近期，中国农科院植保所黄啟良/曹立冬研究员团队完成的题为″Balancing fungicidal efficacy and environmental safety: A water-based metal–organic framework nano-delivery system suppressing hazardous metabolite conversion of prothioconazole for sustainable agriculture″的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。研究基于丙硫菌唑分子自己作为"配体"，通过将PRO与Cu²⁺配位，构建了一种纳米金属有机框架（MOF），再经高速剪切法成功制备出无需有机溶剂、水基化的10%丙硫菌唑纳米悬浮剂（MOF NSC），可直接田间应用。
小麦茎基腐病由多种镰孢菌引起，专门从茎基部和根系侵入，破坏维管组织，阻断水分与养分运输。发病严重时，感病品种可减产一半以上，直接威胁粮食安全。化学防治仍是当前最直接、最经济的手段，丙硫菌唑（prothioconazole，PRO）则是其中的主力品种——在小麦返青至拔节期施用，能有效压低茎基腐病的危害。但这款"好药"有一个由来已久的软肋：它在作物、土壤和光照条件下会快速发生脱硫代谢，生成丙硫菌唑-脱硫代谢物（d-PRO）。d-PRO对肝脏和肾脏的毒理效应更重，发育毒性和生殖毒性也明显高于母体，对非靶标生物和环境构成更大风险。更棘手的是，d-PRO对假禾谷镰孢菌的抑菌活性反而比母体更强。这意味着，一味追求"低毒"可能牺牲药效，而追求"高效"又难以回避毒性代谢物的累积。如何在这两者之间找到平衡点，是丙硫菌唑可持续应用的难题。
提高茎基部传输效率
小麦茎基腐病的病原菌主要侵染茎基部，药剂能否有效到达这一部位，直接决定防效。研究团队改进了评价方法，确保在茎基部和根系检测到的药剂仅来源于叶面沉积物的向下传输。结果显示，三种制剂在小麦体内的总浓度相近（74.36、73.51和67.97 mg/kg），初始沉积量无显著差异。但MOF NSC在茎和叶中的丙硫菌唑浓度显著高于另外两种制剂，在根和叶中的d-PRO浓度更低，且丙硫菌唑由叶片向茎的传输效率显著优于商品油悬浮剂，实现了更优异的″靶向递送″。
提升的稳定性
与市售制剂相比，MOF NSC突出的优势在于对PRO稳定性的提升。由于优异的润湿性，MOF NSC与对照制剂在小麦上初始沉积量无显著差异——但药剂在体内的"形态构成"截然不同：常规可分散油悬浮剂和普通纳米悬浮剂中，d-PRO总量显著高于母体，可分散油悬浮剂尤为明显；而MOF NSC中丙硫菌唑浓度显著高于d-PRO，母体稳定性明显增强。紫外光降解实验同样证明了MOF NSC具有提高的稳定性。在紫外光照3小时后，商品可分散油悬浮剂中丙硫菌唑仅剩34%（降解率超过65%），普通纳米悬浮剂剩53%，而MOF NSC几乎检测不到降解。配位形成的框架结构，相当于给农药分子加了一把"锁"。
体外活性更强，体内防效相当
抑制d-PRO生成，也意味着放弃了一部分由d-PRO贡献的活性——这道"减法"会不会让田间防效打折？
离体抑菌试验给出了相反的结果。铜离子的引入显著提升了对假禾谷镰孢菌的抑制活性，三种制剂的EC₅₀分别为0.568、0.432和0.378 mg/L，MOF NSC活性最强。这可能源于金属阳离子引入的更多活性位点，以及金属配合物对脂质膜穿透能力的改善。
盆栽活体试验则给出最终答案。在50和300 mg/L两个浓度下，三种制剂对小麦茎基腐病的防效均无显著差异。这表明，在实际应用条件下，母体稳定性提升、毒性代谢物减少，并不会削弱对茎基腐病的控制效果——铜离子带来的活性增益与茎基部靶向传输的改善，可能正好补上了那部分"缺口"。
铜离子的″一箭双雕″
值得一提的是，MOF中配位的铜离子并非″配角″。它既是小麦生长所需的微量营养元素，在一定程度上促进小麦生长；又是植物系统抗性的诱导因子，可激活小麦自身的防御反应。这意味着MOF NSC不仅是″杀菌剂″，更是一个兼具营养与免疫激活功能的″多功能递送平台″。施药14天后，MOF NSC处理组小麦根长、茎叶长和地上部鲜重分别提升27%、4%和9%，促生效果优于另外两种制剂；而商品油悬浮剂反而使茎叶长和地上部鲜重分别下降6%和2%，推测与其含有大量有机溶剂有关。本研究未停留在″实验室性能″层面，而是直接瞄准了清洁生产与可持续农业的现实需求：无有机溶剂、水基化制剂、田间适用。MOF NSC在防效与环境安全之间找到了一条平衡路径，为农药减毒增效提供了可借鉴的策略。
总结
本研究利用活性农药分子作为有机配体与金属离子配位以构建农药MOF，为基于农药独特化学结构设计农药负载体系提供了新思路。在当前农业实践中，许多活性农药分子在植物体内向下转运能力较差，这限制了在根茎部病害、土传害虫、刺吸式害虫或隐蔽性害虫等场景下的精准高效防控。尽管MOF NSC与传统制剂相比表现出更好的转运效率，但仍有相当大的改进空间。值得注意的是，这一发现提出了一个重要研究问题：其他基于农药的MOF体系是否表现出相当或更优的转运效率，这一方向值得在后续工作中深入研究。除此之外，MOF配位策略在实验室条件下展现的d-PRO抑制效果是明确的，但″暂时延缓脱硫″与″真正降低环境风险″之间存在关键的数据缺口。未来研究还会量化MOF降解后PRO的最终归趋与d-PRO的累积释放量。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209531192600403X
来源: 公众号：农业科学微平台
