贵州大学绿色农药国家重点实验室王培义教授团队在Advanced Science（IF 14.1/JCR Q1 ）发表题为“Assembling Hexahedral Supramolecular Nano-Aggregates on Rice Wax Layer Matrices to Promote the Leaf Deposition and Bioavailability of Bactericides for Plant Protections”的研究论文，该研究基于苯并咪唑修饰的杀菌分子（BiTA18）与β-/γ-环糊精（β-CD/γ-CD）之间的主客体络合作用，发明了两种各向异性的超分子构建单元（BiTA18@β-CD和BiTA18@γ-CD），它们在水稻微晶基质上自组装成纳米级六方长方体。这一结果显著提高了杀菌成分在目标植物上的保留率。

更有趣的是，这些被寡糖包覆的超分子材料具有优异的生物相容性，能够突破细菌生物膜屏障，限制细菌的运动能力和胞外酶的分泌，并诱导细菌体内电解质泄漏和活性氧（ROS）积累，最终杀灭病原菌。最佳的超分子材料（BiTA18@β-CD）对水稻白叶枯病和柑橘溃疡病分别展现出54.4%和71.7%的广谱高效防治效果，在浓度为200 µgmL⁻¹时，超过了春雷霉素（34.3%/34.1%）、20%噻菌铜悬浮剂（39.9%/42.7%）和BiTA18（42.7%/46.9%）的防治效果。此外，目前的超分子体系对蚯蚓和斑马鱼等非靶标生物是安全的。该研究为构建在水稻微晶基质上组装的超分子单元为提高农药利用率提供了重要启示。

研究背景：1、现有商用农用抗生素（春雷霉素、中生菌素等）和铜基杀菌剂（氢氧化铜、噻菌铜等）往往难以穿透生物膜屏障；2、植物叶片蜡质层往往会将农药液滴反弹或滑落，有效沉积量低；3、现有商用润湿分散剂如有机硅（OS）和壬基酚聚氧乙烯醚（NPE），可能造成土壤和水体永久性残留。

载体：环糊精（CDs）

核心药物分子：BiTA18：异丙醇胺改性苯并咪唑化合物后的一种衍生物。

装配机制：主-客体化学的超分子自组装策略（通过分子形状和大小的互补性实现的，这样活性小分子可以嵌入主体分子的疏水空腔中，形成稳定的包合物作为新的构建单元）：基于BiTA18与β-/γ-环糊精（β-CD/γ-CD）之间的主-客体络合作用，创建了两个各向异性超分子构建单元（BiTA18@β-CD和BiTA18@γ-CD）。

图1主客体超分子聚集体的制备。A）在水溶液中，BiTA8和β-环糊精（β-CD）总浓度为0.1mM时，292nm处吸光度变化（ΔA）的Job曲线。B）Benesi-Hildebrand方程以及比色法中[β-CD]⁻¹与(Abs₀-Abs)⁻¹的曲线。C）在水溶液中，BiTA18和γ-环糊精（γ-CD）总浓度为0.1mM时，292nm处吸光度变化（ΔA）的Job曲线。D）Benesi-Hildebrand方程以及比色法中[γ-CD]⁻¹与(Abs₀-Abs)⁻¹的曲线。E、F）BiTA18@β-CD和BiTA18@γ-CD的高分辨质谱（HRMS）分析。G-H）¹H-核磁共振（¹H-NMR）滴定光谱，显示在D₂O中BiTA18与β-CD或γ-CD以1:0.5、1:1和1:2的摩尔比相互作用。I-K）动态光散射（DLS）测量以及在含0.4%二甲基亚砜（DMSO）的水溶液中浓度为200µgmL⁻¹的BiTA18、BiTA18@β-CD和BiTA18@γ-CD的相应图像。L）在含0.4%DMSO的水中，浓度为200µgmL⁻¹的BiTA18、BiTA18@β-CD、BiTA18@γ-CD、β-CD和γ-CD的zeta电位值。M）扫描电子显微镜（SEM）图像，展示了浓度为200µgmL⁻¹的BiTA18、BiTA18@β-CD和BiTA18@γ-CD的形态。

图2 纳米级六边形长方体在水稻微晶基质上的液滴反弹/飞溅行为及自组装。A)含有BiTA18、BiTA18@β-环糊精、BiTA18@γ-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精和水的液滴从10cm高度落在水稻叶片上的反弹行为，比例尺为2mm。B)从视频S1（补充材料）得出的时间分辨反弹高度（Ht/D0），其中D0和Ht分别代表初始液滴直径和收缩过程中液滴尖端与水稻表面的高度差。C)BiTA18、BiTA18@β-环糊精、BiTA18@γ-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精和水从30cm高度落下的飞溅行为，比例尺：2mm。D)根据视频S2（补充材料）计算的最终留在水稻叶片上的归一化液滴体积，V0和Vi分别代表初始液滴体积和最终保留的每个液滴的体积。E)通过以下实验得到的持液能力：将直径为1.0cm的水稻叶片浸入各种液体中30s，然后取出并称重每组叶片上保留的液体量。F)BiTA18、BiTA18@β-环糊精、BiTA18@γ-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精和水的表面张力。G)BiTA18、BiTA18@β-环糊精、BiTA18@γ-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精和水的接触角，以及水稻叶片上喷雾液滴的照片。H)BiTA18、BiTA18@β-环糊精和BiTA18@γ-环糊精在水稻叶片上沉积的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图3 超分子杀菌剂表现出更强的抑制生物膜形成的能力。A-C)在初始OD595nm值为0.1的条件下，不同剂量（1.12至36. 0µgmL−1）的A)BiTA18、B)BiTA18@β-CD和C)BiTA18@γ-CD引发的水稻白叶枯病菌（Xoo）的生长曲线。D-F)在与不同浓度的D)BiTA18、E)BiTA18@β-CD和F)BiTA18@γ-CD共孵育48小时后，通过在OD570nm处进行结晶紫染色对Xoo生物膜形成进行定量，并在OD595nm处通过比浊法分析细菌生长情况。G)分别用吖啶橙（AO）和碘化丙啶（PI）染色后，经BiTA18、BiTA18@β-CD和BiTA18@γ-CD处理48小时后形成的生物膜内Xoo细胞的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）三维图像。比例尺：100µm。

图7 A、B）照片和病害症状展示了在有效剂量为200µgmL−1的情况下，BiTA18、BiTA18@β-CD、BiTA18@γ-CD以及商用杀菌剂（TC-20%SC和KSM）对水稻白叶枯病的体内保护（A）和治疗（B）效果，喷药后水稻植株持续培养14天。C）水稻白叶枯病保护和治疗活性以及病情指数的统计图表。D）有效剂量为200 µg/mL时对柑橘溃疡病的保护和治疗活性的统计图表。E）照片和病害症状展示了在有效剂量为200 µg/mL的情况下，BiTA18、BiTA18@β-CD、BiTA18@γ-CD、TC-20%SC和KSM对柑橘溃疡病的体内保护和治疗效果（喷药后柑橘树持续培养14天）。