研究背景
尽管手性对农药的生物活性和环境行为具有显著影响，但目前大多数手性农药仍以外消旋混合物形式使用，导致无效对映体释放到环境中，增加生态风险。同时，农药在疏水叶面的低沉积率（通常低于10%）和生物膜的形成进一步限制了其防治效果。传统助剂和纳米载体策略存在环境风险或成本高昂的问题，因此开发兼具高叶面亲和性、生物膜降解能力和对映体选择性的绿色农药新体系迫在眉睫。
研究内容
近日，贵州大学王培义、遵义医科大学刘空军团队在Advanced Functional Materials期刊上发表了题为“Chiral Supramolecular Systems Based on 𝜷-Cyclodextrin for Agricultural Applications: Differential Foliar Affinity, Biofilm Degradation, and Control Efficacy”的论文。设计了两种手性对映异构体 AQA-10S 和 AQA-10R，并将它们包裹在 β- 环糊精 (β-CD) 和葫芦 [7] 脲 (CB [7]) 中，制备了超分子组装体 AQA-10S/R@β-CD 和 AQA-10S/R@CB [7]。β-CD 包裹增强了客体分子的体外特性，而 CB [7] 带来的益处极小。特别地，AQA-10R@β-CD 在水稻叶片上的沉积量比 AQA-10R 增加了 112.58%，在番茄叶面的增加更为显著，达到 123.87%。此外，AQA-10S/R@β-CD 表现出对映选择性生物膜破坏和对植物表面的差异性粘附。后者表现为 AQA-10R@β-CD 的沉积量比其 S 构型对应物增加了 85.55%/71.64%。尽管在体外抗菌活性相当，但在植物体内出现了明显的手性依赖功效，其中 AQA-10R@β-CD 显示出更优异的保护效果。在 200 µg mL−1 浓度下，AQA-10R@β-CD 对水稻细菌性条斑病的保护效率为 63.92%，对番茄细菌性溃疡病为 66.35%，优于商业药剂 (45.27%/43.04%) 和游离客体分子 (51.71%/52.43%)。通过将植物生物利用度纳入考量，超越传统对手性驱动活性的关注，该研究为开发环境友好、广谱抗菌剂提供了一种超分子策略，为下一代绿色农用化学品提供了概念框架。
文章亮点
1.手性超分子材料的设计：通过合理设计，成功构建了基于β-环糊精和葫芦[7]脲的新型手性超分子材料，这些材料在农业应用中展现出显著的抗菌和抗生物膜活性。
2. 手性依赖的植物表面亲和性：研究发现，AQA-10R@β-CD在水稻和番茄叶面上的沉积量显著增加，表现出对手性分子的差分粘附能力，这对于提高农药的生物利用度具有重要意义。
3. 广谱抗菌活性：AQA-10R@β-CD在体外和体内均展现出对革兰氏阴性和阳性细菌的广谱抗菌活性，特别是在水稻和番茄病害防治中表现出优异的保护效果。
4. 环境友好性：通过整合植物生物利用度和手性活性，这些超分子材料不仅提高了抗菌效果，还减少了对环境的影响，为开发绿色农药提供了新的思路。
5. 超分子策略的应用：展示了超分子技术在农业中的应用潜力，通过非共价相互作用实现功能集成，为农药的可持续发展提供了新的方法。
结论与展望
该研究通过设计和构建基于β-环糊精（β-CD）和葫芦[7]脲（CB[7]）的手性超分子材料，成功开发了一系列具有广谱抗菌活性和显著植物表面亲和性的新型农药。研究结果表明，AQA-10R@β-CD在水稻和番茄叶面上的沉积量显著增加，展现出对手性分子的差分粘附能力，这对于提高农药的生物利用度具有重要意义。此外，AQA-10R@β-CD在体外和体内均展现出对革兰氏阴性和阳性细菌的广谱抗菌活性，特别是在水稻细菌性条斑病和番茄细菌性溃疡病的防治中表现出优异的保护效果。这些超分子材料不仅提高了抗菌效果，还减少了对环境的影响，为开发绿色农药提供了新的思路。这项研究的成果不仅为手性超分子材料在农业中的应用提供了重要的理论和实验基础，还为下一代绿色农药的设计提供了概念框架。未来的研究可以进一步探索这些材料在其他作物和病害中的应用潜力，优化其配方和应用方法，以提高其在实际农业生产中的效果和可持续性。此外，结合现代生物技术，如基因编辑和微生物组学，可以进一步揭示这些超分子材料的作用机制，为开发更高效、更环保的农药提供新的方向和策略。
文献来源
M. Liu, J. Liu, K. Liu, et. al., Chiral Supramolecular Systems Based on 𝜷-Cyclodextrin for Agricultural Applications: Differential Foliar Affinity, Biofilm Degradation, and Control Efficacy, Adv. Funct. Mater., 2025, e14852.
链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202514852