中国农科院植保所发现纳米颗粒防控小麦赤霉病新策略

中国农科院植保所发现纳米颗粒防控小麦赤霉病新策略

近日，中国农业科学院植物保护研究所农药应用风险控制创新团队在自然指数期刊Environmental Science & Technology上发表了重要研究成果，发现氧化镁纳米颗粒（MgO NPs）可有效抑制禾谷镰孢菌和呕吐毒素（DON）产生，为小麦赤霉病的科学防控提供了新的策略。

赤霉病是由禾谷镰孢菌及其他镰孢菌属真菌引起的一种世界性小麦病害，造成小麦年均产量损失可达55.34万吨。化学防治是当前赤霉病防控的主要手段，但长期、单一和超量使用化学药剂导致田间抗药性频发以及感病籽粒中DON毒素累积等问题。开发杀菌剂使用新搭档可为有效控制赤霉病和DON毒素污染提供新手段。

本研究通过对比10种常见活性纳米颗粒（如ZnO NPs和TiO2 NPs）的生测结果，发现MgO NPs对赤霉病具有最好的控制效果（EC50 = 105.2 μg/mL）。进而，探究MgO NPs对禾谷镰孢菌的抑菌机制对其科学合理应用至关重要。

研究发现，EC90的MgO NPs处理可使禾谷镰孢菌的孢子萌发、DON毒素产生和小麦胚芽鞘定殖相较于对照分别降低13.3、13.0和2.3倍，且与赤霉病常用药剂多菌灵、嘧菌酯之间存在协同增效作用。MgO NPs虽不能被吸收进入禾谷镰孢菌菌丝细胞，但可以通过气孔进入小麦叶片细胞间隙。

研究揭示了MgO NPs对禾谷镰孢菌的胞内外毒性新机制：

1. 胞外毒性机制：通过超氧阴离子自由基介导的氧化损伤、氢氧根离子释放介导的碱损伤和表面吸附介导的细胞结构损伤抑制禾谷镰孢菌的菌丝生长和孢子萌发；
2. 胞内毒性机制：通过降低菌丝中的可溶性蛋白和DNA含量并提高丙酮酸含量诱导代谢损伤以干扰禾谷镰孢菌的正常生长。

此外，MgO NPs对小麦植株、斑马鱼和人体细胞的暴露风险均为低风险。本研究为减少植物病害防控中的杀菌剂用量和食品/环境污染提供了新思路。

中国农业科学院植物保护研究所为论文的完成单位，博士后马迪成为论文第一作者，李远播研究员为通讯作者。该研究得到国家资助博士后研究人员计划C档资助（GZC20233067）和中国农科院创新工程项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c08030