利用植物病毒實現植物根系蟲害防護手段

　　美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校和凱斯西儲大學研究人員發現，一種生物納米微粒，也是一種植物病毒，能夠更好地將農藥分子傳送到通常無法到達的地下深處。研究成果日前發表于《自然—納米技術》。

　　這項科研工作可以幫助農民僅用較少的殺蟲劑就能更好地管理難以對付的害蟲，如寄生線蟲，它們常常破壞土壤深處的植物根系。

　　“用植物病毒來實現植物健康，這聽起來有點違反直覺。”加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院納米工程教授、該論文的高級作者Nicole Steinmetz說道，“這是一個新興的納米技術研究領域，表明我們可以把植物病毒作為殺蟲劑輸送系統。這類似于在醫學上如何使用納米微粒將藥物靶向運輸到疾病部位，并減少其對患者的副作用。”

　　她解釋道，殺蟲劑在田間使用時是非常黏的分子。它們與土壤中的有機物質結合很強，很難穿透至根級水平，后者恰恰是線蟲等害蟲所在且造成損害的位置。作為補償，農民最終會使用大量殺蟲劑，導致有害殘留物在土壤中堆積并滲入地下水。

　　Steinmetz團隊在研究中發現一種特殊的植物病毒——煙草溫和綠色花葉病毒（TMGMV），比研究中測試的大多數其他納米微粒表現更好，它把“貨物”運到地下30厘米處。TMGMV對兩種農藥和肥料的有效負載分別是8厘米和12厘米深。

　　其他植物病毒如酸漿花葉病毒僅能到達地下4厘米，豇豆花葉病毒雖然能“送貨”到地下30厘米，但有效負載遠不及TMGMV。

　　研究人員假設，納米微粒的幾何結構和表面化學可以在病毒的土壤運動過程中發揮作用。

　　“我們采用了從納米醫學中學到的概念，并將其應用于農業。在醫學環境中，我們發現，具有細長管狀和多種表面化學性質的納米載體能更好地導航人體。而植物病毒可以更容易滲透和穿過土壤，這是有道理的，可能是因為這是它的自然棲息地。”Steinmetz說。

　　就安全性而言，TMGMV可以感染茄科植物，如番茄、土豆和茄子，但對其他數千種植物是無害的。此外，該病毒只通過植物之間的機械接觸傳播，而不是通過空氣傳播。研究人員表示，這意味著如果一個區域被這種病毒“治療”，那么附近的區域就不會有被污染的危險。

　　這支團隊還開發了一個計算模型，可以用來預測不同的農藥納米載體在土壤中的行為——可以移動的深度、需要多少數量、釋放農藥所需的時間。

　　“研究人員可以選擇不同的植物病毒或納米材料，利用我們的模型來確定他們的微粒作為農藥傳遞劑的效果。”Steinmetz實驗室生物工程博士生、該論文第一作者Paul Chariou說。

　　他還表示，計算模型減少了實驗工作量。僅測試一種納米顆粒就需要進行數百次分析，從每一個土壤柱中收集所有組分并進行分析，至少需要一個月。但利用這一模型，只需要10個土壤柱和4天時間就可以測試一種新的納米微粒。

　　相關論文信息：DOI: 10.1038/s41565-019-0453-7