中国农业大学理学院化学系杜凤沛教授团队在高效绿色农药制剂与助剂研发方面取得新进展

农药施药过程中，如何精准将药液喷施到靶标表面，并精准抵达为害部位？这一长期制约农业精准防控的难题迎来一系列新突破。近日，中国农业大学理学院杜凤沛教授团队联合海南大学孙然锋教授团队在《先进材料》（Advanced Materials）上发表研究论文《生长素功能化纳米载体通过内源性传导实现系统性作物保护》（Auxin-Functionalized Nanocarriers Hijack Endogenous Transport for Systemic Crop Protection in Plants）的研究论文，该工作创新性提出一种基于植物内源信号调控的植物主动引导递送（Plant-Active Guided，PAG）纳米递送策略，让人工纳米材料借助植物自身运输系统，实现农药活性成分从叶片向根部的精准输送。

生长素功能化纳米递送体系构建示意图
该体系通过激活植物内源运输网络，实现农药活性成分由叶片向根部的精准输送

长期以来，以根结线虫为代表的土传病害主要发生于植物根部，而传统防治方式依赖土壤灌施，不仅存在药剂利用效率低、环境残留风险高等问题，叶面喷施也因植物组织屏障限制，难以实现农药向地下靶组织的有效递送。针对这一瓶颈，研究团队创新性利用植物内源信号调控机制，在约55 nm纳米载体表面引入植物激素生长素（auxin/IAA）功能基团，使人工纳米材料能够识别并调控植物内源运输网络。

空间位阻效应增强了细胞外信号界面进而实现生长素运输的机制

该体系通过激活植物体内PIN蛋白介导的极性生长素运输途径，使纳米载体在细胞外环境中依托植物天然运输通道，由叶片向根部实现远距离定向迁移。研究发现，优化后的生长素功能化纳米载体可诱导PIN1表达水平提升10.42倍，促进纳米材料向根部精准富集，使根部积累速率提高72.32倍，根部积累量提升5至10倍，实现厘米尺度的叶—根长距离运输，突破了传统纳米材料难以在植物体内主动导航的限制。该研究突破了传统纳米递送依赖穿透植物屏障的设计思路，提出了一种“材料主动适应生命系统”的新理念——利用植物长期进化形成的信号调控网络，为人工材料提供天然运输路线，实现精准导航与定向递送。

围绕绿色农药助剂全链条技术攻关，团队同步产出多项系列成果。在生物基助剂高值化方向，团队围绕工业木质素高值化利用，在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）发表研究论文《通过绿色分馏实现木质素磺酸钠分子至中尺度结构调整：解析结构-泡沫稳定性关系》（Molecular to Mesoscale Structure Tailoring of Sodium Lignosulfonate via Green Fractionation: Unraveling the Architecture-Foam Stability Relationship），该工作建立了“分子结构—界面流变—泡沫稳定”的关联机制，为工业木质素副产物绿色分级、生物基消泡剂开发及农药助剂高值化利用提供了新的技术路径。

木质素磺酸钠分子结构—界面流变—泡沫稳定关联机制

针对田间施药时疏水叶面药液弹跳、润湿渗透差的现实问题，团队构建了天然凹凸棒土纳米棒（ATP）/AOT纳米杂化体系，系统考察其稳定性以及液滴撞击、铺展、渗透和除草增效行为，提出“固—液双向界面调控”策略，相关研究成果以《从弹跳到泵送：天然黏土纳米杂化材料通过界面重塑实现除草剂高效递送》（From Bounce to Pump: Natural Clay Nanohybrids Enable Active Interfacial Remodeling for Efficient Herbicide Delivery）在《美国化学会应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）发表。

ATP/AOT纳米杂化体的“双向固液界面调控”策略与“协同级联润湿路径”

在雾滴沉积优化方面，团队进一步厘清桶混助剂尿素的作用机理，证实尿素并非依靠改变表面张力、黏度发挥作用，而是在液滴干燥后期，通过溶质析出结晶重塑药剂沉积形貌，提升药剂在作物表面覆盖连续性，相关研究成果以《尿素在农业喷雾沉积中的独特作用：通过调节干燥动力学实现中心沉积》（Urea’s Distinct Role in Agricultural Spray Deposition: Modulating Drying Dynamics to Enhance Central Deposition without Wetting Benefits）在《农药管理科学》（Pest Management Science）发表。

尿素调控农药剂量传递过程

中国农业大学为上述论文的第一完成单位，理学院杜凤沛教授、张晨辉副教授、高玉霞高级实验师，农学院王洪亮教授，海南大学孙然锋教授为上述论文共同通讯作者，中国农业大学与海南大学对口支援部省合建联合培养博士生张羲，博士生黄海琪、刘思杨、刘锐为上述论文第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、贵州省重点研发计划等项目的支持。

杜凤沛教授团队长期致力于农药助剂和制剂的研发，持续提供新的理论依据及科学高效的评价方法。近年来，团队在该领域取得一系列卓越成果，分别在《先进材料》（Advanced Materials）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、《美国化学会纳米》（ACS Nano）、《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）等期刊发表SCI论文140余篇，获授权国家发明专利20项，为实现化学农药减施、增效、提质开辟出新的调控策略。