基于阳离子聚丙烯酰胺-联吡啶类除草剂超分子体系的抗药性水稻田杂草防控新策略

为解决联吡啶类除草剂(BPyHs)因土壤负电荷吸附失活而无法作为苗前除草剂使用的难题，华南农业大学研究人员开发了由阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和BPyHs构成的超分子除草剂CPAM-BPyHs，并通过突变OsLAT5基因培育抗BPyHs水稻品系。田间试验显示，CPAM-敌草快对直播抗性水稻田杂草防效超90%，持效期达1个月。该研究为水稻杂草防控提供了新方法，并为防止农药土壤失活和径流的设计提供了新思路。

　　

杂草是农业生产中的顽固难题，每年造成严重的作物减产和品质下降。这些不速之客与作物争夺阳光、水分和养分，一旦破土而出就会迅速占据生态位。更令人头疼的是，传统除草方式往往"亡羊补牢"——等到杂草冒出地面才进行叶面喷施，此时作物已经遭受竞争压力。有没有办法将杂草扼杀在萌芽状态呢？

联吡啶类除草剂(BPyHs)本应是理想选择，这类包含百草枯(paraquat)和敌草快(diquat)的广谱除草剂效果显著且无残留。但大自然给它们设下了陷阱：带正电的BPyHs会被土壤负电荷牢牢吸附，就像磁铁吸住铁屑一样失去活性。这个致命缺陷使得BPyHs始终无法担纲苗前除草的重任。面对这个困扰农业界数十年的难题，华南农业大学的研究人员另辟蹊径，从超分子化学中找到了突破口。

研究人员采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)这种带更强正电荷的聚合物作为"护盾"，构建了CPAM-BPyHs超分子体系。CPAM就像抢先占领停车位的汽车，通过与土壤颗粒优先结合并中和其负电荷，为BPyHs创造相对自由的行动空间。与此同时，团队还通过CRISPR/Cas9技术敲除OsLAT5基因，培育出能抵抗BPyHs的水稻新品系GY-oslat5，为这套除草系统配上了"安全锁"。

这项发表在《Nature Communications》的研究，综合运用了分子动力学模拟、酵母异源表达系统、转基因水稻构建和田间试验等方法。通过UPLC-MS/MS精确测定除草剂含量，结合zeta电位和比表面积分析揭示吸附机制，并利用湖南益阳的田间试验验证实际效果。

研究结果显示，CPAM浓度在1.0%时达到最佳效果，能使土壤0-0.5 cm表层的游离敌草快含量从4.39 nmol/g提升至65.1 nmol/g。分子动力学模拟直观展示：在土壤-CPAM-百草枯体系中，百草枯在吸附空间(距土壤颗粒10-20 ?)的密度仅为0.38 g/cm³，远低于单独使用时的1.3 g/cm³。这种"吸附但保持活性"的特性使CPAM-BPyHs在降雨条件下仍能保持稳定，径流实验证实其对周边作物安全。

在抗性机制方面，酵母互补实验表明OsLAT5对BPyHs的亲和力(K_m值)显著高于其他转运蛋白。水稻表型验证中，oslat5突变体在0.10 μM百草枯处理下仍能正常生长，而野生型已明显受抑。田间数据显示，CPAM-敌草快(3800 g a.i./hm²)处理一个月后，对禾本科、莎草科和阔叶杂草的防效分别达90.4%、93.8%和94.7%，且GY-oslat5水稻生长未受影响。

这项研究开创性地解决了BPyHs土壤失活的世界性难题，其意义不仅在于开发出持效期达30天的超分子苗前除草剂，更开创了"除草剂-作物"协同设计的新范式。CPAM作为廉价工业品的大规模应用前景，以及OsLAT5靶点在抗性育种中的普适价值，为农业可持续发展提供了双重保障。该成果被同行评价为"在农药设计和杂草防控领域树立了新标杆"，未来或可推广至其他易被土壤固定的农药体系，推动精准农业的发展。