近日，中国农业大学刘西莉教授课题组在Journal of Nanobiotechnology期刊发表了题为“Fabrication of a dual-stimuli-responsive mesoporous organosilica nanoplatform for co-delivery of fungicide and plant immune inducer toward synergistic disease management”的研究论文。该研究制备了一种具有谷胱甘肽和酰胺酶双响应特性的介孔有机二氧化硅纳米农药，通过共递送霜脲氰和水杨酸，将杀菌剂的抑菌活性与植物免疫诱抗剂的抗病作用相结合，实现对黄瓜霜霉病的协同防控。

黄瓜霜霉病是一种由古巴假霜霉菌（Pseudoperonospora cubensis）引起的植物卵菌病害，会造成黄瓜的减产甚至绝产，化学防治是控制其发生发展的重要措施。其中，多功能纳米农药因其能改善传统农用化学品的理化特性、响应刺激实现控制释放、共递送多种物质以及生物安全性高等优势被广泛研究。霜脲氰（cymoxanil, CYM）对黄瓜霜霉病具有较好的防治效果，但较差的光稳定性限制了其实际应用，亟待借助纳米材料改善其理化性质。水杨酸（salicylic acid, SA）作为一种酚类化合物，具备植物免疫诱抗的重要功能及易于偶联的结构特性，成为理想的负载配体。目前，尚无同时装载霜脲氰和水杨酸的纳米农药用于防治植物病害。

本研究利用碱催化法合成了掺杂二硫键的介孔有机二氧化硅（MON-OH），随后对MON-OH进行氨基化修饰获得MON-NH2，再通过化学耦合法接枝SA获得MON-SA，最后使用溶剂蒸发法装载CYM获得CYM@MON-SA。结合透射电镜观察、能量色谱分析、动态光散射、13C 固态核磁、氮吸附、傅里叶红外光谱和热重分析等方法对获得的纳米颗粒进行表征，共同证明了CYM@MON-SA的成功制备（图1）。该纳米农药能够响应谷胱甘肽和酰胺酶的刺激，释放CYM和SA。CYM 在纳米材料装载后，光稳定性显著提高，其在紫外光（254 nm）照射下的半衰期明显延长。

图1. CYM@MON-SA纳米农药的透射电镜观察和能量色谱分析

生物活性试验结果表明，CYM@MON-SA在黄瓜叶碟上对古巴假霜霉菌的抑制活性显著高于霜脲氰原药（CYM-TC）和悬浮剂（CYM-SC）；在植株上对黄瓜霜霉病的防效也显著高于CYM-TC和SA直接混合处理。为了探究CYM@MON-SA提高对黄瓜霜霉病防效的机制，采集了不同药剂处理后接种古巴假霜霉菌的黄瓜叶片，发现MON-SA和CYM@MON-SA处理后的黄瓜叶片中水杨酸含量显著高于其他处理组，表明纳米载体能够延长SA的持效期（图2）。另外，MON-SA和CYM@MON-SA处理后的黄瓜叶片中4个抗病相关基因的表达量显著上调，过氧化氢酶（CAT）活性降低，丙二醛（MDA）含量减少，表明黄瓜植株的系统性免疫反应被激活，从而提高了抗病性。另外，该纳米农药在试验条件下对黄瓜植株的叶片颜色、株高、茎粗均没有显著影响，表现出良好的生物安全性。

图2. CYM@MON-SA纳米农药的抑菌活性和对黄瓜霜霉病的防效

综上，本论文制备的新型纳米农药CYM@MON-SA在增强霜脲氰的光稳定性的同时，也能够被植物自身的谷胱甘肽和酰胺酶降解，释放水杨酸，激活植物的免疫反应，从而显著提高了对黄瓜霜霉病的防效（图3）。该研究结果为纳米材料共递送植物免疫诱抗剂和化学农药，实现协同增效，减少化学农药使用量提供了新视角。

图3. CYM@MON-SA纳米农药的制备及响应释放机制示意图