pH响应性β-环糊精纳米海绵封装褪黑素：提升农业应用稳定性与递送效率的创新策略

本研究针对农业中褪黑素(Melatonin)易降解、利用率低的问题，开发了基于β-环糊精(β-CD)的pH响应性纳米载药系统。通过构建含二硫键和稳定剂海藻糖的纳米海绵，实现了酸性环境（如植物根际）下的控释，使3:1载药比的制剂光稳定性提升2.5倍，显著缓解番茄盐胁迫并减少施药频次，为植物抗逆管理提供新方案。

　　

在植物面临日益严峻的环境胁迫背景下，褪黑素(Melatonin)作为"植物万能调节剂"展现出卓越的抗逆潜力。然而这种两亲性分子在田间应用中面临严峻挑战：紫外线导致的光降解、pH波动引发的失活、以及降雨造成的流失，使得传统施药方式效率低下。更棘手的是，植物自身合成的褪黑素浓度难以应对重度胁迫，而外源补充又因上述问题需要反复施用，既增加成本又可能破坏生态平衡。

针对这一农业痛点，马哈什达亚南德大学的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表创新成果。他们巧妙利用β-环糊精(β-CD)的疏水空腔特性，通过交联剂二羟乙基二硫(DHES)构建具有pH响应性的三维纳米海绵网络，并创新性地引入海藻糖(Trehalose)作为低温保护剂。这种"分子笼"技术不仅解决了褪黑素的光敏感问题，更通过二硫键的酸响应断裂机制，实现了在植物根际微酸环境中的靶向释放。

研究采用多尺度表征技术：超高效液相色谱(UPLC)精确量化载药效率，Zeta电位分析揭示表面电荷特性，场发射扫描电镜-能谱联用(FESEM-EDX)确认元素分布，傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析分子相互作用，X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)则分别从晶型和热力学角度验证封装效果。体外释放实验模拟根际pH环境，光稳定性测试采用氙灯加速老化，最终通过盐胁迫番茄模型验证实际应用价值。

Results and discussion

1. 载药优化：通过1:1至4:1梯度比筛选，发现3:1配比实现最高载药量(18.3%)和包封率(89.7%)，DSC显示该比例下褪黑素特征峰消失，证实成功封装。
2. 结构表征：FTIR证实纳米海绵中β-CD的C-O-C伸缩振动峰位移，表明吡喃糖环参与交联；XRD显示封装后结晶度降低，转为无定形态。
3. 控释性能：pH 5.0条件下48小时释放率达78%，较中性环境提升2.3倍，归因于二硫键的酸响应断裂。
4. 光保护效应：纳米载体使褪黑素半衰期延长至游离态的2.5倍，UV-Vis证实海藻糖通过形成玻璃态基质阻隔光子攻击。
5. 生理效应：处理组番茄在150 mM NaCl胁迫下，生物量增加41%，丙二醛(MDA)含量降低62%，超氧化物歧化酶(SOD)活性提升3.2倍。

Conclusion
该研究开创性地将刺激响应型纳米载体技术引入植物激素递送领域。pH响应性β-CD纳米海绵不仅解决了褪黑素的环境稳定性难题，其"智能"释放特性更实现了根际微区的精准给药。田间试验数据显示，该技术可使施药频率从常规的5-7天/次延长至15-20天/次，同时有效剂量降低60%。这种"载体-保护-控释"三位一体策略，为其他植物生长调节剂的递送系统设计提供了范式转移，特别是在应对气候变化引发的非生物胁迫方面具有广阔应用前景。

值得注意的是，海藻糖的引入突破了传统冻干保护剂仅用于制药领域的局限，其与β-CD形成的双亲水网络为农业纳米制剂提供了新的稳定化思路。研究团队正在探索将该平台技术拓展至水杨酸、油菜素内酯等植物激素的递送，有望推动"精准农业"进入纳米制剂新时代。