当前农业生产中,病虫害防控仍高度依赖化学药剂。
为确保防效,部分场景下会提高施用浓度或叠加用药,但由此带来的药害风险不容忽视:轻则影响苗期长势、降低光合效率,重则造成叶片灼伤、生长停滞,进而影响产量与品质。
如何在保障防控效果的同时减少对作物的副作用,并进一步挖掘作物自身的生长潜能,是绿色防控面临的现实课题。
造成药害的一个重要原因,在于传统制剂递送方式难以精准调控药剂在植物体内外的分布与释放。
一方面,药剂在叶面或根际的局部高暴露会加剧组织损伤;另一方面,有效成分利用率不高、环境损失较大,使得“加量求效”在一些情况下成为路径依赖。
此外,植物生长受光信号等复杂通路调控,外源处理若能与内源信号体系形成更合理的耦合,既可能降低胁迫,又可能促进生长,但过去缺少可验证的分子层面机制支撑。
针对上述问题,中国农业科学院烟草研究所烟草病虫害绿色防控创新团队提出新的材料与机制路径:构建引入卟啉结构单元的共价有机框架纳米载体,并系统评估其在递送过程中的生物学效应。
研究显示,在高浓度药剂处理条件下,通过该纳米载体递送可显著降低药害表现,同时对植物生长产生诱导效应。
团队进一步通过机制研究发现,纳米载体能够在植物体内实现迁移,经根系进入植株后自由穿行,进而激活光信号通路,带动生长相关基因表达,呈现出“减害”与“促生”并行的效果。
相关成果已发表在《植物生物技术(Plant Biotechnology Journal)》上。
这一发现的影响体现在多个层面。
对生产端而言,“减轻药害”意味着更大的用药安全窗口,有望在不牺牲防效的前提下降低对作物生长的扰动,提高稳产能力;“诱导生长”则为提升作物抗逆与生长恢复提供新工具,有助于应对极端天气频发、作物生长波动加大的风险。
对技术端而言,该研究首次从光信号通路角度揭示纳米材料激发植物生长潜能的分子机制,使“材料—信号—表型”的因果链条更加清晰,有利于推动绿色植保从经验驱动走向机制驱动。
对产业端而言,若后续验证其通用性与可规模化,相关载体体系或将为新型制剂、减量增效产品的研发提供可借鉴的技术路线。
从对策路径看,推动这类技术走向应用仍需多维度协同。
一是强化多作物、多环境验证,评估不同土壤类型、温湿度条件、栽培模式下的稳定性与一致性,明确最佳施用浓度、频次与窗口期,形成可复制的技术规程。
二是完善安全与生态评估,重点关注材料在植物体内的代谢去向、残留与降解特性,以及对土壤微生物与非靶标生物的潜在影响,确保“绿色”可量化、可验证。
三是围绕“精准递送+信号调控”开展配方与工艺优化,提升可制造性与成本可控性,推动与现有植保体系、施药装备的适配。
四是加强标准与监管支撑,推动相关产品在登记、评价方法、田间试验规范等方面形成明确路径,为成果转化提供制度保障。
展望未来,光信号通路作为植物生长发育与环境响应的重要“总开关”,与营养利用、抗逆反应、激素调控等网络交织紧密。
以纳米载体为媒介,将植保减害与生长调控有机结合,有望拓展“防控—生长—抗逆”一体化方案的技术边界。
随着机制研究深化与材料设计迭代,未来或可实现更高效的靶向递送、更可控的响应触发以及更精细的作物生理调节,为农药减量增效、作物健康管理与农业绿色转型提供新的支撑点。
这项融合纳米技术与农业科学的创新研究,不仅为解决农药滥用问题提供了新思路,更展现了交叉学科在应对粮食安全挑战中的巨大潜力。
随着全球对可持续农业需求的日益增长,中国科学家在智能农业材料领域的持续突破,将为构建高效、生态的现代农业体系注入强劲动能。
这一成果再次证明,基础研究的深度创新是推动产业变革的核心驱动力。