基于主客体自组装的层状超分子杀菌材料：靶向植物生物膜的防治新策略

编辑推荐：针对植物病原菌生物膜耐药性强、药剂叶面附着力差的难题，Peiyi Wang团队创新性地构建了磷酸/异丙醇胺修饰二茂铁(FcP15)与β-环糊精(β-CD)的主客体复合物FcP15@β-CD。该材料通过层状超分子结构增强叶面滞留性，实现生物膜抑制(94.85%)与清除(84.53%)双重功效，对水稻白叶枯病(Xoo)、条斑病(Xoc)和柑橘溃疡病(Xac)的防治效果显著优于商品化噻菌铜(TC)，为农业病害防控提供环境友好型解决方案。

　　在农业生产中，细菌性病害如同隐形的"植物瘟疫"，每年造成全球主要作物20%-40%的产量损失。这些病原菌的"保护伞"——生物膜，是由胞外多糖(EPS)构成的立体防御工事，既能抵抗杀菌剂渗透，又能逃避免疫识别。更棘手的是，水稻叶片表面的蜡质层和毛状体形成超疏水屏障，导致药液弹跳、飞溅，传统剂型如微胶囊悬浮剂虽能部分改善沉积，却面临成本高、辅料复杂等瓶颈。

针对这一交叉性难题，中国科学院团队开发了一种革命性的超分子杀菌材料FcP₁₅@β-CD。研究人员首先从20种二茂铁衍生物中筛选出最优候选FcP₁₅(EC₅₀=4.45μg/mL)，其结构特点在于对位甲氧基苄基的S-构型甲基修饰。通过核磁共振氢谱(1H NMR)和紫外滴定证实，β-CD以1:1摩尔比包封二茂铁单元，结合常数达1.60×10⁴ M^-1。高分辨质谱(HRMS)检测到1785.5979的分子离子峰，与理论值完美吻合。

在理化性质方面，该材料展现出三大优势：表面张力(52.75 mN/m)较单体降低12.4%，接触角减小13°，液滴反弹高度(H_t/D₀=0.84)仅为FcP₁₅的59%。扫描电镜(SEM)显示其自发组装成773nm宽的矩形层状结构，通过氢键和疏水作用维持稳定性。这种独特形貌使叶面滞留量提升2.1倍，10天后降解率(28.08%)显著低于单体(44.66%)。

抗菌机制研究揭示其多通路协同作用：通过下调gumB基因表达使EPS产量减少57.74%；抑制鞭毛基因flgB(47.62%)和运动基因motA(59.58%)，使Xoo迁移直径缩减至20.5mm；降低纤维素酶(20.85%)和淀粉酶(28.36%)活性；干扰DSF信号系统，使rpfF基因表达下调55.14%。激光共聚焦显微镜(CLSM)显示，8×EC₅₀浓度下生物膜内死菌(红色荧光)占比达84.53%。

田间试验证实，200μg/mL剂量下对水稻白叶枯病防效达57.83%，优于商品化药剂TC(39.59%)。在柑橘溃疡病模型中，其预防效果(79.75%)较单体提升15.7%。斑马鱼急性毒性实验显示LC₅₀>10μg/mL，组织学分析未发现肝脏病理损伤。土壤微生物组测序表明，6mg/kg剂量对微生物群落结构影响微弱。

这项发表于《Nature Communications》的研究开创性地将超分子化学应用于农业病害防治，其创新性体现在：①突破传统剂型依赖表面活性剂的局限，通过主客体自组装实现"零辅料"增效；②首次报道兼具生物膜抑制与清除双重功能的农用杀菌剂；③建立"结构-沉积-渗透-杀菌"四维效能评价体系。该材料为解决农药流失与环境污染的世界性难题提供了新范式，为绿色农业的发展注入了超分子智慧。