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

日期:09-13-2022

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。

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。″