纳米防治水稻白叶枯病的新机制

　　

水稻细菌性白叶枯病是我国水稻传统发生的三大主要病害之一，近年来，随着气候变化和耕作制度等改变，该病害在浙江和我国主要稻区重新爆发流行并出现了新的流行规律，给该病害的防治带来了极大的挑战，目前浙江省内各稻区均有白叶枯病发生，纳米农药作为未来将改变世界的十大化学新兴技术之一目前正被应用于浙江省水稻白叶枯病害的防控上，因此，迫切需要搞清楚其田间的作用机制，为纳米材料今后用于水稻细菌病害的防治提供理论指导。

2022年7月6日，纳米领域权威期刊Nano Today（IF5y=20.24）在线发表了浙江大学农学院李斌教授团队“Bioengineered chitosan-iron nanocomposite controls bacterial leaf blight disease by modulating plant defense response and nutritional status of rice (Oryza sativa L.)”的研究论文，揭示了纳米材料通过直接破坏病原菌以及影响植物的防卫反应和营养状况，调节根围土壤微生物群落结构来防控水稻细菌性白叶枯病的新机制，对于水稻细菌性病害的防控具有重要的指导意义。

李斌教授课题组在前期揭示了纳米材料帮助水稻抵御非生物胁迫压力（Journal of Hazards Materials, 2022），总结了其在水稻生产上的应用前景（Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2022）的基础上，首次报道了壳聚糖-铁纳米复合材料（BNC）帮助水稻抵抗白叶枯等生物胁迫压力，测定了BNC的体外和体内杀菌活性，评估了BNCs对健康和感染白叶枯病水稻内生微生物群的影响，提出了BNCs减轻水稻白叶枯病危害的内在机制。结果显示BNCs可通过直接和间接作用等多种机制抑制水稻黄单胞菌Xoo，首先，BNCs与细菌互作引起Fe2+离子的受控释放，导致细胞膜破裂、活性氧形成、DNA损伤、蛋白质和酶变性以及细胞内容物的泄漏，最终导致Xoo细胞死亡；其次，BNC可通过气孔进入叶片，并在海绵状叶肉细胞的大空间内分散，BNC在植物体内的积累触发了水杨酸信号通路、抗氧化剂防御机制，改善了光合特性和养分获取，维持了离子动态平衡，最终清除活性氧并缓解水稻植株的细胞氧化应激。此外，高通量测序结果表明，BNCs通过重塑水稻叶面和根内生细菌群落，降低了黄单胞菌的相对丰度，增加了健康和患病植物的细菌群落多样性，特别是异根瘤菌和缓生根瘤菌等生物固氮微生物的相对丰度显著增加，或许也在水稻白叶枯病害的纳米控制中发挥了重要的作用。

纳米制剂防治水稻细菌性白叶枯病的模式图

博士研究生Temoor Ahmed为第一作者，美国康涅狄格州农业试验站Jason C. White教授、宁波大学陈剑平院士和浙江大学李斌教授为通讯作者，共同指导了本研究的开展。广东工业大学马传鑫教授，巴基斯坦政府学院大学Muhammad Shahid教授等参与了本项目的研究。本研究得到了“水稻生物学”国家重点实验室，国家自然科学基金项目（31872017，32072472）、浙江省重点研发项目（2019C02006）和浙江省自然基金重点项目（LZ19C140002）等课题的资助。

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174801322200175X?dgcid=author