【摘 要】
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随着水产养殖行业的快速发展,由水产病原菌引发的水产病害日益严重,给水产养殖行业带来巨大的经济损失。水产病害种类多、病害持续性强、宿主广泛,流行范围广,难以防控。近年来,由于抗生素等传统抑菌剂的滥用,多种水产致病菌对不同抗生素均产生不同程度的耐药性,导致水产病害问题更加严重。纳米银(Silver nanoparticles,AgNPs)作为新型抑菌剂具有广谱杀菌、长效抑菌、安全性高、稳定性好、不易产
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随着水产养殖行业的快速发展,由水产病原菌引发的水产病害日益严重,给水产养殖行业带来巨大的经济损失。水产病害种类多、病害持续性强、宿主广泛,流行范围广,难以防控。近年来,由于抗生素等传统抑菌剂的滥用,多种水产致病菌对不同抗生素均产生不同程度的耐药性,导致水产病害问题更加严重。纳米银(Silver nanoparticles,AgNPs)作为新型抑菌剂具有广谱杀菌、长效抑菌、安全性高、稳定性好、不易产生耐药性等特性,被广泛应用于各个领域。生物合成是一种绿色、高效的合成纳米银的新方法,该方法利用植物、微生物等生物体系中的还原性物质制备纳米银。纳米银单质受环境影响易发生团聚,影响其抑菌活性,将纳米银与载体结合可制备抑菌活性更好、稳定性更高的纳米银复合材料。因此,研究制备绿色高效、广谱抑菌、稳定性好、不易产生耐药性的新型复合纳米银抑菌剂迫在眉睫。本研究采用一步法生物合成纳米银/壳聚糖复合材料(AgNPs/CS),以硝酸银为银源、腊梅花瓣提取液和壳聚糖共同作为还原剂和稳定剂,成功制备出一种新型纳米银/复合材料抑菌剂。通过紫外吸收光谱、透射电镜、X射线衍射分析等手段对AgNPs/CS进行表征分析;通过抑菌圈实验、最小抑菌浓度和最小杀菌浓度实验、抑菌动力学实验以及活体实验对AgNPs/CS进行抑菌活性研究;通过耐药性实验探究AgNPs/CS对两种耐药性的抑菌效果;通过扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)菌体观察、对细胞内容物泄露及基因组DNA的影响初步探讨了AgNPs/CS的抑菌机理;最后对AgNPs/CS进行安全性和稳定性研究。主要研究结果如下:(1)通过单因素实验和响应面法进行AgNPs/CS制备参数优化,最终确定AgNPs/CS的最佳制备参数为:1%(w/v)壳聚糖溶液加入量为5.6 m L,Ag NO3终浓度为5 mmol/L,腊梅提取液加入量为1.24 m L,加热温度为90℃,反应时间为60 min。所得AgNPs/CS溶液呈金黄色,在451 nm处有一个明显的纳米银特征吸收峰。AgNPs/CS粒径在6.9~29.3 nm之间,平均粒径为15.64 nm,均呈球形,分布均匀,具有面心立方(Faced centered cubic,FCC)结晶结构。(2)AgNPs/CS对副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、鳗弧菌(Vibrio anguillarum)、溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)、灿烂弧菌(Vibrio splendidus)、哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)、点状气单胞菌(Aeromonas punctata)等6种常见水产致病菌均有良好的抑菌作用,其中灿烂弧菌对AgNPs/CS复合材料最为敏感。AgNPs/CS对灿烂弧菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为0.43μg/m L、0.87μg/m L。以最小抑菌和杀菌浓度作为参考来设置浓度(0.43μg/m L、0.87μg/m L),进行抑菌动力学实验,结果表明AgNPs/CS可有效延长灿烂弧菌的延滞期,具有良好的抗菌效果。AgNPs/CS可通过破坏细胞膜完整性、破坏DNA来影响细胞正常活动,同时还可以抑制生物被膜的生长、清除生物膜,从而达到抑菌的效果。在耐药性实验中,经过20代培养后AgNPs/CS对灿烂弧菌的最小抑菌浓度增长缓慢,结果表明与Amp相比,AgNPs/CS不易产生耐药性。(3)通过MTT法对AgNPs/CS进行细胞毒性实验,在最小抑菌浓度范围内,AgNPs/CS对人胚胎293T细胞的毒性评级为1级,判定为没有细胞毒性,具有良好的生物安全性。在稳定性实验中,放置3个月后AgNPs/CS的紫外吸收光谱和Zeta电位图与新制的AgNPs/CS相比均无明显变化;40℃、60℃、80℃和100℃热处理后依旧有明显的抑菌圈直径产生,具有良好的热稳定性。在海水环境下AgNPs/CS的紫外吸收光谱图下降幅度较小,稳定性良好。综上所述,本文制备出一种高效抑菌、广谱杀菌、稳定性强、安全性高、不易产生耐药性的新型AgNPs/CS复合材料。AgNPs/CS对6种常见水产致病菌有良好的杀菌作用,可有效清除灿烂弧菌的已有生物膜。AgNPs/CS抑菌机制包括破坏细胞膜完整性,使细胞内容物泄露,同时破坏DNA,通过影响细胞的正常生命活动,最终导致细胞死亡。AgNPs/CS细胞毒性较低,生物安全性高,同时具有良好的长期稳定性、热稳定性和海水稳定性,在水产防治方面具有良好的应用前景。
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