中国农科院研制新型MOFs多孔纳米载体，用于腈菌唑农药持续控释与枯萎病菌协同抑制

日期:09-19-2024

世界农化网中文网报道：近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所质量与安全课题组在新型MOFs多孔纳米载体研制、腈菌唑持续控释、农药利用率提升方面取得重要进展，相关研究成果以″A pH-responsive MOFs@MPN nanocarrier with enhancing antifungal activity for sustainable controlling myclobutanil″为题发表于《Chemical Engineering Journal》上。

腈菌唑是一种抑制病原菌（担子菌和子囊菌）麦角甾醇生物合成的内吸性杀菌剂，广泛用于防治水果、谷物、蔬菜作物、草坪护理和木材保鲜中的各种真菌病害。过量使用腈菌唑引起的农药残留，会危害农产品质量安全，并对非靶标生物传粉昆虫产生生态暴露风险和毒理效应。研发新型多孔纳米载体，用于腈菌唑的高效负载和控缓释，既能有效增加农药利用率和生物相容性，也可显著减少农药施用次数和投入量、降低农药残留，提升农产品质量安全水平。

图一：Ag-TCPP@MYC@MPN的制备流程图

图二： Ag-TCPP 、 Ag-TCPP@MYC和Ag-TCPP@MYC@MPN 的纳米结构表征

金属有机框架（MOFs）是一种多孔网状晶体材料，在农药识别吸附、检测分析和装载递送方面具有巨大的应用潜力。近年来，以卟啉及其衍生物为功能性配体制备的新型卟啉MOFs更是展现出了优异的环境稳定性和生物相容性，成为农药纳米载体研究的热点。然而，多数蔬菜表面含有疏水性蜡质层，能够弱化卟啉MOFs载体的粘附作用，降低农药的沉积量，卟啉MOFs的功能化修饰是解决上述问题的有效手段。单宁酸是一种植物中常含有的天然多酚化合物，可与过渡金属离子配位，形成金属多酚网络材料（MPN），快速沉积修饰在卟啉MOFs表面，利用MPN的强粘附作用，可以增强载体的附着力，延长保留时间，提高农药的利用率。

图三：Ag-TCPP负载腈菌唑的影响因素优化（药材比、时间、溶剂）

图四：不同pH下Ag-TCPP@MYC@MPN的腈菌唑累积释放曲线（a）及其释放模型（b）；MYC原药、Ag-TCPP@MYC、Ag-TCPP@MYC@MPN分别在小白菜和油菜叶片上的滞留量（c）及腈菌唑有效沉积量（d）

基于上述分析，本研究以银基MOFs（Ag-TCPP）作为多孔纳米载体，对腈菌唑（MYC）进行高效负载，利用自组装策略将金属多酚网络（MPN）封装在农药载体表面，成功制备了具有pH响应的Ag-TCPP@MYC@MPN纳米载药体系，并对其负载/释放性能、光稳定性、粘附性、生物安全性和抑菌活性进行了深入探究。研究结果表明，Ag-TCPP@ MYC@MPN 呈现无序纳米花结构，在 pH 4.96、7.5 和 8.5 释放体系中Ag-TCPP@ MYC@MPN累积释放率分别为 52.6%、62.6% 和 80.0%，说明该体系具有pH 响应的缓慢释放性能。此外，Ag-TCPP@MYC@MPN 的抗枯萎病菌活性较MYC和Ag-TCPP@ MYC有显著增强，可能原因是纳米载体既可控缓释MYC、增加农药的环境稳定性和持效期，也可以缓慢释放载体中的单宁酸和 Ag+，产生协同抑菌功效。生物安全性实验表明，多孔纳米载体对小白菜种子的发芽没有明显抑制作用，施用Ag-TCPP@MYC@MPN 14天后，小白菜上腈菌唑农药残留为0.05mg/Kg，符合《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》（GB2763）的相关要求。该工作为制备新型刺激响应多孔纳米载体提供了研究思路，为提升农药利用率、降低蔬菜产品农药残留、保障农产品质量安全提供了技术支撑。

图五：CK (a), 腈菌唑原药(b), Ag-TCPP@MYC@MPN (c)的枯萎病菌抑菌活性

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724072048