提高农药利用率一直是我国乃至世界农药研究的重要课题，2019年12月农业部公布当年我国水稻、玉米、小麦三大作物农药利用率为39.8%，较2015年仅提高了3.2%。相关研究表明，农药施用过程中，由于雾滴蒸发、飘移等因素导致空间传递约造成20%的剂量损失，雾滴弹跳、破碎、飞溅、药液流失等导致界面传递约造成35%的剂量损失。中国农业大学杜凤沛教授认为：药效=活性成分种类×用量×农药剂量传递效率，即药效取决于农药的活性成分种类、用量及农药剂量传递效率。而对于一个企业的特定产品，活性成分种类和用量一般是固定的，提高药效的关键是提高农药剂量传递效率。

靶标作物的叶面特性是影响农药剂量传递效率的关键因素。就此，杜教授提出了高效对靶载体功能材料设计策略，他表示基于靶标叶面的界面特性进行制剂研发是提高农药对靶剂量传递效率的有效策略。

对靶载体功能材料

对靶载体功能材料分为靶向亲和性材料和靶向拓扑效应材料。靶向亲和性材料包括多酚类靶向粘附材料，如具有儿茶酚等基团的化合物；和非多酚类靶向粘附材料，如多羟基或其他富含氢键化合物。多巴胺和单宁酸是优秀的靶向亲和性材料，研究表明，多巴胺包覆的阿维菌素纳米微囊具有高的叶面黏附性和耐雨水冲刷性；通过木钙和单宁酸与Fe³⁺的螯合作用可形成具有对靶沉积能力的微囊降低了稻田水生生物急性毒性。纤维素、淀粉和蛋白质等天然多羟基化合物作为非多酚类靶向粘附材料，具有来源丰富、生物相容性良好、生物降解性好等特点。研究表明微晶纤维素载体降低了氟虫腈药液在黄瓜叶面与花生叶面的接触角，提高了药液在黄瓜叶面(1.8倍)和花生叶面的沉积量(0.6倍)，并且相较于氟虫腈乳液，载体显著降低了氟虫腈对非靶标生物(蜜蜂)的毒性。聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-丙烯酸共聚物(P(GMA-AA))对负载阿维菌素的二氧化硅进行修饰，最终得到了具有优异pH响应性和黏附性的阿维菌素功能化载体。

靶向拓扑效应材料

靶向拓扑效应材料包括具有阻碍滞留效应的具有高度粗糙表面的无机载体和具有拓扑互补效应的具有叶面互补拓扑形貌的载体。具有靶向拓扑效应的功能化载体有天然纳米粘土-凹凸棒土，其可以吸附农药分子，控制因冲刷与浸出而排放到环境中的农药损失。研究表明，高能电子轰击可以提高了凹凸棒土的分散度和比表面积，基于改性凹凸棒土的微纳米网络状结构可以在作物叶片持留，大幅度降低药肥的流失。杜凤沛教授课题组还针对疏水/超疏水作物叶面的微纳粗糙结构，设计一种帽子形农药载药微球，利用拓扑形貌改善了农药的叶面持留效果。帽子形结构特点：平均直径2.5微米，内凹直径为1.5～2.0微米、深度为0.5～1.0微米，适用于不含烯烃官能团的几种杀菌剂。后期的试验结果表明，相比于悬浮剂与传统微球，帽子形微球在水稻叶面上具有更高的持留率和一定的缓释能力。

图 1  帽子形农药载药微球

杜教授表示结合修饰靶标亲和基团的策略，他们希望可以开发出一种将非共价键作用与拓扑诱导效应合二为一的功能化载体，来进一步增加农药的叶面沉积与抗冲刷能力，也是对现有进展的延伸。杜教授课题组选取多酚聚合物作为叶面亲和高分子，利用酯化反应可制备具备叶面亲和性与拓扑效应的复合载体。通过对功能化咪鲜胺微球的形貌、缓释性、粘附力、沉积量、抗冲刷的一系列实验,证实了在“帽子-挂钩”效应与氢键的共同作用下,功能化咪鲜胺微球较圆形微球和未修饰微球相比叶面黏附力、持留沉积量显著提升,有了很大的改观。值得注意的是，0.5小时降雨，200 mg/L复合微球的防效仍达90%，高于传统SC的40%和未修饰帽子形微球的80%。

杜教授表示高效对靶沉积的功能化农药载体尚存在许多科学问题：① 功能化载体的生物相容性、降解产物毒性、土壤微生物毒性等；② 功能化载体中试、大生产放大的技术、成本、工艺等研究；③ 现有释放机理仍是以材料溶胀或降解为主带来的自发扩散为主，需关注缓释向控释的转变，实现智能释放和定向精准释放；④ 功能载体的普适性和使用技术问题。提高农药利用率研究道路上我们任然任重而道远！

本文素材来源于2020年12月13日由《现代农药》《农药快讯》编辑部举办的“农药助剂前沿与革新研讨班”中杜凤沛教授的主题报告“高效对靶沉积的功能化农药载体研究进展与应用”。

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