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巴西科学家开发新型纳米技术,莠去津用量可减少80倍

2022-07-15
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世界农化网中文网报道: 纳米技术在从 1 到 100 纳米不等的尺度上″操纵″材料,可改善或赋予传统材料以全新的性能。近年来,纳米递送系统,如壳聚糖、果胶或玉米蛋白等纳米载体,已被开发为降低农药使用量的策略。

近日,根据巴西圣卡洛斯联邦大学(UFSCar)的教授 Elson Longo 透露, 一种新型纳米技术可将莠去津除草剂(atrazine)的使用量降低80倍。

这项研究由圣保罗州立大学(Unesp)环境工程学院教授 Leonardo Fernandes Fraceto 领导的该校索罗卡巴科学与技术研究所的环境纳米科学小组完成;隆德里纳州立大学(UEL)的科学家参与合作。该纳米除草剂技术曾于 2021 年获得专利,而现在又一次取得突破。

″atrazine 制造商推荐的用量为每公顷耕地使用 2 公斤除草剂。由于开发了封装该除草剂的纳米颗粒,我们能够在 2019 年将 atrazine 的使用量减少十倍,达到每公顷 200 克。现在,我们更进一步开发了一种新技术,将使用量减少了 80 倍。″研究人员说。

▲图 | 莠去津化学结构(来源:维基百科)

莠去津(亦作阿特拉津、草脱净、亚脱净),属于三嗪类除草剂,是一种针对光合作用系统 II 的抑制剂。用于玉米、高粱、甘蔗、茶树及果园林地防除一年生禾本科杂草和阔叶杂草。

莠去津是应用最为广泛的农药品种之一。但大规模的使用造成地表水和地下水污染,危及动物健康,已有多个国家对其采取了禁限用措施。因此,通过减少其使用剂量以减轻环境影响的措施亟待开发。

Fraceto 最近在 Heliyon 发表的文章″ Post-emergence herbicidal activity of nanoatrazine against Alternanthera tenella Colla plants compared to other weed species ″ 证明了包封于聚己内酯 poly(epsilon-caprolactone)制成的纳米胶囊中的莠去津可以提高除草剂的效率、减少对非目标物种和环境的负面影响。

在这项工作中,研究人员评估了纳米阿特拉津对于苋科虾钳菜属 Alternanthera tenella Colla 植物的控制效率。 A. tenella 是一种原产于热带地区的一年生杂草。其叶子除了两侧的气孔密度低外,还具有厚厚的角质层和一层蜡沉积,这都会影响除草剂的作用。

第一个实验在室外进行。在有效成分浓度同为 200 g a.i. ha-1 的情况下,观察到纳米莠去津比传统莠去津对于植物光合作用有更大的抑制作用。然而,纳米胶囊化并没有导致肉眼可见的杂草控制效果。

为了更好地了解 A. tenella 对纳米莠去津的反应,研究人员在温室中进行了第二次实验,使用四叶期的植物,用有效成分浓度为 200、500、1000、2000 g a.i. ha-1 的纳米和常规莠去津处理。 在所有剂量下,纳米阿莠去津抑制光合作用系统II活性方面显示出比商业莠去津更高的效率(高达 33%)——直到处理后的 48 小时,纳米封装产生的效率增益仅限于短期。

▲图 | 实验二中纳米莠去津和商业莠去津分别处理植物后的生长对比(来源:论文 [1])

对比两次实验可以看出,纳米莠去津在植物出苗后阶段应用更佳。在此阶段,纳米莠去津较高的效率与除草剂在叶片中的吸收和分布有关,因为纳米胶囊与植物组织有更好的相互作用,允许通过气孔途径吸收,在导管中有更大的流动性。

不过,研究人员观察到 A. tenella 对于纳米莠去津的反应与其他目标物种不同。荟萃分析表明,纳米莠去津的效率取决于所研究的植物物种。

之前的研究显示,对于其他出苗后的植物物种,如 Brassica juncea (L.) Czern、 Amaranthus viridis L. 和 Bidens pilosa L.,纳米莠去津效率显著提高,在 2000 g ha-1 浓度下使用剂量减少 10 倍。而对于耐阿特拉津的 Digitaria insularis (L.) Fedde 和对莠去津敏感的 Raphanus raphanistrum L., 纳米莠去津比商业莠去津对光合作用的抑制分别高 50% 和 70%。

而对于目前最新研发的可以减少80倍用量的纳米阿特拉津, Fraceto 在一份说明中表示,为了达到与商业莠去津相同的结果,″必须将封装在这种新技术分子中的 25 克除草剂予以稀释″。

参考资料:

1. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09902

2.https://research.com/u/leonardo-fernandes-fraceto


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