新型纳米载体递送免疫诱抗剂和植物源杀菌剂提升马铃薯晚疫病防控的研究

【作者】 郑康凯； 李洁； 沈杰； 窦道龙； 尹梅贞； 闫硕； 王晓丹；

【机构】 中国农业大学植物保护学院； 北京化工大学材料科学与工程学院；

【摘要】 晚疫病是由卵菌致病疫霉菌(Phytophthora infestans)引起的一种马铃薯流行性病害,可造成马铃薯茎叶、块茎腐烂,常年发生,造成大面积减产,被列为中国一类农作物病虫害。生产中防控该病害需要施用大量化学杀菌剂,导致抗药性、环境污染等问题突出。因此,马铃薯晚疫病防控仍然面临着防病任务重和农药投入减量的双重压力,但市场上的农药产品同质化严重、结构不合理,主要的减量措施以高效低毒的农药产品为主。近年来,植物免疫诱抗剂和植物源杀菌剂作为环境友好型生物药剂在该病防控中具有一定优势,但其水溶性差、递送效率低,严重制约着其进一步发展和应用。因此迫切需求研发新技术来拓展植物免疫诱抗剂和植物源杀菌剂的性能并提升其效率,推动农药减量化和全程免疫调控绿色杀菌剂的创新与应用。本研究合成了一种结构相对简单、低成本、环保的纳米级星状聚合阳离子(Star Polycation, SPc),通过分子间作用力或包埋方式负载药物活性成分形成稳定复合体,大幅减小其粒径至纳米级。研究表明,该纳米载体SPc可通过氢键和范德华力与植物免疫激发子(Elicitor)壳聚糖(Chitosan)复合,将壳聚糖粒径由144.61 nm降至17.40 nm;通过静电作用与植物源杀菌剂丁子香酚(Eugenol)组装,改善丁子香酚的理化性能,从而提升其在水溶液中的分散性和稳定性。另一方面,壳聚糖作为重要的植物免疫诱抗剂可通过调节植物自身的免疫、代谢系统来增强植物对晚疫病菌的抗性,然而壳聚糖水溶性差,不利于植株的吸收和转运,因此其作为激发子的生物活性和吸收性是限制其大规模田间应用的关键因素。本研究发现SPc通过纳米递送系统激活植物细胞的介导胞吞胞吐作用,使其在细胞膜表面重新分布,参与细胞各种吸收途径,提升壳聚糖的吸收与扩散,进一步增强马铃薯与壳聚糖接触的比表面积及其对壳聚糖的内吸能力,进而放大了壳聚糖介导的植物诱抗免疫反应相关基因和通路的上调与激活,提高了壳聚糖对马铃薯的诱抗能力,从而使马铃薯更好地抵抗晚疫病菌的侵染。与壳聚糖类似,丁子香酚与SPc组装后,经SPc递送的丁子香酚对马铃薯晚疫病菌的毒力也有所提高。田间和室内药效试验也证实该类型纳米农药显著提升了壳聚糖和丁子香酚对马铃薯晚疫病的防效。因此,本研究基于马铃薯晚疫病发病机制,通过合理设计,将纳米级星状聚合阳离子有效递送植物免疫诱抗剂和植物源杀菌剂,显著放大了壳聚糖施用后马铃薯的诱导抗性,提高了丁子香酚的毒力,从而提升了上述药剂对马铃薯晚疫病的防控效果。结合前期纳米杀虫剂的系列研究,揭示了新型功能化纳米载体应用前景广阔。该研究将对推进绿色免疫诱抗剂植保技术发展具有重要意义,同时助力于农药"增效、减量"的国家重大战略需求。更多还原