近年來，納米技術(shù)逐漸興起并且被認(rèn)為是可以有效應(yīng)對這些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的有力武器之一，有研究表明，納米二氧化硅有望作為新的更為安全的農(nóng)用化學(xué)品來控制病害，但相關(guān)的系統(tǒng)性研究仍然有限，尤其是在水稻中。
稻瘟病菌起的稻瘟病是水稻上的毀滅性病害，全世界水稻種植區(qū)都頻繁發(fā)生，有“水稻癌癥”之稱，嚴(yán)重威脅全球糧食安全，然而目前傳統(tǒng)育種以及化學(xué)防治對于稻瘟病的防控效果都不甚理想，那么納米二氧化硅能否成為水稻稻瘟病防控的一種有效武器呢？
4月22，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)丁新華教授課題組在Journal of Nanobiotechnology (IF=10.4345) 在線發(fā)表了題為“Silica nanoparticles protect rice against biotic and abiotic stresses”的研究論文。該研究制備了粒徑為39nm的納米二氧化硅(SiO2 NPs)，并發(fā)現(xiàn)SiO2 NPs葉面處理和根部處理均可以激發(fā)水稻水楊酸(SA)含量積累及SA相關(guān)響應(yīng)基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)水稻對稻瘟病菌的抗性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，SiO2 NPs 根部處理對于植物更為安全并且誘導(dǎo)抗性更好，且可以促進(jìn)水稻根系發(fā)育及對水分的吸收，更好的抵抗干旱。
該研究首先利用不同濃度的SiO2 NPs預(yù)處理水稻葉片后進(jìn)行稻瘟病菌接種，發(fā)現(xiàn)低濃度SiO2 NPs (100 mg/L) 葉片處理可以顯著提升水稻對稻瘟病菌的抗性，但過高濃度(3000 mg/L) 有一定風(fēng)險(xiǎn)，甚至導(dǎo)致病害發(fā)病程度更重。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，根部處理具有更好的誘導(dǎo)抗性效果，且高濃度 (3000 mg/L) 并不會(huì)引起副作用。進(jìn)一步電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，低濃度的SiO2 NPs通過葉片氣孔吸收，進(jìn)入水稻氣腔內(nèi)，但高濃度的SiO2 NPs會(huì)使氣孔周圍的表皮細(xì)胞失去通透性，無序的過量吸收SiO2 NPs，導(dǎo)致植物體內(nèi)SiO2 NPs含量過高，而使SA途徑響應(yīng)異常，造成病害發(fā)病更重；而高濃度SiO2 NPs進(jìn)行根部處理，大部分會(huì)被阻擋在根部表皮細(xì)胞之外，只有少量可以通過根部空洞進(jìn)入水稻根內(nèi)，并通過氣腔進(jìn)行傳遞，這也是SiO2 NPs根部處理更為有效、安全的原因。
進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，SiO2 NPs處理會(huì)促進(jìn)水稻葉片及根內(nèi)部SA含量積累、SA響應(yīng)基因上調(diào)，并通過SAR使得整株水稻獲得對稻瘟病菌的抗性，而這種誘導(dǎo)抗性在SA缺陷植株NahG中即會(huì)喪失，證明SiO2 NPs誘導(dǎo)的水稻對稻瘟病菌的抗性依賴于SA途徑。更為有趣的是，SiO2 NPs根部處理還可以促進(jìn)水稻根系發(fā)育，從而吸取更深處土層的水分，抵抗干旱。
綜上，該研究首次發(fā)現(xiàn)了SiO2 NPs可以同時(shí)增強(qiáng)水稻對生物和非生物脅迫的抵抗能力，為開發(fā)更為高效、安全、環(huán)保的病害防控方法提供了一種選擇。
SiO2 NPs處理增強(qiáng)水稻對生物(稻瘟病菌)和非生物脅迫(干旱)的抗性
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生杜建峰、劉保友為論文并列第一作者，李洋副教授、尹梓屹教授、丁新華教授作為共同通訊作者。此外，碩士研究生趙天楓、徐新寧、林涵、路沖沖博士以及趙海朋副教授等也參與了該項(xiàng)研究。研究受到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院作物病蟲害研究所等項(xiàng)目的資助。
丁新華教授課題組近年來一直致力于微生物與植物互作機(jī)制研究，并在植物誘導(dǎo)抗性方面取得了一系列進(jìn)展，在Nature Genetics、Molecular Plant、Plant Cell、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Communications、Plant Journal等植物學(xué)和植物病理學(xué)主流刊物上發(fā)表了相關(guān)研究成果。
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