纳米苦参碱递送体系兼顾高效杀虫与根际微生态调控，对桃蚜触杀毒力增效6.44倍

世界农化网中文网报道：近日，中国农业大学植物保护学院沈杰、闫硕团队联合中国科学院生态环境研究中心金德才副研究员，在国际微生物生态学领域知名期刊The ISME Journal在线发表研究论文Nanoscale pesticide delivery suppresses pathogens and enriches beneficial microbiomes for safer crop protection。研究发现，纳米农药不仅可以提高靶标害虫防控效果，还可通过对不同根际微生物产生差异化影响，抑制潜在植物病原菌，并伴随具有潜在有益功能的微生物类群相对富集。该成果将纳米农药的研究视角由″提高药效″进一步拓展至″理解其生态效应″，为研制兼顾高效防控与土壤微生态保护的绿色农药提供了新的科学依据。

农药是保障农业生产和粮食安全的重要手段，但传统农药制剂普遍存在利用率低、靶标递送效率不足等问题。近年来，纳米递送技术因能够显著改善农药的理化性质、提高生物活性而受到广泛关注。然而，纳米农药在提高病虫害防控效果的同时，如何影响土壤微生物群落，尤其是其对植物病原菌和有益微生物的差异化作用及其潜在生态机制，目前仍缺乏系统研究。因此，明确纳米农药与根际微生物之间的互作关系，对于推动纳米农药绿色创制及农业生态安全评价具有研究价值。

研究人员利用星型阳离子纳米载体（SPc）负载植物源农药苦参碱（MT），成功构建了纳米级苦参碱递送体系（MT@SPc）。SPc与表面活性剂的共同作用显著改善了苦参碱的分散性能及叶面润湿、沉积和吸收能力。生物活性测定表明，MT@SPc对桃蚜的触杀毒力增效倍数达到6.44倍，触杀与胃毒联合毒力增效倍数达到4.84倍。同时，该纳米制剂在试验条件下未对甘蓝生长及所测试天敌昆虫产生显著不利影响，表现出良好的应用潜力。研究团队进一步结合田间试验和微生物组测序技术，系统评估了MT@SPc对根际及非根际土壤微生物群落的影响。

研究发现，与传统苦参碱制剂相比，MT@SPc对根际微生物多样性及微生物互作网络的扰动相对较小，并能够显著改变根际微生物群落组成。其中，潜在植物病原菌果胶杆菌属（Pectobacterium）的相对丰度降低，而类芽孢杆菌属（Paenibacillus）、不动杆菌属（Acinetobacter）等具有潜在有益生态功能的微生物类群相对富集，表明纳米农药能够通过差异化影响根际微生物群落，促进根际微生态结构调整。

为进一步解析纳米农药对不同微生物的作用机制，研究人员从土壤中分离筛选胡萝卜软腐果胶杆菌（Pectobacterium carotovorum）及3株代表性有益细菌开展生物活性测定。结果表明，MT@SPc能够显著抑制胡萝卜软腐果胶杆菌的生长，而对所测试的有益细菌未产生显著抑制作用。

值得注意的是，MT@SPc并未直接促进有益细菌生长，表明其在根际环境中的相对富集可能与病原菌受到抑制后微生物竞争关系及生态位变化有关。这一认识为解释纳米农药如何通过直接作用与间接生态过程共同影响根际微生物群落提供了新思路，也为未来探索精准调控根际微生态的植保策略提供了依据。

在抑菌作用机制方面，研究团队利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、等温滴定量热（ITC）及傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术，发现MT@SPc能够通过静电作用和氢键与病原菌细胞壁中的脂多糖和肽聚糖发生相互作用，增强纳米颗粒在细菌表面的吸附，引起细胞表面凹陷、细胞膜结构破坏及胞内物质泄漏。进一步结合转录组学、代谢组学及生理生化分析发现，MT@SPc能够干扰病原菌肽聚糖生物合成、三羧酸循环及脂质代谢等关键过程，破坏细胞壁和细胞膜完整性，造成细胞能量供应不足、离子稳态失衡和代谢物泄漏，并诱导活性氧大量积累及氧化应激，最终抑制病原菌生长。

综上所述，该研究构建了一种兼具高效杀虫活性与良好微生物相容性的苦参碱纳米递送体系，揭示了纳米农药通过差异化影响植物病原菌与有益微生物，进而调控根际微生物群落的作用机制。

该研究的意义不仅在于开发出一种增效的苦参碱纳米制剂，更在于提出并验证了理解纳米农药生态效应的重要路径：在评价防控效果的同时，关注根际微生物群落的变化，并追溯不同微生物响应的作用机制。研究为从单一药效评价走向″防控效能—非靶标影响—根际微生态″综合考量提供了证据，也为推进农药减量增效、土壤健康保护和农业绿色发展提供了基础研究支撑。

论文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag273