基于羧甲基纤维素接枝和纤维素酶/pH双响应型中空介孔二氧化硅纳米颗粒的己唑醇递送系统研究

针对传统农药易流失、靶向性差导致的污染问题，研究人员开发了纤维素酶/pH双响应型中空介孔二氧化硅纳米颗粒（Hex/HMSN–CMC）递送系统。该系统粒径为133.44 nm，载药量达12%，在pH和纤维素酶刺激下累积释放率超80%，对水稻纹枯病菌的EC50显著低于商业制剂，且能通过菌丝和水稻植株内转运，同时降低斑马鱼毒性16.65%，为农药精准递送提供了新策略。

　　

论文解读

水稻纹枯病由立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）引起，是全球水稻减产的主要病害之一。传统杀菌剂己唑醇（Hexaconazole, Hex）虽高效，但存在易挥发、流失率高（环境扩散达99%）和靶向性差等问题，不仅降低药效，还污染生态环境。更棘手的是，病原菌侵染时会分泌纤维素酶和有机酸，而现有农药载体难以响应这种生物信号实现精准释放。如何设计一种能“感知”病原微环境并智能释药的递送系统，成为农业纳米技术领域的突破点。

黑龙江省自然科学基金支持的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表成果，提出将Hex装载于羧甲基纤维素（CMC）接枝的中空介孔二氧化硅纳米颗粒（HMSN）中，构建纤维素酶/pH双响应型纳米农药Hex/HMSN–CMC。该系统通过病原菌微环境触发释药，使Hex对R. solani的半数有效浓度（EC₅₀）降至0.638 mg/L（5天），较商业悬浮剂提升1倍，同时减少对斑马鱼的毒性风险。

关键技术方法
研究采用模板法合成HMSN，通过物理吸附负载Hex，再以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰表面氨基，最终与CMC羧基形成酰胺键。表征手段包括扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等。生物实验涵盖体外释药动力学、离体抑菌活性（EC₅₀测定）、水稻植株/菌丝内转运（共聚焦显微镜观察）及斑马鱼急性毒性测试。

研究结果

Characterization of hex/HMSN–CMC
SEM/TEM显示HMSN具有均匀中空结构（粒径133.44 nm），CMC成功接枝使Zeta电位从+28.4 mV降至?26.7 mV。XPS证实酰胺键形成，载药量达12%。比表面积分析显示介孔孔径为3.7 nm，适合Hex负载。

控释与生物活性
在pH 5.0+纤维素酶条件下，48小时Hex累积释放率达82.4%，是中性环境的2.3倍。对R. solani的抑制实验表明，Hex/HMSN–CMC的EC₅₀（10天）为1.404 mg/L，显著低于商业制剂（2.454 mg/L）。共聚焦显微镜证实纳米颗粒可经菌丝孔道和水稻维管束转运至靶部位。

Conclusion
该研究首创将CMC的纤维素酶响应特性与HMSN的pH响应能力耦合，实现农药的双重环境触发释放。接触角实验表明CMC接枝使叶面润湿性提升37%，促进药物吸附；水稻种子发芽率提高22%，斑马鱼LC₅₀值提升16.65%，证实其环境友好性。

意义与展望
Hex/HMSN–CMC的创新性在于：①利用病原菌自身分泌物质作为释药“开关”，实现“敌动我动”的精准防治；②CMC的低成本（约为合成聚合物的1/5）和可降解性符合农业可持续发展需求。未来可拓展至其他纤维素酶分泌型病害（如小麦赤霉病）的防控，为智能农药设计提供范式。