我所開發基于仿生材料提高農藥利用率的新方法

近日，我所生物技術研究部天然產物及糖工程研究組（1805組）尹恒研究員團隊在農藥高效利用研究領域取得新進展。

農藥是重要的農業生產資料，傳統農藥劑型在作物葉片的附著力較弱，由于雨水沖刷等原因導致只有小部分活性成分被目標生物所利用，這是導致農藥過度使用的主要原因之一。因此，提高農藥利用率已成為世界各國農業及環境可持續發展急需解決的重大問題。納米農藥可改善農藥有效成分的生物活性、利用率和持效期，減少農藥流失，降低農藥施用量和施用次數。利用納米材料與制備技術發展的納米農藥，被國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）評為“改變世界的十大化學新興技術”之首，是國際綠色農藥創新發展的新方向。

近年來，尹恒團隊開展了關于納米農藥的系列研究，前期已研發多種有效的糖類納米農用制劑（Int. J. Biol. Macromol.，2019；J. Plant Growth Regul.，2022）；開發了具有植物信號分子活性氧（ROS）響應釋放功能的智能控釋劑型（J. Agric. Food Chem.，2020），實現了農藥的智能響應釋放及利用率提高。

本工作中，研究團隊針對疏水作物葉面的農藥更易被雨水沖刷流失的問題，基于疏水作物葉面有大量蠟質結構形成的三維粗糙表面的結構特點，提出通過制備表面具有針刺狀結構的仿生海膽狀載體顆粒，并基于顆粒表面的針刺可插入作物葉面蠟質縫隙與作物葉面之間產生的結構互嵌作用，增大靜摩擦力及黏附力，進而提高抗雨水沖刷性能。研究團隊制備了可搭載不同農藥的多糖-聚苯胺海膽狀納米顆粒，并在水稻和黃瓜葉片上進行驗證，發現強降雨沖刷后，海膽狀納米農藥在植物上具有高保留率及良好的病害防治效果，優于現有商品化制劑。該研究為開發新型高效的納米農藥制劑提供了理論指導及實際案例。

相關研究成果已申請專利并以“Sea urchin-like nanocarrier for enhancing pesticide retention and rain fastness on hydrophobic and hydrophilic crop foliage”為題，于近日發表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。該工作的共同第一作者是我所1805組副研究員謝紅國與聯合培養碩士研究生于廣錄，云南省煙草公司玉溪市公司參與了田間試驗等工作。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、ANSO聯合研究專項、大連市科技創新基金等項目的支持。（文/圖 謝紅國）

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151901