纳米介孔二氧化硅调控农药在黄瓜植株中吸收运转性能的机制研究

Improving the uptake and transportation performance of pesticides is a main scientific problem that researchers have been trying to study and solve in many years. Nanotechnology application in pesticide loading can change the uptake and transportation behavior of pesticides in plants by controlling the size and distribution of particles, which helps to increase the utilization efficiency of pesticides and reduce the dosage level in the non-target area and the environment. In this study, based on the actual situation of typical disease control in cucumber plants, mesoporous silica nanoparticles (MSNs) in different sizes and distribution will be prepared and carry two model pesticides with different uptake and transportation performance. The effect of size and distribution on the uptake and transportation of pesticide-loading particles in cucumber will be investigated. The micro-mechanism of MSNs regulating the uptake and translocation of systemic and non-systemic pesticides in cucumber plants will be clarified. This study provides the basic theory for optimizing the design of MSNs as carriers of pesticides and opens up a new technical way to improve the uptake and transportation performance of pesticides in plants.

改善农药在植物体内吸收运转性能是提高农药内吸传导活性的有效措施，也是多年来科研工作者着力研究解决的重要科学问题。利用纳米技术，有效负载农药成分，通过载药颗粒粒径、分散度等的调控，改善农药在植物体内的吸收运转性能，可提高农药的有效利用率，降低其在非靶标区域和环境中的投放量。本项目拟基于黄瓜上典型病害防控实际场景，制备粒径尺度和分布不同的纳米介孔二氧化硅载体颗粒，分别对两种内吸性不同的模式农药进行载药，研究粒径尺度和分布等对载药颗粒在黄瓜植株体内吸收运转性能的影响规律，阐明纳米介孔二氧化硅对调控不同内吸性农药在黄瓜植株中吸收运转性能的微观机制。本项研究为优化纳米介孔二氧化硅载药颗粒的设计提供理论基础，为改善农药在植物体内的吸收运转性能开辟新的技术途径。

农药减量使用迫在眉睫，科学有效的使用农药可保障农业生产和生态环境安全。运用现代前沿科技手段，如纳米技术等，可提高农药有效利用率，降低其在非靶标区域和环境中的投放量与残留污染。根据农药性质、植物病虫害发生规律特点及环境条件，改善农药在植物体内吸收运转性能，是目前提高农药利用率的有效途径之一。本研究选择纳米介孔二氧化硅作为农药载体，嘧霉胺、咪鲜胺、螺虫乙酯、唑菌酯作为模式农药，制备了载药颗粒，研究了农药在黄瓜植株体内的吸收运转及代谢规律。通过表面活性剂、共结构导向剂和硅源的自组装，获得纳米介孔二氧化硅载体，然后采用溶剂挥干法，用纳米介孔二氧化硅分别对嘧霉胺、咪鲜胺、螺虫乙酯、唑菌酯进行载药，获得载药颗粒，同时对载体颗粒用异硫氰酸荧光素标记。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜观察、氮吸附-解吸附测试等结果说明，纳米介孔二氧化硅载体和载药颗粒都呈现球形的形状，粒径大小为纳米级别；通过物理作用农药能够进入介孔结构中，实现负载，同时可通过pH环境调控释放效果。将载药颗粒对黄瓜叶片进行处理后，研究了嘧霉胺、咪鲜胺、螺虫乙酯及其代谢产物在黄瓜植株不同部位及果实中的剂量分布规律。结果表明，纳米介孔二氧化硅载体能够被黄瓜叶片迅速吸收，并传输到根、茎等其他部位；与传统的悬浮剂相比，纳米介孔二氧化硅载体颗粒能够更好的被叶片吸收和转运；纳米介孔二氧化硅载体能够作为一种控释材料，可减缓农药在黄瓜叶片中的代谢。将载药颗粒对黄瓜根部进行处理后，研究了不同粒径大小的唑菌酯载药颗粒在黄瓜中吸收的效果，结果表明粒径较小的载药颗粒更容易被黄瓜有根部吸收并传输到叶部。本研究可为优化纳米介孔二氧化硅农药载体设计提供试验经验，为改善农药在植物体内传输性能开辟新的技术途径，为纳米材料在农药领域的应用提供了重要的理论基础。