本网讯 近日，我校药学院2022级硕士研究生陈红和2021级博士研究生李金鑫以蕲艾挥发油为原料，研发纳米生物农药用于可持续的杂草防治相关研究成果，以“Development and characterization of Artemisia argyi essential oil-loaded nanoemulsion for sustainable weed control: Enhanced stability, amplified activity, protected non-target”为题在中科院环境科学与生态学1区Top期刊《Journal of Cleaner Production》上发表（最新影响因子为11.1）。我校中药生态农业创新团队刘大会教授为论文唯一通讯作者。
实现农业可持续生产和保障全球粮食安全是新千年面临的两大挑战。应对这些挑战需要新的生物技术以提高粮食产量，同时最大限度地减少对环境的危害，植物源除草剂的开发研究成为重要的组成部分。本研究在前期发现蕲艾挥发油有强除草活性的基础上，通过经典的HLB法成功制备蕲艾挥发油纳米乳除草剂。该纳米乳制剂不仅解决了蕲艾挥发油不稳定，遇热、光、氧易分解的难题，还具有缓释封装和递送活性成分的能力，能通过减低叶片接触角、增加叶片保留量、提升抗洗露性能降低农药脱靶性而大幅提高利用效率。与传统水乳剂剂型相比，在达到80%的杂草除草率时，纳米乳剂型的有效除草浓度可降低1-2倍；在室外10 mg/g剂量下，纳米乳剂型的除草效果（80%左右株防效）要比传统水乳剂剂型（20%株防效）提升4倍左右，且对多种非靶标作物（艾叶、菊花、棉花）无影响，具备广阔的应用前景。
论文主要研究内容
近年来，我校中药生态农业创新团队持续关注中药材生态种植中病虫草绿色防控和中药农药开发，并在环境友好型中药源除草剂开发领域取得系列进展。团队首次发现蕲艾的化感抑草活性，并在杂草生态防控中展开应用（Scientific Reports, 2021）；明确蕲艾水溶性部位为其关键抑草组分，通过UPLC-QTOF-MS的药效物质基础分析明确了以咖啡酸为主的酚酸类成分为其主要抑草活性成分之一（Frontiers in Plant Science，2022）；进一步以活性为导向，结合LC-MS开展定向分离，发现异绿原酸A为另一关键抑草活性物质（Journal of Agricultural and Food Chemistry，2022）；进一步阐释了蕲艾化感抑草作用机制为其水溶性组分发挥类似于生长素类除草剂的抑草机制，通过多靶点和多途径抑制杂草的萌发和生长，抑制其光合作用，从而达到防除杂草的目的（BMC Plant Biology，2022）。在此基础上，团队进一步发现蕲艾挥发油极强的触杀性除草活性，可通过抑制光合作用和引起氧化损伤使杂草快速白化和死亡，HPPD可能为其除草作用靶点（Industrial Crops & Products，2023）。鉴于挥发油不稳定，遇热、光、氧易分解的难题，团队成功开发出纳米剂型，在确保稳定性的同时，降低农药的脱靶性，实现除草活性增强（Journal of Cleaner Production，2024）。同时，团队通过已建立的艾种质资源圃，筛选一批具有高除草活性的艾叶种质资源（高效和低效资源挥发油除草活性可相差5倍以上）。上述研究在国家自然科学基金(32270391)、国家重点研发计划(2023YFC3503804)、湖北省自然科学基金创新群体项目(2023AFA032)和国家中药材产业技术体系（CARS-21）专项经费支持下，已申请国家发明专利4项。团队正在进行蕲艾中具有抑草活性的水溶性部位和具有除草活性的挥发油部位的联合制剂剂型、响应外界环境缓释的植物源除草剂剂型深入研发中，力争尽快开发出环境友好型商品蕲艾除草剂。
论文原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142487
