徐漢虹教授團隊開展科學研究“抗疫”行動

审核发布:宣传部 王敏 来源单位及审核人:植保学院 闫笑久 發布時間:2021-07-16浏覽次數:10

自新冠疫情發生以來,植保學院徐漢虹教授團隊加強防護,潛心科研,共計發表SCI論文42篇,其中中科院一區論文17篇,中科院二區論文11篇,以實在的科研貢獻作爲“抗疫”的成果。

据悉,植物保护学院徐汉虹教授团队以植物源农药、导向农药和农业有害生物绿色防控为主要研究方向。其代表性成果相继发表在Carbohydrate Polymers(IF:9.381)、Journal of Cleaner Production(IF:9.297)、Nano Research(IF:8.897)、ACS Sustainable Chemistry & Engineering(IF:8.198)、Science of the Total Environment(IF:7.963)、Food chemistry(IF:7.514)、Sensors and Actuators B(IF:7.460)等高水平期刊上。

2020年,团队在导向农药可视化研究中取得了突破,在《Nano Research》和《Sensors and Actuators B》上相继发表了题为Nanoparticle-immersed paper imprinting mass spectrometry imaging reveals uptake and translocation mechanism of pesticides in plants和A novel red-emissive probe for colorimetric and ratiometric detection of hydrazine and its application in plant imaging的研究论文。

論文創新性地提出了一種簡單的“金納米紙”策略,具有原位保留植物組織內農藥及內源物空間分布信息和基于金納米粒子(AuNPs)耦合質譜信號增強的雙重優勢,成功實現了植物葉片、花瓣、球莖等組織壓印質譜成像分析。同時,AuNPs均勻嵌入到紙纖維中保證了成像結果的准確性,避免了傳統MALDI基質噴塗方法造成的成像假象。利用質譜成像技術,對受植物轉運蛋白介導的導向農藥分子進行了時間和空間維度的可視化成像,首次揭示了導向農藥在植物中的動態輸導規律。該論文首次利用原位、無標記、高分辨率質譜成像技術對導向農藥的輸導機制進行可視化研究,這爲深入探討農藥的吸收、轉運分布和代謝(ADME)提供了新方法,爲靶向精准農藥創制,實現農藥精准高效施用具有重要意義。

(論文在線網址:https://doi.org/10.1007/s12274-020-2700-5)

植物外源物質在活體植株內的原位檢測與光學成像,一直以來是熒光檢測領域的難點。該研究設計合成了一類可被菜心根部吸收、與肼類物質有良好響應性的熒光探針,首次在菜心根部實現了對外源物質的活體原位熒光成像檢測。此類新型探針有潛力被應用于植株內酰肼類農藥的實時檢測與分析,爲研究導向農藥被作物吸收轉運過程、探究導向農藥轉運機制提供有力工具。

(論文在線網址:https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.127640)

团队利用质谱成像技术研究了新烟碱类杀虫剂在蜜蜂体内的分布,阐明了呋虫胺和啶虫脒对蜜蜂选择性毒性的机理,为降低新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的毒性提供了参考依据。相关研究论文题为Insights into the degradation and toxicity difference mechanism of neonicotinoid pesticides in honeybees by mass spectrometry imaging,于2021年1月发表在《Science of the Total Environment》上。

蜜蜂不仅具有重要的经济价值,而且作为重要的授粉者,在维持植物多样性中发挥着重要作用,且是环境污染物的监测者。由于杀虫剂的过度使用,特别是新烟碱类杀虫剂,蜜蜂数量和种类大量减少。其中,新烟碱中N-硝基胍和 N-氰基脒类化合物对蜜蜂具有显著的选择性毒性,目前这种选择性毒性的机理相关报道较少。该研究使用基质辅助激光解吸电离质谱成像(MALDI-MSI)技术可视化新烟碱类N-硝基胍(呋虫胺)和N-氰基脒(啶虫脒)在蜜蜂体内的原位分布。结果表明,胃毒和触杀2种方式施用呋虫胺和啶虫脒后,两者均能迅速穿透蜜蜂体内的各种生物屏障,分布于蜜蜂全身,但啶虫脒的降解速度比呋虫胺快得多,尤其在肠道部位。进一步研究发现,PBO能显著减缓啶虫脒在蜜蜂体内的降解速度,但对呋虫胺的降解速率影响较小。此外,蜜蜂长期暴露在多种杀虫剂中,而不是单个杀虫剂,所以将啶虫脒与戊唑醇混用之后,啶虫脒同样可以迅速穿透蜜蜂体内的各种生物屏障,但是蜜蜂对啶虫脒的降解速率显著降低。上述研究表明,啶虫脒和呋虫胺的毒性差异不在于它们对蜜蜂不同生物屏障的穿透性的差异,而在于它们在蜜蜂组织内具有不同的降解速度,且抑制蜜蜂体内的P450酶后,能显著减缓啶虫脒在蜜蜂体内的降解。

(論文在線網址:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145170)

在植物源农药和导向农药应用于水稻稻瘟病防控方面,相继在《Journal of Cleaner Production》和《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上发表了题为Novel strategy with an eco-friendly polyurethane system to improve rainfastness of tea saponin for highly efficient rice blast control和Pathogenic invasion responsive-carrier based on mesoporous silica/β-glucan nanoparticles for smart delivery of fungicides的研究论文。

減少農藥對生態系統的淋溶和氣溶膠的飄移,是現代農業和環境保護面臨的巨大挑戰。該研究將天然植物源産物茶皂素與環保型植物油基水性聚氨酯相混合,探究了不同茶皂素含量複合材料的化學結構、力學性能、熱穩定性、緩釋行爲以及對稻瘟病菌絲體生長的抑制作用。結果表明,通過控制複合乳液中茶皂素的含量,可以調節茶皂素在複合膜中的釋放速率。所制備的複合材料對稻瘟病菌絲生長有很好的抑制作用,並且具有令人滿意的耐雨水沖刷效果。該論文首次提出利用生物基可降解聚合物緩釋膜防治農田病害,提高作物的抗逆性,在提高農藥噴施的有效利用率方面具有廣闊的應用前景。

通過將從酵母細胞壁中提取的β-葡聚糖與介孔二氧化矽(MSN)相結合,合成了一種用于控制百菌清在植物維管束系統中釋放的納米載體(CHT@MSNs-β-葡聚糖)用于防治水稻稻瘟病。CHT@MSNs-β-葡聚糖呈現出優異的酶控釋放特性,其載藥率高達24.99%,在酸堿條件下對百菌清具有明顯的保護作用,其紫外線防護能力比百菌清可濕性粉劑提高3倍。與百菌清可濕性粉劑相比,CHT@MSNs-β-葡聚糖對稻瘟病表現出優異的生物活性,CHT@MSNs-β-葡聚糖可被水稻植物吸收,轉移至不同部位。此外,CHT@MSNs-β-葡聚糖對大型水蚤的毒性比百菌清可濕性粉劑相比降低了2.6倍,並且對土壤微生物豐度的影響也較低。該研究提供了可持續的植物病原體管理方式,通過使用本研究制備的CHT@MSNs-β-葡萄糖可以有效減少田間的百菌清用量。該論文報道了基于特定真菌行爲而合成的控釋制劑,具有殺菌劑釋放的敏感性,提高了殺菌劑的利用率,減少了對環境的不良影響。

(論文在線網址:https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c02962)

2021年,团队在《Carbohydrate Polymers》和《Science of the Total Environment》发表了三篇导向农药应用于农业有害生物防控的研究论文,题为Carboxylated β-cyclodextrin anchored hollow mesoporous silica enhances insecticidal activity and reduces the toxicity of indoxacarb、Insecticidal efficacy and mechanism of nanoparticles synthesized from chitosan and carboxymethyl chitosan against Solenopsis invicta (Hymenoptera: Formicidae)和Floating chitosan-alginate microspheres loaded with chlorantraniliprole effectively control Chilo suppressalis (Walker) and Sesamia inferens (Walker) in rice fields,为草地贪夜蛾、红火蚁和水稻螟虫的防控提供了新的思路。

傳統的茚蟲威制劑通常沒有刺激反應,缺乏對目標昆蟲的選擇性作用,導致有益昆蟲數量的減少。爲此構建了一種抗光降解、減輕魚類毒性並實現茚蟲威精確控制釋放的農藥輸送系統。將昆蟲的酶促水解反應與控釋農藥制劑技術聯系起來,使用中空介孔二氧化矽包裹的殺蟲劑,利用α-澱粉酶可水解α-1,4-糖苷鍵的特性,我們使用天然環糊精分子作爲“帽子”,將載有殺蟲劑的中空介孔二氧化矽的中孔和中空腔密封,經過昆蟲體內的α-澱粉酶水解,農藥在其口腔和腸道持續釋放,對草地貪夜蛾具有優異的毒殺效果,其持續效果可達14天以上。同時茚蟲威對成年斑馬魚和斑馬魚胚胎的毒性減少了5倍。該論文首次報道了載有茚蟲威的中空介孔二氧化矽納米粒子用于防治玉米上的草地貪夜蛾。

使用可生物降解的天然高分子材料殼聚糖及其衍生物羧甲基殼聚糖簡易制備了一種在酸性環境下能夠吸水溶脹的pH敏感殼聚糖基納米顆粒。該研究發現殼聚糖基納米顆粒對紅火蟻具有良好的殺蟲效果,飼喂低濃度的納米懸液液體餌劑能夠抑制紅火蟻的生長發育和其對糖水的攝食。納米顆粒在紅火蟻中腸吸水溶脹,使中腸膨大,同時抑制腸道消化酶系的活性,這些作用共同導致了紅火蟻的死亡。該研究制備的殼聚糖基納米顆粒對紅火蟻表現出獨特的殺蟲作用,爲開發基于殼聚糖基的綠色導向納米農藥提供了參考。

水稻二化螟、大螟,幼蟲聚集在水稻莖部鑽蛀危害,但是由于葉子産生的封閉性,所施用的農藥常常不在目標範圍內,導致防治效果不佳,需要大量頻繁地使用殺蟲劑保證效果,這加快了害蟲的抗藥性發展,並在噴霧過程中,天敵昆蟲直接暴露于化學殺蟲劑下而減少了數量。因此,迫切需要開發對環境友好、靶向能力強和易于施用的農藥制劑以應對這一挑戰。這項研究開發並測試了具有良好性能的載有氯蟲苯甲酰胺的水凝膠漂浮球,田間試驗表明漂浮球隨著水流和氣流的移動聚集在稻莖周圍,並緩慢釋放氯蟲苯甲酰胺,釋放到水中的農藥被水稻莖稈吸收傳導至葉片。處理後水稻莖稈和葉片中的農藥的含量顯著高于懸浮劑和顆粒劑處理後莖稈和葉片中農藥的含量且持續時間更長。水凝膠漂浮球的應用提高了對二化螟、大螟的防治效果,減少了水稻白穗枯心的發生率,其控制時間可達21天。

怎樣提高農藥的利用率,降低農藥對環境和非靶標生物的危害,實現農藥精准高效施用是目前的重要研究方向。這些成果爲農業病蟲害有效防控和綠色導向農藥創制奠定了基礎。

(文图/植物保护学院 郑群 林素坤)




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