中国农业大学理学院化学系杜凤沛教授团队在纳米农药土壤扩散行为调控方面取得新进展

近日，中国农业大学理学院化学系杜凤沛教授团队在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上发表研究论文《形态导向型纳米载体通过精准侧向扩散提升线虫防治效果》（Morphology-Directed Nanocarriers Enable Precision Lateral Diffusion for Enhancing Nematode Control）。该研究服务于国家绿色农业发展，提出了一种通过纳米载体形态调控实现农药在土壤中精准扩散的新策略，为高效省力化滴灌系统的开发提供了理论基础。

图1:利用形态可控的纳米胶囊调控阿维菌素的土壤扩散行为并增强根结线虫的防治效果

传统农药在滴灌中常面临有效成分易吸附、难迁移的困境，致使分布不均与药效不佳。阿维菌素便是典型，其差的土壤移动性严重限制了土壤中根结线虫防治。然而现有纳米技术多聚焦粒径，缺乏对扩散行为的精准调控。针对此瓶颈，本研究旨在破解滴灌农药横向扩散不足的难题，开发一种能精确引导农药空间分布的新型递送系统。

本研究采用乳液缩聚法，以小分子糖和异佛尔酮二异氰酸酯为原料，制备了一系列具有不同形态（凹形、无定形、球形、多棱形）的阿维菌素纳米胶囊（图1）。系统评价了不同形态纳米胶囊的理化性质、悬浮稳定性、光解稳定性、释放行为及在土壤中的纵向淋溶和三维扩散行为。结果发现，凹形纳米胶囊能显著改变阿维菌素在土壤中的迁移路径，其横向扩散范围比传统悬浮剂显著扩大40%，更契合滴灌作物根区的药剂分布需求。盆栽和田间试验表明，凹形纳米胶囊对根结线虫的防效分别比传统悬浮剂提高约80%和30%。此外，该递送系统显著减轻了阿维菌素对作物种子萌发的抑制作用，并表现出良好的环境可降解性和非靶标生物安全性（图2）。该研究提出的通过调控纳米载体形态实现农药在土壤中的精准扩散，为滴灌农药递送系统的设计提供了新策略和理论依据。

图2：阿维菌素纳米载体缓解农药对作物萌发与生长的抑制

该项研究由国家重点研发计划（2022YFD1700502）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，张晨辉副教授及先正达集团顾玉诚教授亦对论文做出重要贡献。