近年來，納米技術逐漸興起并且被認為是可以有效應對這些嚴峻挑戰的有力武器之一，有研究表明，納米二氧化硅有望作為新的更為安全的農用化學品來控制病害，但相關的系統性研究仍然有限，尤其是在水稻中。
　　
　　稻瘟病菌起的稻瘟病是水稻上的毀滅性病害，全世界水稻種植區都頻繁發生，有“水稻癌癥”之稱，嚴重威脅全球糧食安全，然而目前傳統育種以及化學防治對于稻瘟病的防控效果都不甚理想，那么納米二氧化硅能否成為水稻稻瘟病防控的一種有效武器呢？
　　
　　4月22，山東農業大學丁新華教授課題組在Journal of Nanobiotechnology (IF=10.4345) 在線發表了題為“Silica nanoparticles protect rice against biotic and abiotic stresses”的研究論文。該研究制備了粒徑為39nm的納米二氧化硅(SiO2 NPs)，并發現SiO2 NPs葉面處理和根部處理均可以激發水稻水楊酸(SA)含量積累及SA相關響應基因的表達，從而增強水稻對稻瘟病菌的抗性。同時還發現，SiO2 NPs 根部處理對于植物更為安全并且誘導抗性更好，且可以促進水稻根系發育及對水分的吸收，更好的抵抗干旱。
　　
　　該研究首先利用不同濃度的SiO2 NPs預處理水稻葉片后進行稻瘟病菌接種，發現低濃度SiO2 NPs (100 mg/L) 葉片處理可以顯著提升水稻對稻瘟病菌的抗性，但過高濃度(3000 mg/L) 有一定風險，甚至導致病害發病程度更重。同時發現，根部處理具有更好的誘導抗性效果，且高濃度 (3000 mg/L) 并不會引起副作用。進一步電鏡觀察發現，低濃度的SiO2 NPs通過葉片氣孔吸收，進入水稻氣腔內，但高濃度的SiO2 NPs會使氣孔周圍的表皮細胞失去通透性，無序的過量吸收SiO2 NPs，導致植物體內SiO2 NPs含量過高，而使SA途徑響應異常，造成病害發病更重；而高濃度SiO2 NPs進行根部處理，大部分會被阻擋在根部表皮細胞之外，只有少量可以通過根部空洞進入水稻根內，并通過氣腔進行傳遞，這也是SiO2 NPs根部處理更為有效、安全的原因。
　　
　　進一步發現，SiO2 NPs處理會促進水稻葉片及根內部SA含量積累、SA響應基因上調，并通過SAR使得整株水稻獲得對稻瘟病菌的抗性，而這種誘導抗性在SA缺陷植株NahG中即會喪失，證明SiO2 NPs誘導的水稻對稻瘟病菌的抗性依賴于SA途徑。更為有趣的是，SiO2 NPs根部處理還可以促進水稻根系發育，從而吸取更深處土層的水分，抵抗干旱。
　　
　　綜上，該研究首次發現了SiO2 NPs可以同時增強水稻對生物和非生物脅迫的抵抗能力，為開發更為高效、安全、環保的病害防控方法提供了一種選擇。
　　

SiO2 NPs處理增強水稻對生物(稻瘟病菌)和非生物脅迫(干旱)的抗性　　

　　
　　山東農業大學作物生物學國家重點實驗室博士研究生杜建峰、劉保友為論文并列第一作者，李洋副教授、尹梓屹教授、丁新華教授作為共同通訊作者。此外，碩士研究生趙天楓、徐新寧、林涵、路沖沖博士以及趙海朋副教授等也參與了該項研究。研究受到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、山東省重點研發計劃、山東農業大學植物保護學院作物病蟲害研究所等項目的資助。
　　
　　丁新華教授課題組近年來一直致力于微生物與植物互作機制研究，并在植物誘導抗性方面取得了一系列進展，在Nature Genetics、Molecular Plant、Plant Cell、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Communications、Plant Journal等植物學和植物病理學主流刊物上發表了相關研究成果。