新型纳米除草剂QNC@BA-COF的制备：高效控草与降低环境副作用的新策略

　　针对传统除草剂利用率低、环境风险高的问题，本研究通过共价有机框架（COF）纳米载体技术，将难溶性除草剂喹啉酸（QNC）负载于芘基BA-COF中，构建了新型纳米除草剂QNC@BA-COF。该制剂对稗草防效提升44.7%，且对水稻、斑马鱼及人体细胞毒性显著降低，同时促进土壤有益微生物群落，为可持续农业提供了高效、安全的杂草防控方案。

　　

杂草是农业生产中的重大威胁，与作物争夺水分、养分和阳光，导致作物减产和经济损失。以水稻为例，其全球约50%人口的主粮，因杂草侵害可能导致35%-91%的产量损失。化学除草剂虽高效经济，但超过95%的药剂在喷洒过程中未能到达靶标，造成土壤、水体及空气污染，并对非靶标生物构成风险。提高除草剂利用效率、降低环境副作用，成为可持续农业亟需解决的问题。

纳米包封技术为提高农药效率提供了新途径。共价有机框架（COF）因其高比表面积、规则孔道结构和良好的化学稳定性，成为农药负载的潜在纳米载体。然而，COF材料在水相和有机溶剂中分散性差，限制了药物分子向其孔道的渗透。此外，现有纳米载体制备工艺复杂、合成时间长、反应条件苛刻，制约了其农业应用。

在此背景下，贵州大学绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室的研究团队在《Advanced Agrochem》发表论文，报道了一种新型纳米除草剂QNC@BA-COF的制备及其应用效果。该研究通过一步溶剂热法，将难溶性除草剂喹啉酸（QNC）负载于芘基COF（BA-COF）中，构建了具有高效控草能力和低环境风险的纳米制剂。

研究主要采用以下技术方法：通过溶剂热法合成BA-COF并同步负载QNC；利用分子动力学（MD）模拟分析QNC与BA-COF的相互作用；通过温室实验评估制剂对稗草（Echinochloa crus-galli）的防效及对水稻（Oryza sativa）的安全性；以斑马鱼（Danio rerio）胚胎和人体细胞（HepG2、HaCaT）评价急性毒性和细胞毒性；采用Illumina MiSeq平台测序分析土壤微生物群落。

3.1. Preparation and characterization of QNC@BA-COF

通过FT-IR、固体¹³C NMR、PXRD、TGA、BET、XPS、SEM和TEM等技术证实了QNC成功负载于BA-COF。QNC@BA-COF的负载效率为25%（w/w），其粒径（477 nm）远小于原药QNC（2430 nm），且具有缓释特性。分子模拟显示QNC通过π-π堆叠作用吸附于BA-COF芳香骨架中。

3.2. Pesticide loading efficiency and slow-release behavior

QNC@BA-COF在66小时内累积释放率达97.38%，表现出持续释放行为，有利于延长药剂活性期并提高利用效率。

3.4. Control efficacy of QNC@BA-COF against barnyard grass in the greenhouse

温室试验表明，QNC@BA-COF在100、200和400 g ai/hm²剂量下，对稗草的鲜重防效均显著高于商用QNC可湿性粉剂（QNC WP）。在最低剂量100 g ai/hm²下，防效提升44.7%，归因于纳米尺度提高了药剂在杂草体内的吸收、传输和分布效率。

3.5. Rice security assessment

QNC@BA-COF、BA-COF及配体TFP、PDA对水稻幼苗的株高、根长和鲜重均无显著影响，相对值保持在91.2%-97.9%，表明该制剂对水稻安全。

3.6. Acute toxicity toward zebrafish embryos

斑马鱼胚胎急性毒性试验显示，QNC@BA-COF的96小时LC₅₀值为405.81 mg/L，显著高于QNC的145.47 mg/L，表明BA-COF包封有效降低了QNC对水生生物的毒性。

3.7. Cytotoxicity assessment

QNC@BA-COF对HepG2和HaCaT细胞的IC₅₀值分别为21533 mg/L和30281 mg/L，高于QNC单独处理（13549 mg/L和19353 mg/L），证实纳米制剂对人体细胞的毒性更低。

3.8. Effects of QNC@BA-COF on the soil microbial community

土壤微生物群落分析表明，QNC@BA-COF处理提高了酸杆菌门（Acidobacteriota）和放线菌门（Actinobacteriota）的相对丰度，二者分别参与磷、硫、铁循环和有机质分解。功能注释显示，该处理促进了芳香化合物降解和好氧化能异养微生物的富集，有助于减轻环境污染。

该研究通过COF纳米载体技术成功构建了高效、低毒的纳米除草剂QNC@BA-COF，其显著提升了对稗草的防效，同时降低了对水稻、斑马鱼和人体细胞的毒性，并促进土壤有益微生物群落。分子动力学模拟揭示了QNC与BA-COF的相互作用机制，缓释特性延长了药效持续时间。研究为难溶性农药的负载提供了新方法，并为可持续农业中的绿色农药开发提供了重要理论与实践依据。