可生物降解三重刺激响应型介孔有机硅纳米载体在靶向农药递送与水稻抗病免疫增强中的应用研究

为解决传统农药利用率低、环境风险高的问题，研究人员开发了一种pH/谷胱甘肽(GSH)/几丁质酶三重刺激响应的纳米农药递送系统（PYR@MONs-COS）。该系统通过壳寡糖(COS)修饰的可降解二硫键桥接介孔二氧化硅纳米颗粒(MONs)负载吡唑醚菌酯(PYR)，实现靶向释放与植物免疫激活。实验表明，该技术显著提升农药叶面渗透性、抗真菌活性（对稻瘟病菌Magnaporthe oryzae抑制效果提升）且对斑马鱼急性毒性降低7.3倍，为可持续农业提供新策略。

　　

水稻作为全球主要粮食作物，其病害防控长期依赖化学农药，但传统农药存在利用率不足20%、光解失效、非靶标毒性等问题。稻瘟病（由Magnaporthe oryzae引起）每年造成10%-30%产量损失，而现有农药难以在病害侵染部位智能释放。更棘手的是，过度使用农药导致生态环境破坏，如吡唑醚菌酯(PYR)对水生生物的高毒性。这些矛盾促使科学家探索既能精准递送农药又能激活植物自身免疫的绿色防控技术。

中国农业科学院的研究团队在《Journal of Integrative Agriculture》发表研究，设计了一种基于介孔二氧化硅纳米颗粒(MONs)的三重刺激响应系统PYR@MONs-COS。该系统通过二硫键桥接的MONs负载PYR，并共价结合壳寡糖(COS)作为门控分子。研究采用动态光散射(DLS)表征纳米颗粒尺寸，高效液相色谱(HPLC)测定载药量，体外模拟病害微环境（pH 5.0/10 mM GSH/几丁质酶）验证响应释放，并通过共聚焦显微镜观察水稻叶片中药剂渗透行为。

pH/GSH/几丁质酶三重响应机制
研究发现，稻瘟病菌侵染会引发病斑处pH降至5.0、GSH浓度升高至10 mM、几丁质酶活性增强。PYR@MONs-COS在模拟病斑环境下，48小时内释放率达92%，而正常组织(pH 7.4)仅释放18%，证实其靶向性。二硫键在GSH作用下断裂，同时几丁质酶降解COS外壳，实现双重控释。

抗光解与叶面增效
紫外照射实验显示，COS包覆使PYR半衰期从2.3小时延长至15.8小时。接触角测试表明，纳米制剂使药液在稻叶表面的接触角减小37°，显著提升铺展性。共聚焦成像证实，荧光标记的PYR@MONs-COS在6小时内穿透稻叶角质层，而游离PYR仅停留在表皮。

免疫激活与病害防控
处理组水稻叶片胼胝质沉积量增加2.1倍，防御酶PAL、POD活性分别提升83%和67%。离体抑菌实验显示，PYR@MONs-COS对M. oryzae的EC₅₀
为0.28 μg/mL，优于PYR微胶囊(0.75 μg/mL)。田间试验中，纳米制剂防效达89%，持效期延长5天。

生物安全性评估
斑马鱼急性毒性实验显示，PYR@MONs-COS的LC₅₀
为12.7 mg/L，较PYR原药(1.74 mg/L)毒性显著降低。水稻植株未见药害症状，叶绿素含量与对照组无差异。

该研究创新性地将植物病理微环境特征转化为农药智能释放信号，首次实现农药载体对病原菌-植物互作过程的动态响应。纳米载体不仅解决农药精准递送难题，还通过激活植物免疫实现"治病+抗病"双效协同。更值得注意的是，该技术将农药环境风险降低至传统技术的13.7%，为《2030年可持续发展议程》中的农业绿色发展目标提供关键技术支撑。未来可通过模块化设计适配其他农药-作物系统，推动农业纳米技术的产业化应用。