近日，中国农业大学植物保护学院刘西莉教授课题组在Chemical Engineering Journal期刊上发表了题为″Cellulose-based nanocarrier for on-demand release and reduced aquatic toxicity of pyraclostrobin in fungal disease management″的研究论文。该研究制备了一种响应病原菌侵染微环境的纤维素基纳米农药，实现了吡唑醚菌酯的安全释放和高效利用。
水稻是重要的粮食作物，由立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起的纹枯病给水稻生产造成严重损失，化学药剂是防治该病害的主要手段。吡唑醚菌酯作用于线粒体呼吸链复合物III，具有广谱、高效的特点，被广泛用于作物真菌和卵菌病害的防控。然而，该类杀菌剂易光解，且对水生生物毒性风险高，限制了其在水稻病害防控中的推广应用。
本研究通过乳化-溶剂蒸发法制备了负载吡唑醚菌酯的乙基纤维素纳米载药颗粒，并在其表面成功修饰单宁酸-铜离子金属多酚网络，构建了双壳层纳米农药Pyr@EC-TCu。通过优化制备工艺参数，实现了载药颗粒从微米级到纳米级的精细调控。结合扫描电镜、透射电镜-EDS能谱分析、红外光谱、热重分析等表征手段，证实成功制备了吡唑醚菌酯纳米农药Pyr@EC-TCu（图1）。
图1 吡唑醚菌酯纳米农药（Pyr@EC-TCu）的制备过程及其表征
Pyr@EC-TCu显示出pH、温度及酶三重刺激响应释放性能。在酸性条件下，Pyr@EC-TCu的金属多酚网络结构解离，12 h时铜离子的释放率超过90%；在纤维素酶的作用下，载体结构快速降解，60 h内的药物累计释放率达到92%。乙基纤维素和单宁酸-铜离子网络双壳层可保护吡唑醚菌酯避免光降解，经历36 h紫外光暴露后，Pyr@EC-TCu相比于原药光稳定性提升7.8倍。此外，Pyr@EC-TCu还可以通过纳米级别的尺寸和氢键作用增强在水稻叶片上的滞留能力，相比于常规制剂，抗雨水冲刷能力提升3.5-4.7倍。
生物活性试验表明，Pyr@EC-TCu对立枯丝核菌的离体EC50为0.099 mg·L⁻¹，与原药活性相当。温室条件下，Pyr@EC-TCu对水稻纹枯病显示出优异的防效，在7 d和14 d时分别达到88.9%和81%，显著优于吡唑醚菌酯乳油制剂处理（图2）。斑马鱼急性毒性试验表明，Pyr@EC-TCu相比于乳油制剂对成年斑马鱼的毒性降低87.01%，并且对水稻幼苗的生长无负面作用。
图2 Pyr@EC-TCu的生物活性及其对水稻纹枯病的温室防效
综上， 本研究制备的纳米农药Pyr@EC-TCu显著提升了吡唑醚菌酯的光稳定性和叶片滞留能力。通过响应病原侵染微环境来实现吡唑醚菌酯与铜离子的协同释放，提升病害防治效果。Pyr@EC-TCu在无刺激环境中保持缓慢释放，显著降低了吡唑醚菌酯对水生生物的暴露风险，该研究为吡唑醚菌酯的高效利用提供了新方案（图3）。
图3 吡唑醚菌酯纳米农药的制备过程及作用机制示意图
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172154
来源: 刘西莉课题组
