2026年1月19日，湖南省农业科学院柏连阳院士团队在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF5year = 13.5）上在线发表了天然安全剂研究的最新成果“A melatonin-based supramolecular nanosafener alleviates S-metolachlor-induced injury in maize”，系统揭示了基于褪黑素的纳米安全剂MT@LIPs的协同增效机制。该研究通过转录组学、代谢组学与分子生物学技术的多维度整合分析，首次从基因表达、代谢通路和酶活性层面阐明了褪黑素（MT）纳米安全剂如何通过激活多重生物途径增强玉米对除草剂S-异丙甲草胺（S-MET）的解毒能力。
研究发现，MT可通过疏水作用高效自组装封装于脂质体（LIPs）中，形成稳定纳米载药系统MT@LIPs（图1）。等温滴定量热实验证实该过程为自发进行，其结合常数Ka达1.634×10⁵ M⁻¹，吉布斯自由能ΔG为-29.76 kJ/mol。分子动力学模拟进一步揭示，MT分子在100 ns内可逐渐嵌入脂质双层疏水区域，实现高效负载。
图1 MT@LIPs制备流程示意图
通过转录组与代谢组联合分析，系统解析了MT@LIPs增强玉米除草剂耐受性的分子机制。转录组分析发现，差异表达基因显著富集于谷胱甘肽代谢、植物激素信号转导及淀粉蔗糖代谢等通路；代谢组学进一步鉴定到大量差异代谢物，KEGG富集分析显示ABC转运蛋白和精氨酸/脯氨酸代谢通路被特异性激活（图2）。
图2 转录组和代谢组联合分析结果
深入机制研究表明，MT@LIPs通过三重协同效应发挥作用：1）激活谷胱甘肽代谢，使GST活性提升130.2%，GOR表达上调1.40倍，增强共轭解毒能力；2）强化抗氧化防御，SOD和CAT活性分别提高83.2%和171.4%，有效缓解氧化损伤；3）重编程能量代谢，上调INV、XYL4等基因并促进可溶性糖积累，同时提升三羧酸循环关键基因IDH1表达1.34倍，为解毒供能。生理生化指标验证显示，MT@LIPs处理使谷胱甘肽含量提升124%，总叶绿素含量恢复351.8%，而膜损伤指标丙二醛含量下降13.7%（图3）。
图3 差异基因、代谢物及生物生化指标变化
该研究首次从系统生物学角度揭示了褪黑素纳米安全剂的协同增效机制，解决了天然安全剂生物利用度低的技术难题。所阐明的"解毒-抗氧化-能量供应"三位一体作用模式为绿色安全剂设计提供了新范式，对推动农业可持续发展具有重要意义。论文第一作者为邓希乐研究员，中国农业大学植保学院闫硕教授，哈尔滨工业大学（深圳）张嘉恒教授与柏连阳院士为通讯作者。该研究受到了芙蓉计划湖湘青年英才项目支持。