具有智能捕获与光增强活性的铜单原子纳米酶用于控制植物细菌病害

这种新型植物防护剂为何重要

番茄和其他作物持续受到细菌性病害的威胁，这类病害可导致减产并危及粮食供应。农民常依赖含铜喷剂，但随着细菌抗性演化，这些化学品效力会下降，且可能对环境造成压力。本研究提出一种新型智能材料，表现为微小的人工酶，利用温和的光线更高效地追踪并破坏植物上的有害细菌，同时副作用更小。

像天然清道夫一样的小帮手

研究人员制备了一种纳米级材料称为纳米酶，意指其模拟天然酶的功能。他们将单个铜原子置于由硫化锌和硫化钼构成的层状结构上。简单来说，每个铜原子充当一个微小活性位点，帮助将过氧化氢（一种植物在感染时会产生的温和化合物）转化为能损伤细菌的高反应性分子。精细检测显示铜原子是单个分散存在而非团聚，这提升了材料的活性和可预测性。

用光与热提升杀菌力

阳光富含我们看不见但能感到温暖的近红外光。研究团队发现，当用近红外光照射纳米酶时，它会温和升温而不会使植物过热。这一适度的温度上升加快了类酶活性，促使材料更快地将过氧化氢转化为强氧化剂。测量表明，该纳米酶产生的这些破坏性自由基比许多早期人工酶更多，且光照进一步增强了这一效应，同时不损伤植物组织。

在细菌逃逸之前将其抓住

使用高反应性分子的一个主要挑战是它们寿命短，可能在到达目标前就消失。该纳米酶的层状基底像一张柔性薄片，能紧密包裹在植物表面的细菌细胞上。计算模拟和结合性测试表明，材料可与细菌膜外层的磷酸基团形成键结，使其牢固附着于微生物。如此紧密的接触将反应性分子保持在所需位置，减少浪费，并更容易在细菌壁上打孔，干扰保护性包膜和抗氧化酶等关键防御。

更强的病害防控且副作用更小

在实验室测试中，该纳米酶在对抗导致斑点和枯萎的两种严重番茄病原体时，表现优于一种广泛使用的含铜农药和若干简单金属颗粒。当与感染植物中自然积累的过氧化氢水平及近红外光结合使用时，它大幅降低细菌生长并可见地损伤细菌细胞，而植物细胞保持完好。在类似温室的试验中，喷洒叶面或灌根使用纳米酶比商业含铜产品更能降低病害水平，且保护效果可持续数周。

安全性与未来田间应用

鉴于任何新处理方法都必须对作物、人类和有益生物安全，研究人员在番茄和烟草植物、人类肠道细胞、鱼类、蚯蚓以及土壤和叶面微生物上测试了该纳米酶。在控制病害所需剂量下，它不会抑制生长、不会触发有害应激反应，对有益微生物群落的影响也很小。随着时间推移，土壤和感染部位周围的天然酸与酶会慢慢分解该材料，其所含金属主要被有机物结合。综合来看，这些发现表明，一种由温和光照和植物自身化学驱动的智能铜单原子纳米酶，有望成为更精确、持久的植物细菌病害防治工具，助力保障作物产量。

引用: Jiang, H., Xing, Y., Ma, Z. et al. Copper single-atom nanozyme with intelligent capture and photo-enhanced activity for controlling plant bacterial diseases. Nat Commun 17, 4261 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70930-1

关键词: 植物细菌病, 纳米酶, 铜单原子, 番茄斑点与枯萎病, 近红外光