柏连阳院士团队开发一种赤霉素纳米安全剂，破解GA₃田间应用低效痛点

近日，湖南省农业科学院柏连阳院士团队在Plant Communications在线发表了题为″GA3-loaded hydrophilic and lipophilic diblock polymer acts as a nano-safener to alleviate herbicide-induced rice injury by activating key metabolic pathways″的研究论文，系统揭示了基于赤霉素（GA3）纳米安全剂GA3@双嵌段聚合物（HLDP）的协同增效机制。该研究系统揭示了GA3纳米安全剂GA3@HLDP的协同增效机制。通过整合计算化学、生物物理与分子生物学等多维手段，研究从基因表达、代谢调控及酶活性层面，阐明了该纳米安全剂激活水稻多重生物途径、增强其对二甲戊灵解毒能力的分子基础。

稻田杂草竞争常导致水稻减产与品质下滑。虽然除草剂二甲戊灵（PND）对稗草防效显著，但其苗期药害风险高，且目前缺乏专用商品化安全剂。与此同时，传统化学安全剂环境风险较高，而兼具解毒潜力的天然植物激素GA₃，又受限于水溶性差和生物利用度低，难以大规模应用。针对上述技术瓶颈，研究团队依托前期构建的一种制备工艺简便的HLDP纳米载体，通过精准调控氢键与疏水缔合作用，实现了GA₃的高效包裹，成功制备纳米安全剂GA₃@HLDP（图1）。借助等温滴定微量热法与分子动力学模拟，研究进一步证实，该载体的组装过程为热力学自发行为，并赋予了纳米颗粒优异的结构稳定性，显著提升了GA₃的水溶性及在植物体内的输运效率。

图1 GA3@HLDP制备流程示意图

针对游离GA₃易聚集、难吸收的缺陷，研究团队构建的GA₃@HLDP纳米安全剂实现了关键性能突破。该制剂粒径均一（约120 nm）且表面带正电，显著提升了根部吸附能力与跨膜传输效率，植物吸收量提升2.5倍以上。独特的疏水屏蔽效应有效降低了药剂在土壤中的无效损耗，增强了叶面渗透与覆盖均匀度。分子动力学模拟与高光谱成像进一步证实，该纳米载体能快速穿透细胞膜并促进全株传导，在保障生物膜结构完整的前提下，实现了GA₃在水稻根、茎、叶中的高效分布与解毒功能（图2）。

图2 代谢组学和转录多组学联合分析GA3@HLDP的协同作用机制

多组学联合分析揭示了GA₃@HLDP通过系统性重塑水稻代谢网络、实现对游离GA₃活性超越的协同增效机制。其核心增效机制表现为三重协同调控：一是重构能量中枢，以淀粉和蔗糖代谢为核心，持续供给碳骨架与能量，夯实解毒的物质基础；二是强化物理屏障，协同激活苯丙烷生物合成通路，加速细胞壁木质化，构筑抵御除草剂侵袭的″铜墙铁壁″；三是提升系统免疫力，激活谷胱甘肽代谢通路，显著上调抗氧化酶与解毒酶活性，系统性清除由PND引发的活性氧，从根源上缓解氧化应激损伤（图3）。

图3 差异基因、代谢物及生物生化指标变化

综上所述，该研究通过系统生物学手段揭示了赤霉素纳米安全剂的增效机制，解决了GA₃生物利用度低的核心难点。所建立的″解毒-抗氧化-能量供应″协同调控体系，为绿色安全剂的创制提供了新思路。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2026.101966

来源: 公众号：植物生物技术Pbj