Nature Communications | 新加坡国立大学开发用于植物抗病的新系统

2025年1月，新加坡国立大学Suppanat Puangpathumanond等人在Nature Communications发表了题为Stomata-targeted nanocarriers enhance plant defense against pathogen colonization的论文，开发了一种纳米颗粒系统用于对气孔保卫细胞的靶向递送，以增强植物对病原体定植的防御能力。

纳米载体系统SENDS组成：

ZIF-8(沸石咪唑酯骨架-8)核心：纳米载体骨架；

His-pG(多组氨酸标记的蛋白G)/LM6 IgG(阿拉伯聚糖靶向的LM6免疫球蛋白G)表面配体：实现气孔靶向；

SC(天然植物生物碱血根碱)封装：装载抗菌有效载荷；

植物病原体威胁粮食安全。传统农药递送效率低、缺乏靶向性，且严重危害农业生态环境。基于纳米生物技术的材料可在不干扰植物正常生长的前提下，实现靶向递送，从而增强植物抵抗病原体入侵的能力。

图1.SENDS增强植物抗病原体定植机制示意图

为验证纳米载体系统SENDS的气孔靶向能力，研究人员将荧光素封装在SENDS和未功能化的ZIF-8中，将其分别喷施于5种植物叶片上，并利用共聚焦激光扫描显微镜进行观察。结果表明：SENDS在5种植物叶片气孔中的定位率是非靶向 ZIF-8的15倍，且SENDS在模拟降雨条件下的黏附性提升了10%。

图2.SENDS跨物种气孔靶向定位

在喷施 SENDS 的甘蓝型油菜植株上接种黄单胞杆菌后，结果显示 SENDS 可将抗菌生物碱靶向递送至气孔，直接阻断病原体从气孔的入侵途径，该结果证明了纳米载体系统协同抗菌的有效性。

图3.SENDS抗病原体效果

生物相容性是纳米载体系统发挥作用的关键。研究者在甘蓝型油菜植株上分别喷施MES缓冲液、SENDS悬浮液和十二烷基硫酸钠，监测一周内气孔导度、叶绿素含量及OJIP荧光诱导曲线等参数。结果表明：该纳米载体叶面喷施与传统农药施用方式兼容，对单/双子叶作物均有效，且不影响植物正常生理功能，安全性高。

图4.SENDS生物相容性验证

此研究开发了一种纳米载体系统，为应对气候变化下植物病原体爆发提供了精准、高效、可持续的解决方案，有望减少农药用量并提升作物抗病韧性，可能为推动智慧农业的实际应用做出巨大贡献。