神奇的 “植物創(chuàng)可貼”

嚴(yán)穹

難治的“黃龍病”

人類世界正因新冠肺炎而舉步維艱的同時(shí)，還有幾種流行性疾病正在危害著全球的農(nóng)作物，使柑橘、橄欖和香蕉等水果的生產(chǎn)處于危險(xiǎn)之中。

比如，在美國的“陽光之州”佛羅里達(dá)——這里貢獻(xiàn)了美國80%的橙汁產(chǎn)量，每個(gè)柑橘園都有大約一半的果樹染上來自亞洲的致命流行病，稱作“黃龍病”或“柑橘綠化癥”?；疾『螅麡涞臉涓兊没?，葉子比正常狀態(tài)短兩厘米，而且開始發(fā)黃。完全長成的柑橘還是青色的，它們本來應(yīng)該像壘球那么大，但現(xiàn)在卻只有乒乓球大小。發(fā)育不良的果實(shí)將提前墜落并腐爛，然后整個(gè)樹株會(huì)慢慢死亡。

佛羅里達(dá)的柑橘園是“黃龍病”最嚴(yán)重的地方。更令人擔(dān)憂的是，這種疾病還傳播到了世界其他地方，包括墨西哥、印度、巴西和非洲南部，并感染了多種作物，造成了數(shù)百億美元的損失。

科學(xué)家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，“黃龍病”是由一種名為“亞洲柑橘木虱”的昆蟲傳播的，它攜帶致病細(xì)菌進(jìn)入植物體內(nèi)，專門感染植物循環(huán)系統(tǒng)中的韌皮部，尤其是根部。傳統(tǒng)的治療方法很難達(dá)到這些部位，大多數(shù)農(nóng)藥只是簡單地噴灑或涂抹在植物的葉子或莖上，抗菌化合物很難通過循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)街参锏母俊?/p>

為了對(duì)抗“黃龍病”、挽救果樹，雖然科學(xué)家可以培育抵御“黃龍病”的轉(zhuǎn)基因數(shù)株，但這會(huì)讓水果消費(fèi)者避而遠(yuǎn)之。相比之下，改進(jìn)農(nóng)藥的使用方式或許才是更好的辦法。于是，就讀于麻省理工學(xué)院的中國生物醫(yī)學(xué)博士曹云騰，想到了一個(gè)好方法——給植物貼上“創(chuàng)可貼”。

神奇的“創(chuàng)可貼”

所謂的“植物創(chuàng)可貼”，其實(shí)是一種微針貼片。

在人類醫(yī)療中，微針貼片已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。它通常含有一個(gè)小小的方塊晶片，晶片上面布滿了密密麻麻、細(xì)小尖銳的微型針頭。這些針頭由角蛋白、絲蛋白等絲質(zhì)材料制成，內(nèi)含藥物。當(dāng)微針貼片貼在身體上時(shí)，會(huì)無痛地刺破皮膚表層，然后，針頭緩慢溶解，漸漸將藥物釋放到皮膚細(xì)胞間的間隙液中，進(jìn)而使其進(jìn)入血液。與傳統(tǒng)的打針注射相比，微針貼片的疼痛感要小得多，對(duì)患者造成感染或其他傷害的風(fēng)險(xiǎn)較小，而且可以持續(xù)釋放藥物，增加療效，因而深受患者歡迎。

考慮到微針貼片的上述優(yōu)點(diǎn)，曹云騰發(fā)明了一種植物微針貼片，可以貼在大型植物的莖、葉、根或其他部位，將殺蟲劑、農(nóng)藥等物質(zhì)直接送入它們的循環(huán)系統(tǒng)中，提高吸收效率。雖然植物微針也是用絲質(zhì)材料制作的，但是與人類所用的材料并不相同。這是因?yàn)橹参矬w內(nèi)的水分通常比人類少，所以微針在溶解時(shí)需要一些幫助。為此，制成的成品植物微針需要具有較強(qiáng)的親水性（吸水性），以便更好地利用水分。但與此同時(shí)，植物微針仍然需要足夠堅(jiān)韌，才能刺破植物的表皮。與人類微針貼片一樣，相比于對(duì)植物進(jìn)行傳統(tǒng)的皮下注射，使用植物微針的方式對(duì)植物的傷害也沒有那么大。

在實(shí)驗(yàn)中，植物微針已經(jīng)被成功用于向煙草植物和西紅柿中注入熒光粒子，隨后可以看到熒光粒子從植物的莖部移動(dòng)到葉子和根部。除了運(yùn)送抗生素或者營養(yǎng)素，植物微針還被證明有很多用途，它可以幫助科學(xué)家理解植物中的運(yùn)輸現(xiàn)象，也可以用來運(yùn)送基因，以此改造植物。

到目前為止，植物微針是一種精密設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，曹云騰希望它在農(nóng)業(yè)大規(guī)模使用，以對(duì)抗“黃龍病”。所以，他所在的研究小組利用一種安裝在小型無人機(jī)上的玩具槍進(jìn)行了田間應(yīng)用測(cè)試，玩具槍能夠?qū)⒅参镂⑨樕淙胩镩g植物中。如果實(shí)驗(yàn)效果良好，那么在將來，植物微針將用于大規(guī)模的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中。