常规嘧菌酯农药普遍存在紫外易降解、田间利用率低等问题，且对水生生物、蜜蜂等非靶标生物毒性偏高；传统农药载体多存在载药量低、仅单一释放响应、抗光老化能力弱等缺陷，难以同时实现长效缓释、病害高效防控与生态生物安全多重需求。此外，多数 MOF 载体孔径偏小，难以负载分子尺寸较大的嘧菌酯，且缺乏病原菌、植株微环境适配的多重响应控释能力，制约了智能纳米农药的实际田间推广应用。
尽管现有 ZIF-8、UiO-66、MIL-101 等 MOF 材料已用于农药载体构筑，但普遍存在孔径受限、载药量偏低、仅单一刺激响应等短板，将大介孔 PCN-777 与壳聚糖 / 果胶双门控结构耦合、构建 pH / 果胶酶 / 磷酸盐 / 植酸多重响应智能释药体系鲜有报道。因此，开发高载药量、抗紫外降解、多环境因子响应、兼具杀菌增效与植株及非靶标生物安全的 MOF 基纳米杀菌剂，是绿色农药与智慧植保领域亟待攻克的关键难题。
为此，南京大学杜学忠教授团队联合河南科技学院董江涛教授团队在国际知名期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上发表相关研究成果（IF=8.2，JCR Q1），该研究构筑了壳聚糖/果胶双门控 PCN-777 负载嘧菌酯智能纳米杀菌剂（Pyr@PCN-777@PT/CS），依托 PCN-777 超大介孔笼结构实现高载药，通过果胶配位结合、壳聚糖静电 / 氢键二次封盖构建双门控屏障，赋予体系多重刺激响应释药、紫外屏蔽抗降解、杀菌增效、植株与生态低毒多重优势，为广谱真菌病害绿色防控提供全新智能纳米载体范式。
实验方案
制备工艺：溶剂热法合成纳米级 PCN-777，丙酮体系吸附负载嘧菌酯，依次通过果胶配位修饰、壳聚糖静电氢键组装完成双门控封盖，离心水洗冷冻干燥获得目标样品。
表征分析
形貌结构结果表明，溶剂热法可制备规则八面体 PCN-777 纳米颗粒，平均尺寸约 250 nm，水合粒径 272 nm，具有典型 IV 型等温线与均一介孔结构，BET 比表面积达 684 m²/g，3.0 nm 超大介孔可高效容纳大尺寸嘧菌酯分子。负载及双门控组装后，样品形貌保持完整，粒径逐步增至 305 nm，Zeta 电位发生显著规律性变化，证实果胶、壳聚糖成功逐层修饰包覆。
化学表征显示，FTIR 证实果胶通过羧基与 PCN-777 表面不饱和锆位点发生配位作用，壳聚糖依靠静电作用与氢键结合于果胶外层，形成稳定双门控网络；XRD 表明负载与封盖过程未破坏 PCN-777 晶型结构；TGA 证明纳米复合材料热稳定性显著提升，嘧菌酯被有效限域于介孔孔道内。
载药性能测试表明，得益于 PCN-777 超大介孔优势，嘧菌酯负载量高达25.9%，显著优于 ZIF-8、UiO-66、MIL-101 等已报道 MOF 载药体系，为高剂量长效防控奠定基础。
图 PCN-777 相关纳米材料的各项表征：(a) 扫描电镜图；(b) X 射线衍射图谱；(c) 流体力学粒径；(d) Zeta 电位（误差棒代表标准差）；(e) 氮气吸附 - 脱附等温线；(f) 孔径分布；(g–i) 嘧菌酯、配体 H₃TATB、果胶、壳聚糖及各组装样品的红外光谱图；(j) 热重分析曲线。
紫外抗光解性能
嘧菌酯原药在水体紫外照射下极易降解，24 h 残留率仅 3.2%，市售悬浮剂残留率为 32.0%；而 Pyr@PCN-777@PT/CS 凭借 PCN-777 有机配体紫外屏蔽效应，24 h 药物保留率高达 74.5%，分别为市售制剂、原药的 2.3 倍和 23.3 倍，可有效抵御田间日光紫外辐照，减少药剂光损耗，延长持效周期。
图 (a) 不同制剂紫外光照下嘧菌酯光降解曲线；(b) PCN-777、配体、果胶、壳聚糖等材料的紫外 - 可见光谱。
多重响应控释性能
释放结果表明，双门控结构可有效抑制药物初期暴释，中性环境 96 h 累积释放仅 15.4%；体系具备弱酸、强碱、果胶酶、磷酸盐、植酸多重精准响应释药特性：弱酸条件脱落壳聚糖层、强碱破坏 MOF 骨架、果胶酶降解果胶封盖、磷酸盐 / 植酸竞争配位瓦解载体结构，可精准响应病原菌侵染、植株根际微环境生理变化，实现病灶靶向释药、非病区缓慢缓释。
释放动力学表明，单一果胶封盖暴释严重，双门控协同可精准调控释放速率，完美适配小麦赤霉病、白粉病发病规律，兼顾长效持效与病灶快速起效。
图 不同环境条件下 Pyr@PCN-777@PT/CS 的刺激响应释放曲线：(a) 不同 pH 条件；(b) 不同果胶酶浓度；(c) 不同磷酸盐浓度；(d) 不同植酸浓度。
抑菌活性与田间防效
室内抑菌试验表明，Pyr@PCN-777@PT/CS 对小麦赤霉病菌抑制效果显著优于市售悬浮剂与原药，EC₅₀值更低，相同药剂浓度下抑菌率显著提升；载体本身无抑菌活性，证实杀菌效果完全来源于可控释放的嘧菌酯活性成分。
图 不同制剂对小麦赤霉病菌的抑菌活性、抑制率及 EC₅₀值小麦白粉病盆栽试验显示，无论是叶面喷施还是种子拌种施用，纳米杀菌剂均表现出更低病情指数、更高防效，优于市售农药制剂，可同时满足叶面防控与种子处理双重应用场景，适配小麦田间全程病害防控需求。
图 叶面喷施与种子拌种处理下小麦白粉病的病情指数与防效
植株与非靶标生物安全性
植株生长安全性评价表明，相同施药剂量下，Pyr@PCN-777@PT/CS 可使小麦发芽率、出苗率、苗高分别提升 10%、13%、5%，对小麦苗期生长无抑制副作用，优于市售制剂，兼具防病与促生潜力。
图 不同制剂拌种处理后小麦种子发芽、幼苗长势及发芽率、出苗率、苗高统计非靶标生物安全测试：纳米杀菌剂对斑马鱼 LC₅₀为市售制剂的 3.6–5.7 倍，对蜜蜂急性毒性低、存活率高；对人体正常肝细胞、乳腺上皮细胞毒性微弱，细胞存活率维持较高水平，大幅降低农药对水生生物、有益昆虫及人体健康的潜在生态风险。
图 纳米杀菌剂对斑马鱼、蜜蜂及人体正常细胞的生物安全性评价总结
本研究依托大介孔锆基 PCN-777，创新构建果胶 / 果胶双门控智能纳米杀菌剂，突破传统嘧菌酯制剂紫外易分解、载药量低、无靶向响应、生态毒性高的技术瓶颈。凭借超大介孔实现 25.9% 超高载药量，双门控结构实现多生理环境因子精准控释，同时具备优异紫外抗老化、杀菌增效、植株促生、低生态毒性等多重优势。
该纳米杀菌剂制备工艺简便、原料易得、重复性强，适配叶面喷施、种子拌种多种施用方式，在小麦赤霉病、白粉病等大田真菌病害绿色防控中应用前景广阔，为 MOF 基智能响应纳米农药的设计开发、减药增效及农业生态安全发展提供了新策略与新思路。
引用信息：
Xiaona Li, Jincan Liu, Yue Yang, Jiangtao Dong, Xuezhong Du,Smart pyraclostrobin nanopesticides based on chitosan- and pectin-gated metal–organic framework PCN-777 for boosted efficacy and biosafety, International Journal of Biological Macromolecules, Volume 333, Part 2, 2025, 148939, 0141-8130
DOI（在线访问）：
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.148939
声明：
本文内容源于已发表的学术论文，是原作者智慧的结晶。我们在此分享，仅供学术探讨与参考，一切权利归原作者所有。如有侵权/错误，请联系删除/更正。以上解读来自于个人观点，请专家学者们批评指正。在文末点击“阅读原文”可直达原文网站。需要下载原文可联系小编。
撰稿：谢利安（仲恺农业工程学院，2025级材料与化工研究生）
审核：左继浩（仲恺农业工程学院，化工与材料学院专任教师）
投稿邮箱：zuojihao@zhku.edu.cn
小编微信ID：JihaoZuo（可添加）
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
