【转载】贵州大学王培义团队【Nat. Commun.】手性依赖的多功能超分子材料在作物保护中的应用

2025-10-06 浏览次数： 12

贵州大学王培义团队【Nat. Commun.】手性依赖的多功能超分子材料在作物保护中的应用

研究背景

水稻白叶枯病是由稻黄单胞菌引起的全球性重大病害，每年导致20%–50%的产量损失，严重时可造成绝收。目前化学防治仍是主要手段，但传统农药因水稻叶面的超疏水性而沉积率低（仅约0.1%被吸收），且易造成环境污染。此外，病原菌形成的生物膜进一步降低了农药效果。尽管已有研究尝试通过助剂或纳米载体改善农药性能，但仍存在制备复杂、成本高、生态风险大等问题。超分子化学为构建多功能农药提供了新思路，但其在手性农业材料中的应用尚未深入探索。

研究内容

近日，贵州大学精细化工研究开发中心王培义团队在Nature Communications期刊上发表了题为“Chiral dependence of multifunctional supramolecular materials in crop protection”的论文。报道了通过将 AIM-12S/R 包埋于 β- 环糊精（β-CD）中制备手性 AIM-12S/R@β-CD 的方法，该材料旨在增强叶面附着力与生物膜破坏能力，从而有效防治水稻白叶枯病。在水介质中组装后，AIM-12S/R 原本存在的叶面亲和力与生物膜破坏能力的手性差异得到放大 —— 证据显示，AIM-12R@β-CD 的接触角比其 S 对映体低 67°，且在浓度为 12.5 μg・mL⁻¹ 时，其生物膜清除能力较后者提升 8.5 倍。尽管两种对映体在体外表现出相似的活性（这种相似性常掩盖手性对其他特性的影响），但它们与叶片表面及生物膜之间的对映选择性相互作用，决定了其在植物体内防治效果的差异。这一研究为超分子农用化学品中的手性识别现象提供了实例，也为手性超分子在农业领域的进一步应用提供了宝贵启示。

文章亮点

手性依赖的叶面亲和性提升：R构型超分子材料在超疏水稻叶上表现出显著更低的接触角和更强的润湿性，有效提高了农药的沉积与滞留。
高效的生物膜抑制与清除能力：AIM-12R@β-CD在低浓度下即可有效抑制和清除成熟生物膜，且对浮游细菌具有持续抑制作用。
多重抗菌机制协同作用：通过诱导活性氧积累、破坏细胞膜完整性、抑制胞外多糖和淀粉酶等毒力因子，实现多途径杀菌。
广谱适用性与光响应行为：该超分子体系对猕猴桃溃疡病菌同样有效，并表现出光异构化行为，为智能农药设计提供可能。
良好的生物安全性与环境相容性：材料对水稻种子发芽、植株生长及土壤生物（如蚯蚓）无明显毒性，且在土壤中可降解，具备良好的生态安全性。

结论与展望

该研究的成功实践，为手性超分子材料在作物保护领域的应用开辟了崭新的道路。研究者们不仅证实了手性在调控农药叶面亲和性与生物膜干预能力中的核心作用，更重要的是，展示了通过合理的超分子组装，能够将小分子本身微弱的手性差异放大为宏观性能的显著提升。这一“手性放大”策略，打破了传统上仅关注活性 enantiomer 体外药效的局限，将制剂的物理化学性质（如沉积、铺展、渗透）也纳入到手性优化的范畴，为实现农药的“减施增效”和“精准递送”提供了关键理论基础与技术原型。展望未来，手性超分子材料在农业中的应用前景广阔。通过进一步优化超分子结构和组装过程，有望开发出更高效、更环保的农药配方。此外，深入研究手性超分子与植物、病原体和环境之间的相互作用，将有助于更好地理解其作用机制，并为可持续农业的发展提供新的思路。这一研究为手性超分子在农业中的应用奠定了坚实的基础，预示着这一领域将为解决全球粮食安全和环境保护问题做出重要贡献。

文献来源

Liu, M., Liu, K., Yang, J. et al. Chiral dependence of multifunctional supramolecular materials in crop protection. Nat. Commun., 16, 8668 (2025), doi.org/10.1038/s41467-025-63677-8.

链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63677-8