西南大学丁伟教授课题组探究纳米氧化铜通过抑制病原菌侵染和激发植物防御抗性来防控烟草黑胫病

烟草疫霉菌是一种威胁性极强的土传丝状真菌，可以在烟草的整个生长阶段侵染其根系，对烟叶的生产和品质构成严重威胁。尽管各种替代性防控措施已经广泛发展，病原菌的抗药性和化学杀菌剂暴露对环境的不良影响仍然是农业生产面临的巨大挑战。铜作为一种必需的微量矿物元素，在激活植物对疾病、昆虫和非生物胁迫的防御反应中发挥着重要作用。纳米氧化铜（CuONPs）因其特殊的理化性质和独特的作用方式，具有靶标多样、安全高效、不易产生抗性等特点，已经成为未来农药的重要发展方向，在植物病害防控方面具有广阔的应用前景。现有的研究大多是将CuONPs作为叶片喷雾在体内应用，通过土壤途径防控作物病害的研究鲜有报道。

近期，西南大学丁伟教授课题组完成了题为“Nonphytotoxic copper oxide nanoparticles are powerful “nanoweapons that trigger resistance in tobacco against the soilborne fungal pathogen Phytophthora nicotianae”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2022年11期正式发表。

该研究首次系统报道了CuO NPs对土传真菌烟草疫霉菌高效的抗真菌作用和增强烟草抗病性的诱导作用，详细阐明了其作用机制。结果发现CuO NPs具有作为纳米杀菌剂或纳米激发剂的巨大潜力，可通过抑制病原菌侵染和激发植物的防御抗性来防控病害。研究结果为拓宽金属纳米颗粒在植保抗菌领域中的应用提供了有力的科学依据。

研究通过室内毒力测定和盆栽试验方法探讨CuO NPs对烟草疫霉菌的体外抗真菌活性及灌根施用对烟草黑胫病的防治效果。结果表明，CuO NPs极大地干扰了该真菌的生殖生长过程，在试验浓度范围（12.5-100 mg L-1）暴露显著性抑制了菌丝生长、孢子萌发和孢子囊的产生，且抑真菌效应表现出明显的浓度依赖性。在最高浓度（100 mg L-1）暴露下，菌丝、孢子囊和孢子萌发抑制率分别达100%、100%和95.7%。此外，通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察发现CuO NPs可损伤菌丝细胞壁，导致菌丝表面粗糙凹凸，并伴有明显的部分塌陷和弯曲，这是因为CuO NPs团聚体粘附在菌丝细胞壁，甚至渗透到细胞膜。这种直接接触作用也直接导致菌丝细胞内ROS积累和菌丝SOD酶活性升高。盆栽试验发现，相比于对照，100 mg L-1 CuO NPs灌根处理对烟草黑胫病的防治效果达到33.69%，且未影响作物生长。CuO NPs能显著激活烟草的一系列防御酶活性（过氧化物酶、过氧化氢酶、几丁质合成酶和苯丙氨酸解氨酶）和5个抗性基因（hrs203J、NmIMSP、PR1b、P450-1、P450-2）的表达，这进一步解释CuO NPs抑制真菌侵染烟草植株的机制。另外，100 mg L-1 CuO NPs处理后烟叶和根中的铜含量分别比健康烟叶提高了50.03%和27.25%，烟草根中的铜含量明显高于叶片，这说明烟草根系对铜元素的吸收量可能与自身抗病性增强息息相关，这是因为铜在植物体内参与各种氧化还原反应，形成铜蛋白并参与光合作用，同时也是防御酶的重要成分。

西南大学天然产物农药研究团队丁伟教授为该文章的通讯作者，陈娟妮副教授为该文章的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（32001934）和中国烟草总公司四川省公司科技项目（SCYC202114）的资助。

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https://doi.org/‍10.1‍016/j.jia.2‍02‍2‍.0‍8.086

Cite the article:

CHEN Juan-ni, WU Lin-tong, SONG Kun, ZHU Yun-song, DING Wei. 2022. Nonphytotoxic copper oxide nanoparticles are powerful “nanoweapons” that trigger resistance in tobacco against the soil-borne fungal pathogen Phytophthora nicotianae. Journal of Integrative Agriculture, 21(11): 3245-3262.

研究团队简介

丁伟教授长期从事天然产物农药、有害生物系统控制和植物与有害生物互作关系的研究工作，致力于破解有害生物的发生机制、研发绿色调控技术、创制绿色高效产品和构建绿色防控技术体系等方面的研究。揭示了我国茄青枯病的灾变机制，解析了香豆素类天然产物靶向杀螨机理。先后提出了针对根茎病害防治的“生物屏障理论”，针对叶部病害防治的“保健-预警与系统控制”植保新理论，针对作物抗性提升与健康维护的“四个平衡”理论，系统构建了“一基础、二优化、三屏障、四平衡、五调控”的作物抗病与健康栽培的绿色调控技术体系,并取得了一系列原创性研究成果。丁伟教授先后主持国家自然科学基金项目、国家烟草专卖局重大专项、重庆市科技攻关、中国烟草总公司四川省、重庆市、湖南省、贵州省等公司科技专项等50余项，获得了中华农业科技进步奖、重庆市科技进步奖、四川省科学技术进步奖项、中国烟草总公司科技进步奖等15余项；在国内外期刊发表学术论文120余篇，其中SCI 70余篇，编写专著6部、获得国家发明专利11项，研发土壤调理剂、杀螨剂、微生物菌剂等产品5项。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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