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江南大学研发抗植物病毒的手性纳米农药,高效阻断烟草花叶病毒侵染

2022-09-13
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世界农化网中文网报道:当前,纳米技术在农业领域的应用已成为国际研究的新热点。近日,江南大学教授团队发表在 Nature Catalysis 的文章表明了一种手性纳米粒子(3 nm Cu1.96S)可快速通过叶片气孔进入植物细胞,精准识别烟草花叶病毒外壳蛋白亚基,高效杀灭烟草花叶病毒,阻断烟草花叶病毒对农作物的侵染。


目前市面上所宣称的″纳米″农药意为药剂分子的″剂型尺度″,其作用机理与化学农药无异。与此不同,该研究的手性纳米粒子以特异性破坏病毒外壳蛋白的方式杀灭病毒,且不产生抗药性、无残留,是一种绿色的新型农药。

该研究来自江南大学、教授团队与美国密歇根大学、巴西圣卡洛斯联邦大学、伊利诺伊大学、中国农业科学院烟草研究所的合作。江南大学食品学院胥传来教授就这一研究成果接受了专访。




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手性分子示例(来源:维基百科)


在发展抗植物病毒的手性农药之前,研究团队一直主要针对人类病毒性感染进行纳米生物材料开发,同时开展基于抗体标记的免疫分析方法开发,在可视化的分析过程中进行抗体标记,该团队率先发现了手性等离子体材料的卓越检测性能,研发了一系列免疫快速检测试纸条、试剂盒、亲和层析柱、免疫磁珠等广泛应用于食品、农产品、环境中的风险因子的日常监测。


考虑到生物大分子的纳米尺度特性以及识别中的立体选择性,团队继而开展与生物分子结构域匹配的手性纳米颗粒研制,来调控生命过程。


而手性纳米药物的临床应用非常漫长,″所以我们希望同时将手性纳米技术推向另一个领域——可持续农业。″采用植物生长本身所需的无机盐为原料,发展靶向纳米农药,对环境和作物友好,可能为农药的研发带来变革性思路。


烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)是第一个被人类发现的植物病毒,极易传播、性能稳定,侵染多种重要经济作物,能在多种植物上越冬,严重影响农作物产量和品质。因此,该团队以 TMV 为对象,开展手性纳米材料合成。


化学类农药的靶点通常为病原体的某些生物靶点,这些靶点往往存在于一些执行重要生理功能(如神经传导)和信号通路上。在农药的选择压力下,病原体通过变异″躲过″这些靶点所受到的″死亡威胁″,农药便失效。手性纳米粒子杀灭病毒的独特机制,不会诱导病原体抗性,具有更好的生物安全性。


进一步研究证实,用该粒子水溶液(1 μM,5mL/株)喷洒受 TMV 侵染的作物,3 天内超过 95% 的病毒即可被清除,效率显著高于目前所有抗植物病毒的化学农药。它通过植物叶面气孔,进入植物细胞发挥杀病毒作用,在此过程中一价铜氧化为二价铜离子,被植物快速吸收,利用率高。施药所用铜元素浓度远小于土壤和植物本身存在的基础铜含量,研究团队通过监测作物的根、茎、叶以及土壤等,进一步验证施药对作物或土壤中的铜含量无改变。该手性纳米农药有望作为一种绿色、安全的新型农药,为手性纳米材料的应用找到新方向。


″接下来,我们计划将之推广应用。″对此,表示对此需要进行更大规模的田间试验,监测配药剂量、施药间隔等问题。尽管实验条件下其效率远胜于传统农药,但实际中还要考虑目标农田周围的 TMV 发生情况,以此决定有效保护作物的药物浓度;以及观测其对于不同茄科植物、不同生长期植物的作用效果。对于其他植物病毒,受生物安全的限制,该团队尚未进行广泛研究,″植物病毒的实验涉及生物安全问题,必须和国家农科院等有资质的院所合作。″


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