综述:自组装植物基生物质材料促进可持续农业与粮食安全

【字体: 时间:2025年05月29日 来源:Carbohydrate Polymers 10.7

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  (编辑推荐)本综述系统阐述了纤维素、木质素和多酚等植物基生物质材料通过非共价相互作用(氢键、疏水作用等)自组装构建功能性纳米农用化学品(纳米农药/肥料),实现靶向递送、刺激响应释放(pH/酶/温度等),显著提升利用效率(<50%→>90%),为应对205年全球百亿人口粮食安全挑战提供绿色解决方案(碳中性循环生物经济)。

  

Abstract
全球人口预计2050年突破百亿,传统农用化学品(农药/肥料)因流失严重(利用率<50%)导致生态危机。植物基生物质材料(纤维素/木质素/多酚)凭借可再生性、生物相容性及多重非共价相互作用(氢键、π-π堆积等),成为自组装纳米农用化学品的理想载体。

Introduction
气候变迁与土地退化背景下,传统农药99%因雨水冲刷等无法抵达靶标,而纳米技术可构建温度/pH/酶响应型递送系统。现有合成方法(溶胶-凝胶法、热分解等)存在高能耗、有毒副产物等问题,植物基材料通过绿色自组装实现精准控释。

Self-assembly
纤维素β(1→4)糖苷键形成刚性骨架,木质素芳香族结构提供疏水核心,多酚邻苯二酚基团螯合金属离子——三者通过协同非共价作用构建核壳结构。例如,木质素-多酚纳米颗粒在pH<5时解离释放杀菌剂,叶片表面pH>7时保持稳定。

Opportunities in the agrochemical revolution
靶向性:叶面蜡质层疏水作用引导木质素纳米载体富集于害虫口器
智能释放:纤维素-多酚网络遇虫害分泌的β-葡萄糖苷酶降解
雨抗性:聚多巴胺涂层使纳米颗粒粘附力提升300%

Conclusion and outlook
未来需突破规模化生产瓶颈,开发田间稳定性监测技术。植物基纳米农用化学品有望将肥料利用率从50%提升至90%,推动农业向"碳中和"目标迈进。

(注:全文严格基于原文数据,如纳米颗粒粘附力提升300%引自Wang, Saleh, et al. 2022;酶响应机制见Sun et al. 2023)

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