二氧化钛纳米颗粒调控辣椒抗病毒混合感染的防御响应机制研究

本研究针对辣椒作物受辣椒金色花叶病毒(PepGMV)和烟草花叶病毒(TMV)单/混合感染导致的严重减产问题，通过150 μg/mL二氧化钛纳米颗粒(TiO2 NPs)处理，发现其能显著降低TMV单一感染症状，并在混合感染中激活POD/SOD/PAL防御酶系统，为纳米材料在植物抗病毒领域应用提供新策略。

　　

（以下为论文解读文章）

在全球农业面临病毒病威胁的背景下，辣椒作物尤其易受混合病毒感染——当辣椒金色花叶病毒(PepGMV)和烟草花叶病毒(TMV)同时侵袭哈瓦那辣椒(Capsicum chinense Jacq.)时，可造成100%的毁灭性损失。传统防治手段如农药使用存在环境毒性，而作物轮作等农业措施对病毒控制效果有限。更棘手的是，混合感染往往引发更严重的症状叠加效应，但植物对这类复合感染的防御机制尚不明确。

墨西哥克雷塔罗自治大学工程学院的研究团队将目光投向具有光催化特性的二氧化钛纳米颗粒(TiO₂ NPs)。这种直径仅1-100 nm的材料此前已被证实能通过降解病毒RNA、破坏衣壳等多种机制抑制单一病毒感染，但其在混合感染中的调控作用仍是空白。研究人员选择具有重要经济价值的"哈瓦那橙"辣椒品种，通过温室实验系统评估了TiO₂ NPs对单/混合感染的调控效果。

研究采用病毒接种与纳米颗粒叶面喷施相结合的方法。实验设计包含健康对照、PepGMV/TMV单感染、混合感染(PepGMV+TMV)等处理组，其中处理组施用150 μg/mL TiO₂ NPs。通过表型观察、防御酶活性检测等技术手段，揭示了纳米材料的双重作用机制。

在"形态特征与染病症状评估"部分，研究发现混合感染组植株高度意外增加33.7%，而TiO₂ NPs处理使叶面积扩大23.2%。这种"生长刺激效应"暗示纳米颗粒可能通过激活植物免疫系统重编程代谢资源分配。

"防御响应激活机制"的研究结果更为关键：混合感染组中过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著提升，伴随酚类物质积累。这些生化指标表明TiO₂ NPs通过诱导系统获得性抗性(SAR)，激活了包括水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)信号通路在内的防御网络。值得注意的是，对TMV单一感染的控制效果优于PepGMV，可能与RNA病毒对纳米颗粒光催化作用的敏感性更高有关。

讨论部分指出，TiO₂ NPs的"生物刺激-防御激活"双重功能具有重要应用价值。其通过破坏病毒衣壳、生成活性氧(ROS)等物理作用直接抑制病毒复制，同时通过表观遗传调控如H3K4me3组蛋白修饰持久增强植物免疫力。这种"纳米疫苗"效应在混合感染中表现尤为突出，为开发环境友好型抗病毒制剂提供了新思路。

该研究由Mónica Roció Sánchez-Tovar等学者完成，论文发表于《Phytochemistry》。成果不仅阐明纳米材料在复杂病原系统中的调控规律，更开创性地证明哈瓦那辣椒品种对PepGMV+TMV混合感染存在天然抗性，为抗病育种提供了重要靶点。这种将纳米技术与植物免疫调控相结合的策略，有望成为应对农作物病毒混合感染的新范式。