中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所為控制小麥赤霉病和嘔吐毒素產(chǎn)生提供納米搭檔新策略

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險控制創(chuàng)新團(tuán)隊在自然指數(shù)期刊Environmental Science & Technology上發(fā)表了題為“Efficient Control of Fusarium Head Blight and Reduction of Deoxynivalenol Accumulation by a Novel Nanopartner-based Strategy”的研究論文，發(fā)現(xiàn)了氧化鎂納米顆粒（MgO NPs）可有效抑制禾谷鐮孢菌和嘔吐（DON）毒素產(chǎn)生，且與多菌靈等常用藥劑有協(xié)同增效作用。研究重點解析了MgO NPs對禾谷鐮孢菌的抑菌新機(jī)制，為科學(xué)控制小麥赤霉病和減少DON毒素污染提供新策略。

 

　　赤霉病是由禾谷鐮孢菌及其他鐮孢菌屬真菌引起的一種世界性小麥病害，造成小麥年均產(chǎn)量損失可達(dá)55.34萬噸。化學(xué)防治是當(dāng)前赤霉病防控的主要手段，但長期、單一和超量使用化學(xué)藥劑導(dǎo)致田間抗藥性頻發(fā)以及感病籽粒中DON毒素累積等問題。開發(fā)殺菌劑使用新搭檔可為有效控制赤霉病和DON毒素污染提供新手段。由于優(yōu)越的小尺寸效應(yīng)，很多金屬納米顆粒被發(fā)現(xiàn)具有殺菌活性并被用作新型納米殺菌劑控制植物病害。本研究通過對比10種常見活性納米顆粒（如ZnO NPs和TiO2 NPs）的生測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)MgO NPs對赤霉病具有最好的控制效果（EC50 = 105.2 μg/mL）。進(jìn)而，探究MgO NPs對禾谷鐮孢菌的抑菌機(jī)制對其科學(xué)合理應(yīng)用至關(guān)重要。

 

　　本研究以MgO NPs-禾谷鐮孢菌互作體系為研究對象，發(fā)現(xiàn)EC90的MgO NPs處理可使禾谷鐮孢菌的孢子萌發(fā)、DON毒素產(chǎn)生和小麥胚芽鞘定殖相較于對照分別降低13.3、13.0和2.3倍，且與赤霉病常用藥劑多菌靈、嘧菌酯之間存在協(xié)同增效作用。發(fā)現(xiàn)MgO NPs雖不能被吸收進(jìn)入禾谷鐮孢菌菌絲細(xì)胞，但可以通過氣孔進(jìn)入小麥葉片細(xì)胞間隙。揭示了MgO NPs對禾谷鐮孢菌的胞內(nèi)外毒性新機(jī)制：（1）胞外毒性機(jī)制，通過超氧陰離子自由基介導(dǎo)的氧化損傷、氫氧根離子釋放介導(dǎo)的堿損傷和表面吸附介導(dǎo)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷抑制禾谷鐮孢菌的菌絲生長和孢子萌發(fā)；（2）胞內(nèi)毒性機(jī)制，通過降低菌絲中的可溶性蛋白和DNA含量并提高丙酮酸含量誘導(dǎo)代謝損傷以干擾禾谷鐮孢菌的正常生長。此外，MgO NPs對小麥植株、斑馬魚和人體細(xì)胞的暴露風(fēng)險均為低風(fēng)險。本研究為減少植物病害防控中的殺菌劑用量和食品/環(huán)境污染提供了新思路。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所為論文的完成單位，博士后馬迪成為論文第一作者，李遠(yuǎn)播研究員為通訊作者。該研究得到國家資助博士后研究人員計劃C檔資助（GZC20233067）和中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c08030