納米農(nóng)藥在病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)探討

吳 飛

池州學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 池州 247000

0 引言

納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。其中，納米農(nóng)藥作為納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的代表應(yīng)用之一，具有精確控制和釋放、提高生物活性、多功能性、環(huán)境友好性等優(yōu)勢(shì)。2022 年1 月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等八部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”全國(guó)農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，倡導(dǎo)納米技術(shù)在農(nóng)藥劑型上的創(chuàng)新應(yīng)用，鼓勵(lì)企業(yè)充分利用新工藝、新技術(shù)，大力發(fā)展水基化、納米化、超低容量、緩釋等制劑，適應(yīng)大中型施藥器械和多元化用藥需求。根據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃可以看出，未來(lái)納米技術(shù)在病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用將推動(dòng)納米農(nóng)藥的應(yīng)用和研究，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更有效、可持續(xù)和環(huán)保的解決方案。但就目前而言，納米農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用較少，且農(nóng)民對(duì)納米農(nóng)藥也存在認(rèn)知不足問(wèn)題。因此，筆者對(duì)納米農(nóng)藥的相關(guān)理論、特點(diǎn)，以及優(yōu)勢(shì)和不足等進(jìn)行總結(jié)，就其在病蟲(chóng)害防治領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)分析，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期能為納米農(nóng)藥在病蟲(chóng)害防治中推廣和應(yīng)用提供理論支持［1］。

1 納米農(nóng)藥相關(guān)概述

納米農(nóng)藥是利用納米技術(shù)制備的農(nóng)藥產(chǎn)品。納米農(nóng)藥的定義主要包括納米尺度和農(nóng)藥性質(zhì)兩個(gè)方面。第一，納米農(nóng)藥的關(guān)鍵特征是其顆粒粒徑處于納米級(jí)別，通常在1～100 nm。相比傳統(tǒng)農(nóng)藥，納米農(nóng)藥的顆粒粒徑更小，具有更大的比表面積。第二，納米農(nóng)藥可以是納米顆粒形式的農(nóng)藥活性成分，也可以是通過(guò)納米技術(shù)改性的傳統(tǒng)農(nóng)藥。納米農(nóng)藥的制備過(guò)程通常涉及將農(nóng)藥活性成分包裹或吸附在納米載體上，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性、溶解性、滲透性等特性。納米農(nóng)藥的納米級(jí)顆粒和特殊的物理化學(xué)性質(zhì)賦予了其較多優(yōu)勢(shì)，如較強(qiáng)的吸附性和滲透性、較好的靶向性、控制釋放性能等。

根據(jù)納米農(nóng)藥微粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和粒徑的不同，可將其分為微乳劑、納米乳劑、納米分散劑3 種制劑。此外，通過(guò)納米材料吸附、偶聯(lián)、包裹農(nóng)藥，構(gòu)建納米載藥體系，并根據(jù)載體化學(xué)性質(zhì)的不同可將其分為聚合物類制劑、脂質(zhì)體納米制劑、二氧化硅納米制劑等。不同的制備方法和分散體系會(huì)影響納米農(nóng)藥顆粒的粒徑，不同納米農(nóng)藥制劑其有效成分微粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)及粒徑如圖1所示［2］。

圖1 不同納米農(nóng)藥有效成分微粒的形態(tài)及粒徑

2 納米農(nóng)藥發(fā)展現(xiàn)狀

納米農(nóng)藥的發(fā)展歷程可以追溯到20 世紀(jì)90 年代初。進(jìn)入21 世紀(jì)后，美國(guó)、日本等國(guó)家相繼開(kāi)始了納米農(nóng)藥的相關(guān)研究，創(chuàng)制了新型農(nóng)藥制劑。我國(guó)的納米農(nóng)藥研究起步相對(duì)較晚，自2006 年才開(kāi)始。2014年，納米農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)十余年的科研攻關(guān)，我國(guó)逐漸建立了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米農(nóng)藥核心制備技術(shù)體系，同時(shí)一些納米農(nóng)藥產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，如納米硅藻土、納米氧化鋅等，并在病蟲(chóng)害防治中展示出一定的效果，引起了農(nóng)業(yè)界和農(nóng)藥行業(yè)的關(guān)注。但總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)納米農(nóng)藥的研究和應(yīng)用仍處于初級(jí)發(fā)展階段，集中在納米載體的制備和應(yīng)用領(lǐng)域的探索。

近年來(lái)，我國(guó)已先后在19 個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）170 多個(gè)縣（市、區(qū)），針對(duì)水稻、小麥、玉米、柑橘等17種作物的20 種防治對(duì)象開(kāi)展了納米農(nóng)藥試驗(yàn)示范應(yīng)可，且河南省、江蘇省、黑龍江省等地的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門均對(duì)納米農(nóng)藥相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)推廣與示范應(yīng)用。以江蘇省為例，當(dāng)?shù)赝茝V示范納米農(nóng)藥減量增效復(fù)配技術(shù)，可有效解決傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型不穩(wěn)定的問(wèn)題。納米農(nóng)藥減量增效復(fù)配技術(shù)通過(guò)增大農(nóng)藥微粒數(shù)量和表面積，擴(kuò)大與防治靶標(biāo)的接觸面，顯著提高了農(nóng)藥分子的遞送效率與滲透性；通過(guò)精準(zhǔn)用藥方案，病蟲(chóng)害防治所需的多種農(nóng)藥得到了科學(xué)精準(zhǔn)混配，從而達(dá)到提高農(nóng)藥藥效、減量控害的目的。與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，在保證防治效果的情況下，納米農(nóng)藥使用量可有效減少20%［3-4］。

3 納米農(nóng)藥的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與不足

納米農(nóng)藥的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要有增強(qiáng)傳輸效果、提高作用靶向性、增強(qiáng)持效性和降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。第一，納米技術(shù)能夠改善農(nóng)藥在水中的溶解度和分散性，提高農(nóng)藥應(yīng)用效果。第二，通過(guò)調(diào)控納米顆粒的特性，可使納米農(nóng)藥更精確地靶向應(yīng)用于目標(biāo)害蟲(chóng)，減少農(nóng)藥的使用量和對(duì)非目標(biāo)生物的影響。第三，用納米顆粒作為載體可有效延長(zhǎng)農(nóng)藥釋放時(shí)間，減少了農(nóng)藥使用頻次，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。然而，納米農(nóng)藥也存在一些不足。第一，納米農(nóng)藥的安全性和環(huán)境影響尚未完全了解，需要進(jìn)一步開(kāi)展安全評(píng)估和監(jiān)測(cè)研究。第二，制備納米農(nóng)藥的過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，并且需要昂貴的設(shè)備，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。第三，納米顆粒的穩(wěn)定性和釋放控制面臨挑戰(zhàn)，需要解決納米顆粒在環(huán)境中的聚集和沉積問(wèn)題，以保證農(nóng)藥的作用效果。因此，在納米農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中，研發(fā)人員需要綜合考慮其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和不足，并遵循安全環(huán)保原則進(jìn)行設(shè)計(jì)和監(jiān)管。

4 納米農(nóng)藥在病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用

4.1 殺蟲(chóng)劑應(yīng)用

納米農(nóng)藥可作為殺蟲(chóng)劑用于控制各種害蟲(chóng)。例如，納米硅有尖銳的邊緣和較大的比表面積，能夠刺破害蟲(chóng)皮膚，導(dǎo)致害蟲(chóng)脫水死亡。納米氧化鋅可通過(guò)與害蟲(chóng)體內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，對(duì)其產(chǎn)生毒性作用。此外，納米多肽可將生物活性多肽納米化，使其具有更好的穩(wěn)定性和抗性。納米酶可提高酶催化效率和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲(chóng)生理代謝的干擾或抑制［5-6］。

4.2 殺菌劑應(yīng)用

納米農(nóng)藥可作為殺菌劑用于控制病原菌的生長(zhǎng)和繁殖。例如，納米氧化鋅、納米銀等具有優(yōu)異的抗菌活性，可以破壞病原菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝功能，從而殺死病原菌。納米農(nóng)藥的小粒徑和高比表面積使其能更好地與病原菌接觸，增強(qiáng)抗菌效果。此外，納米材料可通過(guò)釋放活性氧、抑制酶活性等方式抑制病原菌的生長(zhǎng)和繁殖［6］。

4.3 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑應(yīng)用

納米農(nóng)藥還可作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生影響。納米材料可通過(guò)改變植物的新陳代謝、調(diào)節(jié)植物激素平衡等方式，促進(jìn)植物生長(zhǎng)和增強(qiáng)抗逆能力。例如，納米二氧化硅可以提高植物的抗逆性，增強(qiáng)植物對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗能力。此外，納米材料可通過(guò)調(diào)節(jié)植物根系的吸收和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，提高植物的養(yǎng)分利用效率。

4.4 傳遞載體應(yīng)用

納米材料還可作為傳遞載體，將其他農(nóng)藥或生物農(nóng)藥輸送至目標(biāo)組織或靶標(biāo)生物體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的靶向輸送和控制釋放，提高農(nóng)藥的利用效率和效果。例如，納米載體可將微量的農(nóng)藥有效地輸送至植物的根系、葉片等部位，提高農(nóng)藥的吸收和利用率，減少農(nóng)藥的流失和環(huán)境污染。例如，納米微膠囊、納米包被等可將農(nóng)藥包裹在納米膠囊中，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的控制釋放，延長(zhǎng)其持久性和穩(wěn)定性，提高防治效果。

5 納米農(nóng)藥未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析

盡管我國(guó)學(xué)者針對(duì)納米農(nóng)藥已經(jīng)取得了一定的研究和應(yīng)用進(jìn)展，但在相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合層面仍有較大發(fā)展空間［7-9］。

5.1 相關(guān)技術(shù)層面

5.1.1 制備技術(shù)的發(fā)展

隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米農(nóng)藥的制備技術(shù)將不斷改進(jìn)。新的材料合成方法、納米粒子整形和修飾技術(shù)等將被應(yīng)用于納米農(nóng)藥的制備中，以提高農(nóng)藥的效果和性能。例如，近年來(lái)，無(wú)機(jī)納米材料和有機(jī)納米載體的合成和改進(jìn)使得納米農(nóng)藥的穩(wěn)定性、溶解度和生物利用度得到大幅提高。

5.1.2 共生技術(shù)的發(fā)展

共生技術(shù)是將不同功能的納米粒子組裝在一起，形成具有多重功能的納米材料。未來(lái)的納米農(nóng)藥將擁有多種功能，如殺蟲(chóng)、殺菌、促進(jìn)生長(zhǎng)等，通過(guò)特定的制備方法和控制釋放機(jī)制實(shí)現(xiàn)某種功能的激活。如此，納米農(nóng)藥可提供更全面的病蟲(chóng)害防治效果，減少農(nóng)藥的使用量和頻次。

5.1.3 智能釋放技術(shù)的發(fā)展

智能釋放技術(shù)是指通過(guò)控制納米農(nóng)藥的釋放速率和釋放方式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的病蟲(chóng)害控制。深入研究和應(yīng)用納米農(nóng)藥的智能釋放技術(shù)，可提升病蟲(chóng)害防治效果和減少農(nóng)藥的使用量。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)pH值、溫度、濕度等環(huán)境因子，可實(shí)現(xiàn)納米農(nóng)藥自適應(yīng)釋放，達(dá)到更好的控制效果。同時(shí)，科技工作者未來(lái)將致力于提高納米農(nóng)藥對(duì)特定病害或害蟲(chóng)的識(shí)別和吸附能力，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的防治效果，減小對(duì)非目標(biāo)生物的影響。

5.2 產(chǎn)業(yè)應(yīng)用層面

隨著全球人口的增加和對(duì)食品安全的關(guān)注度提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨更大的壓力，納米農(nóng)藥作為一種高效、環(huán)保的農(nóng)藥形式，有望得到廣泛應(yīng)用。未來(lái)，納米農(nóng)藥市場(chǎng)的發(fā)展不僅限于單一國(guó)家或地區(qū)，而是具有全球性的潛力。綜合考慮技術(shù)和管理政策要素，集成低成本、可復(fù)制、可推廣的示范推廣模式是不同國(guó)家和地區(qū)的農(nóng)業(yè)都將面臨的挑戰(zhàn)，其對(duì)納米農(nóng)藥的需求相對(duì)一致。因此，納米農(nóng)藥企業(yè)有機(jī)會(huì)在國(guó)際市場(chǎng)上擴(kuò)大業(yè)務(wù)。由于納米農(nóng)藥屬于新興領(lǐng)域，因此政策引導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)制定起到重要的作用。相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行政策引導(dǎo)，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，以確保納米農(nóng)藥的安全性、環(huán)境友好性及市場(chǎng)準(zhǔn)入要求。

5.3 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合層面

未來(lái)，產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)將成為納米農(nóng)藥研發(fā)和應(yīng)用的重要趨勢(shì)。尤其是隨著生產(chǎn)技術(shù)的成熟和經(jīng)驗(yàn)的積累，納米農(nóng)藥的功能將更加穩(wěn)定和高效，從而滿足市場(chǎng)的需求。此外，將會(huì)有更多的產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，以共同攻克納米農(nóng)藥在制備、應(yīng)用和安全性等方面的挑戰(zhàn)，并不斷探索新的應(yīng)用領(lǐng)域。除了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域外，納米農(nóng)藥還有可能在農(nóng)田灌溉、種子處理和食品包裝等領(lǐng)域發(fā)揮作用，為納米農(nóng)藥的市場(chǎng)開(kāi)拓提供新的機(jī)遇。值得一提的是，納米農(nóng)藥的安全性和環(huán)境友好性是產(chǎn)學(xué)研合作中的重要議題。未來(lái)，人們將會(huì)更加重視納米農(nóng)藥的安全性評(píng)估和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以確保納米農(nóng)藥的可持續(xù)和安全應(yīng)用。

6 結(jié)束語(yǔ)

納米農(nóng)藥在病原微生物和害蟲(chóng)防治方面具有很大的應(yīng)用潛力，可以提高防治效果、減少農(nóng)藥使用量、改善環(huán)境友好性，并提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。在未來(lái)的發(fā)展中，有望實(shí)現(xiàn)制備技術(shù)的改進(jìn)、多功能納米農(nóng)藥的研發(fā)、智能釋放技術(shù)的應(yīng)用和生物傳感與監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)，產(chǎn)學(xué)研合作將在納米農(nóng)藥的研發(fā)和推廣中發(fā)揮重要作用。通過(guò)政策引導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)制定和深度合作，納米農(nóng)藥有望在產(chǎn)業(yè)化與規(guī)?；a(chǎn)、探索新的應(yīng)用領(lǐng)域及安全性與環(huán)境友好性的研究與評(píng)估方面取得更大的突破。