該論文提出了一種沸石咪唑酯骨架ZIF-8 負載土壤熏蒸劑棉隆的納米緩釋體系,實現對黃瓜灰霉病菌的精準防控。

棉隆是一種土壤熏蒸劑,廣泛用于高附加值作物土傳病害的防控,通常在作物種植前使用。該試驗發現,棉隆對灰霉病菌(Botrytis cinerea)具有很強的殺滅活性。據報道,灰霉病菌可以寄生200多種作物,包括溫帶和亞熱帶地區的大田作物、蔬菜和經濟作物,是最具經濟破壞性的病原體之一。 

它可以通過分泌草酸來浸漬和殺死宿主,草酸會立即降低感染區域的pH值。然而,棉隆遇水產生異硫氰酸甲酯,對所有生物具有很高的殺滅效果,并不推薦在作物生長期使用。因此,開發一種精準緩控體系實現棉隆對靶防控,降低其對植物和非靶標生物的毒性,擴大土壤熏蒸劑的應用范圍具有重要的意義。

該研究采用一鍋法以二價鋅離子為金屬節點,2-甲基咪唑為有機配體通過自組裝形成一種十二面體多孔晶體結構的鋅基金屬-有機骨架材料(平均粒徑為71.5nm),并通過物理吸附法負載棉隆。制備的納米顆粒具有較高的比表面積(1,229m2/g)及高熱穩定性和化學穩定性。

該納米載藥體系表現出良好的pH敏感性以及可持續釋放性能,因而通過借助灰霉病菌產生的酸性物質促使ZIF-8晶體結構的坍塌,實現藥物的精準釋放,提高農藥的有效利用度。

盆栽試驗表明棉隆ZIF-8納米顆粒對灰霉病的防效較棉隆微粒劑高出42.7%,且不會對黃瓜幼苗造成藥害。此外,通過ZIF-8結構的包覆,棉隆對非靶標生物斑馬魚的毒性由高毒(LC50="0.354"mg/L,96h)降到中等毒性(LC50="4.453"mg/L, 96h)。該研究為熏蒸劑安全、高效、綠色使用及作物生長期使用提供了理論基礎。

中國農業科學院植物保護研究所博士研究生任立瑞為該論文的第一作者,曹坳程研究員為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和河北省土傳病害綠色防控技術創新中心的資助。