通过 SEM 和 AFM 分析番茄上的纳米纤维涂层

采用包括 SEM 和 AFM 在内的显微镜技术来研究番茄果实上阻挡真菌穿透和感染的纳米纤维涂层的形成。图 9（面板 A-D）显示了在不同放大倍数下，用 80 μM NF 处理的番茄皮圆盘的 SEM 图像。SEM 图像揭示了长而缠绕的 NF 的存在，形成了微米级的球状结构（高达 15 μm 大小），以及一些归因于样品固定程序的残留材料（在对照样品中单独表征）。NF 的直径在 10 到 30 nm 之间。这些形成表明固定过程不会干扰 NF 与番茄皮表面的结合，暗示了强烈的相互作用。此外，为了确认 NF 在番茄皮圆盘上的存在，我们还记录了用去离子水处理的番茄皮圆盘的 SEM 图像，作为对照（图 9E-H）。如图 9 所示，虽然在未处理表面也观察到一些类似簇状的形成，这可能是由于固定程序留下的残留物，但其形态与 NF 在形状和大小上均有显著差异。这些簇表现为粗糙的片状结构聚集体，直径约为 50 nm，长度不超过 3 μm。

图 9：SEM 图像显示 NF 在番茄皮上形成涂层。面板 A-D：不同放大倍数下，用 NF 处理的番茄皮表面，显示交织的纳米纤维网络。面板 E-H：不同放大倍数下，用水处理的对照番茄皮表面。

为了研究 NF 对番茄皮表面形态的影响，我们还进行了 AFM 分析，它不仅提供定性的形貌成像，还提供 3D 表面重建和定量粗糙度测量（图 10A-B）。虽然峰谷粗糙度（Rpv）反映了由番茄细胞结构引起的自然表面起伏，但平均粗糙度（Ra）描述了更精细的表面纹理。在对照样品中（图 10C），在大约 4 μm² 的表面积上测量，Rpv 约为 80 nm，Ra 为 7.4 nm。对于 NF（图 10B），在相似面积上，Rpv 降至 52 nm，Ra 降至 5.3 nm。这些结果表明，NF 不仅涂覆了番茄表面，平滑了其表面粗糙度，而且还倾向于积聚在细胞间隙中，从而减少了峰谷高度变化。这一证据支持了我们关于超分子递送系统干扰真菌穿透和感染的潜在机制的假设。

图 10：AFM 分析显示 NF 涂层降低了番茄皮的表面粗糙度。面板 A：对照番茄皮表面的 AFM 形貌图和 3D 重建。面板 B：NF 处理后的番茄皮表面的 AFM 形貌图和 3D 重建，显示表面更光滑。面板 C：对照和处理样品的平均粗糙度（Ra）和峰谷粗糙度（Rpv）的定量比较。

结论

尖孢镰刀菌是一种毁灭性的土传维管束病原体，通过其专门化的专化型（每种都在遗传上适应特定宿主）在超过 100 种植物物种中造成显著的收获前损失。除了其主要在维管束枯萎病中的作用外，这种多才多艺的病原体随后通过加速新鲜农产品在储存和运输过程中的组织软化和促进快速浸软，对采后食品安全构成挑战，从而将其经济影响扩展到整个生产链。这种农业负担因该病原体在免疫功能低下的人类中作为危及生命的机会性感染的出现而加剧，死亡率超过 80%。农业-临床双重威胁因真菌中不断上升的抗菌素耐药性而进一步恶化，这创造了对利用先进材料和纳米技术进行下一代控制应用的创新战略的迫切需求。

在这项研究中，我们通过超分子工程方法成功地将理性肽设计转化为实用的抗真菌解决方案。我们对 WMR-4 的系统表征揭示了其通过一种独特的裂解机制介导的对尖孢镰刀菌的有效抗真菌活性，该机制涉及深度膜插入、肽聚集和大量的膜泄漏。使用脂质体模型和聚集监测进行的生物物理研究确定，与细菌和白色念珠菌膜相比，WMR-4 对真菌膜采用了根本不同的相互作用模式，突出了抗菌肽开发中病原体特异性优化的重要性。

游离 WMR-4 尽管具有强大的体外功效，却未能阻止膜穿透这一关键发现，阐明了肽疗法中的一个基本转化障碍。为了克服这些障碍，我们开发了一个用 WMR-4 和细胞穿透肽 gH625 功能化的超分子纳米纤维平台。这种递送系统虽然在体外抑制真菌生物量积累方面有限，但能抑制芽管形成并部分减少真菌通过纤维素屏障的穿透。值得注意的是，NF 在营养丰富的条件下拥有显著的抗真菌功效，通过保持组织完整性和减少真菌扩展；因此，有效限制了苹果组织中缺乏表皮屏障的机会性腐生定殖。此外，NF 处理的番茄果实仍然对真菌入侵具有抵抗力，突出了纳米结构递送系统提供屏障特异性保护的潜力。SEM 和 AFM 分析支持并证实了 NF 在植物表面形成了稳定的纳米级涂层，降低了表面粗糙度并整合到表皮层中，这可能进一步有助于其保护作用。

模块化设计使得能够通过肽替换策略快速适应不同的植物病原体。特别是，简单的肽修饰或替换可以使该系统对额外的微生物菌株有效，从而为可持续作物保护创造一项多功能技术。此外，我们的结果建立了一个全面的转化框架，表明从分子设计到实际实施的有效进展需要系统地解决多个尺度上的生物复杂性。通过将先进的肽化学与创新的纳米技术平台相结合，这项工作为同时应对抗菌素耐药性、环境可持续性和全球粮食安全挑战的下一代作物保护策略提供了一条有希望的途径。该平台技术代表了应用抗菌研究的一个重大进步，既提供了直接的农业效益，也为未来的生物技术创新奠定了坚实的基础。

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