《Bioscience Nanotechnology》：Nano-enabled delivery of plant polyphenols: a climate-resilient strategy for enhancing crop stress tolerance and productivity
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这篇前沿综述系统阐述了利用纳米技术递送植物多酚（如类黄酮、酚酸），以增强作物对干旱、盐渍、热浪等非生物胁迫的耐受性。文章深入探讨了从脂质体、聚合物到金属（ZnO、TiO2）及介孔二氧化硅纳米颗粒等多样化纳米载体系统，它们不仅作为运输载体，更能作为良性胁迫（eustress）激发子，通过激活MYB转录因子，上调莽草酸（Shikimate）和苯丙烷（Phenylpropanoid）代谢通路，从而双效增强作物的氧化应激清除（ROS scavenging）、渗透平衡维持及光合机构保护能力。该策略为发展精准、可持续农业，替代合成农化品提供了高效新路径。
气候变化正给全球作物带来前所未有的韧性挑战，干旱、盐渍、热浪及重金属毒性等非生物胁迫因子层出不穷。面对这些压力，植物会启动自身的防御机制，合成具有生物保护作用的多酚类化合物。多酚，作为植物中含量最丰富的次生代谢物之一，包括酚酸、类黄酮、单宁和芪类等，它们不仅是强效的抗氧化剂，更是关键的信号分子。然而，植物固有的适应能力常常赶不上环境的急剧变化。在传统农业中，外源施用这些生物保护剂面临诸多局限：水溶性差、理化性质不稳定以及在环境中快速降解。
纳米技术为解决这些瓶颈带来了变革性策略。这篇综述的核心，便是探索“纳米递送”如何赋能多酚，从而设计出气候韧性的作物。文章系统讨论了多样化的纳米载体系统：从基于脂质的脂质体、可生物降解的聚合物（如壳聚糖），到金属纳米颗粒（如ZnO、TiO2）和介孔二氧化硅纳米颗粒。这些载体被设计用来封装和保护生物活性多酚，使其免于快速氧化或光降解。
其作用机制远不止于简单的“运输”。这些纳米制剂具有双重功能：既是运输工具，也是“良性胁迫”激发子。它们能够激活植物体内的关键调控因子——MYB转录因子。由此启动的信号级联反应，会上调莽草酸和苯丙烷这两条核心代谢通路。这相当于同时增强了防御代谢物（如类黄酮、木质素）的“原料供应线”和“装配线”。在苯丙烷通路中，关键基因如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合成酶（CHS）的表达被促进，从而驱动了多酚的从头合成。
这种“外源递送”与“内源激活”相结合的双重作用，在实践中显著增强了作物的韧性。在严峻的胁迫条件下，它能优化活性氧（ROS）的清除、维持细胞渗透压平衡，并保护光合作用机制。例如，类黄酮如芦丁和儿茶素可直接清除ROS并稳定类囊体膜；酚酸如没食子酸和咖啡酸则能螯合铁（Fe）、铜（Cu）等过渡金属离子，阻止其催化产生破坏性极强的羟基自由基（•OH），从源头上抑制氧化爆发。
多酚的作用还延伸到信号调控和疾病防御。它们可作为次级信使，影响基因表达并与激素通路（如生长素IAA、脱落酸ABA）相互作用。在抵御病原体方面，多酚能上调PAL、C4H、4CL等关键基因，促进植保素（如菜豆素）的积累，这些植保素可直接抑制镰刀菌等病原菌的生长。此外，多酚还能通过氢键、范德华力等与蛋白质、多糖结合，虽可能限制其流动性，但也参与了细胞的物理屏障强化。
然而，多酚的传统应用方式（如叶面喷施、土壤浇灌）面临巨大挑战。叶片疏水性的角质层会排斥亲水性多酚溶液，导致流失；多酚在土壤中易被有机质吸附或被微生物快速降解；它们对光、热、氧、pH高度敏感，在到达作用位点前就可能失活。因此，剂量标准化、可控释放以及规模化生产的可持续性都成为难题。
纳米封装技术正是为了突破这些限制而生的。纳米载体（尺寸通常1-100 nm）可以保护多酚，提高其溶解度和稳定性，并实现刺激响应性的控释。纳米颗粒能通过气孔（尺寸<40 nm的颗粒）或胞吞作用穿过植物细胞壁（尺寸排阻限约5-20 nm），实现高效胞内递送。一旦进入细胞，载体基质（如壳聚糖或脂质双分子层）能保护多酚在质外体中不被酶促氧化。在胁迫诱导的酸性环境等刺激下，多酚被释放出来发挥即时抗氧化功能。
根据材料和形态，纳米载体系统各具特色：
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脂质基载体：如纳米脂质体、固体脂质纳米粒（SLNs）和纳米结构脂质载体（NLCs）。它们能高效包载亲水和疏水分子，提高膜渗透性，并提供控释模式，提高生物利用度。例如，姜黄素经SLNs或NLCs包载后，其系统生物利用度较游离姜黄素显著提升。
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聚合物纳米粒：包括由淀粉、壳聚糖、藻酸盐等天然多糖制备的纳米胶囊、纳米球和纳米凝胶。它们具有良好的生物相容性和降解性，能有效保护多酚的抗氧化活性。
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无机纳米粒：如介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）、金（Au）和银（Ag）纳米颗粒。MSNs具有高比表面积，经功能化（如胺化）后可高效负载核酸或多酚。Au和Ag纳米粒可用于提高姜黄素、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）等多酚的生物利用度，并作为示踪探针。
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壳聚糖纳米粒：源自甲壳素，具有良好的生物活性和理化性质，在农业中常用于提升植物免疫。例如，壳聚糖纳米粒与水杨酸结合，对玉米真菌病害表现出强效抗性。
递送途径也多种多样，可根据需求选择：
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叶面喷施：将纳米制剂直接喷洒于叶片，通过气孔或角质层吸收，起效快，尤其适用于根系吸收受限时。例如，负载水杨酸的磁性纳米颗粒叶面喷施，提升了Calotropis procera中类黄酮和酚类含量。
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种子处理：通过浸种或包衣将纳米制剂应用于种子，可提高种子活力、增强萌发期胁迫耐受性，并为幼苗早期生长提供营养。例如，用聚乙二醇（PEG）和纳米ZnO引发水稻种子，能调控其生理分子响应。
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水培/根际施用：将纳米颗粒直接加入营养液或施用于根区，供根系吸收。水培系统条件可控，是研究纳米颗粒与植物互作机制的理想平台。
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其他方法：还包括树干注射、 syringe infiltration（注射渗透）等，主要用于实验研究或特殊需求。
综上所述，纳米递送植物多酚的策略，通过克服多酚自身的理化缺陷，并巧妙利用纳米颗粒的递送与激发子功能，实现了对作物抗逆能力的精准、高效提升。它架起了从机制研究（如水培实验）到田间验证的转化桥梁，为应对气候变化、发展可持续的精准农业，提供了一种极具潜力的合成农化品替代方案。未来，需要进一步优化纳米载体的设计，评估其长期环境行为与安全性，以推动这项技术从实验室走向更广阔的农田应用。
