植物角质层是由叶片表面一层薄薄的蜡膜构成，能够使植物抵御害虫、防止养分和水分流失，也参与植物表面水和养分的运输环节。因此，农民施用杀虫剂保护作物叶表面不受害虫和疾病侵袭，使植物最大程度地利用叶片进行光合作用，提高作物产量。然而，杀虫剂的过度使用也带来了诸多问题，如杂草、害虫和疾病的抗性越来越强，以及由于产品注册条件日渐苛刻导致农药的总库存量日趋减少。因此，如果能够了解杀虫剂中表面活性剂与植物叶表相互作用的机制，就可以调整杀虫剂的成分，提高杀虫剂产品效用，一方面可以提高作物产量，另一方面可以减少杀虫剂的潜在副作用，如：杀虫剂可能会破坏蜡层，导致植物更易被疾病和细菌、真菌侵袭。
日前，英国皇家学会期刊Journal of the Royal Society Interface发表了英国曼彻斯特大学Elias Pambou团队研究结果“小麦重组蜡层结构特征”。该团队根据小麦叶片的蜡状表皮构建了一种类似的叶表蜡层模型，利用英国科学技术设施委员会（STFC）提供的散裂中子源（ISIS），探究了杀虫剂配方中最为关键的表面活性剂如何与叶表相互作用，从而进入植物并产生作用。
在此项研究中，科学家利用英国约克大学绿色化学系（Green Chemistry Department）研发的超临界二氧化碳萃取技术，即在高温高压的超临界状态下的二氧化碳溶剂溶解叶表蜡层，当压力和温度下降时，二氧化碳挥发，得到蜡层。将萃取的蜡层旋涂于硅平面构建叶表模型，该模型和真正的叶表蜡层结构非常相似，因此可用于研究杀虫剂透过蜡层进入植物内部的机制。
另外，Elias Pambou团队还使用ISIS INTER设备，利用中子反射技术通过蜡层模型表面反弹中子。研究发现，蜡层是由一个包裹着大量晶体的薄膜构成；同时，ISIS INTER还探索了蜡膜的组成成分以及水如何以分子形态进入蜡层。结果表明，中子反射技术非常有效，一方面能够使科学家了解蜡层的厚度，另一方面能掌握在此厚度范围内蜡层密度的变化；可以比较透过叶表的水分子和蜡层底部植物上表皮细胞处水分子的数量，从中发现水在植物内扩散的方式。
Elias Pambou团队这项研究是首次使用萃取蜡的方式重制蜡层，用以研究杀虫剂通过小麦和大麦等作物叶表蜡层的机制，研究结果有助于优化杀虫剂配方、进一步提高作物产量，还能为研发性能优良的杀虫剂配方提供新途径。此项研究也是优化农业化学制品的一大进步，在不损害作物的基础上提高产量以满足日益增长的全球人口需求。此外，该项研究进一步拓展了人们对于植物吸收动力学的理解，证明了水可以渗透进叶表蜡层。
此研究项目由先正达（Syngenta）公司资助。
（编译 李楠）
