بالمئة، بينما تم كبح فطر تعفن الجذور بنسبة تقارب 42 بالمئة. ومع زيادة التركيز إلى 200 جزء في المليون، أصبح التثبيط أقوى بكثير، حيث أوقف ما يقرب من 70 بالمئة من فطر الذبول وأكثر من 77 بالمئة من فطر تعفن الجذور. وللمقارنة، اختبروا أيضاً مبيداً فطرياً تجارياً قياسياً يسمى "أزوكسي ستروبين"، وهو مستخدم على نطاق واسع من قبل المزارعين. وبينما كان المبيد الفطري الكيميائي أكثر فعالية قليلاً عند أعلى الجرعات، إلا أن جسيمات الفضة النانوية المصنوعة من زهور الماري جولد قدمت أداءً جيداً للغاية، محققة نتائج قريبة جداً من الناحية الإحصائية من المعيار الكيميائي.

ثم نقل الباحثون التجربة من المختبر إلى الدفيئة (البيت الزجاجي)، لمحاكاة الظروف التي قد يواجهها المزارع. قاموا بزراعة بذور الحمص في تربة مصابة بهذين النوعين من الفطريات، وعالجوا البذور بمحلول جسيمات الفضة النانوية قبل الزراعة. كما شملوا مجموعة من النباتات السليمة ومجموعة أخرى عولجت بالمبيد الفطري الكيميائي القياسي. وبعد ستين يوماً، قاموا بقياس صحة النباتات. عانت النباتات المصابة غير المعالجة من مرض شديد، حيث أظهرت معظم النباتات علامات الذبول أو تعفن الجذور. ومع ذلك، أظهرت البذور المعالجة بمحلول جسيمات الفضة النانوية بتركيز 200 جزء في المليون تحسناً كبيراً؛ حيث انخفضت شدة مرض الذبول بنسبة تقارب 65 بالمئة، وانخفض تعفن الجذور بنسبة تزيد عن 72 بالمئة. كانت هذه الانخفاضات مطابقة تقريباً لما حققه المبيد الفطري الكيميائي عند جرعة أقل، مما يثبت أن جسيمات الفضة النانوية المصنوعة من النبات يمكنها حماية المحصول في بيئة حية، وليس فقط في طبق "بتري".

كانت إحدى النتائج الأكثر إثارة للاهتمام هي أن هذين النوعين من الفطريات لم يتفاعلا بالطريقة نفسها تماماً. فقد كان فطر تعفن الجذور، Rhizoctonia solani، أكثر حساسية باستمرار تجاه جسيمات الفضة النانوية من فطر الذبول، Fusarium oxysporum. ففي كل تركيز تم اختباره، تم كبح فطر تعفن الجذور بشكل أكثر فعالية. وهذا يشير إلى أن بنية الجدران الخلوية للفطريات قد تختلف بطريقة تجعل اختراق أو تعطيل أحدها أسهل من الآخر بواسطة الجسيمات النانوية. وبينما ظل المبيد الفطري الكيميائي هو العلاج الأكثر فعالية بشكل عام، إلا أن جسيمات الفضة النانوية قدمت بديلاً مقنعاً يقترب من أدائه دون المخاطر نفسها المتعلقة بالبقايا البيئية أو احتمال تطوير الفطريات لمقاومة ضدها. وتخلص الدراسة إلى أن استخدام زهور الماري جولد لتخليق جسيمات الفضة النانوية يعد استراتيجية مستدامة وفعالة لإدارة هذه الأمراض المنقولة عبر التربة. فهي توفر وسيلة لتسخير قوة تكنولوجيا النانو باستخدام مواد سهلة الزراعة والمعالجة، مما يوفر أداة محتملة للمزارعين لحماية محاصيل الحمص مع تقليل اعتمادهم على المواد الكيميائية الاصطناعية.