中国农业大学博士生在一区Top期刊（IF=18.5）发表论文，为作物病虫害防治提供了新理论基础——通过提高纳米农药利用效率

学术 2024-09-30 18:15 北京

近日，中国农业大学理学院杜凤沛教授团队（高效绿色农药助剂与胶体界面化学研究团队）在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials，中科院1区Top）上发表了通过尺寸效应调控纳米农药递送体系双向传导、防效和安全性的研究。该研究服务于国家可持续农业发展的战略，为新型纳米农药递送体系的设计与评估提供了新的理论基础，有助于推动农药减施增效。

纳米农药被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）认为是彻底改变未来农业实践的关键工具，并于近些年来得到了大力发展。其中以纳米农药递送体系的研究最为广泛，以功能性材料为载体负载农药活性成分可以实现活性成分的有效保护、靶向递送和低毒化，由此显著提升农药利用率和防治效果。然而，纳米农药载体的制备尚缺乏易于工业化的手段，且其在植物体内的传导行为尚未得到充分利用。基于此，该研究通过一步微乳聚合反应得到了一系列粒径可控的高效氯氟氰菊酯纳米凝胶悬浮剂（LONFs），以此来探索纳米载体尺寸效应对其传导、防效和安全性的影响。当纳米凝胶粒径逐渐缩小时，其在蚕豆苗内的双向传导速度逐渐提升，展现出了明显的尺寸效应。这种效应体现在，当粒径降至一定范围内时，纳米凝胶会显现出在维束管内快速且集中的传导。该现象也在三种国家主要粮食作物中得到了证实，这表示每种纳米载体和作物之间都存在一种潜在的粒径阈值使纳米载体快速扩散和转移，而这种快速的传导也显著提高了对刺吸式口器害虫如蚜虫的防治效果，为进一步提高农药利用率提供了理论基础（图1）。

图1 高效氯氟氰菊酯纳米凝胶制剂的制备及其在蚕豆苗内尺寸选择性双向传导的示意图

与市售制剂相比，由于载体的包覆掩盖了高效氯氟氰菊酯的信号，该递送体系显著降低了对人体肾脏细胞的细胞毒性，且随着粒径增大进一步降低。另一方面，虽然总细胞凋亡率得到了显著降低，但是细胞在纳米凝胶制剂的刺激下展现出了细胞坏死而非正常凋亡的过程，可能是由于纳米载体在穿过细胞膜时造成的膜损伤，值得进一步关注以合理平衡纳米农药递送体系的防效与安全性（图2）。总体而言，该项研究为未来纳米农药递送体系的设计与活性成分的靶向递送提供了一种新的策略，有利于进一步提高农药利用率，也为国家作物病虫害的防治提供了新的理论基础。

图2 高效氯氟氰菊酯纳米凝胶制剂的细胞凋亡测试

该项研究由国家重点研发计划（2022YFD1700502）和国家自然科学基金委员会（32272582）资助。中国农业大学为第一完成单位，理学院2022级博士生吴天岳为第一作者，杜凤沛教授，高玉霞博士为共同通讯作者。

杜凤沛教授团队主要从事绿色农药制剂、绿色功能助剂及化学农药减施增效方面研究，通过胶体与界面化学和农药学的交叉与融合，为提高农药利用率及实现病虫草害绿色防控提供新理论、新方法、新产品。

研究团队网址：https://www.x-mol.com/groups/du_fengpei

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