壳聚糖-银纳米杂化物诱导洋葱对葱腐葡萄孢的系统抗性研究

《Plant Nano Biology》：Nanomaterials for the control of the onion phytopathogen Botrytis squamosa

本研究针对洋葱叶枯病防治中化学农药过度使用问题，开发了基于疣孢漆斑菌合成的生物源银纳米颗粒(PchNPs)与壳聚糖纳米杂化物(CS-PchNHs)。研究发现CS-PchNHs在0.21 μg/mL浓度下对病原菌抑制率达50%，并通过激活过氧化物酶、几丁质酶和葡聚糖酶等防御酶系，使植株坏死面积减少75%，为绿色农业提供了新型纳米诱导剂。

　　

在洋葱种植领域，葱腐葡萄孢(Botrytis squamosa)引起的叶枯病一直是困扰农户的主要病害之一。这种真菌病原体能够导致洋葱叶片出现特征性坏死斑，严重时可造成产量损失高达50%。传统化学杀菌剂的长期使用不仅导致病原菌产生抗药性，还会对环境造成污染。随着可持续农业理念的深入，开发新型绿色防控技术成为当务之急。

在此背景下，纳米生物技术为植物病害防控提供了新思路。银纳米颗粒(AgNPs)已知具有广谱抗菌活性，而壳聚糖(CS)作为一种天然多糖，不仅能直接抑制病原菌生长，还能激活植物的系统抗性。然而，如何将二者的优势有机结合，开发出高效、低毒的纳米复合材料，仍是研究人员面临的挑战。

近期发表在《Plant Nano Biology》的一项研究中，来自乌拉圭共和国大学的研究团队创新性地利用疣孢漆斑菌(Phoma chermesina)合成生物源银纳米颗粒(PchNPs)，并将其与壳聚糖构建成纳米杂化物(CS-PchNHs)，系统评估了其对葱腐葡萄孢的抑制效果及诱导洋葱抗病性的机制。

研究人员采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多种表征技术，证实成功合成了稳定性良好的纳米材料。通过体外抑菌实验和温室盆栽试验，结合防御相关酶活性测定，全面评估了纳米材料的抗病效果。

表征分析显示，PchNPs呈球形，平均粒径22纳米，表面等离子共振(SPR)吸收峰位于420纳米，Zeta电位为-21.1毫伏。CS-PchNHs的SPR峰略微蓝移至416纳米，粒径增大至143.6纳米，Zeta电位转为+24.4毫伏，表明壳聚糖成功包裹银纳米颗粒。FTIR谱图证实两者之间存在Ag-O、N-H和酰胺基团等多种相互作用。

体外抑菌实验结果表明，PchNPs和CS-PchNHs对葱腐葡萄孢菌丝生长具有显著抑制效果，半最大效应浓度(EC₅₀)分别为0.47微克/毫升和0.21微克/毫升，而壳聚糖纳米颗粒(CSNPs)未表现出直接抑菌活性。值得注意的是，CS-PchNHs的抑菌效果优于单一组分，显示出协同增效作用。

温室试验发现，在接种病原菌前3天喷施纳米材料，可显著降低洋葱叶片坏死面积。在试验1(播种后160天)中，处理组坏死面积减少约53%；而在试验2(播种后205天，鳞茎开始膨大期)中，保护效果提升至75%。这表明植物的物候期影响纳米材料的诱导抗病效果。

防御酶活性分析揭示了纳米材料的作用机制。在接种病原菌后，未处理对照组的过氧化物酶(POX)、几丁质酶(CHIT)和葡聚糖酶(GLU)活性均显著升高，但未能有效抑制病害发展。而经纳米材料预处理的植株，虽然酶活性增幅较小，但病害症状明显减轻，表现出典型的"启动"(priming)效应。特别是在试验2中，CS-PchNHs处理组的GLU活性增加4.4倍，同时症状减轻最明显，表明该材料能更高效地激活植物防御系统。

研究还发现，不同纳米材料诱导的防御反应存在差异。CSNPs虽无直接抑菌活性，但能通过诱导植物抗性达到与CS-PchNHs相近的防病效果。而CS-PchNHs则兼具直接抑菌和诱导抗性的双重优势，且在极低浓度(0.2微克/毫升)下即可发挥显著效果。

该研究首次将生物源银纳米颗粒与壳聚糖结合，开发出新型纳米杂化材料，并系统阐明了其通过调控防御酶系诱导洋葱抗病性的分子机制。研究成果不仅为葱腐葡萄孢的绿色防控提供了新技术，也为纳米材料在植物免疫诱导领域的应用开辟了新途径。CS-PchNHs兼具环境友好、用量低、效果持久等优点，符合可持续农业发展需求，具有重要的理论价值和应用前景。

未来研究可进一步探讨CS-PchNHs在不同作物-病原系统中的普适性，及其在田间条件下的稳定性和持久性，推动该技术从实验室走向实际应用。同时，深入解析纳米材料与植物免疫系统的互作机制，将为设计更高效的植物免疫诱导剂提供理论指导。