摘要
在喷施途径方面，叶面喷施比土壤施用更适合生物活性分子环保农药。土壤中复杂的环境因素 （酸碱度、粘土、细菌、酶）、根系的活性和植物体内的转运均限制了农药的利用效率。这对更易失活的生物活性分子来讲，影响尤为明显。叶面喷施则避免了以上限制。而且植物的大多数生理活动都在叶片上进行，有利于生物活性分子利用效率的提高。
植物对异体生物活性分子的自发利用已广为人知。来自根瘤菌的共生受体样蛋白激酶和固氮酶就是典型的例子。在已知的农业生物技术研究中，核酸、多肽和植物代谢物的应用，已有相关报道。核酸相关报道主要见于转基因植物及RNA干扰的应用。施用植物抗菌肽被证实对蜜蜂和哺乳动物细胞无毒，同时其抗菌效果相当于12.5倍剂量的传统农药Kocide 2000。初级代谢物（乳酸、氨基酸、聚胺）的相关研究已有大量报道。植物激素作为化肥和除草剂也有广泛的应用。考虑到生产成本，植物代谢物在实际应用中经常以粗提取物的形式存在。植物垃圾中含有一定量的代谢物，可经进一步提炼变废为宝。而其他传统意义中的生物活性分子，如碳水化合物和脂质，尚未见直接施用于农作物的相关报道。
相对于已有大量报道的医用纳米载体，农用纳米载体的研究需要注意以下几点：1. 医用制剂的投送路径相对固定；农用制剂由于目标的多样性将会面对多种投送路径；2. 农用制剂的目标和路径可能具有截然不同的理化性质和生理环境；3. 动物细胞没有细胞壁；而绝大多数植物细胞具有一层坚硬厚实的细胞壁做为物理屏障。4. 鉴于农产品在马斯洛需求层级理论中的“生存需求”地位和在工业产业链中的“原材料”地位，所有农业技术的应用必须考虑到成本的限制。
已有研究报道的农用纳米载体包括：
1. 碳纳米材料，例如碳纳米纤维、石墨烯/氧化石墨烯、碳纳米管
2. 类水滑石粘土
3. 氧化硅纳米材料
4. pH响应高分子材料
5. 金属基材料
6. 脂质体
图3. A) 叶面喷施LDH/RNA后，LDH在叶面被酸溶解，缓释RNA进入叶面，达成RNA干扰；B) LDH/RNA杂合物直接进入花粉细胞，释放RNA，达成RNA干扰
昆士兰大学AIBN的余承忠教授、张隽博士及团队以刺突中空氧化硅球搭载生物杀虫剂，获得了更强的附着牢度和耐日光性能。本研究中，刺突表面提供了优秀的附着牢度；中空结构降低了材料密度，提高了负载效率。（图4）尽管该报道的研究是以牛为目标，但是未来借鉴为植物叶面喷剂也未尝不可。
图4. 以刺突中空氧化硅纳米颗粒为载体的环保杀虫剂
壳聚糖材料在生物医药领域的应用已有大量报道。其自身具有抗菌，抗真菌和抗虫的功能，可以搭配前述的多种纳米载体，也能直接搭载生物活性分子。壳聚糖的制备工艺成熟简便，原料充足，是具备大规模工业应用前景的环保高分子材料。（图5）
图5. 壳聚糖的A)来源；B) 可适配的纳米颗粒；C) 可负载的生物活性分子；D) 可对抗病原体/害虫
综上所述，生物活性分子符合新一代农药环保、可持续发展的要求。纳米载体可以保护生物活性分子以期最终达成可实际应用的目标。在未来的研究中，叶面吸收的机理需要进一步明确。材料形貌、叶面的微观结构以及两者之间的互动还需要探索。通过叶面气孔进入叶子内部的效率也需要得到评估。在最终的制剂配方里，辅剂的选择也很重要。
Peng Li, Yun Huang, Changkui Fu, Shang Xu Jiang, Wei Peng, Yi Jia, Hong Peng, Ping Zhang, Narelle Manzie, Neena Mitter, Zhi Ping Xu*, Eco-friendly biomolecule-nanomaterial hybrids as next-generation agrochemicals for topical delivery, EcoMat. 2021;1–19
相关链接
https://doi.org/10.1002/eom2.12132
