纳米二氧化硅颗粒与新型生物除草剂协同控制埃及三叶草菟丝子寄生效应的机制研究

针对埃及三叶草(Trifolium alexandrinum)受菟丝子(Cuscuta planiflora)寄生导致的产量损失问题，研究人员通过田间试验评估了二氧化硅纳米颗粒(Si-NPs)和镰刀菌(Fusarium incarnatum)生物除草剂的协同控制效果。研究发现，Helali品种表现出最高耐受性，Si-NPs(30 g fed-1)与生物除草剂(20 kg fed-1)可分别减少菟丝子生物量达80%和60%，同时提升宿主产量。该研究为寄生杂草治理提供了环境友好型解决方案。

　　

研究背景与意义

埃及三叶草作为中东地区重要的饲草作物，其产量常因全寄生植物菟丝子的侵袭而锐减。这种缺乏光合能力的寄生植物通过吸器(haustorium)掠夺宿主养分，导致三叶草鲜重和种子产量下降可达30%。传统化学除草剂草甘膦虽有效但存在环境风险，而抗性品种选育和生物防治成为可持续农业的研究热点。

研究方法

研究团队在埃及Gemmeiza农业试验站开展为期两年的田间试验（2021-2023），采用裂区设计评估三个三叶草品种（Helali、Gemmiza 1、Giza 6）与七种处理（Si-NPs 14/22/30 g fed^-1、F. incarnatum生物除草剂10/20/30 kg fed^-1、草甘膦33.1 g fed^-1）的交互效应。通过透射电镜(TEM)表征Si-NPs形貌（19.4-44.5 nm），随机扩增多态性DNA(RAPD)分析基因组稳定性，结合茎横切显微观察和SDS-PAGE蛋白质电泳揭示抗性机制。

主要发现

1. 1.

   品种抗性差异

   Helali品种表现出最强的菟丝子耐受性，其茎皮层细胞肥大程度（101.2%）显著高于Giza 6（65%）和Gemmiza 1（5.3%），木质部导管排列更致密，蛋白质电泳谱带无变异，表明其具有稳定的防御系统。

1. 1.

   纳米颗粒控制效果

   Si-NPs处理显著抑制菟丝子生长，30 g fed^-1剂量使菟丝子干重降低至32.4 g m^-2（对照135.3 g m^-2），与草甘膦效果相当但更安全。基因组模板稳定性(GTS)分析证实Si-NPs对宿主DNA无损伤。

2. 2.

   生物除草剂作用

   F. incarnatum颗粒剂（20 kg fed^-1）使菟丝子生物量下降45%，解剖学观察显示处理组茎结构恢复正常，与健康植株无差异。

3. 3.

   经济效益

   成本效益分析显示Si-NPs处理每feddan净收益达84,800 EGP，高于生物除草剂（68,200 EGP）和传统除草剂（84,050 EGP）。

结论与展望

该研究首次证实Si-NPs通过物理屏障和激活苯丙烷代谢途径（增强木质素沉积）双重机制抵抗菟丝子寄生，而F. incarnatum则通过干扰寄生植物早期发育阶段发挥作用。Helali品种与Si-NPs的协同应用为寄生杂草治理提供了"品种-纳米-生物"三位一体解决方案，发表于《Scientific Reports》的研究成果对发展可持续农业具有重要实践价值。未来需进一步探究Si-NPs在土壤微生物组中的长期生态效应。