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植物病害严重威胁农作物生长与全球粮食安全，传统化学农药弊端重重。研究人员开发了一种双刺激响应前药共递送纳米系统（MSNs-ss-SA），其能有效诱导水稻对纹枯病的抗性，且生物安全性良好，为农业植物病害管理提供新策略。
在农业生产的大舞台上，植物病害就像一场场突如其来的 “灾难”，严重威胁着农作物的生长、产量和质量，进而对全球农业生产力和粮食安全构成巨大挑战。传统化学农药虽在控制植物病害方面发挥着关键作用，但它带来的问题也不容小觑。大量化学农药在使用过程中，超过 90% 都 “流失” 到了周围环境中，造成了严重的资源浪费和环境污染。
为了应对这一困境，扬州大学等研究机构的科研人员踏上了探索之旅，开展了关于 “双刺激响应前药共递送纳米系统对植物长期免疫作用” 的研究。他们成功开发出一种新颖的酰胺酶和氧化还原响应的共递送纳米系统（MSNs-ss-SA），通过将水杨酸（SA）与功能化的二硫键掺杂介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNss-NH2）共价连接，实现了 SA 和生物可利用硅的高效共递送。该研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上，为农业生产带来了新的希望。
在研究过程中，科研人员运用了多种关键技术方法。利用透射电子显微镜（TEM）对样品的形态特征进行观察，了解纳米颗粒的结构和在植物细胞中的分布情况；采用热重分析（TGA）来确定 SA 的负载量；通过高效液相色谱（HPLC）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分别对释放的 SA 和生物可利用硅的浓度进行定量分析；借助实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测相关基因的表达水平。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- MSNs-ss-SA 的制备与表征：详细的合成过程表明，通过一系列反应成功制备了 MSNs-ss-SA。TEM 等多种表征手段显示，其具有特定的结构和粒径，SA 成功接枝到 MSNss-NH2上，且元素分布均匀。
- 释放动力学：在不同条件下，MSNs-ss-SA 对 SA 和生物可利用硅的释放呈现出不同的规律。在还原环境或酰胺酶存在的情况下，SA 和生物可利用硅的释放速率明显加快，且 SA 的释放符合 Weibull 模型，生物可利用硅的释放符合 Ritger-Peppas 模型。
- 在水稻植株中的吸收与转运：TEM 观察发现，MSNs-ss-SA 能够穿透水稻叶片的气孔，在细胞内实现靶向定位，且能从上部叶片转运到下部叶片，提高了 SA 和生物可利用硅的利用率。
- 对水稻诱导抗性的影响：与其他处理相比，MSNs-ss-SA 在较高浓度（1.0 mM 和 4.0 mM）时，能显著降低水稻纹枯病的病斑长度，诱导水稻产生更强的抗性。
- 对水稻抗性相关物理屏障的影响：MSNs-ss-SA 处理后，水稻茎中胼胝质沉积、木质素含量增加，几丁质酶基因表达上调，有效增强了水稻对病原体的防御能力。
- 对激素含量和抗氧化系统的影响：MSNs-ss-SA 处理使水稻茎中 SA 和茉莉酸（JA）含量显著增加，同时降低了丙二醛（MDA）含量，提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶的活性。
- 对水稻抗病基因的调控：MSNs-ss-SA 能显著上调 SA 和 JA 信号通路中关键抗病基因（如 OsPR1a、OsWRKY45、OsAOS2 和 OsJAMYB）的表达，激活系统获得性抗性（SAR）和诱导系统性抗性（ISR）。
- 生物安全性评价：以水稻、大型溞、赤子爱胜蚓和人肝细胞 L02 细胞为模型进行评估，结果表明 MSNs-ss-SA 对目标和非目标生物均具有良好的安全性。
- 对水稻产量和品质的影响：在田间试验中，随着 MSNs-ss-SA 浓度的增加，水稻产量显著提高，整精米率也有所增加，但对其他品质参数影响较小。
研究结论和讨论部分指出，MSNs-ss-SA 纳米系统为现代农业病害管理提供了一种创新且可持续的方法。它通过增强作物对病原体的抗性，减少了对化学农药的依赖。然而，该研究也存在一些局限性，如仅以单一水稻品种为模型，缺乏不同地区田间试验的验证，以及在快速病原体爆发场景下作用较慢等问题。尽管如此，这项研究依然意义重大，为后续研究指明了方向，有望推动纳米技术在可持续农业病虫害管理中的应用，在保障粮食安全的同时，实现农业的绿色可持续发展。
