近日，山东农业大学丁新华老师与三峡大学沈香玲老师团队合作在《Chemical Engineering Journal 》发表名为"A highly efficient nanocopper hydroxide activates plant immune resistance and confers tolerance to salt and drought stress in rice " 的期刊论文。该团队核心是发现极低浓度的铆钉状纳米氢氧化铜，能同时激活水稻免疫、抗水稻细菌性条斑病，还能提升耐盐、耐旱能力，效果远优于传统铜制剂，且安全低残留。
发表日期：2026年01月06日
关键词：植物免疫；免疫诱导剂；纳米农药；细菌性条斑病；盐胁迫与干旱胁迫
铜制剂对细菌、真菌、线虫等多种植物病原菌具有广谱防效。铜离子通过激活水杨酸（SA）和乙烯（ET）信号通路调控植物免疫，进而提升抗病性。在马铃薯中，铜离子通过乙烯介导抑制脱落酸（ABA）合成，增强宿主对晚疫病的防御反应。在水稻中，铜离子通过干扰 SPL9–miR528 结合调控抗病毒防御，降低 miR528 表达，进而提高抗坏血酸氧化酶（AO）活性与活性氧（ROS）积累。多项研究证实，铜纳米颗粒及铜银双金属纳米复合材料对革兰氏阳性菌（枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌、铜绿假单胞菌）均有效。此外，氧化铜纳米颗粒（CuONPs）通过破坏细胞膜、诱导胞内 ROS 积累、造成细胞质内容物泄漏等多种机制抑制水稻白叶枯病菌（Xoo）的呼吸与生长。尽管铜在植物防御领域已有大量研究，但纳米氢氧化铜的免疫调控机制仍未被完全阐明。植物免疫系统主要包含两种核心防御机制：模式触发免疫（PTI）和效应子触发免疫（ETI），涉及活性氧爆发、钙离子内流、胼胝质沉积、防御基因激活、MAPK 信号级联反应等免疫响应。水杨酸（SA）、乙烯（ET）、茉莉酸（JA）等关键植物激素在这些免疫反应中处于核心地位，共同调控复杂的防御网络。水杨酸可通过苯丙氨酸解氨酶（PAL）或异分支酸（ICS）途径合成，ics 与 pal 突变体的研究证据表明，这些通路被破坏后植株对病原菌的敏感性显著上升；NahG 转基因植株因 SA 水平降低，抗病能力明显减弱，也进一步印证了这一点。乙烯信号转导同样在植物免疫中发挥关键作用，乙烯响应因子 1（ETR1）正向调控 AR156 与 Flg22 诱导的植物免疫抗性。此外，气孔调控是连接植物生理与病原菌防御的关键节点，气孔开度的动态变化同时影响生物胁迫与非生物胁迫响应。铜基农药是全球农业生产中应用最广泛的细菌性病害防控药剂，是植物病害管理的重要工具。但其实际应用面临两大突出问题：一是长期频繁使用导致病原菌产生抗药性，传统铜制剂的防控效果显著下降；二是铜作为重金属难以在环境中降解，长期累积会造成土壤与水体污染，威胁农业生态系统的可持续性。为解决这些问题，研发微量、高效的新型铜制剂，是突破瓶颈、推动农业绿色可持续发展的关键路径。水稻细菌性条斑病（BLS）是由水稻条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola, Xoc）引发的毁灭性病害，对全球水稻生产构成严重威胁，可导致最高 40% 的产量损失，严重时甚至绝收。该研究以氢氧化铜为原料，制备了新型纳米农药 ——纳米氢氧化铜（Cu (OH)₂ NPs）。研究旨在评估 Cu (OH)₂ NPs 对水稻细菌性条斑病的防控效果，对比其与传统铜离子（硫酸铜）、美国杜邦铜制剂 Kocide 3000 在抑制病害、激活植物免疫、提升抗逆性等方面的作用。结果表明，Cu (OH)₂ NPs 在仅为铜离子与 Kocide 3000 浓度 1/100的条件下，即可使水稻获得更强的细菌性条斑病抗性；同时显著上调抗病相关基因表达、增强活性氧爆发、促进叶片胼胝质沉积，说明其激活植物先天免疫的能力优于 Cu²⁺与 Kocide 3000。此外，Cu (OH)₂ NPs 可降低根系 Na⁺和 Cl⁻积累、诱导气孔关闭、降低叶片蒸腾速率，提升水稻对盐胁迫与干旱胁迫的耐受性。本研究结果证实，Cu (OH)₂ NPs 可作为高效多功能纳米农药，应用于水稻病害绿色防控与抗逆改良。2.1 Cu (OH)₂ NPs 的形貌与粒径分布表征图1是对纳米氢氧化铜（Cu (OH)₂ NPs）的形貌与粒径分布表征，通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察显示，所合成的 Cu (OH)₂ NPs 呈现独特的铆钉状结构，统计分析表明其粒子长度主要分布在 100–500 nm 之间，直径分布在 20–80 nm 之间，粒径均一且形态稳定，为后续其高效发挥生物活性提供了结构基础。图1：Cu (OH)₂ NPs 的形貌与粒径分布表征图2为Cu(OH)₂ NPs可显著抑制水稻细菌性条斑病（BLS）的病斑扩展，且5 μg/mL 的低浓度即可达到与 500 μg/mL 铜离子（Cu²⁺）和 Kocide 3000 相当的抗病效果，证明纳米氢氧化铜在极低用量下就能高效增强水稻对病原菌的抗性。图3通过 DAB、NBT 染色、胼胝质染色及 qPCR 验证，Cu(OH)₂ NPs能显著诱导水稻叶片活性氧（ROS）大量积累、促进胼胝质沉积，并强烈上调水杨酸（SA）、乙烯（ET）通路及其他抗病相关基因表达，免疫激活效果显著优于 Cu²⁺和 Kocide 3000。图4利用水稻突变体证明，Cu (OH)₂ NPs 诱导的抗病性不依赖水杨酸（SA）信号通路，在 SA 缺陷突变体中仍能有效抗病；但在乙烯（ET）信号突变体中抗病效果显著下降，说明其免疫激活部分依赖乙烯通路，与传统铜制剂机制不同。图5通过电镜观察发现，Cu (OH)₂ NPs 主要富集在水稻气孔周围和细胞间隙，并能显著诱导气孔关闭，使气孔面积减小约 40%、开度降低 32.6%，而 Cu²⁺反而促使气孔开放，这一特性同时有利于抗病和抗旱。图6为Cu(OH)₂ NPs可显著提高水稻在盐胁迫下的存活率，通过上调 Na⁺/Cl⁻外排相关基因，使根系钠离子积累降低 75% 以上、氯离子显著减少，同时上调耐盐关键基因，有效缓解盐毒害并提升产量相关指标。图7为Cu(OH)₂ NPs能显著增强水稻的抗旱性，干旱处理后植株存活率更高，同时通过诱导气孔关闭降低叶片失水速率，保水效果优于 Cu²⁺和 Kocide 3000，提升水稻在干旱环境下的生存能力。该研究合成并表征了具有独特铆钉状结构的纳米氢氧化铜（Cu (OH)₂ NPs），证实其在5 μg/mL 极低浓度下即可通过激活植物自身免疫显著增强水稻对细菌性条斑病的抗性，效果远优于传统铜离子与 Kocide 3000；该纳米材料诱导免疫的机制不依赖水杨酸信号通路、部分依赖乙烯通路，并可通过调控气孔关闭、促进 Na⁺/Cl⁻外排基因表达，同步提升水稻对干旱和盐胁迫的耐受性，同时在稻米中无明显铜离子富集，具备良好的环境安全性，是一种高效、低剂量、多功能且适用于绿色农业的新型纳米农药，为水稻抗病抗逆协同改良提供了创新策略与理想材料。文章题目：A highly efficient nanocopper hydroxide activates plant immune resistance and confers tolerance to salt and drought stress in rice.
本公众号对相关研究成果的解读，仅供科研探讨与学术学习；如涉及侵权问题，烦请通过后台联系我方作删除处理。
公众号主页汇集多篇优质文章，欢迎各课题组前来投稿交流！
点击关注我们，为您带来更多纳米农药领域知识！
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
