近日，中国农业科学院植物保护研究所农药分子靶标与绿色农药创制创新团队联合首都师范大学，利用具有缓释作用的一氧化氮（NO）纳米前药，缓解了盐胁迫造成的玉米生长抑制和生理损伤，并通过叶片原位检测跟踪施用后的NO相关信号变化。相关成果以″Hydrogel Microneedle-Enabled in Situ Monitoring of Leaf Nitric Oxide for Evaluating NO Nanoprodrug-Mediated Salt Stress Alleviation in Maize″为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
气候变化加剧了部分地区的干旱和淡水资源短缺，并提高了土壤盐渍化风险。增强作物对环境胁迫的耐受能力，使其在不利条件下维持生长和生理功能，符合我国发展气候韧性农业的战略需求。NO是参与植物抗逆响应的重要信号分子，外源施用NO有助于缓解盐害。但NO活性高、寿命短，在植物体内实现持续供给和活体检测均面临挑战；仅依据供体在溶液中的释放行为，难以准确反映施用后叶片内NO信号的实际变化，这也限制了外源NO调控效果的精准评价。
该研究利用壳聚糖纳米载体包载NO前体，制备了具有缓释作用的NO纳米前药，延缓供体分解。7天盐胁迫试验表明，纳米前药处理减轻了玉米叶片黄化和萎蔫。与单独盐胁迫处理相比，处理组株高和根长增加，丙二醛积累减少，光合色素损失减轻。生理与基因表达分析进一步显示，纳米前药处理改善了玉米的渗透调节和抗氧化防御，并改变了离子稳态相关基因的表达。
为跟踪纳米前药施用后的叶片响应，以聚乙烯醇和芳纶纳米纤维为基体，引入FeMo-N/C和MXene材料，制备了柔性导电水凝胶微针传感器。该传感器结合手机控制的便携式电化学分析仪，可在完整玉米叶片上开展NO相关信号原位检测。在标准溶液中，NO检测限为0.3 nM，对水杨酸、吲哚乙酸等干扰物的响应较弱。
该研究将团队在农化品纳米递送方面的研究积累拓展至作物抗逆调控方向，体现了纳米递送技术由农化品高效输运向植物逆境信号分子调控的延伸。研究结果为盐胁迫下NO的稳定供给与叶片内信号变化解析提供了新思路，也为面向气候韧性农业的功能制剂设计、创制与评价提供了技术支撑和理论依据。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.6c16130
来源: 中国农业科学院植物保护研究所
