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人大理工科创新之路:智慧农林材料与技术领域取得重要技术突破
来源:理学院化学系
时间:2023.11.24

近日,银河国际游戏平台化学系王亚培教授研究团队在可降解农药领域取得重要研究进展,相关研究成果以“A Degradable Quaternary Ammonium–Based Pesticide Safe for Humans”为题发表在中国化学会创办的国际著名学术期刊CCS Chemistry上。

(可降解农药作用示意图

农药是一把双刃剑,一方面农药可对粮食生产过程中病虫害进行防治,是影响农作物生产、决定粮食产量和品质的重要因素。但另一方面,农药的过度使用造成了严重污染。农药残留污染土壤、水体、大气,并通过食物富集对人体健康产生严重威胁。传统农药具有强生物毒性,在环境或生物体内不易降解转化。近期,研究团队基于农药领域需求,开发了一类基于硅醚基团的绿色可降解农药,有望解决传统农药的毒性大、不易降解的问题。

(可降解双季铵盐农药杀菌、杀虫原理示意图

双季铵盐是一种含有两个铵根离子的有机盐化合物,与常见的单季铵盐化合物相比,该分子含有的正电荷密度更高,更容易与细菌的细胞膜表面发生静电吸附,其阳离子极性头部可与细胞膜中带负电的磷脂发生结合,疏水尾部会嵌入细胞膜内部,破坏细胞膜完整性,导致胞内物质泄漏,具有更为显著的杀菌能力。研究团队通过在双季铵盐链段中引入活性硅醚基团,利用硅醚基团刺激响应可断裂的特性,实现从毒性较大的双季铵盐农药向无毒单季铵盐降解产物的可控转变过程。

实验结果显示,针对农作物致病菌青枯罗尔氏菌(R. solanacearum)、胡萝卜软腐坚固杆菌(P. carotovorum)以及常见害虫豌豆蚜虫(Acyrthosiphon pisum),这种可降解双季铵盐农药展现了出色的灭杀能力,而单季铵盐降解产物则具有极小的生物毒性。

值得注意的是,硅醚连接基团的水解速率与降解体系的温度和pH值密切相关,在中性、常温的环境中,硅醚基双季铵盐农药展现出持久高效的杀虫、杀菌效果,降解周期约为3个月,药效几乎可以涵盖白菜的整个生长周期,在使用后不对自然产生负面影响;若不小心被人体误食后,双季铵盐利用胃液的酸性环境进行快速水解,在10分钟内即可实现从有毒农药向无毒降解产物的转变,不对人体健康产生威胁。

(王亚培教授在播种和丰收阶段参与农田实验

以上工作得到了国家自然科学基金委员会和银河国际游戏平台理工学科建设处的资助,成果刊登在由中国化学会创办的国际知名期刊CCS Chemistry上,银河国际游戏平台化学系博士研究生韩文文与师资博士后徐小奇为该文章的共同第一作者,王亚培教授为通讯作者,文章详见DOI:10.31635/ccschem.023.202303338。

CCS Chemistry是中国化学会独立创办的第一本国际杂志,致力于发表化学科学各个领域真正鼓舞人心的研究以及化学相关交叉领域的重要进展。

银河国际游戏平台化学系王亚培教授研究团队长期从事光热转换、复杂乳液、绿色电子、医用材料等领域的科研工作,并重点关注它们在皮肤医学工程和智慧农林材料与技术等方向上的应用创新。团队面向国家重大战略需求,积极推动化学与其他学科的交叉融合,通过构建学科间密切合作,努力解决国家在能源环境、临床医学、农业科技等领域中面临的卡脖子难题。

编辑:刘千语
责任编辑:董涵琪
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