昆士兰大学许志^教授、李鹏博士、黄云博士EcoMatlDQ纳c颗_搭载生物活性分子作为叶面环保农?/span>
2021-08-13 来源:中国聚合物网 点击?/span>
关键词：环保农药
摘要
传统农药的用是Ҏ作物病害及虫宻I提高作物产量的主要手Dc纳cx术的发展引发了新一轮的农业生物技术革命。环境友好的U米微球作ؓ载体可以有效保护q投攄物活性分子，从根本上实现高效无公害绿色农药的制备Q以期最l取代传l农药。此cL型农药尤光于叉h。本文简要介l了可经叉h的生物活性分子，描述了相应的U米载体Qȝ了农药研发的特点Q提ZҎ来研发战略的和业发展的思考。对于一些具有应用前景的研究成果Q本文以一定的幅q行了相对详l的介绍和分析?/span> 农业领域的纳c生物技术尽仍然处于初U阶D，但是在不q的来会得到更多的x和显著的发展。随着世界人口的增长和可耕作土地面积的减，对于未来农业生的要求不仅是提高产量Q还有对生态环境的保护。而这一攸关人类未来生存的要求，是传l的化学工业合成农药无法辑ֈ的。生物活性分子因光效无公害无残留的特点Q成ZC代农药的理想选择。然而其生物zL也D其在日常环境中容易降解和失活。其他领域内生物zL分子应用研I的l验指出Q纳c颗_蝲体能够有效地保护生物zL分子，提高利用效率Q降低生产成本。然而纳c颗_对于环境和人畜的毒性尚未得到统一的认知。因此在C代农药的研发q程中，有必要增加在环境保护以及生安全层面的考虑和设计?/span>
Ҏ传统农药和生物活性分子可以发玎ͼ传统农药的优劉K中在工业生成本Q生物活性分子的优势集中在对环境和生态系l的保护。然而传l农药低生成本的背后是对生态系l和公众健康不可逆的伤害。如果在宏观的层ơ上l合考虑环境ȝ、公共医疗、生产力损失{导致的一pd隐Ş成本的话Q那么传l农药的所谓成本优势不q是市蜃楼、镜花水月。民众日益提高的环境保护意识及对健康和食品安全的重视Q农业生安全和农药安全问题获得了来多的关注，也推动着以生物活性分子ؓ核心成分的新一代环保农药的研发?/span>
在喷施途径斚wQ叶面喷施比土壤施用更适合生物zL分子环保农药。土壤中复杂的环境因?Q酸度、粘土、细菌、酶Q、根pȝzL和植物体内的{q均限制了农药的利用效率。这Ҏ易失zȝ生物zL分子来Ԍ影响ؓ明显。叶面喷施则避免了以上限制。而且植物的大多数生理zd都在叶片上进行，有利于生物活性分子利用效率的提高?/span>
植物对异体生物活性分子的自发利用已广Zh知。来自根瘤菌的共生受体样蛋白Ȁ酶和固酶就是典型的例子。在已知的农业生物技术研I中Q核酸、多肽和植物代谢物的应用Q已有相x道。核酸相x道主要见于{基因植物?/span>RNAq扰的应用。施用植物抗菌肽被证实对蜜蜂和哺乛_物细胞无毒，同时其抗菌效果相当于12.5倍剂量的传统农药Kocide 2000。初U代谢物Q^酸、}基酸、聚胺）的相关研I已有大量报道。植物激素作为化肥和除草剂也有广泛的应用。考虑到生产成本，植物代谢物在实际应用中经总_提取物的Ş式存在。植物垃圾中含有一定量的代谢物Q可l进一步提炼变废ؓ宝。而其他传l意义中的生物活性分子，如碳水化合物和脂质，未见直接施用于农作物的相关报道?/span>
相对于已有大量报道的ȝU米载体Q农用纳c体的研究需要注意以下几点：1. ȝ制剂的投送\径相对固定；农用制剂׃目标的多h将会面对多U投送\径；2. 农用制剂的目标和路径可能h截然不同的理化性质和生理环境；3. 动物l胞没有l胞壁；而绝大多数植物细胞具有一层坚厚实的l胞壁做为物理屏障?/span>4. 鉴于农品在马斯z需求层U理Z?/span>“生存需求”地位和在工业业链中的“原材料”地位，所有农业技术的应用必须考虑到成本的限制?/span>
已有研究报道的农用纳c体包括：
1. 纳cx料，例如纳c纤l、石墨烯/氧化矛_烯、碳U米?/span>
2. cL滑石_土
3. 氧化纳cx?/span>
4. pH响应高分子材?/span>
5. 金属基材?/span>
6. 脂质?/span>
Z提高研发效率Q我们徏议在早期阶段开始引入工业合作者的参与。而研发战略应当与农药应用的动力学途径成相反的方向Q图1Q?/span>
?. 生物zL分?U米载体杂合物环保农药的动力学顺序与产品研发战略的逻辑序
在大量的研究报道中，以下一些成果值得重点xQ?/span>
加州大学伯克利分校的Markita Landry团队以碳U米搭载的Cy3染色DNA能够I过l胞壁进入细胞。而无载体的Cy3染色DNA则无法进入。Seon-Yeong KwakQ现任职于首国立大学）以壳聚糖修饰的单壁碳U米搭载DNA通过叶子背面的气孔进入叶l体Q已辑ֈ转基因的目的。该载体的制备方法简便廉P投送过E不需要化学和机械辅助。异体DNA投递入叶绿体后不会增殖Q从而避免传l{基因植物的潜在u理学风险。Markita Landry和Seon-Yeong Kwak均出自麻省理工学院化工系Michael Strano团队。（?Q?/span>
?. 纳c管/DNA杂合物的递送\径示意图QA) l细胞壁QB) l叶背气孔到辑֏l体
昆士兰大?/span>AIBN的许志^教授、李鹏博士和QAAFI 的Neena Mitter团队合作Q以层状双金属碱式盐QLDHQ搭载大分子双链RNAQ经直接叉h的方式，通过RNAq扰机理使植物获得不于30天的病毒免疫效果Q远大于无蝲体RNA?天的免疫效果。LDH在叶面可以提供良好的沉积形状和附着牢度Q可以一定程度上抉|雨水的冲列夜_叉上凝l的露水与叶面气孔呼出的二氧化碳混合后Ş成的弱酸性溶液能够溶解LDHQ达到缓释RNA的效果。在另一报道中Q许志^教授团队与Mitter团队l箋合作Q同样以LDH搭蝲双链RNAQ直接投送入ql胞Q获?9%的基因沉默效率，q大于无载体RNA?7%的效率。（?Q?/span>
?. A) 叉hLDH/RNA后，LDH在叶面被酸溶解，~释RNAq入叉Q达成RNAq扰QB) LDH/RNA杂合物直接进入花_细胞，释放RNAQ达成RNAq扰
昆士兰大?/span>AIBN的余承忠教授、张隽博士及团队以刺H中I氧化硅球搭载生物杀虫剂Q获得了更强的附着牢度和耐日光性能。本研究中，刺突表面提供了优U的附着牢度Q中I结构降低了材料密度Q提高了负蝲效率。（?Q尽该报道的研I是以牛为目标，但是未来借鉴为植物叶面喷剂也未尝不可?/span>
?. 以刺H中I氧化硅U米颗粒体的环保杀虫剂
壌p材料在生物医药领域的应用已有大量报道。其自nh抗菌Q抗真菌和抗虫的功能Q可以搭配前q的多种U米载体Q也能直接搭载生物活性分子。壳聚糖的制备工艺成熟简便，原料充Q是具备大规模工业应用前景的环保高分子材料。（?Q?/span>
?. 壌p的A)来源QB) 可适配的纳c颗_；C) 可负载的生物zL分子；D) 可对抗病原体/完
lg所qͼ生物zL分子符合新一代农药环保、可持箋发展的要求。纳c体可以保护生物活性分子以期最l达成可实际应用的目标。在未来的研I中Q叶面吸收的机理需要进一步明。材料Ş貌、叶面的微观l构以及两者之间的互动q需要探索。通过叉气孔q入叶子内部的效率也需要得到评估。在最l的制剂配方里，辅剂的选择也很重要?/span>
除了学术层面的多学科合作之外Q农药生产企业和农作物种植领域各行业协会的参与也是十分必要的。由于农业相关业的利润有限Q有关管理部门需要指对{配合、协助ƈȀ励农药生产企业，促企业提高研发投入Q积极采用更新更环保的技术对产品升换代。近期成立的生态植保工业研I中心（ARC Industrial Transformation Research Hub for Sustainable Crop ProtectionQ，整合相兛_U及产业的资源投入新一代叶面环保农药的研发Q以应对未来_食安全问题的挑战?/span>
Peng Li, Yun Huang, Changkui Fu, Shang Xu Jiang, Wei Peng, Yi Jia, Hong Peng, Ping Zhang, Narelle Manzie, Neena Mitter, Zhi Ping Xu*, Eco-friendly biomolecule-nanomaterial hybrids as next-generation agrochemicals for topical delivery, EcoMat. 2021;1?9
相关链接
https://doi.org/10.1002/eom2.12132
免责声明Q部分资料来源于|络Q{载的目的在于传递更多信息及分nQƈ不意味着赞同其观Ҏ证实其真实性，
也不构成其他。仅提供交流q_Q不为其版权负责。如涉及侉|Q请联系我们及时修改或删除?br>邮箱Qinfo@polymer.cn
Q责ȝ辑：sunQ?
