西南大学：生物基纳米复合材料防控植物病毒病害方面取得新进展

生物基材料具有来源广泛、可降解性、生物相容性等优点，可以在其表面负载具有抑菌抗病毒功能的物质使整体达到更好的效果，基于此孙现超教授团队曾利用具有生物活性的甲壳素纳米晶负载具有抑菌活性的铜离子制备了对烟草野火病防治效果良好的生物基复合纳米材料。近日，西南大学植物保护学院孙现超教授团队与化学化工学院黄进教授团队合作在TOP期刊International Journal of Biological Macromolecules（IF=8.2，一区Top）在线发表了题为Synthesis of chitin nanocrystals supported Zn2+ with high activity against tobacco mosaic virus的研究论文。 论文通过将具有抗病毒活性的锌离子负载在甲壳素纳米晶表面，成功制得了兼具诱导植物抗病性和降低病毒活性作用的甲壳素纳米复合材料。

植物病毒病是仅次于真菌病害的第二大类植物病害，导致全球农业巨大的损失。部分金属元素具有诱导植物抗性和抑制病毒侵染的作用，但常规金属离子诱抗和抑制病毒效率低，污染环境。孙现超教授团队已经报道纳米 Fe3O4 和纳米ZnO新均可更高效的诱抗和抑制病毒（Lin Cai, et al. 2020 Journal of Hazardous Materials和Lin Cai, et al. 2019 Environmental Science: Nano）。近日，孙现超教授团队制备的甲壳素纳米复合材料，利用具有诱导植物抗病性的棒状甲壳素纳米晶负载锌离子，其在锌离子含量较低的情况下作用于植物能达到理想的抗病毒效果。

具体来说， 甲壳素是一种具有抑菌抗病毒活性的生物材料，但其难以处理的分子结构以及难分散于水中的特点限制了其应用。 本文利用TEMPO氧化对甲壳素进行纳米化处理，解决了甲壳素在水中难以分散的问题。 且该方法可以在甲壳素表面修饰羧基，使整体对金属离子产生更强的吸附作用。于是利用甲壳素纳米晶负载具有抗病毒作用的锌离子可以合成兼具诱导抗性和抑制病毒活性作用的复合材料。该复合材料具有特殊的长棒状结构，使其可以增加单位面积的锌负载浓度，从而更大程度发挥锌离子的功效。结果表明，该复合材料在低Zn2+条件下（105.6 μg/mL）具有较强的抗病毒活性，优于常见的田间抗病毒剂香菇多糖(200 mL/mu)。研究还发现，该复合材料可以提高本氏烟体内相关抗氧化酶的活性，提升寄主对TMV的抗性，从而降低病毒在寄主体内活性氧的积累而保护寄主。此外，安全性实验还证明其能促进本氏烟种子发芽和植株生长。因此，甲壳素纳米晶负载锌材料可作为一种更高效的植物病毒病防控材料应用于田间作物病毒病害的防治，对作物病害绿色防治具有重要意义。

植物保护学院2019级硕士生曹哲为该论文第一作者，西南大学植物保护学院孙现超教授和西南大学软物质材料化学与功能制造重点实验室黄进教授为共同通讯作者。

本研究得到国家自然科学基金项目（31870147）、西南大学大学生创新创业训练计划（No. S202210635351）、中国烟草总公司重庆市公司科技计划项目（B20221NY1307, B20211-NY1315, B20212-NY2312)的资助。孙现超教授课题组近年来围绕植物免疫与免疫调控研究，在金属氧化物纳米颗粒及纳米凝胶载药材料抑菌诱抗控病及其机制方面取得了系列进展，研究成果5年内先后在Journal of Hazardous Materials、The Plant Journal、Molecular Plant Pathology、Journal of Agricultural and Food Chemistry和Pest Management Science等一区TOP期刊发表20余篇研究论文。