加州大学圣迭戈分校工程学院的研究团队正尝试用科技手段，为人类争取更多对抗饥饿的空间。该校雅各布工程学院研究人员近日在期刊《ACS Materials Letters》发表论文，介绍了一种可喷涂在植物表面的新型高分子材料，可视作为作物“披上一层盔甲”，既能增强其对细菌性病害的抵抗能力，同时还能提升抗旱性，被视为未来粮食安全的潜在新工具。

论文由帕特里克·奥普登施泰宁（Patrick Opdensteinen）领衔，团队将这种材料设计为喷雾式，可直接溶于水喷洒在作物叶片上。

研究指出，植物和人类一样，同样面临多种细菌带来的疾病威胁，而一旦受害的是粮食与经济作物，就会直接冲击全球安全与具体民生。常见的细菌性病害包括：侵染番茄并能在冬季存活的“斑点病”（speck），危害苹果、桃等果树的“溃疡病”（canker），以及可导致甜瓜、黄瓜、南瓜、辣椒、番茄、茄子、豆类等多种作物腐烂的“枯萎/疫病”（blight）。更糟的是，气候失序让原本因低温而被遏制的细菌得以向新的区域扩散。

此次开发的喷涂材料由加州大学圣迭戈分校Aiiso Yufeng Li化学与纳米工程系以及材料研究科学与工程中心（MRSEC）合作完成，其核心是一种带有正电荷官能团的合成高分子。研究团队对传统高分子合成路线进行调整，使其可在水溶液缓冲体系中制备，从而得到一种对气体可渗透的聚降冰片烯（polynorbornene）材料，对植物无害，却能削弱多种有害细菌的细胞膜。共同第一作者、化学与纳米工程专业博士生路易斯·帕洛米诺（Luis Palomino）指出，传统高分子合成都依赖对植物有毒的有机溶剂，而该团队采用水溶缓冲液环境，得以制备出更适合植物环境的喷雾配方，只需按浓度溶解于水，即可进行喷洒。

实验过程显示，这种“盔甲喷雾”并不需要覆盖整株植株，甚至不必喷满整片叶片即可产生防护效应。奥普登施泰宁表示，只在叶片一小部分区域喷涂，就能在整体上显现出类似“免疫”的效果，这一结果令团队惊讶。在试验中，研究人员在烟草近缘植物Nicotiana benthamiana的叶片上接种细菌，再配合喷涂高分子材料进行效果验证。

至于这种“局部喷涂、整体受益”的机制，研究团队目前仍处在推测阶段。他们认为，叶片局部受到喷涂后产生的胁迫反应，可能会引发短暂且对植物本身无害的过氧化氢水平升高，从而进一步激活植物的其他防御机制。换言之，该喷涂材料不仅直接削弱有害细菌，还可能通过诱导植物自身的防御反应，实现“内外结合”的保护。

更令人关注的是，这层“喷涂盔甲”还在抗旱方面显示出明显优势。在研究中，当植物被人为停止供水四天后，未处理的植株明显萎蔫，而经过喷涂处理的植株仍保持相对健康状态。研究人员推测，这可能是因为高分子材料在一定程度上减缓了水分散失，同时又在分子层面增强了植物对干旱胁迫的应对能力，宛如为植物配备了一套微型“沙丘防护服”。

未来，研究团队计划进一步提升该高分子材料的可生物降解性，并系统评估其潜在毒性，以确保在田间应用时既安全又环保。奥普登施泰宁表示，他们的目标是在真实农业环境中推广这类喷涂技术，为作物提供新的保护手段，而当前的研究只是迈出的第一步，但已经释放出在防病与抗旱方面的巨大应用潜力。

编译自/ScitechDaily