近日，安徽农业大学饶相君老师团队在《Chemical Engineering Journal 》发表名为"Castor oil-based waterborne polyurethane nanocoating enhances growth, stress tolerance, adhesion, and immune evasion of Beauveria bassiana" 的期刊论文。该团队以可再生蓖麻油为原料合成生物基水性聚氨酯（WPU）纳米乳液，原位在白僵菌分生孢子表面形成均匀纳米包覆层；系统验证该 WPU 涂层兼具多重优势：促进孢子萌发与菌丝生长、抵御紫外 / 高温 / 氧化渗透压胁迫、大幅提升昆虫表皮与玉米叶片耐雨水附着能力，还能遮蔽孢子表面识别信号，帮助白僵菌逃避昆虫先天免疫，结合转录组解析分子调控机制，为高稳定性真菌生物农药提供绿色剂型载体。
发表日期：2026年07月13日
关键词：水性聚氨酯；蓖麻油基聚合物；纳米载体；白僵菌；抗逆性；真菌生物农药
球孢白僵是应用广泛的虫生真菌生物农药，寄主范围广、杀虫活性强，能够适配害虫综合防治体系。聚氨酯高分子高性能化是材料领域的绿色研发热点，塑料化学回收、定向网络构建等可持续合成路线不断涌现。本研究选用蓖麻油作为多元醇原料，其富含天然羟基、属于可再生生物质资源，以此制备水性聚氨酯（WPU）纳米载体，兼顾环境相容性与适配农药递送的界面、屏障性能。该团队以蓖麻油为原料合成水性聚氨酯纳米乳液，构建白僵菌孢子包覆递送体系，系统探究该 WPU 基质对真菌菌丝生长、孢子萌发活力的影响，同时评价其抵御紫外、高温、化学胁迫的防护效果；此外还开展虫体侵染试验，验证 WPU 协助真菌规避昆虫免疫、提升杀虫毒力的潜力。为揭示背后分子调控机制，本研究分别在常规培养、紫外胁迫两种条件下，对有无 WPU 包覆的白僵菌开展转录组对比分析，筛选调控真菌生长、逆境适应的关键通路。本研究融合高分子材料工程与真菌生防生物学，证实生物基 WPU 不只是简单防护涂层，更是可主动调控真菌生理活性的互作型载体，相关结论为环境稳定、高侵染活性微生物农药递送体系的设计提供机理依据。图1为蓖麻油基水性聚氨酯（WPU）纳米乳液全套理化表征，通过丁达尔效应验证胶体分散稳定性，DLS 测得乳液平均粒径 34.77 nm、分散指数低；FTIR、XPS 光谱证明聚氨酯、脲键与二硫键结构成功合成；SEM 观测不同浓度 WPU 成膜形貌，同时测试薄膜二氧化碳、水汽透过性，证实涂层不会堵塞植物叶片气孔，兼具成膜性与气体交换通透性。图2探究 WPU 对白僵菌生长发育的影响，设置 40–2000 mg/L 梯度浓度处理，平板菌落观测、菌丝干重称量结果显示各浓度 WPU 均能显著促进菌丝延展与生物量积累；扫描电镜直观看到孢子表面形成均匀纳米包覆膜，光学显微镜统计 6 h、12 h、24 h 孢子萌发率与芽管长度，证明 WPU 可持续提升孢子萌发效率。图3开展紫外胁迫防护试验，254 nm 紫外辐照后分别设置暗修复、光修复两组培养，显微镜观察孢子萌发状态并量化萌发指标；PI 染色检测细胞膜完整性、AO/EB 双染色评估细胞凋亡、DCFH-DA 荧光定量胞内活性氧水平，结果显示 WPU 包覆能大幅降低紫外引发氧化损伤与细胞死亡，保留孢子萌发能力。图4评估高温胁迫下 WPU 的保护效果，设置 28、35、40、45 ℃梯度热处理，统计各组孢子萌发率与芽管长度；同步检测高温诱导的细胞凋亡与 ROS 积累，证实 WPU 缓冲高温带来的膜损伤与氧化应激，维持孢子生理活性。图5以大蜡螟幼虫为模型开展虫体附着与杀虫试验，搭建模拟雨水冲刷装置，荧光标记定量三次淋洗后孢子残留量；分别在正常条件、紫外预处理后进行幼虫侵染生测，生存曲线表明 WPU 涂层显著提升孢子虫体粘附能力，即便经紫外胁迫仍能加快幼虫死亡、增强杀虫毒力。图6验证玉米叶面应用效果，模拟降雨冲刷后荧光成像与定量显示 WPU 大幅减少叶片孢子流失；将处理玉米叶片饲喂草地贪夜蛾，统计叶片取食面积与幼虫存活率，证明叶面包覆制剂可持久发挥控害作用。图7解析 WPU 介导昆虫免疫逃逸机制，幼虫注射孢子 4 h 后观察体腔黑化程度，24 h 荧光显微镜观测血细胞吞噬孢子情况；qPCR 定量 Serpin、CTL1、SPZ5、Relish、Gloverin、Cecropin 六类免疫相关基因表达，同时统计不同时间虫体内真菌丰度与幼虫存活率，发现 WPU 遮蔽孢子识别位点，抑制昆虫细胞与体液免疫应答，利于真菌在虫体内增殖致病。图8为转录组分子机理解析，设置裸孢子、WPU 包覆孢子、紫外裸孢子、紫外 WPU 包覆孢子四组测序，绘制差异基因火山图、GO/KEGG 富集气泡图，筛选真菌生长、抗氧化、DNA 修复相关关键基因并通过 qPCR 验证表达趋势，阐明 WPU 分别在正常、紫外环境下调控真菌代谢与抗逆通路的分子基础。该研究以可再生蓖麻油为原料合成粒径 34.77 nm 的水性聚氨酯 WPU 纳米乳液，FTIR、XPS、粒径与透气性能表征证实该胶体体系分散稳定，可在白僵菌孢子表面形成均匀透气纳米薄膜且不会堵塞植物气孔；体外培养试验表明不同浓度 WPU 均能显著促进白僵菌菌丝生长与孢子萌发，紫外、高温胁迫下 WPU 包覆可有效降低胞内活性氧累积、减轻细胞膜破损与细胞凋亡，大幅提升孢子环境耐受性；模拟雨水淋洗试验显示 WPU 涂层依靠界面相互作用显著增强孢子在昆虫表皮与玉米叶片的附着留存率，即便经紫外预处理，制剂仍能保持稳定杀虫活性；以大蜡螟为模型的昆虫体内试验证明 WPU 可遮蔽孢子表面免疫识别位点，抑制血细胞吞噬与酚氧化酶黑化反应，下调 Toll、Imd 通路相关免疫基因表达，助力白僵菌在虫体内定殖增殖、加快害虫致死；转录组分析进一步揭示常态下 WPU 上调氨基酸转运、几丁质合成等生长代谢基因，紫外胁迫时激活 DNA 修复、抗氧化相关通路，从分子层面解释其促生长与抗逆双重作用；小麦浸种安全性试验证明该材料对幼苗生长、叶绿素合成无明显负面影响，综上，蓖麻油基 WPU 作为多功能生物基纳米包覆载体，同步解决白僵菌孢子紫外高温失活、雨水冲刷流失、昆虫免疫清除三大田间应用痛点，兼具促进真菌发育、环境友好等优势，为高性能、绿色型虫生真菌生物农药剂型开发提供完善材料体系与分子理论支撑。文章题目：Castor oil-based waterborne polyurethane nanocoating enhances growth, stress tolerance, adhesion, and immune evasion of Beauveria bassiana.
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