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

Nelle zone semi-aride dei tropici, dove il cece è una fonte vitale di proteine per milioni di persone, la coltura deve affrontare un nemico silenzioso e persistente sotto il suolo. Due patogeni fungini, uno dei quali causa un appassimento che drena la vita della pianta dalle radici verso l'alto e un altro che provoca la decomposizione del sistema radicale stesso, possono devastare interi campi, annullando le rese su cui gli agricoltori contano per il proprio sostentamento. Per decenni, la soluzione è stata rappresentata dai fungicidi chimici, potenti composti sintetici che uccidono questi invasori ma comportano costi pesanti: possono lasciare residui nell'ambiente, danneggiare organismi non bersaglio e, infine, perdere la loro efficacia man mano che i funghi sviluppano resistenza ad essi. Ciò ha spinto gli scienziati a cercare un tipo di scudo diverso, uno che lavori con la natura piuttosto che contro di essa. Il campo della sintesi verde offre una via promettente, utilizzando la chimica naturale presente nelle piante per costruire minuscole e potenti particelle chiamate nanoparticelle. Queste non sono i grandi granelli di sabbia o di polvere che vediamo a occhio nudo, ma strutture così piccole che migliaia di esse potrebbero stare sulla testa di uno spillo. Quando realizzate con l'argento, queste particelle hanno la capacità unica di interrompere le pareti cellulari dei funghi, impedendo loro di crescere e riprodursi. La domanda che i ricercatori si sono posti è se un fiore semplice e comune potesse essere utilizzato per fabbricare questi difensori microscopici in modo abbastanza efficace da proteggere una coltura alimentare fondamentale.

Un team di scienziati della Jawaharlal Nehru Krishi Vishwa Vidyalaya in India si è posto l'obiettivo di rispondere a questa domanda rivolgendosi al garofano d'India, un fiore arancione brillante noto localmente come Tagetes erecta. Non hanno utilizzato macchinari complessi o sostanze chimiche industriali aggressive per creare le loro nanoparticelle d'argento. Invece, hanno preso fiori freschi di garofano d'India, li hanno tritati e bolliti in acqua per creare un estratto simile a un tè. Questo liquido, ricco di composti naturali come flavonoidi e fenoli, è stato poi mescolato con una soluzione di nitrato d'argento. Quasi immediatamente, la miscela trasparente ha iniziato a cambiare colore, passando da trasparente a un marrone intenso. Questo cambiamento visivo è stato il primo segno che l'estratto vegetale stava facendo il suo lavoro, agendo sia come agente riducente per trasformare gli ioni d'argento in metallo solido, sia come agente di rivestimento (capping agent) per impedire alle nuove particelle di raggrupparsi. Il risultato è stato una sospensione di nanoparticelle d'argento, minuscole sfere di metallo sospese in acqua, pronte per essere testate.

Per capire esattamente cosa avessero creato, i ricercatori hanno esaminato le particelle sotto potenti microscopi e con la diffrazione di raggi X, una tecnica che rivela la disposizione interna degli atomi. Hanno scoperto che le particelle erano effettivamente cristalline, con una struttura tipica dell'argento metallico, e hanno misurato una dimensione media di circa 19 nanometri. Sebbene la maggior parte delle particelle fosse sferica, non erano perfettamente uniformi; alcune erano leggermente ovali e tendevano a raggrupparsi, avvolte in un sottile strato di materiale vegetale organico che le aveva aiutate a crearsi. Questo rivestimento è fondamentale, poiché stabilizza le particelle e probabilmente aiuta la loro interazione con le cellule fungine. L'analisi ha inoltre rivelato una piccola quantità di cloruro d'argento mescolata all'argento, un evento comune quando si utilizzano estratti vegetali contenenti sali naturali, ma che non ha ostacolato l'efficacia delle particelle.

Con le nanoparticelle caratterizzate, il team è passato al test reale: potevano fermare i funghi che affliggono i campi di cece? Hanno iniziato con un esperimento controllato in laboratorio, posizionando i funghi in piastre di Petri contenenti un gel nutritivo mescolato con diverse quantità di nanoparticelle d'argento. Hanno testato concentrazioni di 50, 100 e 200 parti per milione. I risultati sono stati chiari e coerenti: più nanoparticelle aggiungevano, meno i funghi crescevano. Alla dose più bassa, la crescita del fungo che causa l'appassimento è stata ridotta di circa il 32 percento, mentre il fungo della marcescenza radicale è stato frenato di quasi il 42 percento. All'aumentare della concentrazione a 200 parti per milione, l'inibizione è diventata molto più forte, bloccando quasi il 70 percento del fungo dell'appassimento e oltre il 77 percento del fungo della marcescenza radicale. Per confronto, hanno anche testato un comune fungicida commerciale chiamato azossistrobina, ampiamente utilizzato dagli agricoltori. Sebbene il fungicida chimico fosse leggermente più efficace alle dosi più elevate, le nanoparticelle d'argento realizzate con i fiori di garofano d'India hanno performato in modo straordinario, ottenendo risultati statisticamente molto vicini allo standard chimico.

I ricercatori hanno poi portato l'esperimento fuori dal laboratorio e in una serra, simulando le condizioni che un agricoltore dovrebbe affrontare. Hanno piantato semi di cece in un terreno infettato dai due funghi e hanno trattato i semi con la soluzione di nanoparticelle d'argento prima della semina. Hanno incluso anche un gruppo di piante sane e un gruppo trattato con il comune fungicida chimico. Dopo sessanta giorni, hanno misurato la salute delle piante. Le piante non trattate e infette hanno subito una grave malattia, con la maggior parte di esse che mostrava segni di appassimento o marcescenza radicale. Tuttavia, i semi trattati con la soluzione di nanoparticelle d'argento da 200 parti per milione hanno mostrato un miglioramento drammatico. La gravità della malattia da appassimento è stata ridotta di quasi il 65 percento, e la marcescenza radicale è stata ridotta di oltre il 72 percento. Queste riduzioni erano quasi identiche a quelle ottenute con il fungicida chimico a una dose inferiore, dimostrando che le nanoparticelle prodotte dalle piante potevano proteggere la coltura in un ambiente vivente, non solo in una piastra di Petri.

Uno dei risultati più interessanti è stato che i due funghi non hanno reagito esattamente allo stesso modo. Il fungo della marcescenza radicale, Rhizoctonia solani, è stato costantemente più sensibile alle nanoparticelle d'argento rispetto al fungo dell'appassimento, Fusarium oxysporum. Ad ogni concentrazione testata, il fungo della marcescenza radicale è stato frenato più efficacemente. Ciò suggerisce che la struttura delle pareti cellulari fungine potrebbe differire in modo tale da rendere uno più facile da penetrare o da interrompere rispetto all'altro. Sebbene il fungicida chimico sia rimasto il trattamento singolo più efficace complessivamente, le nanoparticelle d'argento offrivano un'alternativa convincente che si avvicinava alle sue prestazioni senza i medesimi rischi di residui ambientali o il potenziale per lo sviluppo di resistenza da parte dei funghi. Lo studio conclude che l'uso dei fiori di garofano d'India per la sintesi di nanoparticelle d'argento è una strategia sostenibile e praticabile per la gestione di queste malattie del suolo. Offre un modo per sfruttare la potenza della nanotecnologia utilizzando materiali facili da coltivare e processare, fornendo uno strumento potenziale agli agricoltori per proteggere le loro colture di cece riducendo al contempo la dipendenza dai prodotti chimici sintetici.