科研资讯 - Frontiers in Plant Science

2021年9月1日，日本筑波大学 Yasuhiro Ishiga 教授团队在Frontiers in Plant Science「IF: 5.753」发表了题为 Covering soybean leaves with cellulose nanofiber changes leaf surface hydrophobicity and confers resistance against Phakopsora pachyrhizi 的研究论文，检测了 CNF 包衣能保护大豆植株免受大豆锈病病原菌「Phakopsora pachyrhizi」的侵袭，这是首次研究 CNF 在田间病害防治中的应用。

亚洲大豆锈病「ASR, Phakopsora pachyrhizi」是世界范围内最具破坏性的大豆生产病害。目前，及时使用杀菌剂是控制 ASR 的唯一手段。

纤维素是一种有机多糖，由 β-1,4 连接的吡喃糖骨架组成。纤维素是植物初生细胞壁的重要组成部分，在维持植物结构阶段中起着重要作用。纤维素已被研究作为不同的研究和开发领域的应用，包括能源、环境、水和生物医学相关领域。纤维素纳米纤维「CNF」可以从纤维素中提取，是自然界中最丰富和可再生的生物质之一。纤维素分子中同时存在疏水位点和亲水位点，纤维素分子具有两亲性。由 ACC 方法衍生的 CNF 涂层可以根据基材特性切换表面亲水和疏水性能。在滤纸和聚乙烯上涂上 CNF 后，其表面性质分别变为疏水和亲水。由于 CNF 具有重量轻、长宽比大、强度高、刚度大、表面积大等特点，具有广阔的应用前景。

▲ CNF 覆盖大豆叶片可抗亚洲大豆锈病病原菌

为了探讨 CNF 在农业上的潜在应用价值，作者检测了 CNF 包衣是否能保护大豆植株免受大豆锈病病原菌「Phakopsora pachyrhizi」的侵袭。作者发现，一种特定的 CNF 特性可以改变大豆叶片表面的疏水性，导致与大豆锈病病原菌感染减少相关的感染前结构的形成减少。与对照相比，CNF 处理的大豆叶片在接种后的病害数量减少，说明 CNF 覆盖大豆叶片对 Phakopsora pachyrhizi 具有抗性。还发现，与对照相比，CNF 处理后的大豆叶片明显抑制了 Phakopsora pachyrhizi 侵染前结构的形成，包括芽管和附着胞，以及与这些结构相关的基因表达，如几丁质合成酶「CHSs」。此外，接触角的测量表明，CNF 将大豆叶片表面性质由疏水转变为亲水。

▲ CNF 处理对亚洲大豆锈病病原菌产生抗性的机制

这些结果表明， CNF 可以通过减少 CHSs 的表达以及减少感染前结构的形成，改变大豆叶片表面的疏水性，从而对 Phakopsora pachyrhizi 产生抗性。这是首次研究 CNF 在田间病害防治中的应用。

Frontiers 总部位于瑞士，是全球领先的开放获取（Open Access）出版商，致力于使科学在全球范围内更加开放。欲了解更多详情，欢迎访问 Frontiers 官方网站：www.frontiersin.org.