在全球人口持续增长、粮食安全压力日益加剧的背景下，提升农业生产效率已成为全球共同关注的重大课题。杂草竞争可导致作物减产20%-50%，因此化学除草剂在现代农业生产中仍发挥着不可替代的作用。然而，传统除草剂在施用过程中易受高温、降雨等环境因素影响，导致有效利用率甚至不足1%，同时还可能引发地下水污染和生态风险。因此，开发兼具高效利用与环境友好特性的除草剂新型递送体系，具有重要的科学意义和现实价值。
近日，安徽农业大学操海群教授/肖云天副教授团队国际权威化学期刊《Aggregate》（IF = 13.7）发表名为"Hierarchical Self-Assembled Nanoparticles for Efficient and Eco-Friendly Herbicide Delivery"的论文。该研究以广泛应用的光系统II抑制型除草剂敌草隆为模型，构建了一种“分级自组装”纳米递送体系（图1）。体系首先通过主客体识别使磺丁基醚-β-环糊精（SBE-β-CD）与敌草隆形成包合物，随后借助静电相互作用与壳聚糖协同组装，形成稳定的分级结构纳米颗粒。所得纳米制剂具有良好的水分散性、可控粒径和较高结构稳定性，并显著改善了pH/温度响应释放、光稳定性、叶面润湿与耐雨性、植株吸收与传导效率、除草活性，同时降低土壤淋溶风险，增强环境生物安全性，并减少对人类细胞和大鼠的毒性。
图1.面向高效与环境相容性的分级自组装纳米除草剂递送体系
文章具体内容如下：
（1）分子识别，主客体自组装及静电自组装
首先，SBE-β-CD与敌草隆通过分子识别形成稳定的1:1包合物，显著提高其表观溶解度并实现无定形化转变。核磁、紫外、相溶解度分析及PXRD、FTIR、DSC等结果共同证实了包合结构及其结构变化。随后引入壳聚糖，通过静电作用进一步组装形成分级纳米颗粒。优化质量比至1:1.8时，所得自组装纳米递送体系的平均粒径约173 nm，分布均一、ζ电位稳定，并具有较高载药量和良好胶体稳定性。
图2.主客体自组装
图3.静电自组装
（2）刺激响应性释放与光稳定性
针对田间复杂环境条件，自组装纳米递送体系展现出显著的温度与pH响应特性。随着温度升高，敌草隆释放速率明显加快，35°C条件下72 h累计释放率超过90%，表现出典型的温度触发行为；在不同pH条件下，酸性环境中释放更为充分，体现出对土壤酸碱变化的适应能力。动力学分析表明，该体系符合一级释放模型，并呈现非Fick扩散特征。同时，在模拟紫外照射条件下，自组装纳米递送体系的光稳定性显著优于市售制剂，半衰期明显延长，表现出更强的抗光降解能力。这种多重环境响应与保护机制有助于提升田间利用效率并降低环境风险。
图4.释放行为与光解稳定性
（3）杂草叶片的界面性能
自组装纳米递送体系显著提升了叶面润湿性与抗雨水冲刷能力。相比清市售可湿性粉剂，其表现出更强的铺展与附着能力。计算流体力学模拟和实验证实，自组装纳米递送体系液滴在叶面冲击后回弹高度最低，能有效减少反弹与流失。扫描电镜与共聚焦结果显示，其在叶片表面形成均匀致密的纳米层结构，雨水冲刷后仍能稳定滞留，有助于提高田间利用效率并减少损失。
图5.润湿性与耐雨水冲刷性能
（4）吸收传导性能与除草活性
自组装纳米递送体系显著增强了敌草隆在杂草体内的吸收与系统传导能力。共聚焦成像显示，无论根施还是叶喷，纳米颗粒均可高效进入植株体内，并通过木质部和韧皮部实现上下运输，在叶肉细胞中明显富集。温室试验表明，在相同剂量下，自组装纳米递送体系对反枝苋等杂草的株高和鲜重抑制效果均优于市售可湿性粉剂，低剂量条件下优势更加显著。田间试验进一步验证了其优越性，对苘麻、马唐等杂草的防效明显提高，显示出良好的应用潜力。
图6.杂草吸收传导性能与除草活性
（5）环境安全性
环境行为与生态安全评估显示，自组装纳米递送体系显著降低了敌草隆的迁移风险与生物毒性。土柱淋洗实验表明，其土壤保留率明显提高，累积淋失量降低，体现出更强的环境稳定性。在非靶标生物评价中，自组装纳米递送体系对作物种子萌发抑制作用更小，对斑马鱼的急性毒性显著降低，对心肌与肝细胞的细胞毒性和ROS水平明显减弱。大鼠长期暴露实验进一步证实，其肝脏、心脏等组织损伤显著缓解，氧化应激水平下降。整体结果表明，该超分子纳米体系在保障除草效果的同时，有效提升了环境相容性与生物安全性。
图7.土壤淋溶特性与非靶标生物毒性
图7.细胞毒性
图8.大鼠器官毒性
以上研究论文以“Hierarchical Self-Assembled Nanoparticles for Efficient and Eco-Friendly Herbicide Delivery”为题发表于Aggregate期刊，论文第一作者为安徽农业大学植物保护学院肖云天副教授，通讯作者为安徽农业大学操海群教授。
文章题目：Hierarchical Self-Assembled Nanoparticles for Efficient and Eco-Friendly Herbicide Delivery
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.70299
