中国农业大学植保学院沈杰、闫硕团队提出农业场景化智能纳米农药设计新策略

农药是保障粮食安全的核心生产资料，但漂移、淋溶、光解等问题导致大量农药流失，易引发环境污染、农药残留与害虫抗药性问题。智能控释纳米载体作为精准植保的研究方向之一，虽在室内展现出了优异性能，但在实际农田中常因环境复杂而难以适配，成为成果转化的关键瓶颈。近日，植物保护学院沈杰、闫硕团队在《Journal of Controlled Release》上发表题为“Smart-controlled nanosystems for agricultural applications”的综述论文，提出了“基于农业场景的导向型设计策略”（图1），将纳米材料设计与具体场景需求结合，涵盖旱田/水田、常规/有机农业、白天/夜间、酸/碱环境、常规/难防病虫害等五大典型农业场景。该研究系统提出了基于农业应用场景的智能控释纳米载体设计新范式，突破了传统纳米农药研究仅关注“材料本身”的局限，将设计理念从“材料驱动”转向“场景驱动”。

图1 基于农业场景的智能纳米载体设计策略

研究团队系统梳理了无机、有机、有机-无机杂化三大类纳米载体的载药优势（图2），深度解析pH、光、温度、氧化还原、酶、电磁及多重响应的控释机制（图3），明确纳米载体在保护活性成分稳定性、内在生物活性、多组分共递送、界面性能优化、靶向递送、选择性协同等方面的核心价值（图4）。

图2 无机、有机以及有机-无机杂化纳米载体

图3 刺激响应型纳米载体的释放机制与设计策略

图4 智能控释型纳米载体的优势

研究团队提出了农业场景化定制的设计理念（图5）。旱田/水田：针对性提升农药叶面附着与水生生物安全性；常规/有机农业：为有机种植提供植物源农药、生物防治、信息素、天敌协同的纳米递送方案；日间/夜间：结合害虫活动的昼夜节律，开发光响应型日间释药、夜间缓释载体等；酸/碱微环境：设计靶向响应体系，实现“按需释药、精准灭害”；顽固性病虫害：采用多组分共递送、RNA干扰协同、纳米载体保护等策略，突破传统防控瓶颈。

图5 多样化农业场景的智能控释纳米载体应用策略

研究团队同时指出，纳米农药产业化需突破四大关键瓶颈：低成本绿色合成与农林废弃物资源化利用、大田实际防效提升、场景化跨学科设计、全链条安全评价与标准完善（图6）。目前，我国已出台纳米农药产品规范文件，为该技术落地提供了政策支撑。

图6 纳米农药可持续发展的研究方向

植物保护学院博士研究生刘晨霄和乔恒为该论文第一作者，沈杰教授与闫硕教授为通讯作者。董民副教授、博士研究生蒋沁宏和关梅、北京化工大学尹梅贞教授也参与了该项工作。本研究得到了中国烟草总公司重大科技项目计划（110202201020[LS-04]）、国家重点研发计划（2024YFC2607600和2023YFD1700304）、国家自然科学基金（32372631）、拼多多-中国农业大学科研基金（PC2023B02018）和中国农业大学‘2115’人才培育发展支持计划等项目的资助。