植保所为控制小麦赤霉病和呕吐毒素产生提供纳米搭档新策略
植保所为控制小麦赤霉病和呕吐毒素产生提供纳米搭档新策略
小麦赤霉病是全球范围内严重威胁小麦产量和品质的重要病害，由禾谷镰孢菌等镰孢菌属真菌引起。近年来，化学药剂的长期使用导致病菌抗药性增强，同时产生的呕吐毒素（DON）对人畜健康构成威胁。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Environmental Science & Technology期刊上发表最新研究成果，发现氧化镁纳米颗粒（MgO NPs）在控制小麦赤霉病和减少DON毒素产生方面具有显著效果，为科学防控小麦赤霉病提供了新策略。
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上发表了题为“Efficient Control of Fusarium Head Blight and Reduction of Deoxynivalenol Accumulation by a Novel Nanopartner-Based Strategy”的研究论文，发现了氧化镁纳米颗粒（MgO NPs）可有效抑制禾谷镰孢菌和呕吐（DON）毒素产生，且与多菌灵等常用药剂有协同增效作用。研究重点解析了MgO NPs对禾谷镰孢菌的抑菌新机制，为科学控制小麦赤霉病和减少DON毒素污染提供新策略。
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。由于优越的小尺寸效应，很多金属纳米颗粒被发现具有杀菌活性并被用作新型纳米杀菌剂控制植物病害。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。
本研究以MgO NPs-禾谷镰孢菌互作体系为研究对象，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。发现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。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。