Advanced Science:环境友好型纳米平台在农作物质控,保护和营养方面的应用

图1. 环境友好型纳米平台在农药和霉菌检测、植物病原菌灭活、虫害防控以及作物生长调节方面应用的概括图

传统的方法在农药或霉菌毒素的检测方面存在诸多缺点,如:需要专业的实验条件、复杂的样品制备过程以及较长的分析时间。近几年来,农业科研人员一直致力于研究可以在田间对农药或霉菌毒素进行实时、快速检测的方法。为此,科研工作者将金属和金属氧化物纳米粒子与表面增强拉曼散射技术、比色和光谱策略、热煅烧法等技术相结合,可以实现对农药或霉菌毒素的快速、现场检测。此外,作为载体材料的介孔二氧化硅纳米粒子和碳纳米粒子,具有负载能力高、生物相容性好和易功能化的特点,科学家们在这些载体材料的表面修饰上特定的功能性基团或聚合物所构建的药物递送体系,可以响应外部环境的刺激,如:pH、光、温度和离子,按需释放体系中装载的药物,在保证农作物质量和产量的同时,实现农药/化肥的高效利用。

吉林大学化学学院杨英威教授-植物科学学院秦建春教授团队系统性地总结了环境友好型纳米平台在农业领域中的应用(图1),包括:农药和霉菌毒素的现场检测、植物病原菌灭活、虫害的防控以及作物的生长调节五方面的内容,以及功能性纳米平台在农业领域的发展前景和面临的机遇与挑战。综述的第一部分内容,作者介绍了能够对农药进行现场实时检测的先进纳米平台,重点介绍了每种纳米材料的制备过程,检测限以及检测机制(图2-3);第二部分,作者介绍了能够对单一霉菌毒素或者同时对多种霉菌毒素进行快速、实时现场检测的先进纳米体系并介绍了体系的制备过程,以及检测机制(图4-5);第三部分,作者介绍了基于金属氧化物纳米粒子和药物递送体系的环境友好型纳米平台在抑制植物病原菌方面的研究进展,主要包括每种纳米平台的制备过程,抑菌活性以及抑菌机制(图6-9)。第四部分,作者介绍了基于介孔二氧化硅纳米粒子的环境友好型纳米平台在虫害防控方面的研究进展,主要包括纳米平台的制备过程,杀虫活性以及杀虫机制(图10-11)。第五部分,作者主要介绍了纳米平台在作物生长调节方面的应用,这些纳米平台可以实现农药/化肥的按需释放,在保证作物健康生长的同时,实现肥料的高效利用(图12)。最后,作者讨论了环境友好型纳米平台在实际农业应用中要面对的挑战以及发展的方向和前景,作者希望这一综述能够帮助科研工作者们对改进现有农业技术、保护作物免受生物和非生物胁迫、缓解全球粮食危机和确保粮食安全方面提供新的思路。

图2. 金属纳米材料在农药检测方面的应用。

图3. 金属纳米粒子在农药检测中的应用。

图4. 金属纳米粒子在赭曲毒素A和黄曲霉毒素B1检测中的应用。

图5. 金属纳米粒子在多种霉菌毒素检测中的应用。

图6. 氧化镁纳米粒子在抑制植物病原菌方面的应用。

图7. 基于介孔硅的纳米平台在抑制植物病原菌方面的应用。

图8. 氧化锌纳米粒子在抑制烟草花叶病毒方面的应用。

图9. 环境友好型纳米平台在抑制核盘菌和禾谷镰刀菌方面的应用。

图10. 环境友好型纳米平台在虫害防控方面的应用。

图11. 基于介孔二氧化硅的环境友好型纳米平台在虫害防控方面的应用。

图12. 环境友好型纳米平台在作物生长调节方面的应用。

该论文最近发表在Advanced Science上。吉林大学在读博士生王超儀和杨洁为论文共同第一作者。

论文信息:

Eco-Friendly nanoplatforms for Crop Quality Control, Protection and Nutrition

Chao‐Yi Wang, Jie Yang, Jian‐Chun Qin, Ying‐Wei Yang

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202004525