朱 峰，杭 晨，陳龍發(fā)，黃誠睿，趙海婷

（揚州大學園藝與植物保護學院，江蘇 揚州 225009）

糧食問題一直是中外共同關(guān)注的熱點問題。近年來，我國糧食總產(chǎn)量和單產(chǎn)呈上升趨勢，但糧食供需仍然比較緊張[1]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020 年全國糧食進口達到1.43 億t，同比增加28.0%[2]。2021 年中央農(nóng)村工作會議再次強調(diào)要牢牢守住保障國家糧食安全的底線。面對新的國際國內(nèi)態(tài)勢，雖然我國的糧食安全已得到基本保障，但植物病蟲害對我國糧食安全構(gòu)成嚴重威脅，植物病蟲害也被認為是世界糧食安全面臨的主要挑戰(zhàn)之一，因此解決植物病蟲害導致的糧食安全問題刻不容緩[3-5]。眾所周知，植物在生長發(fā)育過程中經(jīng)常遭受病原菌如細菌、真菌、卵菌等侵染，導致作物的產(chǎn)量和品質(zhì)受到嚴重損失。在世界范圍內(nèi)，植物病害每年造成20%~40%的農(nóng)業(yè)損失[6]，造成的損失超過2 200億美元[7]。例如，由真菌病原體稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病，是最常見的和極具破壞性的水稻病害之一，并造成了全球高達30%的水稻產(chǎn)量損失[8]。然而，化學農(nóng)藥在防治病蟲害取得顯著效果的同時，亦帶來一系列環(huán)境與食品安全問題。例如，對生態(tài)環(huán)境的污染，生態(tài)平衡的破壞，病蟲草產(chǎn)生抗藥性，毒害其他動物、植物，對人畜健康的威脅等[9]。20世紀50年代初，長期食用含有有機汞殘留的海產(chǎn)品導致日本居民患水俁病事件；2010 年海南毒豇豆事件；2017 年山東壽光毒大蔥事件等，多次為化學農(nóng)藥的安全使用敲響了警鐘。

納米技術(shù)的興起為化學農(nóng)藥導致的問題提供了新的突破口。納米技術(shù)誕生于20世紀80年代[10]，主要研究結(jié)構(gòu)尺寸在1~100 nm 范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應用[11]。近年來，隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米材料作為一種新型材料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中展現(xiàn)了充足的優(yōu)點，已廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，包括提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)、促進植物生長、增強光合作用、提高作物對生物和非生物脅迫的抗性、防治病蟲害和新型抗性育種等[12]。例如，與常規(guī)農(nóng)藥相比，納米農(nóng)藥如銀、銅、二氧化硅等顯示出更好的廣譜殺蟲和抗病效果[13]。據(jù)報道，含銀的二氧化硅納米顆粒(Si-Ag NP)對葫蘆科白粉病有100%的防治效果[14]。同樣，納米氧化銅對斜紋夜蛾(鱗翅目：夜蛾科)有很好的殺滅效果[15]。與此同時，納米肥料被認為能夠有效地為作物提供養(yǎng)分，從而顯著提高作物產(chǎn)量[16]。此外，納米級的CeO2顆?？梢宰鳛榛钚匝?reactive oxygen species,ROS)的有效清除劑，這種類似抗氧化酶的活性可以用來改善植物的應激反應，從而提高作物的存活率及抗逆性。在適量的劑量下，納米材料也顯示出增加作物生物量和抑制病原菌感染的效果[17]。因此，納米材料被認為在植物病害防控方面有著十足的優(yōu)勢。為進一步理解和應用納米材料，本研究首先闡述作物病害防控中常用的納米材料，然后重點論述納米材料在作物病害防控中的研究進展，最后展望未來的研究方向和應用。

1 作物病害防控中常用的納米材料種類

納米材料是至少在某一維度上[長(x)、寬(y)、高(z)]尺寸介于1~100 nm范圍之間的材料[18-19]。因此，根據(jù)納米材料的尺寸和整體形狀，將其分為零維納米材料(0D)、一維納米材料(1D)、二維納米材料(2D)、三維納米材料(3D)[20]。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。材料所具有的結(jié)構(gòu)決定其在運用時的性能，如納米氧化鋅(ZnO)可以通過改變其的維數(shù)(零維、一維、二維)來改變納米ZnO 或其復合材料的結(jié)構(gòu)[21]，以獲得人們所需抗病蟲害的性能。然而，納米材料因其結(jié)構(gòu)特性、作用對象、作用機制、使用效果等不同，并不都能發(fā)揮作物病害防控的作用。植物病害防控的納米材料主要包含金屬納米材料、氧化型納米材料、碳基納米材料、納米復合材料等[22]。

1.1 金屬納米材料

金屬納米材料(MeNPs)是以金屬或合金為原料，用特殊的制備工藝加工成的納米級(10-9m)材料[23]。作為目前應用最為廣泛的納米材料之一，常見金屬納米材料如納米銀(Ag)[24]，納米銅(Cu)[25]，憑借其高的表面積，選擇性，可調(diào)節(jié)的形貌和出色的催化活性[26]，在工業(yè)上具有廣泛的應用，包括納米醫(yī)學和納米農(nóng)業(yè)[27]。研究表明，在蠶豆植株接種菜豆黃化花葉病毒(bean yellow mosaic virus)后24 h，噴灑銀納米顆粒(AgNPs)，對比未噴施AgNPs的植株，病毒濃度、感染率和病害嚴重程度大幅下降[28-29]，表明AgNPs可能與植物抗病性相關(guān)。LAMSAL等[30]在研究AgNPs對辣椒炭疽病菌菌絲生長的抑制作用時，以蒸餾水處理的真菌分離物為對照，發(fā)現(xiàn)在馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)上添加100μg·mL-1的AgNPs 對炭疽菌菌絲生長抑制率在90%以上，證實AgNPs 對辣椒炭疽病菌具有顯著的抑制作用。此外，幾種金屬納米顆粒，如納米鐵、銅和鋅，可作為納米肥料，提高種子發(fā)芽率，促進植物生長。另外，還可作為殺蟲劑或殺菌劑，防治某些農(nóng)業(yè)害蟲，如斜紋夜蛾[31]等，防治病原微生物[32]，如假單胞菌[33]、鐮刀菌等[34]。

1.2 氧化型納米材料

近年來，氧化型納米材料因其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和廣泛的應用而備受關(guān)注[35]。在農(nóng)業(yè)應用中，其在促進植物生長，顯著提高植物抵御生物或非生物脅迫抗性，提高作物產(chǎn)量等方面也顯示出不可估量的前景[36-37]。氧化型納米材料種類繁多，主要包括金屬氧化物納米材料和非金屬氧化物納米材料。常見的金屬氧化物納米材料，如納米氧化鋅可作為殺菌劑，防控蕓苔屬植物病害[38]，如造成油菜產(chǎn)量減產(chǎn)47%的油菜黑斑病等[39]。據(jù)報道，ZnO納米顆粒(ZnONPs)對鏈格孢菌(Alternaria brassicae)起防治效果，在0.2 mg·mL-1濃度下，其對鏈格孢菌的抑制率最大為95%，且孢子萌發(fā)數(shù)目減少，結(jié)果表明ZnONPs 具有顯著的抗植物真菌潛能[37]。此外，納米二氧化鈦(TiO2)由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)，光學和化學特性，其在植物發(fā)芽與生長，植物病害防治，農(nóng)藥殘留檢測等方面的應用前景良好[40]。進一步研究表明，噴涂一定含量的TiO2NPs 溶膠能在葉片表面形成連續(xù)穩(wěn)定的抗菌膜，顯著減少白粉病的病變面積、發(fā)病率和病情指數(shù)，證實TiO2NPs 溶膠能有效延緩和抑制黃瓜白粉病的發(fā)生和擴散[41]?？偠灾?，金屬氧化物納米材料作為殺菌劑應用于植物病害的防治具有較大潛力。常見的非金屬氧化物納米材料如納米二氧化硅(SiO2)可以調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育及增強植物抵抗病原體侵染的免疫力[42]。NISAQ等[43]用不同濃度的二氧化硅納米顆粒(SiO2NPs)處理蘭花，觀察其對蘭花軟腐病的防控效果，30μg·mL-1SiO2NPs處理下，蘭花軟根癥狀擴展最慢，結(jié)果表明SiO2NPs 誘導蘭花抗性抵抗軟腐病菌的侵染。除此以外，SiO2NPs 具有較強的光催化活性，尺寸和化學穩(wěn)定性，對環(huán)境無毒害等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域應用廣泛[44-46]。

1.3 碳基納米材料

碳基納米材料(CNMs)，如碳納米管、石墨烯及其衍生物等[47]，已表現(xiàn)出令人印象深刻的機械、電學、熱學、光學和化學特性[48]。其在各個領(lǐng)域都具有廣泛的應用，包括農(nóng)業(yè)[49]，并被提議作為作物病害防控方面的潛在化學農(nóng)藥替代品[50]。有報道稱，暴露于50μg·mL-1不同形態(tài)的CNMs 能誘導番茄種子發(fā)芽，且其幼苗的生長顯著增強，表明具有不同形態(tài)的CNMs可以激活細胞生長、萌發(fā)和促進植物生長[51]。在研究碳基納米材料對番茄幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響的試驗中，在高濃度石墨烯(500 mg·L-1)處理下，番茄枯萎病在番茄植株上的最高發(fā)病率為67%，而陽性對照組的發(fā)病率為100%，說明石墨烯處理顯著降低接種番茄植株中尖孢鐮刀菌(Fusarium oxyspo?rum)的發(fā)病率和嚴重程度[52]。CHEN 等[53]研究了石墨烯對水稻白葉枯菌(Xanthomonas oryzaepv.Oryzae,Xoo)的抗菌活性，研究結(jié)果顯示石墨烯即使在極低劑量(250μg·mL-1)的條件下也能顯示出卓越的殺菌效果，幾乎能殺死94.48%的細胞，而普通殺菌劑雙噻嗪的死亡率僅為13.3%。研究證明，在煙草植物中葉面施用200 mg·L-1的碳納米管和富勒烯(C60)降低煙草花葉病毒(tobacco mosaic virus,TMV)的發(fā)病率和復制，因為它們改善了植物的光合活性，增加了與病原體防御有關(guān)的植物激素脫落酸(ABA)和水楊酸(SA)的產(chǎn)生[54]。以上結(jié)果表明，應用CNMs可能是防控一些作物病害的可行選擇。

1.4 納米復合材料

復合材料是由兩種明顯不同的材料的組合產(chǎn)生的。當復合材料中的至少一個相具有納米級的尺寸尺度時，其被稱為納米復合材料[55]。作物病害防控相關(guān)的納米復合材料常以金屬及其合金或氧化物為基體，如金屬基納米復合材料有SiO2/Ag 納米復合材料具有一定的抗菌活性[56]，如200μg·mL-1SiO2/Ag 納米復合材料對立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)具有顯著抑菌效果，且抑菌率高達92.82%[57]。此外，金屬氧化物納米復合材料如TiO2/AgBr納米復合材料顯示出比納米TiO2更強的抗菌活性[58]。據(jù)報道，氧化石墨烯負載氧化銅納米復合材料(rGO-CuO NPs)可用于防治植物真菌病害，1 mg·L-1的rGO-CuO NPs 可以使得Fusarium oxysporum對番茄和辣椒的致病力降低至5%以下，并且該濃度下rGO-CuO NPs 并未對植物表現(xiàn)明顯的生長毒性。因此，rGO-CuO NPs 作為一種保護性納米復合材料，顯著提高植物對尖孢鐮刀菌的抗性[59]。NAIN 等[60]發(fā)現(xiàn)ZnO 偶聯(lián)淀粉納米顆粒(SNP)制成的納米復合材料在HeLa 細胞上培養(yǎng)24 h 后，仍具有77%~90%的細胞存活率，證明具有這種納米復合材料具有生物相容性，即判斷ZnO偶聯(lián)淀粉納米復合材料適合生物醫(yī)學應用的重要參數(shù)。這一發(fā)現(xiàn)，為納米復合材料在作物病害防控中的實際應用奠定了基礎(chǔ)。上述結(jié)果表明，納米復合材料在作物病害防治中大有發(fā)展空間。

2 納米材料在作物病害防控中的應用及防控機制研究

2.1 納米材料在病毒病害防控中的應用及防控機制研究

植物病毒素有“植物癌癥”之稱，對農(nóng)作物的危害非常之大。全世界每年由植物病毒引起病害而造成的經(jīng)濟損失超過300億美元[61]。例如，TMV 寄主非常廣泛，能侵染30多個科、200多個種，如茄科、葫蘆科等，且極易傳播，在世界各地廣泛分布，可引起多種農(nóng)作物上的嚴重病害，全世界每年因TMV 而造成的經(jīng)濟損失就超過1億美元[62]。

納米材料可以起到防控植物病毒侵染的作用[63]。研究表明，納米SiO2對黃瓜花葉病毒(cucumber mosaic vi?rus,CMV)起防治效果，在盆栽和田間條件下，納米SiO2處理顯著降低黃瓜和煙草中CMV的積累量和嚴重程度，證明納米SiO2可作為黃瓜植株抗CMV 的有效誘導劑[64]。再如，將50 mg·L?1的AgNPs噴灑在接種桑麻蓮座病毒的瓜爾豆葉片上，3~4 d 后，未經(jīng)處理的植株出現(xiàn)100~150 個病變，而AgNPs 處理植株無病毒病變，證明AgNPs可完全抑制病毒感染，是一種大有發(fā)展?jié)摿Φ闹参锊《菊T抗劑[63,65]。

CAI[66]通過探究Fe3O4NPs 對受TMV 侵染的植物防御反應的影響，發(fā)現(xiàn)暴露于Fe3O4NPs 的煙葉中SA 增加292.52%，且SA 響應的PR基因(PR1和PR2)的表達水平分別增加7.3719%和32.8%，這表明Fe3O4NPs誘導SA 參與植物免疫。SA 作為一種植物內(nèi)源激素，在植物防御反應尤其是植物系統(tǒng)獲得性抗性(SAR)中發(fā)揮顯著作用[67]。SA 介導植物抗病性的機制多種多樣，涉及某些酶的活性或合成的改變、防御基因表達的增加、幾種防御反應的增強、自由基的產(chǎn)生或清除等[68-69]。因而當植物受到病毒侵染時，施用納米材料可誘導SA 大量積累，從而通過影響病程相關(guān)蛋白的表達來介導植物的抗病性?；钚匝醮氐漠a(chǎn)生被認為是部分納米材料具有抗植物病毒特性的主要原因，相較于未經(jīng)處理的本生煙，納米銀誘導ROS 防御相關(guān)的超氧化物歧化酶(SOD)及過氧化物酶(POD)活性上調(diào)和可溶性蛋白含量上升，這證明納米銀管通過提高相關(guān)防御酶活性，觸發(fā)本生煙對TMV 的防御反應來增強植物的抗病毒能力[70]。此外，經(jīng)殼寡糖席夫堿納米銀(S-cos-Ag-30)處理過的接種TMV 的煙草葉片中，另外兩種防御酶過氧化氫酶(CAT)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性得到了提升[71]。其中，防御酶在保護植物免受病毒誘導的氧化損傷方面發(fā)揮著重要作用，且隨著葉片中的防御酶活性增加且更穩(wěn)定，植物表現(xiàn)更顯著的ROS 清除能力，從而表現(xiàn)出植物抗病毒侵染能力的增強[72]。與此同時，ADEEL 等[55]通過測定NMs 處理對光合作用的影響，發(fā)現(xiàn)200 mg·L-1TMV 濃度的碳納米管和C60分別使侵染植株的葉綠素含量提高85%和92%，且感染TMV 的本氏煙的光合作用能力隨著NMs 修飾劑的作用而增強，驗證了NMs 通過改善光合作用觸發(fā)本氏煙對TMV 的防御反應來增強免疫力。另有研究表明，在番茄植株上葉面施用50μg·mL-1的AgNPs，然后接種番茄花葉病毒(tomato mosaic virus, ToMV)或馬鈴薯Y 病毒(potato virus Y, PVY)，進行透射電子顯微鏡(transmission electron microscope,TEM)觀察后發(fā)現(xiàn)，AgNPs與外殼蛋白病毒顆粒結(jié)合在一起，阻止了病毒在宿主植物中的繁殖和復制，從而抑制病毒在葉片中的感染，結(jié)果表明AgNPs可直接影響植物抵御病毒侵染[73]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，ZnONPs可以直接附著在TMV蛋白上，破壞其蛋白活性，阻止病毒進入植物體內(nèi)進行復制，表現(xiàn)出NMs對病毒的直接抑制效果[74]。以上兩項研究證實NMs能直接影響病毒增殖過程中的RNA復制。

這些研究表明NMs 處理可以增強植物對病毒侵染的抗性，具體機制主要有兩個方面：(1)NMs 直接與病毒蛋白互作，破壞蛋白活性進而抑制侵染；(2)NMs處理可以誘導抗氧化脅迫基因和病程相關(guān)蛋白基因表達，激活植物系統(tǒng)獲得性抗性，從而抑制病毒侵染。但NMs 誘導激活植物免疫機制的通路尚不明確，以及NMs 在病毒病害防控中的推廣應用也還有待進一步深入研究。

2.2 納米材料在真菌病害防控中的應用及防控機制研究

植物真菌病害占已知病害的70%~80%，是植物病害種類數(shù)目最多的一類病害[75]。據(jù)估算，真菌病害已讓水稻、小麥、玉米、馬鈴薯和黃豆5大糧食作物的產(chǎn)量在全球范圍內(nèi)每年減少1.25億t。其中，在水稻、小麥和玉米上的真菌病害每年在全球范圍內(nèi)造成600億美元的經(jīng)濟損失[76]。

近年來，許多證據(jù)表明納米材料已在植物真菌病害防治中發(fā)揮一定的作用。有研究以室內(nèi)抑菌試驗為基礎(chǔ)，探究納米TiO2在光催化條件下對黃瓜霜霉病的防治效果。結(jié)果表明，納米TiO2對黃瓜霜霉病的田間防治效果達到45.37%~56.87%，揭示了納米TiO2可以誘導植物抵抗真菌侵染[77]。JO 等[78]比較了納米Ag 對兩種植物病原真菌麥根腐平臍蠕孢(Bipolaris sorokiniana)和稻瘟病菌的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)納米Ag對上述兩種病原真菌的菌落形成有顯著抑制作用。進一步研究表明，納米Ag能夠顯著降低這兩種真菌對多年生黑麥草的危害。

據(jù)報道，通過化學發(fā)光法能檢測出納米MgO、CaO 和ZnO 產(chǎn)生了ROS，且發(fā)光響應強度的順序與這些納米材料的抗菌活性一致。這些結(jié)果表明，由納米材料產(chǎn)生的ROS 與其抗菌活性有關(guān)[79]。利用DCFH-DA 熒光法探究茄病鐮刀菌(Fusarium solani)、尖孢鐮刀菌(Fusarium oxysporum)等3 種菌絲體胞內(nèi)是否有ROS 的產(chǎn)生，添加0.5 mg·mL?1的CuNPs 的處理中，觀察到3 種菌體有更強的綠色菌絲，顯微照片表明，這3 種真菌的菌絲體內(nèi)都有ROS 的產(chǎn)生[80]。其中，ROS 可以發(fā)揮雙重作用，現(xiàn)已確定ROS 在植物應對多種脅迫中，發(fā)揮重要信號分子的作用。然而，ROS水平過高會導致脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷等。為克服ROS毒性，植物產(chǎn)生清除ROS的酶促和非酶促抗氧化劑來增強植物免疫力，如上述提及的防御相關(guān)酶SOD、CAT、POD 等，病程相關(guān)基因PR1、PR2等[81-82]。同樣地，過量的ROS 會導致侵染植物的真菌損傷和死亡。此外，具有光催化功能的納米TiO2顯示出良好的抑制真菌的活性，將青霉菌的分生孢子懸浮液和納米TiO2在馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)平板上進行體外共同培養(yǎng)，研究結(jié)果顯示納米TiO2光催化反應降低了真菌病原體的分生孢子萌發(fā)，且納米TiO2的光催化反應顯著[83]。具有光催化功能的納米材料，在光催化條件下，可生成電子與水或水中的溶解氧反應，形成·O2-(超氧自由基)或·OH(氫氧自由基)等活性氧自由基。這些活性氧自由基與細胞壁、細胞膜和細胞內(nèi)組分直接發(fā)生生化反應，從而破壞真菌結(jié)構(gòu)，導致其死亡[84]。在實際生產(chǎn)中，此類納米材料噴施到植物葉片后可以形成一層抗菌保護層，起到防治真菌等病害的效果[85]。然而，進一步研究表明，光催化條件不是光催化型納米材料發(fā)揮抗菌效能的必要條件，JANCZAREK 等[86]分析了Cu2O/TiO2材料的抗菌（殺真菌）特性，甚至在黑暗條件下，都發(fā)現(xiàn)了抗菌活性。以上研究表明，納米材料抗真菌的機制之一是納米顆粒誘導真菌產(chǎn)生過量的ROS，毒性ROS 直接或間接導致細胞的死亡。另外，研究發(fā)現(xiàn)，被納米Ag 處理過的小麥赤霉菌細胞內(nèi)3 種保護酶含量均呈現(xiàn)先增后減的變化，且細胞內(nèi)可溶性蛋白含量等也呈現(xiàn)降低的趨勢。這是由于銀帶正電荷，而細胞膜帶負電荷，當納米Ag接觸真菌細胞時，二者牢固吸引，銀離子與細胞機體中酶蛋白的巰基(-SH)反應，使蛋白質(zhì)凝固，進而導致真菌的保護膜系統(tǒng)受到了破壞，所以真菌內(nèi)酶的活性下降，真菌生長受到威脅而死亡[87]。以上研究表明，金屬納米材料抗真菌的機制為金屬離子接觸反應，即金屬納米材料與真菌細胞表面靜電結(jié)合，再與細胞表面的特定基團[88]發(fā)生反應或使得蛋白質(zhì)變性。此外，VANTI等[89]通過測定真菌細胞外電導率，研究經(jīng)聚糖偶聯(lián)銅納米粒子(Ch-CuNPs)處理后，茄立枯病菌和瓜果腐霉真菌的細胞滲漏情況，結(jié)果表明Ch-CuNPs 處理的12 h 內(nèi)，真菌菌絲體的細胞滲漏增加；48 h內(nèi)，真菌細胞壁/膜完整性的喪失。據(jù)研究報道，用共聚焦顯微鏡觀察異硫氰酸熒光素(FITC)標記的殼聚糖衍生物(LMW-TGA)，結(jié)果表明LMW-TGA 附著在白色念珠菌細胞壁上，透射電子顯微鏡觀察顯示該納米材料嚴重影響真菌細胞壁完整性和細胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)[90]。以上結(jié)果表明，納米材料因其獨特的尺寸效應和表面效應，能輕而易舉到達真菌細胞表面，導致細胞膜功能和完整性受損，進而穿透細胞壁進入細胞內(nèi)，達到破壞真菌結(jié)構(gòu)的目的。綜上所述，不同類型的納米材料的抗植物真菌作用機制可能會有所不同，但均發(fā)揮了防治植物病原真菌病害的作用。

2.3 納米材料在細菌病害防控中的應用及防控機制研究

植物細菌性病害是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的常發(fā)性病害，幾乎每種作物都有發(fā)生。細菌病害的大發(fā)生會造成作物減產(chǎn)20%~30%，發(fā)生面積高達800 萬hm2[91]。例如，由Xoo 所引起的水稻白葉枯病是世界上最嚴重的水稻源傳播細菌性病害之一，這種病害可使水稻產(chǎn)量減少高達60%[92]。

納米材料在細菌病害防控中起到重要作用[29]。例如，CuNPs 對柑橘潰瘍病菌致病變種(Xanthomonas axo?nopodispv.Punicae)有良好的控制效果，2.5μg·mL?1CuNPs可在30 min內(nèi)殺死XAP細胞，葉面施藥(400μg·mL?1)可使6個月齡柑橘病情嚴重程度減少90%，結(jié)果表明CuNPs對柑橘潰瘍病菌致病變種具有一定的抗菌活性[93]。

CHEN 等[94]用AgNPs 處理的青枯菌細胞，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的電泳遷移率很低或條帶強度非常薄，表明細菌蛋白質(zhì)片段與AgNPs 的結(jié)合引起了細胞蛋白質(zhì)的修飾和損傷。有研究對納米銅(0.2μg·mL?1)處理過的Xap 細胞進行掃描電子顯微鏡分析，發(fā)現(xiàn)對照組(沒有納米銅)細菌細胞壁保持完整，而經(jīng)納米銅處理過的Xap 的細胞細胞壁完全破裂，是由于納米粒子與細菌細胞表面的電荷相反，其在細菌細胞壁上發(fā)生還原反應，進而使得細胞壁破裂[95]。同樣地，透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果顯示，由于與CuONPs 直接接觸，番茄青枯菌(Ralstonia sola?nacearum)的細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)明顯受損[96]。得益于NMs 有較好的尺寸優(yōu)勢性，可以輕易進入細菌，與蛋白質(zhì)中的巰基發(fā)生反應，或置換酶中的金屬離子，使大多數(shù)酶失活，從而擾亂細菌內(nèi)部的代謝功能，胞內(nèi)蛋白質(zhì)以及核酸等生命分子因此失去其活性，進而導致細菌最終的死亡[97]。綜上，納米材料可直接與細菌細胞進行接觸，破壞其結(jié)構(gòu)，從源頭切斷其侵染植物的可能性[98]。SiO2NPs誘導SAR和擬南芥中SA生物合成的能力的測試試驗，驗證了SiO2NPs介導的SAR 可通過SA 依賴的防御途徑發(fā)揮作用，以保護擬南芥免受細菌病原體丁香假單胞菌的侵染[99-100]。石墨烯納米片的ROS 調(diào)節(jié)活性測定實驗證明了ROS 的存在，ROS 誘導了枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)發(fā)生氧化應激反應，細菌膜解體，繼而導致細胞死亡[101-102]。ROS因具有強大的氧化還原能力，能破壞病原細菌的增殖能力，起到抑制或殺滅細菌的作用[103]。K?R?SI 等[104]用電子順磁共振(electron paramagnetic reso?nance,EPR)研究了TiO2NPs光催化反應過程中主要ROS的生成，研究結(jié)果表明TiO2NPs在光催化條件下能夠產(chǎn)生·OH，其作為反應最活躍的ROS，能夠快速與菌體內(nèi)有機物反應，影響菌體細胞DNA 復制和細胞膜代謝的功能，對植物細菌生長產(chǎn)生有效抑制作用[105]。納米材料增強植物抗病原細菌侵染可能由多種機制引起，但部分納米材料可作為對抗植物細菌的有效武器。

2.4 納米材料在線蟲病害防控中的應用及防控機制研究

線蟲是侵染植物，使得植物產(chǎn)生病害的重要的病原體之一。因它們常造成蔬菜和水果的根部病害，所以被認為是造成作物危害的最主要原因之一[106]。據(jù)計算，危害作物的線蟲種類約為4 000 種[107]，與此同時，作物因被線蟲侵染而造成季節(jié)性減產(chǎn)約為750億美元[108]。

已有研究表明，納米材料可用于植物線蟲病的防治。有研究檢測了不同水濃度(0.01~50μg·mL?1)的實驗室合成的AgNPs的殺線蟲作用，發(fā)現(xiàn)最低濃度(0.1μg·mL?1)AgNPs可造成線蟲100%不可逆死亡率。試驗結(jié)果表明AgNPs 對水稻根結(jié)線蟲(Meloidogyne gramnicola)具有有效的殺滅作用[109]。通過比較過CAT、POX、SOD 和抗壞血酸過氧化物酶(APX)等防御酶的活性，有學者證明POD、CAT、SOD和APX等防御酶活性的增加與南方根結(jié)線蟲蟲卵數(shù)量和卵塊數(shù)量呈負相關(guān)，進一步說明AgNPs通過減少蟲卵數(shù)量、卵塊數(shù)量和線蟲種群而誘導菊花對南方根結(jié)線蟲的強烈抗氧化反應[110]。為研究番茄對綠色合成AgNPs(GSNPs)處理的響應，采用RT-qPCR 檢測番茄中PAL、多酚氧化酶(PPO)和POX的表達譜。結(jié)果表明，對照番茄植株中PAL和PPO酶的表達相對穩(wěn)定，而接種爪哇根結(jié)線蟲的番茄在接種線蟲后14~28 d，PAL 和PPO 等酶的活性都有所增加[111]。SOD、POD、PAL、CAT 活性變化與植物抗病性密切相關(guān)，在抗病生理機制中起重要作用。從而表明納米材料抗線蟲的作用機制之一是提高抗氧化酶的活性，提高植物對線蟲抗性。SCHARF等[112]通過質(zhì)譜學的蛋白質(zhì)組學證明，發(fā)現(xiàn)暴露于SiO2NPs 的秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis.elegans)與SiO2NPs 接觸后，參與蛋白質(zhì)動態(tài)平衡的蛋白質(zhì)被分離到一個不能溶解的聚集組網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)果表明SiO2NPs 在秀麗隱桿線蟲體內(nèi)通過蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)驅(qū)動的神經(jīng)毒性導致線蟲過早衰老，從而減輕植物線蟲病害。此類作用機制是納米材料破壞線蟲體內(nèi)蛋白質(zhì)動態(tài)平衡，從而抑制線蟲對植物的侵染。WALCZYNSK 等[113]研究了AgNPs、多壁碳納米管(MWCNT)等對秀麗隱桿線蟲的影響，發(fā)現(xiàn)秀麗隱桿線蟲是一種非常敏感的生物，能夠?qū)σ恍┘{米材料的暴露作出特定的反應，從而佐證納米材料對植物抗線蟲侵染的影響。綜上，在未來，納米材料可能是化學殺線蟲劑的有效替代物。

3 展望

我國是世界糧食大國，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問題對我國經(jīng)濟發(fā)展作用巨大，納米技術(shù)可在其中發(fā)揮重要作用[114]。當前，大量的研究表明納米材料在植物病害防控中具有重要作用，在實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要的意義，因此將納米材料應用于農(nóng)業(yè)病害防控中是很有前景的研究和應用方向。未來的研究將進一步利用多學科手段如分子生物學、細胞學、蛋白組學等圍繞納米材料抗植物病害的分子機制展開。與此同時，相較于其他用于植物病害防治的農(nóng)藥，納米材料仍停留在實驗室研究階段。要想實現(xiàn)納米材料從實驗室到田間需要解決諸多問題等，如納米材料的細胞毒性、環(huán)境兼容性、安全性評價工作和使用規(guī)范等。