近日，中國人民大學(xué)化學(xué)系王亞培教授研究團(tuán)隊(duì)在可降解農(nóng)藥領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“A Degradable Quaternary Ammonium–Based Pesticide Safe for Humans”為題發(fā)表在中國化學(xué)會(huì)創(chuàng)辦的國際著名學(xué)術(shù)期刊CCS Chemistry上。

（可降解農(nóng)藥作用示意圖）

農(nóng)藥是一把雙刃劍，一方面農(nóng)藥可對糧食生產(chǎn)過程中病蟲害進(jìn)行防治，是影響農(nóng)作物生產(chǎn)、決定糧食產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。但另一方面，農(nóng)藥的過度使用造成了嚴(yán)重污染。農(nóng)藥殘留污染土壤、水體、大氣，并通過食物富集對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)農(nóng)藥具有強(qiáng)生物毒性，在環(huán)境或生物體內(nèi)不易降解轉(zhuǎn)化。近期，研究團(tuán)隊(duì)基于農(nóng)藥領(lǐng)域需求，開發(fā)了一類基于硅醚基團(tuán)的綠色可降解農(nóng)藥，有望解決傳統(tǒng)農(nóng)藥的毒性大、不易降解的問題。

（可降解雙季銨鹽農(nóng)藥殺菌、殺蟲原理示意圖）

雙季銨鹽是一種含有兩個(gè)銨根離子的有機(jī)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(xì)菌的細(xì)胞膜表面發(fā)生靜電吸附，其陽離子極性頭部可與細(xì)胞膜中帶負(fù)電的磷脂發(fā)生結(jié)合，疏水尾部會(huì)嵌入細(xì)胞膜內(nèi)部，破壞細(xì)胞膜完整性，導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)泄漏，具有更為顯著的殺菌能力。研究團(tuán)隊(duì)通過在雙季銨鹽鏈段中引入活性硅醚基團(tuán)，利用硅醚基團(tuán)刺激響應(yīng)可斷裂的特性，實(shí)現(xiàn)從毒性較大的雙季銨鹽農(nóng)藥向無毒單季銨鹽降解產(chǎn)物的可控轉(zhuǎn)變過程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，針對農(nóng)作物致病菌青枯羅爾氏菌(R. solanacearum)、胡蘿卜軟腐堅(jiān)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(nóng)藥展現(xiàn)了出色的滅殺能力，而單季銨鹽降解產(chǎn)物則具有極小的生物毒性。

值得注意的是，硅醚連接基團(tuán)的水解速率與降解體系的溫度和pH值密切相關(guān)，在中性、常溫的環(huán)境中，硅醚基雙季銨鹽農(nóng)藥展現(xiàn)出持久高效的殺蟲、殺菌效果，降解周期約為3個(gè)月，藥效幾乎可以涵蓋白菜的整個(gè)生長周期，在使用后不對自然產(chǎn)生負(fù)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(huán)境進(jìn)行快速水解，在10分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)從有毒農(nóng)藥向無毒降解產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變，不對人體健康產(chǎn)生威脅。

（王亞培教授在播種和豐收階段參與農(nóng)田實(shí)驗(yàn)）

以上工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國人民大學(xué)理工學(xué)科建設(shè)處的資助，成果刊登在由中國化學(xué)會(huì)創(chuàng)辦的國際知名期刊CCS Chemistry上，中國人民大學(xué)化學(xué)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(xué)會(huì)獨(dú)立創(chuàng)辦的第一本國際雜志，致力于發(fā)表化學(xué)科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域真正鼓舞人心的研究以及化學(xué)相關(guān)交叉領(lǐng)域的重要進(jìn)展。

中國人民大學(xué)化學(xué)系王亞培教授研究團(tuán)隊(duì)長期從事光熱轉(zhuǎn)換、復(fù)雜乳液、綠色電子、醫(yī)用材料等領(lǐng)域的科研工作，并重點(diǎn)關(guān)注它們在皮膚醫(yī)學(xué)工程和智慧農(nóng)林材料與技術(shù)等方向上的應(yīng)用創(chuàng)新。團(tuán)隊(duì)面向國家重大戰(zhàn)略需求，積極推動(dòng)化學(xué)與其他學(xué)科的交叉融合，通過構(gòu)建學(xué)科間密切合作，努力解決國家在能源環(huán)境、臨床醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)科技等領(lǐng)域中面臨的卡脖子難題。