碳点作为绿色“植物疫苗”防控稻瘟病的机制研究：从光合增强到系统抗性激活

本研究针对化学杀菌剂环境风险高、稻瘟病( Magnaporthe oryzae )防控效率低等问题，创新性地开发了碳点(CDs)纳米材料作为绿色"植物疫苗"。通过多组学分析发现，100-200 mg/L CDs叶面喷施可显著降低病指30.8%-49.5%，增产186%-198%，并通过稳定叶绿体稳态、激活JA/IAA信号通路诱导系统抗性(SAR)，为可持续农业提供了兼具高效与生态安全性的纳米防控策略。

　　

稻瘟病被称为水稻的"癌症"，由真菌 Magnaporthe oryzae 引起，每年造成全球约10%的产量损失。传统防治依赖异丙菌胺(IPT)等化学杀菌剂，但存在剂量高、效率低、环境残留等问题。更棘手的是，病原菌耐药性日益严重，而金属纳米材料又面临成本高和生物累积风险。如何在保障粮食安全的同时实现生态平衡，成为农业可持续发展的重大挑战。

江南大学环境与生态学院的研究团队独辟蹊径，将目光投向碳基纳米材料——碳点(CDs)。这种由柠檬酸合成的氮掺杂碳点(N-CDs)直径仅2.5 nm，表面富含-COOH、-NH₂等官能团，具有成本低、易降解、生物相容性好等优势。研究人员创新性地提出"植物疫苗"概念，通过叶面喷施CDs激活水稻自身免疫系统，相关成果发表在《Eco-Environment 》期刊。

研究采用多组学联用技术：通过透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)表征CDs特性；利用光合仪(CIRAS-3)和叶绿素荧光仪(Pocket PEA)测定光合参数；结合代谢组学分析差异代谢物；采用qRT-PCR检测抗病基因表达；并以赤子爱胜蚓( Eisenia fetida )和秀丽隐杆线虫( Caenorhabditis elegans )进行生态毒理评估。

【3.1 CDs特性】合成的CDs具有2.5 nm粒径和-16.0 mV Zeta电位，表面官能团使其易通过叶片吸收并靶向叶绿体。

【3.2 抗病效果】100 mg/L CDs处理使病指降至30.8%，显著优于IPT(57.3%)。同步提高净光合速率(Pn)189%，恢复根生物量57.6%，表明CDs兼具病原抑制与生长促进双重功能。

【3.3 作用机制】代谢组发现CDs特异性上调15种代谢物，涉及黄酮(如芹菜素、柚皮素)和激素(JA、12-OPDA)合成通路。基因分析显示CDs激活 OsCHS1 / OsLOX 等基因，促进JA含量提升2.1倍，同时诱导 OsPR1a / OsPR10a 等抗病基因表达，形成"光合增强-氧化清除-系统抗性"级联反应。

【3.4 增产提质】CDs处理使稻谷产量提升198%，淀粉和蛋白质含量分别增加27.5%和36.1%，远超化学药剂效果。

【3.5 生物安全】CDs对土壤生物的14天存活率>88%，而IPT处理7天即导致100%死亡，神经行为学指标也证实CDs的生态友好性。

该研究首次揭示CDs通过三重协同机制防控稻瘟病：物理层面通过负电荷表面抑制病原吸附；生理层面增强SOD-CAT抗氧化系统清除H₂O₂；分子层面激活JA/IAA信号轴诱导SAR。这种"纳米疫苗"策略突破了传统杀菌剂单一靶向局限，实现"防病-增产-环保"三位一体，每公顷应用成本可比金属纳米材料降低50%-70%。

研究团队特别指出，CDs的"叶面喷施-根系激活"跨器官调控现象值得深入探索。未来需开展大田试验验证其持效期，并评估与其他绿色防控技术的协同效应。该成果为联合国可持续发展目标(SDGs)中的"零饥饿"和"陆地生物"保护目标提供了创新解决方案，标志着纳米农业向精准化、可持续化迈出关键一步。