功能化硒掺杂碳量子点基新型纳米核酸农药，实现对多种疫霉病害的高效防控

近日，中国农业大学植物保护学院刘西莉教授课题组在Advanced Composites and Hybrid Materials期刊上发表了题为 ″Functionalized selenium‑doped carbon quantum dots: efficient dsRNA delivery for a rotating attack–defense–restock strategy against Phytophthora diseases″ 的研究论文。该研究制备了一种功能化硒掺杂碳量子点纳米载体，实现双链 RNA（dsRNA）高效递送，构建 ″攻击‑防御‑补给″ 协同策略用于疫霉病害防控。

疫霉菌是一类破坏性极强的卵菌，可引起大豆疫霉根腐病、马铃薯晚疫病、辣椒疫病等多种重大作物病害，严重威胁作物的安全生产。RNA 干扰（RNAi）是一种环境友好的病害防控技术，然而 dsRNA 极易在环境中被核酸酶降解，且植物与病原菌摄取效率低，同时可用于RNAi的有效靶标基因较为匮乏，严重制约了该技术在疫霉病害防控中的实际应用。

本研究以大豆疫霉中编码寡糖基转移酶复合体催化亚基的PsSTT3A基因作为靶标，其在大豆疫霉生长发育与致病过程中发挥重要作用（Cui et al., 2025）。研究设计了5个靶向PsSTT3A的dsRNA，筛选发现dsSTT3A‑5兼具良好的生物活性与安全性。进一步通过一步热合成法制备硒掺杂碳量子点 SeCQDs，并采用壳聚糖对 SeCQDs 进行表面功能修饰，得到壳聚糖功能化硒掺杂碳量子点 SeCQDs‑CS 纳米载体，通过静电相互作用负载 dsRNA，组装得到 dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 纳米复合物。通过优化制备工艺参数，筛选出 SeCQDs‑CS 与 dsRNA 最优质量配比 5:1。结合透射电镜‑EDS 能谱分析、动态光散射、红外光谱、X 射线光电子能谱、分子模拟等表征手段，证实成功制备了 dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 纳米复合物（图 1）。

图 1 dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 的制备过程及其表征

dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 表现出优异的核酸保护性能，可用于植物叶片喷施和种子包衣。研究显示，SeCQDs‑CS 载体能够在不同温度、光照、紫外和核酸酶处理条件下显著延缓 dsRNA 的降解。纳米复合物可降低大豆叶片表面接触角，提升药液在叶表润湿滞留能力；用作种子包衣处理时，能够在大豆种子表面形成均匀的包覆层。荧光示踪与种子切片 TEM 观察证实，SeCQDs‑CS 可以介导 dsRNA 高效进入植物叶肉细胞以及大豆种子内部组织。

生物活性试验表明，载体 SeCQDs‑CS 可提升 dsSTT3A‑5 对靶标基因PsSTT3A的沉默效率，显著抑制大豆疫霉孢子囊形成与游动孢子释放。叶面喷施处理下，dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 对大豆疫霉的防效相比单独 dsRNA 处理提高了 28.40%；种子包衣处理防效提高 37.17%（图 2）。该制剂还具备广谱防病活性，对致病疫霉引起的马铃薯晚疫病、辣椒疫霉引起的烟草疫病均具有良好的保护效果。

图 2 dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 的生物活性及其对疫霉病害的防效

此外，研究发现SeCQDs‑CS 载体能够提升植株抗氧化酶 SOD、POD、CAT的活性，激活 PR、PAL、CHI 等免疫相关基因表达，启动寄主植物防御反应，并且可向植物供给硒、氮、磷营养元素，完成营养″补给″，促进作物生长（图 3）。大豆种子包衣安全性试验表明，该纳米制剂不会对大豆幼苗产生药害，适宜浓度还可促进种子萌发与幼苗生长。根际土壤微生物分析表明，制剂可富集假单胞菌、Massilia 等有益根际微生物，对土壤细菌群落无明显不良影响。以上结果表明该纳米制剂具有良好的生物安全性。

图 3 dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 对植物氧化应激及营养元素含量的影响

综上，本研究制备的 dsSTT3A‑5@SeCQDs‑CS 纳米核酸农药能够显著提升 dsRNA 的环境稳定性与植物递送效率，并通过 ″攻击‑防御‑补给″ 协同模式，兼顾病原菌抑制、植物免疫激活与营养补充，实现对多种疫霉病害的高效防控。该纳米递送系统降低了 dsRNA 的应用瓶颈，为纳米核酸农药的设计开发及其在种子处理中的应用提供了新方案。

论文链接： https://doi.org/10.1007/s42114‑026‑02028‑7

来源: 公众号：刘西莉课题组