日本农研机构利用咖啡渣为土壤消毒,防治青枯病

新技术 2019年01月21日
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在番茄产地,土壤中的青枯病菌引起的青枯病成为亟需解决的问题。感染这种病菌后,整个植株会迅速枯萎,造成产量锐减。目前针对土壤传染病青枯病菌的有效药物只有三氯硝基甲烷(俗称“氯化苦”),但三氯硝基甲烷被指定为剧毒药物,因此需要开发一种环保而且农户负担轻的土壤消毒法。

另一方面,日本每年大概要排放60万吨咖啡渣,亟需开发能有效利用这些咖啡渣的方法。2012年,日本农研机构开发并发布了一种杀菌技术,利用使茶叶渣或咖啡渣与铁盐混合并发生反应制作的芬顿反应催化剂来进行杀菌。不过,此前一直未查明在预防清除土壤病害方面的应用机理,以及瞬间分解的羟基自由基(·OH)的生成机制。

2012年发布的采用多酚铁络合物的芬顿反应需要使用过氧化氢(H2O2)。作为新的尝试,此次在土壤中施用过氧化钙(CaO2),利用了CaO2与土壤水分(H2O)发生反应生成的H2O2。研究人员通过ESR自旋捕捉法证明,在蒸馏水中添加CaO2和多酚铁络合物的话,首先CaO2会与H2O反应生成H2O2,生成的H2O2再与多酚铁络合物发生芬顿反应,生成·OH(图1)。

日本农研机构利用咖啡渣为土壤消毒,防治青枯病

图1:利用ESR自旋捕捉法证明·OH的生成
箭头表示仅·OH存在时形成的特殊频谱。

另外,在使番茄感染青枯病菌的盆栽试验中,未处理区的所有植株均枯萎死亡(图2a),而在为土壤(1kg)施用了多酚铁络合物(2g)和CaO2(2g)的处理区,土壤中的青枯病菌密度降低(图3),栽培期间(60天内)未发生青枯病(图2b)。由此推测,在土壤中施用多酚铁络合物和CaO2后,CaO2与土壤中的水分发生反应生成了H2O2,H2O2再与多酚铁络合物发生芬顿反应生成·OH,·OH发挥了强有力的杀菌效果。

日本农研机构利用咖啡渣为土壤消毒,防治青枯病

图2:施用多酚铁络合物和CaO2后的青枯病菌致病抑制效果
(a)未处理区、(b)处理区(施用2个月后)

日本农研机构利用咖啡渣为土壤消毒,防治青枯病

图3:施用多酚铁络合物和CaO2后的土壤消毒效果
表示相同的字母之间没有显著差异。

采用此次开发的技术,能使用废弃的咖啡渣和铁盐制造具有高附加值和杀菌作用的材料。另外,由于·OH的杀菌反应在土壤中进行,能瞬间带走电子并稳定下来,因此不会产生和散布有害物质,能保证作业人员的安全,而且环境负荷小。

文 JST客观日本编辑部

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