水稻是我国重要的主粮作物，其种苗健康对稻米产量至关重要。然而，水稻苗期受到恶苗病等种传病害的影响，严重威胁粮食安全生产。目前水稻种子处理以水乳剂浸种和悬浮剂包衣为主，剂型较单一。部分农药有效成分对寄藏于种子内部的病原菌抑制效果差，病原菌抗药性发生严重，且浸种处理导致的药害时有发生。近年来，刘鹏飞教授带领农药剂型技术小组开展了水稻直播专用系列纳米种衣剂的研究，重点解决直播种子芽势弱和出苗不齐等卡脖子难题，以期为水稻直播和无人机飞播等轻简化栽培提供配套种子处理技术。

       近日，课题组在Journal of Nanobiotechnology期刊发表了题为“Precision management of Fusarium fujikuroi in rice through seed coating with an enhanced nanopesticide using a tannic acid-Zn^II formulation”的文章。

       本研究成功制备了一种装载种菌唑（IPC）的纳米颗粒，采用金属有机框架UiO-66作为杀菌剂种菌唑的载体，并以单宁酸锌（TA-Zn^II）作为外壳赋予了纳米制剂多种功能。该纳米种衣剂实现了包衣均匀度和覆盖率的大幅提升、药剂高效吸收传导、靶向病原菌寄藏部位智能释放、提高种子发芽活力和出苗安全性，以及调控土壤有益菌群的增加等多种效果（图1）。

图1  IPC@UiO-66-TA-Zn^II纳米颗粒制备及应用示意图

       所制备的IPC@UiO-66-TA-Zn^II展现出优异的温度和pH双响应特性。淹水条件下水稻厌氧呼吸导致的大量产酸可刺激藤仓镰孢菌产孢能力增强，IPC@UiO-66-TA-Zn^II的酸响应释放能够适应该场景进行IPC的靶向释放，实现了对病原菌在植物体内增殖的智慧控制。生物活性试验结果表明，IPC@UiO-66-TA-Zn^II对藤仓镰孢菌的抑菌活性和恶苗病的防效显著优于种菌唑悬浮剂（IPC FS）（图2）。值得注意的是，IPC@UiO-66-TA-Zn^II具有促进水稻种子发芽和秧苗生长，对非靶标生物安全性高的优点。

图2  IPC@UiO-66-TA-Zn^II对藤仓镰孢菌的抑菌活性和恶苗病防效

       采用IPC@UiO-66-TA-Zn^II进行水稻种子包衣，与IPS FS相比，显著提高了药剂在种子表面的包衣覆盖率和均匀度。荧光共聚焦、扫描和透射电镜观察显示（图3），UiO-66-TA-Zn^II可进入水稻根系，并通过破坏病原菌细胞壁进入菌丝内部，对有效成分的高效对靶传输发挥了重要作用。

图3  IPC@UiO-66-TA-Zn^II包衣对种表覆盖率和UiO-66-TA-Zn^II在幼根及菌丝中吸收的影响

       土壤相关试验表明，与IPC FS相比，IPC@UiO-66-TA-Zn^II改善了土壤的理化性质和酶活性，并表现出减轻IPC FS对土壤有益微生物损害的潜力（图4）。综上所述，该项工作成功研发了一种水稻直播专用纳米种衣剂，在水稻直播轻简化栽培中具有良好的应用前景。

图4  播种纳米种衣剂包衣的水稻种子对土壤菌群的影响

       中国农业大学植物保护学院博士生张奇珍为论文的第一作者，FPPR课题组刘鹏飞教授和刘西莉教授为论文通信作者。本研究在国家重点研发计划（2023YFD1700300）的资助下完成。

       原文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-024-02938-y。