吉林大学秦建春教授、杨英威教授团队《ACS AMI》：基于介孔二氧化硅纳米载体和柱芳烃纳米阀门的超分子纳米平台用于真菌的防控

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化学合成杀菌剂在农业领域的长期大量应用，会导致真菌病原体产生抗药性。同时，农药残留，环境污染等一系列问题也会随之产生。因此，设计合成环境友好型的智能控释纳米平台保护农作物免受植物病原菌的侵染对于未来农业的可持续发展具有重大意义。

近日，吉林大学植物科学学院秦建春教授-化学学院杨英威教授团队利用超分子化学，构筑了一种真菌病原菌微环境-刺激响应的杀菌剂纳米平台。该纳米平台用季铵盐修饰的介孔二氧化硅纳米粒子（MSN-Q NPs）作为载体，装载植物源杀菌剂盐酸小檗碱，柱[5]芳烃（CP[5]A）作为纳米阀门，用于植物病原菌——灰霉菌的防控。相关成果以标题为“Supramolecular Nanoplatform Based on Mesoporous Silica Nanocarriers and Pillararene Nanogates for Fungus Control”发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
在该超分子杀菌剂纳米平台中，柱芳烃纳米阀门不仅赋予了该杀菌剂纳米平台草酸微环境-刺激响应释放杀菌剂的特性，即在灰霉菌分泌的草酸刺激下，柱芳烃阀门开启，可实现药物的按需释放，同时微环境中氢离子浓度降低，可削弱灰霉菌的致病性。与其他杀菌剂纳米平台相比，该研究巧妙地利用了灰霉菌侵染作物时自身形成的酸性微环境，使所构建的杀菌剂纳米平台实现按需释放杀菌剂的目的，不需要额外的外源刺激来控制药物释放。体外和盆栽抗菌活性实验表明，该超分子杀菌剂纳米平台可有效抑制灰霉菌菌丝生长和孢子萌发，也可以减少合成杀菌剂对作物和环境的不利影响，为灰霉菌的防控开辟了新的道路。

图1. 杀菌剂纳米平台的制备及其抗菌活性实验的示意图。

图2. MSN-OH NPs和MSN-Q NPs的相关表征。

图3. （A）MSN-Q NPs的氮气吸附-脱附等温线和（B）孔径分布。（C）盐酸小檗碱的化学结构及三维结构描述。

图4. 在不同pH和温度条件下，盐酸小檗碱从杀菌剂纳米平台中累计释放的曲线和示意图。

图5. 不同处理组在相应浓度（60 和 120 μg mL⁻¹）下，2-5天的抗菌活性。

图6. 不同处理组在相应浓度（60 和 120 μg mL⁻¹）下的菌落生长曲线和抗菌活性柱状图统计。

图7. 光学显微镜下对灰霉菌菌丝和孢子形态的观察（10 × 40倍）。（A）正常灰霉菌菌丝的形态。（B）和（C）分别用60 μg mL⁻¹和120 μg mL⁻¹杀菌剂纳米平台处理4天的菌丝形态。（D）正常灰霉菌孢子的形态。（E-G）用120 μg mL⁻¹杀菌剂纳米平台处理12小时的孢子形态。

图8. （A）添加0.5%的溴酚蓝指示剂的各处理组与灰霉菌共培养0、5、12天后pH值的变化。分别在（B）精密pH试纸（pH范围为0.5 − 5.0）和（C）广泛pH试纸（pH范围为1 − 14）上测定灰霉菌菌丝和PDA培养基的pH值。

图9. （A）分别用不同浓度的盐酸小檗碱和杀菌剂纳米平台处理离体番茄叶片，并接种灰霉菌菌饼（5mm）36小时和54小时的叶片图像。（B）分别用不同浓度的盐酸小檗碱和杀菌剂纳米平台处理离体番茄叶片，并接种灰霉菌孢子悬浮液（10⁶ cell mL⁻¹,10 μL）72小时和96小时的叶片图像。

 图10. 分别用不同浓度的盐酸小檗碱和杀菌剂纳米平台处理的活体番茄叶片，并接种（A）灰霉菌菌饼(3 mm)和（B）灰霉菌孢子悬浮液（10⁶ cell mL⁻¹,10 μL）72小时的叶片图像。

论文第一作者为吉林大学植物科学学院王超儀，系秦建春教授和杨英威教授联合培养的在读博士生，主要从事多功能超分子体系在农业领域的应用研究。该研究得到国家自然科学基金、吉林省省校共建项目新材料专项等的资助支持。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c08582

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