农作物发生病虫害是自然现象，无法避免。在现代农业生产中，我国用世界不足7%的耕地面积养活了全球22%的人口，其中农药是保护作物、防御重大生物灾害、减少产量损失的重要手段和工具。

(相关资料图)

然而，传统农药长期低效使用，利用率不足40％，大量农药排放到环境或残留在粮食中，严重制约农业的可持续发展，不仅对生物及人体健康构成了严重威胁，也导致了生态系统的结构和功能的破坏。

2022年 8月20日，江南大学胥传来研究团队与中国农科院烟草研究所、美国密歇根大学等合作，在Nature Catalysis期刊发表封面文章，题为“光活性手性纳米粒子对植物病毒进行位点选择的蛋白酶裂解”。他们独辟蹊径，以植物生长过程所需矿物质为原料，研制独特形貌的手性纳米颗粒，发展无残留、不产生抗药性的新型纳米农药。

论文截图

植物病毒侵染每年能够造成全球至少200亿元的经济损失，其中最具代表性的是烟草花叶病毒。它是人类发现的第一个植物病毒，已发现可感染的植物高达500种以上。烟草花叶病毒的外壳蛋白螺旋自组装成杆状外观，螺旋形成的孔径约4 nm，基因组单链RNA位于其中；基于病毒的此种结构特征，团队制备了尺度3 nm的硫化铜手性纳米颗粒，该纳米颗粒可通过植物叶面气孔进入植物细胞，靶向植物病毒，在太阳光下，通过光剪切杀灭植物病毒。

胥传来教授团队与中国农业科学院烟草研究所杨金广研究员团队、山东省花生研究所许曼琳副研究员合作开展了烟草植物的真实病毒侵染和传播阻断实验，证实了：只需平均每株喷洒5 mL的新型手性纳米农药（浓度为5µM），即可获得良好的植物保护效果；一次喷洒可以在3天内清除95%的病毒，抑制烟草花叶病毒侵染和传播，效率显著高于目前所有的植物抗病毒化学农药；经过对土壤、植物中铜、硫等元素的监测，此种新型农药不产生残留，不破坏土壤的酸碱平衡，是高效、安全、资源节约、环境友好的农业投入品，将为农业转型升级注入强劲驱动力。

研究成果也揭示了新型农药的光剪切化学机制。该手性纳米农药，由于颗粒尺寸和形貌与病毒衣壳蛋白形成的中心孔尺度匹配，能够借助与衣壳孔内的多肽片段的超分子相互作用网络稳固在孔内部；随后，纳米颗粒与孔中特定蛋白位点特异性亲和，水解衣壳蛋白单体第101位天冬酰胺和第102位脯氨酸之间的酰胺键，破坏病毒蛋白质衣壳，从而有效杀灭病毒。

论文封面

这项工作得到了巴西圣卡洛斯联邦大学Andre F. de Moura教授、巴西纳米技术国家实验室Felippe M. Colombari教授、伊利诺伊大学芝加哥分校化学系的Petr Král教授、美国密歇根大学Nicholas A. Kotov教授在理论动力学模拟与计算等方面的大力帮助; 烟草抗病毒研究由中国农业科学院烟草研究所杨金广研究员团队与山东省花生研究所许曼琳副研究员完成。

新型手性农药杀灭烟草花叶病毒的机制

参考文献

作者：胥传来教授团队

编辑：竹子

排版：尹宁流

题图来源：参考文献[1]

研究团队

（共同）通讯作者江南大学胥传来教授、匡华教授，中国农业科学院烟草研究所杨金广研究员，美国密歇根大学Nicholas A. Kotov教授

（共同）第一作者江南大学食品学院博士后高锐、青年教师徐丽广教授、孙茂忠教授，山东省花生研究所许曼琳副研究员