《Plant Nano Biology》：Enhanced Delivery of Essential Oil Biofungicides Using Chitosan Nanoparticles: A Review
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目前农业生产中真菌病害防控高度依赖化学杀菌剂，但其长期大量使用导致病原菌抗药性增强、环境残留及人畜健康风险等问题日益凸显。纳米技术在农业、食品及生物医学领域的快速发展为解决上述困境提供了新思路，其中壳聚糖（chitosan）基材料因兼具生物相容性、可降解性及天
目前农业生产中真菌病害防控高度依赖化学杀菌剂，但其长期大量使用导致病原菌抗药性增强、环境残留及人畜健康风险等问题日益凸显。纳米技术在农业、食品及生物医学领域的快速发展为解决上述困境提供了新思路，其中壳聚糖（chitosan）基材料因兼具生物相容性、可降解性及天然抗菌活性，被视为构建新型纳米生物杀菌剂的理想载体。本研究系统综述了负载植物精油（essential oils, EOs）的壳聚糖纳米颗粒（chitosan nanoparticles, CS NPs）在植物病原真菌防控中的应用潜力，重点解析了其制剂构建技术、壳聚糖作为载体的理化与生物学优势、抗植物病原真菌效能及作用机制，并结合Scopus数据库文献计量分析揭示了该领域的研究热点与知识缺口。研究人员指出，精油虽具广谱抗真菌活性，但存在挥发性强、水溶性差、易氧化降解等缺陷，而纳米封装技术可通过改善其稳定性、实现控释递送及增强靶向性，显著提升实际应用价值。当前研究已证实CS NPs负载EOs体系在体外与活体条件下均能有效抑制多种作物病原真菌，并通过激活植物防御通路（如茉莉酸、水杨酸途径）诱导系统抗性。尽管该领域研究自2015年以来呈快速增长趋势，但田间规模化应用仍面临制剂稳定性优化、非靶标生物安全性评估及生产工艺标准化等挑战。未来需加强跨学科协作，推动此类纳米生物杀菌剂从实验室成果向商业化产品转化，为可持续农业发展提供绿色植保方案。
1. 引言
植物受生物与非生物胁迫影响，其中真菌病害危害最为严重，全球约8000种病原真菌可导致作物减产及经济损失。传统化学杀菌剂虽广泛应用，但引发抗药性、环境污染及生态毒性等问题。植物源活性物质（如酚类、黄酮类、萜类）因环境友好特性成为替代选择，其中精油通过激活植物茉莉酸、水杨酸和苯丙烷类防御通路发挥抗病作用。然而，精油主要成分萜烯类化合物存在不稳定、水溶性差及易氧化等局限，限制了其商业化应用。纳米封装技术通过将精油包封于微/纳米载体系统，可有效保护其免受环境因素影响，实现精准递送与控释。壳聚糖作为第二丰富的天然高分子聚合物，凭借其阳离子特性、生物可降解性及抗菌活性，成为农药递送系统的理想材料。现有综述多单独聚焦于壳聚糖载体特性或精油生物活性，缺乏对其协同增强抗真菌效能的系统性分析，尤其忽视了其在植物病理学中作为功能性平台的深入研究，同时对该类纳米生物杀菌剂的实际应用风险与产业化挑战评估不足。本综述旨在系统解析壳聚糖纳米颗粒负载精油作为新型生物杀菌剂在植物保护中的开发与应用，评估其抗真菌效能及潜在风险，为可持续农业发展提供理论支撑。
2. 权衡植物保护与人类健康风险
植物健康与人类健康密切相关，选择对人畜安全的杀菌剂至关重要。全球已记录超过19000种作物病原真菌，其产生的真菌毒素可直接或间接威胁人类健康。当前主流化学杀菌剂（如甲氧基丙烯酸酯类、琥珀酸脱氢酶抑制剂类、唑类）占市场份额77%，多为单一位点作用机制，易导致病原菌抗药性快速演化。尽管多位点杀菌剂抗性问题相对较轻，但仍存在潜在风险。合成杀菌剂的残留毒性（如致畸、致癌、神经毒性）及对非靶标生物（如传粉昆虫、土壤微生物）的危害已被广泛证实，其难降解特性还会破坏生态系统平衡。相比之下，植物源天然化合物（尤其是精油）因高效低毒、环境相容性好成为研究热点。多项体外试验表明，丁香、肉桂、牛至等植物精油对链格孢菌、丝核菌、葡萄座腔菌等多种病原真菌的抑制效果显著优于传统化学杀菌剂（如腐霉利、代森锰锌等），但精油的不稳定性仍是限制其实际应用的核心瓶颈。
3. 杀菌剂纳米制剂
植物源杀菌剂的商业化应用需解决制剂稳定性与递送效率问题。纳米技术通过构建纳米结构载体，可实现活性成分的稳态化与控释。对于理化性质不稳定的植物源化合物，可生物降解的纳米胶囊能确保其在靶标区域持续释放，维持有效浓度并避免药害。纳米封装方法主要包括乳化法、离子凝胶法、喷雾干燥法及复合凝聚法等，其中离子凝胶法因操作条件温和、无需有机溶剂，成为精油纳米封装的主流技术。壳聚糖作为天然阳离子多糖，其分子量与脱乙酰度决定其溶解性与成膜性，高脱乙酰度壳聚糖在酸性条件下可形成带正电荷的纳米颗粒，通过静电作用与阴离子交联剂（如三聚磷酸钠）结合，实现对精油的包封。壳聚糖的生物可降解性源于其分子链中N-乙酰葡糖胺与氨基葡萄糖残基可被微生物酶解，降解速率受pH、温度及脱乙酰度调控。其无毒性与生物相容性已在医药与农业领域得到验证，不仅能直接抑制病原真菌，还可诱导植物产生系统抗性。在交联剂选择上，三聚磷酸钠因无毒、可生物降解被广泛采用，而戊二醛因水生生物毒性被排除在农用制剂研发之外。
3.14 壳聚糖纳米颗粒负载精油的抗真菌活性
植物精油主要成分为萜烯与萜类化合物，虽具广谱抗菌活性，但直接施用易受环境因素影响而失效。纳米封装通过壳聚糖与三聚磷酸钠的离子交联作用，将精油包裹于纳米颗粒内部，实现缓慢释放，显著延长持效期。2015年后相关研究呈爆发式增长，涵盖草莓灰霉病、番茄早疫病、黄瓜白粉病等多种作物病害防控。表1汇总了代表性研究中不同来源精油（如百里香、柠檬草、丁香、牛至等）经壳聚糖纳米封装后的抗真菌效果，显示其粒径多分布在50-500 nm范围，Zeta电位为正值，呈球形结构，对链格孢菌、镰刀菌、青霉菌等病原真菌的抑制活性显著优于游离精油。活体试验进一步证实，该类纳米制剂可降低黄瓜白粉病、番茄枯萎病等病害的严重度，并通过上调WRKY转录因子、葡聚糖酶及几丁质酶基因表达，增强过氧化氢酶、过氧化物酶等抗氧化酶活性，激活植物防御反应。此外，该体系对细菌（如野油菜黄单胞菌）与线虫（如捻转血矛线虫）也表现出潜在防控效果，显示出多靶标生物防治潜力。
3.15 壳聚糖纳米颗粒负载精油的抗真菌作用机制
纳米封装显著提升精油抗真菌效能，如芹菜籽精油对黄瓜白粉病的防效从60%提升至75%，百里香酚对灰霉病菌的EC50从12.30 μg a.i. mL-1降至9.90 μg a.i. mL-1。其作用机制主要包括：①物理破坏作用：壳聚糖的正电荷与真菌细胞膜表面负电荷发生静电吸附，导致膜结构破裂与胞内物质泄漏；②控释增效作用：纳米颗粒实现精油在侵染位点的持续释放，维持致死浓度；③诱导植物抗性：激活苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶等防御酶活性，促进酚类与黄酮类物质积累及细胞壁木质化，构建物理与生化屏障。研究表明，该处理还能诱导活性氧爆发及防御相关基因表达，增强植物系统获得抗性。
3.16 研究主题的文献计量分析
基于Scopus数据库的文献计量分析显示，2015年前相关研究极少，2015年后发文量持续增长，Food Chemistry期刊为该领域最高被引期刊。关键词共现分析识别出12个研究集群，涵盖制剂开发（如离子凝胶法、乳液法）、效能评价（体外/活体试验）、靶标病害（灰霉病、青霉病、白粉病等）及应用领域（果蔬采后保鲜）。研究演进呈现阶段性特征：2018年前聚焦基础制剂开发，2020年后转向工艺优化与靶标病原菌筛选，2022年以来则侧重应用效果、分子机制及新兴病害防控。伊朗在该领域贡献最突出，但国际合作网络薄弱。当前研究缺口主要体现在田间规模化应用数据匮乏、生产工艺放大困难、分子互作机制解析不足及生态环境风险评估缺失等方面，亟需加强多学科协作以推动成果转化。
3.17 壳聚糖纳米颗粒在杀菌剂技术中的挑战与限制
尽管壳聚糖纳米颗粒负载精油体系展现出巨大应用潜力，但尚未有商业化产品问世。主要挑战包括：①环境安全性评估不足，需明确其对非靶标生物（如传粉蜜蜂）的毒性效应及长期生态影响；②制剂稳定性待优化，需解决不同温湿度条件下的精油释放规律与储存稳定性问题；③生产工艺标准化缺失，合成参数（如搅拌速度、pH、交联剂比例）对纳米颗粒粒径分布与包封率影响显著，需建立统一质量控制标准；④毒理学数据不完善，虽现有研究表明植物源精油纳米制剂对人正常细胞无毒性，但仍需系统评估其在农业场景下的暴露风险。
4. 结论
化学杀菌剂的过度使用促使农业向绿色可持续模式转型，壳聚糖纳米颗粒递送系统通过增强精油稳定性与抗真菌活性，为实现减药增效提供了创新方案。当前研究多集中于实验室阶段，未来需重点突破制剂标准化、规模化生产及环境安全性评价等关键瓶颈，推动产学研协同创新。通过复配不同精油或结合生防菌剂，可进一步降低病原菌抗药性风险。在发展中国家，加强农民技术培训与科普宣传，将有助于加速此类纳米生物杀菌剂的推广应用，最终实现作物病害的绿色防控与农业生态环境的保护。
