中国农大新型生物材料攻克无花果炭疽病
中国农大新型生物材料攻克无花果炭疽病
无花果炭疽病是农业生产中的一种重要病害,主要危害果实和枝条。病菌以菌丝体在病残体上越冬,次年产生分生孢子通过风雨传播,侵害枝梢和果实。高温高湿环境易引发病害流行,尤其在果实近成熟期更为严重。目前,无花果炭疽病的防治主要依赖化学药剂,但传统方法存在农药利用率低、病菌易产生抗药性等问题。
针对这一难题,中国农业大学植物保护学院沈杰/闫硕团队与中国农业科学院生物技术研究所苏晓峰研究员合作,在《Advanced Science》上发表了一项重要研究成果。研究团队开发出一种新型绿色纳米保护剂,为无花果炭疽病的防治提供了新的解决方案。
该研究成功创制了一种防治芒果炭疽病的新型绿色纳米保护剂,不仅可直接抑制芒果炭疽病侵染,还可进一步放大植物的诱导抗病反应,充分体现出了纳米材料在病害防治领域的“控-促”作用。
研究团队设计并合成了一种亲水性和亲脂性的双嵌段聚合物(HLDP),通过疏水作用自发组装壳聚糖(CS),形成纳米级HLDP-CS保护剂。HLDP能显著改善CS在叶片表面的润湿性能,降低接触角并增加持留量,使得HLDP-CS纳米保护剂具有更好的叶面附着性和植物吸收性能。芒果炭疽病菌带负电荷,而HLDP和HLDP-CS纳米保护剂带正电荷。HLDP通过与炭疽病菌的电荷相互作用,可显著破坏菌丝的细胞壁/细胞膜,作为活性成分直接抑制孢子萌发和菌丝生长。通过RNA-seq分析发现,HLDP-CS纳米保护剂可以抑制菌丝代谢并降低致病性。同时,多组学联合分析表明,HLDP可以作为CS的助剂,加速植物次生代谢物(芦丁、槲皮素等)和植物激素(SA、脱落酸等)的生物合成,增强植物免疫抗病反应。
与传统防治方法相比,这种新型纳米保护剂具有显著优势。首先,它能显著提升农药的生物活性和使用效率。传统农药在水溶液中的分散性差、颗粒大,限制了其生物活性,而纳米保护剂通过改善润湿性能和叶面附着性,提高了农药的利用效率。其次,这种保护剂兼具直接抑制病原菌和增强植物免疫力的双重作用,比单一的化学药剂更全面有效。此外,作为绿色纳米材料,它对环境的影响更小,符合农业可持续发展的要求。
这一研究成果具有重要的应用前景。炭疽菌(Colletotrichum)是一种全球性真菌,在农业产业中造成了巨大的经济损失,每年仅在中国就造成高达3亿美元的经济损失。这种新型纳米保护剂的开发,为多种作物的炭疽病防治提供了新的技术选择。同时,其“控-促”双重机制也为其他植物病害的防治提供了新的思路。
然而,要将这一技术真正应用于农业生产,还需要进一步的研究和实践。例如,需要优化纳米保护剂的制备工艺,降低成本;需要在不同地区、不同作物上进行田间试验,验证其稳定性和适用性;还需要制定相应的使用规范,确保其安全有效。
总体而言,中国农业大学团队的这项研究为无花果炭疽病的防治提供了新的解决方案,展现了纳米技术在农业病害防治中的巨大潜力。随着进一步的研究和推广,这种新型纳米保护剂有望为农业生产带来新的变革。