近日，中国农业科学院黄啟良老师与余曼丽老师团队在《International Journal of Biological Macromolecules 》发表名为"Pectin-modified pyraclostrobin nanocapsules: Targeted delivery of pesticides for improved control of stem base rot of wheat" 的期刊论文。该团队聚焦小麦茎基腐病的绿色防控难题，开发了一种果胶修饰的吡唑醚菌酯纳米胶囊（NCS@Pec） ，为智能农药递送系统的研发提供了重要突破。
发表日期：2026年02月06日
关键词：控释；智能响应；果胶；小麦茎基腐病；选择性
小麦是全球主要的粮食作物，其稳产对保障粮食安全至关重要。然而，由假禾谷镰孢菌引起的小麦茎基腐病近年来呈蔓延态势，对全球小麦生产构成严重威胁。该病害的防治面临一个核心难题：病原菌主要侵染被土壤覆盖的小麦茎基部，这不仅增加了病害早期检测的难度，还导致传统化学农药难以有效渗透并靶向作用于病原菌，往往造成防治效果不佳。因此，迫切需要开发新技术以突破上述物理屏障，实现农药的精准施用，从而实现该病害的可持续防控。吡唑醚菌酯是一种广谱、高效的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂，对包括假禾谷镰孢菌在内的多种病原真菌均表现出优异的防治效果。但该药剂的传统制剂存在固有缺陷，如光降解速度快、靶向性不足，且对水生生物具有较高毒性，这些局限性严重制约了其防治潜力的充分发挥。假禾谷镰孢菌侵染小麦时，会分泌果胶酶降解植物细胞壁，同时产生草酸、乳酸等有机酸，导致侵染位点的局部 pH 值降低。这种病原菌与寄主植物间的互作特征，为研发防治小麦茎基腐病的智能控释制剂提供了理想的双重触发机制。果胶作为植物细胞壁的关键组分，是病原果胶酶的天然作用底物，且具备优良的生物可降解性和环境相容性。基于果胶的智能递送系统已在多种作物病害的防控中展现出应用潜力，例如果胶 / 壳聚糖修饰的二氧化硅纳米球可有效防治烟草黑胫病，果胶包被的微胶囊能实现双重响应释放，对核盘菌病害达到持续防控效果。但该策略在小麦茎基腐病这类地下病害防治中的应用潜力，尚未得到系统性研究。系统评估该策略在防治小麦茎基腐病方面是否优于传统制剂，并对其稳定性、靶向效率、环境行为及生物安全性进行全面检测，是推动智能农药从概念验证走向实际应用的关键。该研究采用纳米乳剂界面聚合法，在胶囊壳反应体系中引入果胶，构建了同时响应果胶酶和 pH 信号的智能农药递送系统，并以吡唑醚菌酯为活性成分负载其中，用于小麦茎基腐病的防治。研究对该纳米胶囊的光稳定性、抗雨水冲刷性、抗真菌活性、吸收转运能力及对斑马鱼的安全性进行了全面评价，同时提出利用选择性系数评估纳米农药药效与安全性平衡的可行性。图1为吡唑醚菌酯纳米胶囊的表征结果，从多维度验证了果胶修饰吡唑醚菌酯纳米胶囊（NCS@Pec）的结构与理化特性：其中 A、B 为扫描电镜（SEM）图像，分别展示了未修饰纳米胶囊（NCS）和 NCS@Pec 的形貌，可见果胶修饰后胶囊表面更粗糙，颗粒间黏附性提升；C 为傅里叶变换红外光谱（FTIR）图，通过吡唑醚菌酯、胶囊壳及 NCS@Pec 的特征峰变化，证实异氰酸酯基参与交联反应且果胶羟基与异氰酸酯基形成酰胺键，说明 NCS@Pec 合成成功；D、E 为粒径分布图，显示 NCS 平均粒径 151 nm，果胶修饰后的 NCS@Pec 粒径降至 113 nm，粒径更均一；F 为热重分析（TGA）曲线，结果表明纳米胶囊壳层对吡唑醚菌酯活性成分具有保护作用，提升了其热稳定性。图2围绕果胶修饰吡唑醚菌酯纳米胶囊（NCS@Pec）的控释行为展开，直观呈现了其 pH 和果胶酶的双重响应特性：A 为 NCS@Pec 在果胶酶作用下的释放机制示意图，清晰展示病原菌分泌的果胶酶水解胶囊中的果胶成分，触发吡唑醚菌酯从胶囊中释放的过程；B 为不同 pH 对 NCS@Pec 释放行为的影响，结果显示该纳米胶囊的释放率随 pH 降低显著提升，在病原菌侵染的酸性环境（pH 5.0）下 36 h 累积释放率达 87.75%，而碱性条件（pH 9.0）下仅为 18.55%，体现出明显的 pH 响应性；C 对比了酸性条件下有无果胶酶对释放的影响，加入果胶酶后 NCS@Pec 的释放速率大幅提升，8 h 累积释放率超 90%，较无酶处理提升 30.14%，证实果胶酶可作为关键触发因子，让纳米胶囊在病原菌侵染位点实现农药的快速、精准释放。图3为 NEW、NCS 和 NCS@Pec 三种吡唑醚菌酯制剂在紫外光照射下的光解率对比曲线，直观体现了果胶修饰对制剂光稳定性的提升作用：随紫外照射时间延长，三种制剂的吡唑醚菌酯均发生光解，且光解率持续上升，其中传统纳米乳剂 NEW 的光解速率最快，而果胶修饰的 NCS@Pec 光解速率最慢；经 120 min 紫外照射后，NCS@Pec 的有效成分残留率达 63.95%，远高于 NCS 的 55.09% 和 NEW 的 25.20%，其抗光解能力约为 NEW 的 2.5 倍，结合光降解参数可知 NCS@Pec 的光解速率常数更小、半衰期更长，果胶修饰形成的胶囊壳层能有效降低紫外光对活性成分的破坏，显著提升了吡唑醚菌酯制剂的光稳定性，为其田间长效应用奠定了基础。图4围绕 NCS@Pec 与 NEW 在小麦茎、叶表面的沉积形貌及耐雨水冲刷性展开表征与分析，直观体现了果胶修饰对制剂附着性能的提升作用：其中 A、D 为空白对照组的小麦茎、叶表面，可见茎部有疏水绒毛和气孔结构、叶片正面密布绒毛与倒刺；B、E 为 NCS@Pec 处理组，其颗粒可在小麦茎部均匀分布且在气孔周围形成明显沉积，叶片表面的颗粒还能嵌入绒毛的微纳结构中，利于活性成分被作物吸收；C、F 为 NEW 处理组，仅在小麦茎、叶表面出现一定润湿性，无明显聚集沉积特征；G 为降雨冲刷对制剂保留影响的示意图，H 则为实际冲刷后的残留率数据，经 4 分钟模拟降雨后 NCS@Pec 的残留率达 67.67%，是 NEW 的 2.86 倍，8 分钟冲刷后 NCS@Pec 残留率仍超 50%，而 NEW 中已检测不到吡唑醚菌酯，证实 NCS@Pec 因颗粒的不规则扁平形貌和强黏附性，具备远优于 NEW 的小麦表面附着能力和耐雨水冲刷性。
图5围绕三种吡唑醚菌酯制剂（NEW、NCS、NCS@Pec）对小麦茎基腐病的防治潜力展开多维度表征，直观呈现了 NCS@Pec 兼具速效性与长效性的杀菌及防病优势：A 为 0.25 mg/L 浓度下病原菌菌丝生长表型，可见相较于空白对照，三种制剂均能抑制菌丝生长，其中 NEW 抑制效果最显著，NCS@Pec 次之，NCS 最弱，与菌丝生长 EC₅₀数据（C 图，NCS 0.3784 mg/L＞NCS@Pec 0.2625 mg/L＞NEW 0.2171 mg/L）趋势一致；B 为 0.1 mg/L 浓度下孢子萌发表型，三种制剂均显著抑制孢子萌发，NCS@Pec 与 NEW 处理组几乎无孢子萌发，其孢子萌发 EC₅₀（D 图，NCS 0.174 mg/L＞NCS@Pec 0.0987 mg/L＞NEW 0.078 mg/L）同样低于菌丝生长，表明吡唑醚菌酯对病原菌孢子的抑制活性更强，且 NCS@Pec 可快速响应孢子萌发实现药剂释放；E 为盆栽试验的防病效果，处理 7 天时 NEW（77.56%）与 NCS@Pec（77.37%）防效相当，而 14 天时 NEW 防效降至 50% 以下，NCS@Pec 仍维持约 68% 的较高防效，证实 NCS@Pec 在保持前期速效杀菌的同时，能通过胶囊的保护与智能释放实现病害的长效防控，远优于 NEW 和 NCS。图6围绕 FITC 标记的 NCS@Pec 在小麦体内的吸收与转运规律展开研究，直观呈现了该纳米胶囊在小麦不同器官的分布特征及与传统制剂 NEW 的差异：A 为激光共聚焦显微镜下的观察结果，空白对照组小麦的根尖、根、茎、叶均无荧光信号，而 NCS@Pec 处理组的小麦根尖和根系呈现强烈荧光，茎部维管束仅有少量荧光，叶片荧光则极弱；B 为 NCS@Pec 被小麦根系吸收的作用示意图，辅助阐释其吸收途径；C、D 为小麦不同器官中吡唑醚菌酯的含量检测结果，其中 NCS@Pec 在小麦各器官的含量分布为根＞茎＞叶，且随培养时间延长持续上升，而 NEW 处理组的吡唑醚菌酯含量在第 3 天达到峰值后便逐渐下降，这一结果证实 NCS@Pec 在土壤中具备缓释特性，能被小麦根系持续吸收，且根施后可减少吡唑醚菌酯向叶片的转运，使其主要富集在根际区域，同时果胶的生物相容性也提升了其向根系内部的转运能力，为小麦茎基腐病的靶向防控奠定了基础。图7围绕 NEW、NCS、NCS@Pec 三种吡唑醚菌酯制剂对成年斑马鱼的 96 h 急性毒性及毒效选择性展开分析，清晰展现了 NCS@Pec 优异的生态安全性：A、B、C 分别为三种制剂对斑马鱼的毒性效应曲线，结果显示 NEW 对斑马鱼的毒性最强，其 LC₅₀仅为 0.0541 mg/L，而 NCS（0.6794 mg/L）和 NCS@Pec（0.7001 mg/L）的 LC₅₀显著更高，毒性大幅降低，原因是纳米胶囊的包封作用使活性成分无法直接与斑马鱼接触，且水环境中无触发释放的条件，有效控制了吡唑醚菌酯的释放速率；D 为三种制剂针对病原菌菌丝生长和孢子萌发的选择性系数对比，NCS@Pec 的选择性系数远高于 NEW 和 NCS，其中抑制孢子萌发的系数达 7.09、抑制菌丝生长的系数达 2.67，且孢子萌发的选择性系数高于菌丝生长，表明 NCS@Pec 在保持对靶病原菌高杀菌活性的同时，大幅降低了对水生非靶生物的环境风险，更适合在病害发生前施用以发挥保护作用。该研究通过反相乳化结合界面聚合法成功构建并系统表征了果胶修饰的吡唑醚菌酯纳米胶囊（NCS@Pec），该制剂具备结构规整、稳定性高的核壳结构，果胶的引入不仅优化了其粒径、分散性等理化特性，更赋予其 pH 和果胶酶双重响应的智能释放能力，可在小麦茎基腐病病原菌的侵染位点实现农药的精准靶向释放；同时 NCS@Pec 展现出优异的抗光降解性和耐雨水冲刷性，能有效延长吡唑醚菌酯的持效期，在体外可显著抑制假禾谷镰孢菌的菌丝生长与孢子萌发，温室盆栽试验中其对小麦茎基腐病的防治效果在 14 天时仍维持在 68% 左右，兼具速效性与长效性；此外，该纳米胶囊通过包封作用大幅降低了对斑马鱼等水生非靶生物的毒性，拥有更高的毒效选择性系数，在保持高效杀菌活性的同时显著降低环境风险。该研究建立了智能农药递送系统可靠可重复的制备工艺，NCS@Pec 在生物活性、环境适应性和生态安全性上的综合优势，为小麦茎基腐病的绿色精准防控奠定了坚实基础，而后续还需开展多生态区的田间试验，并优化规模化生产工艺，推动该制剂的实际农业应用。文章题目：Pectin-modified pyraclostrobin nanocapsules: Targeted delivery of pesticides for improved control of stem base rot of wheat.
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