植物病毒严重影响农作物产量和品质，如玉米褪绿斑驳病毒、小麦线条花叶病毒、马铃薯Y病毒等，每年在全球造成的经济损失超过600亿美元，严重威胁粮食安全。

植物病毒的传播途径、范围非常广泛。可以在植物细胞内寄生，也可以在自然界中通过昆虫、花粉或种子传播；有些植物病毒可进入昆虫腔肠，使其终生具备散播病毒的能力。目前的植物病毒的防控主要依赖化学农药，与其他病原体（如害虫、真菌）导致的植物病害不同，病毒的侵害特性使得传统化学农药的靶向性和有效性下降，通常需要反复多次施药才能起到控制效果；另一方面，病毒的变异又迫使更大剂量化学农药的使用，危害生态和食品安全。因此，发展高效、靶向的新型抗病毒农药迫在眉睫。

当前，纳米技术在农业领域的应用已成为国际研究的新热点。表明了一种手性纳米粒子（3 nm Cu1.96S）可快速通过叶片气孔进入植物细胞，精准识别烟草花叶病毒外壳蛋白亚基，高效杀灭烟草花叶病毒，阻断烟草花叶病毒对农作物的侵染。

目前市面上所宣称的“纳米”农药意为药剂分子的“剂型尺度”，其作用机理与化学农药无异。与此不同，该研究的手性纳米粒子以特异性破坏病毒外壳蛋白的方式杀灭病毒，且不产生抗药性、无残留，是一种绿色的新型农药。

该研究来自江南大学胥传来、匡华教授团队与美国密歇根大学、巴西圣卡洛斯联邦大学、伊利诺伊大学、中国农业科学院烟草研究所的合作。

手性纳米粒子在生命体系中具有生物效应

手性分子示例

手性，是一个立体概念，指物体的镜像不能与本身完全重合的特性，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。2001年，3位利用手性催化剂生产手性药物的科学家被授予诺贝尔化学奖。如今，手性合成已成为21世纪的重要研究领域，广泛用于生命科学。

在发展抗植物病毒的手性农药之前，胥传来研究团队一直主要针对人类病毒性感染进行纳米生物材料开发，同时开展基于抗体标记的免疫分析方法开发，在可视化的分析过程中进行抗体标记，该团队率先发现了手性等离子体材料的卓越检测性能，研发了一系列免疫快速检测试纸条、试剂盒、亲和层析柱、免疫磁珠等广泛应用于食品、农产品、环境中的风险因子的日常监测。

考虑到生物大分子的纳米尺度特性以及识别中的立体选择性，团队继而开展与生物分子结构域匹配的手性纳米颗粒研制，来调控生命过程。研究团队在2018年发展了可媲美限制性内切酶的CdTe手性材料，2021年研制了特异性杀灭乙肝病毒的手性硫化铜纳米材料。

“前期的工作已经证明，无机手性纳米材料的结构可以像天然的蛋白酶，精确识别生物分子特定位点；还可在光的作用下降解Aβ淀粉样蛋白，缓解阿尔兹海默症。”胥传来介绍，手性纳米药物的临床应用非常漫长，“所以我们希望同时将手性纳米技术推向另一个领域——可持续农业。”采用植物生长本身所需的无机盐为原料，发展靶向纳米农药，对环境和作物友好，可能为农药的研发带来变革性思路。

烟草花叶病毒（TMV）是第一个被人类发现的植物病毒，极易传播、性能稳定，侵染多种重要经济作物，能在多种植物上越冬，严重影响农作物产量和品质。因此，该团队以TMV为对象，开展手性纳米材料合成。

烟草花叶病毒衣壳蛋白与3 nm Cu1.96S合成途径

TMV外壳是由2130个蛋白亚基形成的螺旋管状结构，内管直径约4nm，遗传物质单链RNA在其中。根据这种结构特点和尺度，我们对先前的硫化铜纳米颗粒进行结构改造，使之变小，同时也进行了‘手性’的设计。3纳米的硫化铜纳米颗粒可以较好地进入TMV病毒的内孔，通过与蛋白亚基特定位点亲和，稳定地结合在孔内。右手性纳米颗粒与TMV蛋白亚基的结合力更强，是左手性颗粒的20倍。

高效特异结合病毒或生物大分子,农业、医药、食品应用广泛

化学类农药的靶点通常为病原体的某些生物靶点，这些靶点往往存在于一些执行重要生理功能（如神经传导）和信号通路上。在农药的选择压力下，病原体通过变异“躲过”这些靶点所受到的“死亡威胁”，农药便失效。手性纳米粒子杀灭病毒的独特机制，不会诱导病原体抗性，具有更好的生物安全性。

在该工作中，以D-青霉胺为表面配体，手性3nm Cu1.96S纳米粒子特异性识别病毒蛋白衣壳中的 Q99ANPTTA105 位点，手性纳米粒子的 位点选择性，使这种“量身定制”的纳米粒子与TMV的特异性结合力达到了107 L/M，能够在阳光照射下高效地特异性杀灭TMV病毒（与其他病毒衣壳的亲和力则要低3000倍～1万倍）。在太阳光的辅助下，衣壳蛋白第101位的天冬酰胺（Asp,Q）和第102位的脯氨酸（Pro, P）之间的肽键断裂，导致病毒衣壳裂解，相当于破坏病毒的物理屏障，令孔内的核酸暴露、进而降解；这种杀灭作用并非针对病毒生理代谢途径，因此不诱导病毒变异，也不会给任何变异病毒逃逸机会。

纳米粒子与衣壳蛋白作用位点

进一步研究证实，用该粒子水溶液（1μM，5mL/株）喷洒受TMV侵染的作物，3天内超过95%的病毒即可被清除，效率显着高于目前所有抗植物病毒的化学农药。它通过植物叶面气孔，进入植物细胞发挥杀病毒作用，在此过程中一价铜氧化为二价铜离子，被植物快速吸收，利用率高。施药所用铜元素浓度远小于土壤和植物本身存在的基础铜含量，研究团队通过监测作物的根、茎、叶以及土壤等，进一步验证施药对作物或土壤中的铜含量无改变。该手性纳米农药有望作为一种绿色、安全的新型农药，为手性纳米材料的应用找到新方向。

“接下来，我们计划将之推广应用。”对此，胥传来表示对此需要进行更大规模的田间试验，监测配药剂量、施药间隔等问题。尽管实验条件下其效率远胜于传统农药，但实际中还要考虑目标农田周围的TMV发生情况，以此决定有效保护作物的药物浓度；以及观测其对于不同茄科植物、不同生长期植物的作用效果。 对于其他植物病毒，受生物安全的限制，该团队尚未进行广泛研究，“植物病毒的实验涉及生物安全问题，必须和国家农科院等有资质的院所合作。”

手性纳米材料靶向杀灭TMV的工作，打开了新的视野。“我们发现，所有生命体系的相互作用都取决于独特的结构和空间构象，我们发展与之构象、尺度相匹配的纳米材料，为我们未来开展更复杂层面上的生命调控提供了基本策略。”另外，对于应用层面，胥传来认为一定要考虑纳米颗粒的生命周期——如何发挥作用、又如何排出动植物体、是否影响生态安全。

根据人体肠道上皮细胞与肠道微生物的表面受体，该团队以微量元素为材料，开展特异性亲和力的手性纳米粒子设计，有望调控肠道稳态、进而改善机体健康与免疫力。