工程纳米材料（ENMs）调控植物系统抗性：R&D优化策略与可持续病害防控机制解析

本综述通过荟萃分析系统评估了工程纳米材料（ENMs）作为植物生物刺激剂的抗病增效机制，揭示了其通过激活抗氧化酶（SOD/CAT/POD）、防御相关基因（PR基因）及激素信号（SA/JA）通路，显著降低病害严重度（45.7%）并同步促进植物生长（生物量提升56.5%）的双重效益，为纳米农业技术（Nanotechnology in agriculture）的标准化应用提供理论依据。

　　

Highlight

• ENMs通过激活抗氧化与防御酶系统（SOD/POD/CAT）增强植物抗病性

• 防御相关基因（PR基因）表达上调97.8%是系统抗性建立的核心机制

• 碳基纳米材料与纳米复合材料展现出最优病害抑制效果

• 粒径＜20 nm、浓度500-1000 ppm、处理时长≤7天为最优应用参数

Data collection

通过Web of Science核心数据库检索截至2023年12月的文献，采用检索策略：（nanomaterial* OR nanoparticl）AND（"plant disease" OR "plant pathogen*"），初步获取1267篇文献。纳入标准包括：1）研究必须涉及工程纳米材料（ENMs）处理植物病原体系；2）需报告定量病害严重度或抗性相关生理指标；3）设置未处理对照组。最终纳入56篇研究进行荟萃分析。

Research trends in ENMs-mediated effects on plant disease resistance

56项研究覆盖12个国家，主要集中于亚洲与北非地区（图1a），反映这些区域对农业纳米技术的高度关注。2018年后年度发文量显著增长（图1b），表明ENMs作为绿色植保策略的研发热度持续攀升。研究作物以水稻、番茄、烟草为主（图1c），病原类型聚焦真菌（如Rhizoctonia solani）和病毒（如TMV/ToMV）（图1d），常用ENMs包括金属基（ZnO、Ag）、碳基（富勒烯、碳纳米管）及复合材料（图1e）。

Conclusions

本研究证实ENMs通过协同激活防御酶系统（抗氧化酶活性提升18.8%，防御酶活性提高55.4%）与基因调控网络（防御基因表达上调97.8%），显著降低病害严重度（45.7%）。7天内短时处理、小粒径（＜20 nm）及中浓度（500-1000 ppm）应用效果最优，碳基与复合型ENMs表现突出，为农业纳米技术标准化提供了理论框架与实践指引。