农药喷施到叶片上，能否自动″跑″到根部？这个长期困扰农业领域的问题，如今有了突破性答案。海南大学孙然锋教授团队联合中国农业大学杜凤沛教授团队，在国际权威期刊《Advanced Materials》发表最新研究成果，提出一种基于植物内源信号调控的新型纳米递送策略——通过在纳米载体表面引入植物激素生长素的功能基团，让人工纳米材料″搭乘″植物自身的运输网络，实现农药活性成分从叶片向根部的精准输送。
图1：生长素功能化纳米递送体系示意图
难题：纳米材料为何″走不远″
以根结线虫为代表的土传病害主要发生在植物根部，传统防治方式依赖土壤灌施，药剂利用效率有限，且易在环境中残留。叶面喷施看似便捷，但现有的纳米递送体系大多停留在叶片表面或细胞外区域，难以突破植物组织屏障进入长距离运输通道，无法实现定向输送。
论文第一作者、中国农业大学与海南大学对口支援部省合建联合培养博士生张羲指出，关键瓶颈在于：人工纳米材料与植物体内运输系统之间缺乏″沟通语言″。纳米载体进入植物后，如同一个不识路的快递员——即便装载了货物，也不知道该沿哪条路线配送。
突破：给纳米载体装上″导航信号″
研究团队提出″植物主动引导递送″（Plant-Active Guided，PAG）纳米平台，核心思路是在约55纳米的载体表面引入生长素功能基团。生长素是植物自身调控生长和运输方向的关键内源激素信号——为纳米载体″装备″这一信号后，植物体内的运输系统便将其识别为″自己人″，引导其沿PIN蛋白介导的极性运输途径，由叶片向根部定向迁移。实验数据显示，优化后的功能化纳米载体可诱导PIN1基因表达水平提升10.42倍，并显著促进纳米材料由叶片向根部的定向运输，使根部积累速率提高72.32倍，根部积累量提升5至10倍。这意味着，植物自身的运输网络被成功″激活″并纳入了人工递送体系。
验证：温室到田间，减药不减效
在应用验证环节，研究团队以阿维菌素为模型农药，将其负载于PAG纳米体系中进行叶面喷施，靶向防治根部根结线虫。温室实验显示，该体系对根结线虫的防控效果达79.71%；更重要的是，在保证防控效果的前提下，农药使用量降低了50%。田间试验中，该技术同样保持了良好的防控效果，并有效提升了作物产量。
除防控效率提升外，该策略在生态安全方面同样表现突出。精准引导农药进入目标组织，意味着更少药剂散逸到土壤环境中，从而降低对非靶标生物的风险。研究显示，与商业化阿维菌素制剂相比，该纳米体系对土壤生物的急性毒性指标明显改善，展现出更高的生态安全性。
理念：让材料主动适应生命系统
这项工作的深层意义，在于提出了一种″材料主动适应生命系统″的设计理念。过去，纳米递送研究多着眼于″让材料更强地穿透屏障″；而该团队另辟蹊径，转而利用植物自身在漫长进化中形成的信号调控网络，让人工材料借助植物天然的运输通道实现精准导航与定向输送。
研究团队表示，这一策略未来有望拓展至植物营养调控、农业投入品精准施用，以及其他生物体系中的靶向递送领域，为推动农业生产从″大剂量投入″向″精准、高效、绿色″模式转变提供新的理论基础和技术路径。该项技术已经提交中国发明专利申请。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74440.
来源: 海南大学
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