近日，中國人民大學化學系王亞培教授研究團隊在可降解農藥領域取得重要研究進展，相關研究成果以“A Degradable Quaternary Ammonium–Based Pesticide Safe for Humans”為題發表在中國化學會創辦的國際著名學術期刊CCS Chemistry上。

（可降解農藥作用示意圖）

農藥是一把雙刃劍，一方面農藥可對糧食生產過程中病蟲害進行防治，是影響農作物生產、決定糧食產量和品質的重要因素。但另一方面，農藥的過度使用造成了嚴重污染。農藥殘留污染土壤、水體、大氣，并通過食物富集對人體健康產生嚴重威脅。傳統農藥具有強生物毒性，在環境或生物體內不易降解轉化。近期，研究團隊基于農藥領域需求，開發了一類基于硅醚基團的綠色可降解農藥，有望解決傳統農藥的毒性大、不易降解的問題。

（可降解雙季銨鹽農藥殺菌、殺蟲原理示意圖）

雙季銨鹽是一種含有兩個銨根離子的有機鹽化合物，與常見的單季銨鹽化合物相比，該分子含有的正電荷密度更高，更容易與細菌的細胞膜表面發生靜電吸附，其陽離子極性頭部可與細胞膜中帶負電的磷脂發生結合，疏水尾部會嵌入細胞膜內部，破壞細胞膜完整性，導致胞內物質泄漏，具有更為顯著的殺菌能力。研究團隊通過在雙季銨鹽鏈段中引入活性硅醚基團，利用硅醚基團刺激響應可斷裂的特性，實現從毒性較大的雙季銨鹽農藥向無毒單季銨鹽降解產物的可控轉變過程。

實驗結果顯示，針對農作物致病菌青枯羅爾氏菌(R. solanacearum)、胡蘿卜軟腐堅固桿菌(P. carotovorum)以及常見害蟲豌豆蚜蟲(Acyrthosiphon pisum)，這種可降解雙季銨鹽農藥展現了出色的滅殺能力，而單季銨鹽降解產物則具有極小的生物毒性。

值得注意的是，硅醚連接基團的水解速率與降解體系的溫度和pH值密切相關，在中性、常溫的環境中，硅醚基雙季銨鹽農藥展現出持久高效的殺蟲、殺菌效果，降解周期約為3個月，藥效幾乎可以涵蓋白菜的整個生長周期，在使用后不對自然產生負面影響；若不小心被人體誤食后，雙季銨鹽利用胃液的酸性環境進行快速水解，在10分鐘內即可實現從有毒農藥向無毒降解產物的轉變，不對人體健康產生威脅。

（王亞培教授在播種和豐收階段參與農田實驗）

以上工作得到了國家自然科學基金委員會和中國人民大學理工學科建設處的資助，成果刊登在由中國化學會創辦的國際知名期刊CCS Chemistry上，中國人民大學化學系博士研究生韓文文與師資博士后徐小奇為該文章的共同第一作者，王亞培教授為通訊作者，文章詳見DOI:10.31635/ccschem.023.202303338。

CCS Chemistry是中國化學會獨立創辦的第一本國際雜志，致力于發表化學科學各個領域真正鼓舞人心的研究以及化學相關交叉領域的重要進展。

中國人民大學化學系王亞培教授研究團隊長期從事光熱轉換、復雜乳液、綠色電子、醫用材料等領域的科研工作，并重點關注它們在皮膚醫學工程和智慧農林材料與技術等方向上的應用創新。團隊面向國家重大戰略需求，積極推動化學與其他學科的交叉融合，通過構建學科間密切合作，努力解決國家在能源環境、臨床醫學、農業科技等領域中面臨的卡脖子難題。