【转载】贵州大学--杨松老师团队：肟菌酯与戊唑醇的共封装及其抗真菌活性与生态安全性的提升

2026-01-28 浏览次数： 10

贵州大学--杨松老师团队：肟菌酯与戊唑醇的共封装及其抗真菌活性与生态安全性的提升

近日，贵州大学杨松老师与上海师范大学张博老师团队合作在《Chemical Engineering Journal》发表名为Constructing a synergistic microcapsule platform: Co-encapsulation of trifloxystrobin and tebuconazole with improved antifungal activity and ecological safety的期刊论文。

该团队聚焦农业杀菌剂的高效化与绿色化改良，提出了一种基于聚氨酯（PU）的协同微胶囊递送系统（TRI/TEB-MCs），通过共封装肟菌酯（TRI）和戊唑醇（TEB）两种作用机制互补的杀菌剂，同时解决了传统农药利用率低、抗药性强、环境风险高等核心问题，为可持续农业提供了新型高效环保的杀菌剂配方方案。

发表日期：2025年10月26日

关键词：共封装；聚氨酯微胶囊；抗真菌活性；生态安全性

微胶囊技术。通过将活性成分包埋在聚合物壳层中，微胶囊既能保护其免受过早降解，又能实现可控缓释，还能显著提升其在靶标表面的附着性和耐雨性。作为农药控释技术中的革新力量，聚氨酯（PU）微胶囊正以其卓越的综合优势挑战现有格局。相较于脂质体（易降解）和海藻酸盐微球（成本较高）的局限性，聚氨酯微胶囊具有无可比拟的稳定性、优异的农药封装效率和可精确调控的释放速率，能显著提升残留活性和靶向性。此外，其制备工艺简单、原料成本低且易于工业化生产，为开发更经济、高效、环保的新型农药剂型提供了极具前景的解决方案。

本研究聚焦两种作用机制互补的经典杀菌剂：肟菌酯（TRI）和戊唑醇（TEB）。TRI 通过抑制线粒体呼吸破坏病原菌的能量供应，而 TEB 通过阻断麦角甾醇生物合成损害细胞膜完整性。尽管具有强大的协同潜力，但要释放这种潜力，需确保两种分子在同一时空的侵染位点协同作用。传统桶混方式无法保证同步释放，而将TRI和TEB共封装在单一微粒载体中，构成了理想的递送系统。该方法能对两种药剂的释放动力学进行精准的时间控制，从而优化其协同效能，为实现高效防治效果提供了新策略。

该研究报道一种基于聚氨酯壳层、共封装 TRI（10wt%）和 TEB（20wt%）的新型双效微胶囊系统（TRI/TEB-MCs）的合理设计与合成。研究的核心创新点在于，利用单颗粒精准共递送策略，克服协同杀菌剂在实际应用中的时空不匹配问题。我们系统表征了 TRI/TEB-MCs 的形貌、粒径分布和热稳定性，并全面评估了其剂型性能，包括流变学特性、缓释动力学、叶面润湿性、沉积行为，以及关键的耐雨性。通过体外和体内生物测定，验证了 TRI/TEB-MCs 对两种植物病原菌（核盘菌和纹枯菌）的协同抗真菌效能。最后，通过植物和生态毒性评估，证实了该系统的环境相容性。构建了一个融合协同机制、精准递送技术和高性能材料的集成平台，为现代农业提供了高效、安全且可持续的作物保护解决方案。

示意图：体系的合成与应用及性能研究

2.结果与讨论

2.1 TRI/TEB-MCs的合成

图1呈现了通过界面聚合法合成 TRI/TEB-MCs 的完整流程，核心是先分别配制含乳化剂 EL-40 的水相和溶解有 TRI、TEB 两种杀菌剂及聚氨酯前驱体 IPDI 的油相，再将油相滴加到水相中经高剪切乳化形成稳定的水包油（O/W）乳液，随后在 60℃、特定搅拌速率下向乳液中滴加含 1,4 - 丁二醇和三乙烯四胺的扩链剂溶液，使油 - 水界面发生聚合反应形成聚氨酯壳层，最后加入黄原胶增稠得到均匀的微胶囊悬浮剂，直观展现了从原料混合、乳液制备、界面聚合到最终产品形成的关键环节，明确了双杀菌剂共封装于聚氨酯微胶囊中的技术路径。

图1：通过界面聚合合成TRI/TEB-MCs的示意图。

2.2 TRI/TEB-MCs的合成与物理化学表征

图2呈现了通过光学显微镜照片（a）、场发射扫描电镜（FESEM）图像（b）和粒径分布图（c），全面呈现了 TRI/TEB-MCs 的形貌与粒径特征，结果显示该微胶囊呈现出高度均匀的球形形貌，分散性良好且颗粒轮廓清晰，这种形态利于制备稳定的水悬浮液和实现均匀的喷雾沉积，激光衍射分析进一步证实其具有窄且单峰的粒径分布，中位粒径（D₅₀）为 0.94 μm，SPAN 值仅为 2.51，表现出优异的颗粒均一性，而这种亚微米尺寸不仅有助于提升叶面附着性，还能促进真菌病原菌对其的细胞摄取，为后续制剂性能和生物活性的提升奠定了基础。

图2：（a）光学显微照片;（b） FESEM图像;（c） TRI/TEB-MCs的粒径分布。

2.3 TRI/TEB-MCs的表征

图3通过DTG曲线（a）、TGA曲线（b）、FTIR图（c）及载药量（LC）和封装效率（EE）柱状图（d），全面验证了 TRI/TEB-MCs 的热稳定性、封装效果及核心药剂含量特性，结果显示 TRI/TEB-MCs 呈现单步降解特征，热降解起始温度约 200℃，显著高于未封装的 TRI 和 TEB，表明聚氨酯壳层有效提升了活性成分的热稳定性；FTIR 光谱中，TRI 和 TEB 的特征吸收峰（如 TRI 的 1736 cm⁻¹ 酯基 C=O 伸缩振动峰、TEB 的 3297 cm⁻¹ 羟基 - OH 伸缩振动峰）在 TRI/TEB-MCs 中显著减弱且无新共价键生成，证实两种杀菌剂被物理包埋于聚氨酯基质中未发生化学降解；同时，TRI 的载药量为 7.3%、封装效率为 83.5%，TEB 的载药量为 14.2%、封装效率为 80.1%，凸显该微胶囊系统具备优异的药剂负载与封装性能，为后续应用奠定了结构与成分基础。

图3：（a） DTG 和（b） TRI、TEB 和 TRI/TEB-MCs 的 TGA 曲线及 FTIR 光谱;（d） TRI和TEB在TRI/TEB-MCs中的LC和EE。

2.4 配方稳定性与流变性质

图4通过固定剪切速率下的黏度变化曲线（a）、剪切黏度与剪切速率关系曲线（b）及触变性测试曲线（c），系统表征了 TRI/TEB-MCs 悬浮剂的流变学特性，结果显示该悬浮剂具有典型的剪切稀化行为，黏度随剪切速率升高而降低，此特性可确保喷雾时低黏度利于雾化、静置时高黏度防止沉淀，契合农业喷雾制剂的实际应用需求；同时其表现出强劲的触变性，剪切作用停止后内部网络结构恢复率超 90%，能有效避免储存过程中结块，保障制剂长期稳定性；此外，经54℃热储存后，悬浮剂黏度较室温条件略有升高（约 0.3 Pa⋅s），推测与界面聚合物交联增强相关，而 0℃冷藏样品的黏度与室温对照组无统计学差异（p>0.05），证实该制剂兼具优异的高低温稳定性和实用流变学性能。

图4：（a）在固定剪切率下TRI/TEB-MCs的粘度;（b）剪切粘度与剪切速率的关系，以及（c）TRI/TEB-MCs的触变性测试曲线。

2.5 增强叶面的耐湿性和耐雨性

图5通过 360 秒内的液滴沉积图像（a）、动态接触角变化曲线（b）及模拟雨水冲刷前后的荧光显微镜图像（c），系统评估了 TRI/TEB-MCs 的叶面润湿性与耐雨性，结果显示，相较于TRI/TEB-SC，TRI/TEB-MCs 在疏水水稻叶片上的润湿性显著提升，其液滴接触角快速下降并稳定在 69.0°，远低于 TRI/TEB-SC 的105.0°，且表面张力更低（42.54 mN/m），这种优异的铺展能力可最大化杀菌剂与植物表面的接触面积，减少径流损失；同时，荧光显微镜观察及定量分析证实，TRI/TEB-MCs 具备出色的耐雨性，经模拟强降雨后仍有大量微胶囊沉积于叶片表面，附着率达 57%，残留量为16.5 mg/cm²，能有效抵御雨水冲刷，保障田间复杂天气条件下的持续药效，降低重复施药需求与环境风险。

图5：（a） 360秒内的液滴沉积图像;（b）动态接触角在360秒内;（c） TRI/TEB-MC模拟雨洗前后的荧光显微镜。

2.6 活性成分的缓释行为

图6通过三氟氧基肟菌酯（TRI）和戊唑醇（TEB）的缓释曲线（a、b），直观呈现了 TRI/TEB-MCs 的活性成分释放特性，结果显示，未封装的 TRI 和 TEB 分别在 4 小时和 10 小时内完全释放，而 TRI/TEB-MCs 展现出显著的缓释效果，在 70 小时内仅释放约 78% 的 TRI 和 72% 的 TEB，且两种杀菌剂的释放过程均符合一级动力学模型（TRI 的 R²=0.9743，TEB 的 R²=0.9956），表明释放速率与微胶囊基质中剩余杀菌剂浓度成正比，属于扩散控制的储库型释放机制，这种 prolonged 释放特性能够为作物提供长效的病害防护，减少施药次数，同时降低高初始浓度带来的生态毒理风险。

图6：（a–b）TRI/TEB-MCs的缓释曲线。

2.7 菌板抑菌活性

图7通过体外菌丝生长抑制试验，对比呈现了 TRI/TEB-MCs（微胶囊制剂）与TRI/TEB-SC 对纹枯病菌（Rhizoctonia solani）和菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum）的抗菌活性，其中（a）（b）（e）对应纹枯病菌的抑制效果，（c）（d）（f）对应菌核病菌的抑制效果，结果显示，TRI/TEB-MCs 对纹枯病菌的抑制活性与商业制剂相当，其 EC₅₀值（0.1717 mg/L）接近 TRI/TEB-SC（0.0961 mg/L），且毒力回归曲线斜率更陡，表明病原菌对微胶囊制剂更敏感；而针对菌核病菌，TRI/TEB-MCs 表现出显著优于商业制剂的抗菌效能，在所有测试浓度下均具有更高的抑制率，且 EC₅₀值更低，充分证实了该微胶囊系统通过协同递送两种杀菌剂，有效发挥了作用机制互补的优势，提升对目标病原菌的抑制效果。

图7：TRI/TEB-SC（a）和TRI/TEB-MCs（b）对R. solani（e）的抑制活性;TRI/TEB-SC（c）和TRI/TEB-MCs（d）对S. sclerotiorum（F）的抑制活性。

2.8 活体抑菌防效

图8通过油菜活体防治试验结果（a）及不同浓度 TRI/TEB-MCs 对油菜形态影响的观察（b），系统呈现了该微胶囊制剂的体内防效与作物安全性，结果显示，在针对菌核病菌（Sclerotinia sclerotiorum）的活体防治试验中，TRI/TEB-MCs 处理组的油菜叶片病斑扩展得到显著抑制，防治效果与商业悬浮剂（TRI/TEB-SC）相当甚至更优，直观验证了其田间应用潜力；同时，不同浓度（0.25 g/mL、0.5 g/mL）的 TRI/TEB-MCs 处理后，油菜的生长形态未出现异常，结合后续安全性测试数据可佐证，该制剂在有效杀菌浓度下不会对作物产生明显药害，且通过扫描电镜观察发现，经 TRI/TEB-MCs 处理的菌核病菌菌丝出现表面皱缩、菌丝收缩与坍塌等严重形态损伤，进一步揭示了其通过破坏病原菌细胞完整性发挥杀菌作用的机制，为体内防效提供了微观层面的支撑。

图8：（a）体内TRI/TEB-MCs对油菜S. sclerotiorum的控制效果;（b）不同浓度下的TRI/TEB-MCs对形态的影响。

2.9 植株安全性评估

图9呈现了通过数字照片（a）及根长、芽长、鲜重的数据图表（b）（c），直观呈现了 200 mg/mL 浓度的 TRI/TEB-MCs（微胶囊制剂）、TRI/TEB-SC 与清水对照组（CK）处理油菜 7 天后的生长状况，以此评估微胶囊制剂的作物安全性，结果显示，TRI/TEB-MCs 处理组油菜的根长（约 9.4 cm）、芽长（约 1.91 cm）及鲜重（约 7.30 g）与清水对照组、商业制剂处理组无显著统计学差异，各生长指标数值相近且均无异常生长表现，充分证实 TRI/TEB-MCs 在高应用浓度下对油菜无明显药害，具备优异的作物相容性，为其田间安全应用提供了直接的试验依据。

图9：（a）数码照片，以及（b， c）用200 mg/mL TRI/TEB-MCs、TRI/TEB-SCs和水喷洒7天后，油菜的根长、芽长和新鲜重量数据图。

2.10 非靶标生物安全性评估

图10通过蚯蚓处理前后的外观对比图（a）、14 天急性毒性试验的存活率数据（b）及 TRI/TEB-MCs 与商业悬浮剂 TRI/TEB-SC 的活体治疗效果对比（c），全面呈现了该微胶囊制剂的生态安全性与田间应用潜力，结果显示，在针对指示生物蚯蚓（Eisenia fetida）的急性毒性试验中，即使在 10 mg/kg 的高浓度处理下，14 天后蚯蚓仍无死亡且活性正常，存活率与对照组一致，证实 TRI/TEB-MCs 对土壤生态系统中的关键生物无明显急性毒性，环境相容性优异；而在作物活体治疗试验中，TRI/TEB-MCs 对菌核病菌引起的病害表现出与商业悬浮剂相当甚至更优的防治效果，进一步验证了其在实际应用中既能高效防控病害，又能保障生态安全，为可持续农业中的绿色防控提供了有力支撑。

图10：（a）TRI/TEB-MCs之前和之后的蚯蚓;（b）蚯蚓在TRI/TEB-MCs治疗中存活率为14天。（c） TRI/TEB-MCs和TRI/TEB-SC的治愈效果。

3.结论

该研究成功研发出一种基于聚氨酯微胶囊的新型双杀菌剂共封装系统（TRI/TEB-MCs），该系统通过界面聚合法实现了肟菌酯（TRI）与戊唑醇（TEB）的精准协同递送，具备优异的理化特性（均匀球形形貌、窄粒径分布、高封装效率与热稳定性）、理想的流变学性能（剪切稀化、强触变性及高低温稳定性）、增强的应用效能（良好叶面润湿性、高耐雨附着率与一级动力学缓释特性），在体外和体内试验中对纹枯病菌、菌核病菌均表现出与商业制剂相当或更优的抗真菌活性，且在有效浓度下对油菜无药害、对蚯蚓无急性毒性，充分兼顾了杀菌效能与生态安全性，有效解决了传统复配农药时空不匹配、利用率低、环境风险高等痛点，为开发下一代高效、环保、可持续的农业杀菌剂剂型提供了重要技术支撑与实践路径。

文章题目：Constructing a synergistic microcapsule platform: Co-encapsulation of trifloxystrobin and tebuconazole with improved antifungal activity and ecological safety.