β-酮烯胺共价有机框架结构调控实现除草剂麦草畏的高效环境友好型纳米载药系统

本研究针对除草剂麦草畏（Dicamba）易挥发、易淋溶的环境风险问题，通过设计β-酮烯胺共价有机框架（COFs）纳米载药系统，利用羧基与β-酮基的可逆氢键作用实现28.5 wt%的高载药量。该载药系统使麦草畏挥发率降低50.62%，显著减少淋溶风险，同时保持与商业制剂相当的除草效果，且对非靶标小麦幼苗表现出生长促进作用，并显著提升土壤固氮微生物群落复杂性。该研究为农药减量化使用提供了创新解决方案。

　　

现代农业面临农药环境风险的严峻挑战，其中麦草畏作为高效除草剂因挥发性强（25℃时蒸汽压达4.5×10^-3 Pa）和易淋溶的特性，常导致邻近作物药害，美国多州大豆药害发生率高达15-67%。传统剂型改良收效有限，亟需开发新型载药系统。

山东农业大学等机构研究人员创新性地利用β-酮烯胺共价有机框架（COFs）的拓扑结构可调特性，通过精确调控孔径和表面官能团，构建了TpBD-COF纳米载药体系。该研究通过氢键相互作用实现麦草畏的高效负载（28.5 wt%），并系统评估了其环境行为与生物效应，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》。

研究采用溶剂热法合成三种β-酮烯胺COFs，通过PXRD、BET、TEM等技术表征材料特性；利用HPLC测定载药量；采用土壤柱淋溶和热重分析评估环境行为；结合叶绿素荧光成像和16S rRNA测序分析生物效应。

3.1 β-酮烯胺COFs的合成与表征
通过调控1,3,5-三甲酰基间苯三酚（Tp）与不同二胺单体的缩合反应，成功制备了TpPa-COF（1261 m²/g）、TpBD-COF（1767 m²/g）和TpBDMe-COF（1468 m²/g）。其中TpBD-COF的均匀介孔结构（2.17 nm）最利于麦草畏（0.72 nm）扩散，XPS证实其β-酮基与羧基形成氢键（O 1s结合能偏移2.35 eV）。

3.2 环境行为调控
载药后COFs比表面积从1767骤降至12 m²/g，证实孔道满载。Ritger-Peppas模型显示pH响应性Fickian扩散机制（R²>0.91）。60℃时挥发率降低50.62%，北京砂壤土淋溶量减少38.5%，显著优于传统剂型。

3.3 生物效应评估
在480 mg/L剂量下，Dicamba@TpBD-COF对藜（Chenopodium album L.）的鲜重抑制率达70%，与商业制剂相当。意外发现其对非靶标小麦的光合量子效率Y(PSII)提升12%，可能源于COFs中氮元素促进固氮微生物（Proteobacteria占比提升）的互作网络形成（节点连接数从4.47增至10.07）。

该研究开创性地将COFs的拓扑控制特性应用于农药递送领域，不仅解决了麦草畏的环境迁移难题，还意外发现其具有"施肥效应"。这种"载药-促生"双功能设计为绿色农药开发提供了新范式，但COFs在土壤中的长期降解机制仍需持续追踪。未来可通过功能化修饰拓展该策略对其他农药的适配性。