纳米农药研究现状和展望-崔海信

摘要纳米农药是纳米科技在农业植物保护领域的一项新兴应用，在提高农药生物活性与使用效果、增加农药持效性、减少农药用量等方面具有明显优势。

目前已有文献报道或获得专利的纳米农药主要包括纳米微乳剂、纳米微囊、纳米载药系统（如金属、金属氧化物、黏土等）、纳米生物农药等不同剂型。

随着纳米农药的研发升级及其推向市场的需求增加，纳米农药注册登记与监管过程中的环境安全性评估也成为需要密切关注的问题。

本文综述了纳米农药的研发现状以及纳米材料（MNPs）的毒性作用机制，浅析了纳米材料、环境因素及纳米农药所含农药有效成分对纳米农药生物有效性与生态毒理学效应的影响，以期为纳米农药的环境风险评估与环境管理提供建议和参考。

1 引言纳米科学主要研究三维空间尺寸中至少有一维在1～100 nm之间的极小物体，其作为一个独立的研究领域已经发展成为当今世界上三大支柱科学之一，广泛应用于材料与制造、微电子与计算机信息技术、能源与环境、医疗与健康等领域。

据预计，纳米材料的全球年产量将从2010年的21 000吨上升至2020年的58 000吨。

然而，随着纳米材料的产业化，人造纳米材料通过不同途径进入环境中对人体健康和生态环境造成的负面效应也随之出现。

以纳米尺度的颗粒态物质为研究对象的MNPs生态毒理学研究逐渐成为生态毒理学研究领域一个新的挑战，美国及欧盟国家的政府或科学管理部门近年来纷纷出台科技政策予以支持和推动，未来10年生态毒理学领域将是“生态毒物基因组学”和“纳米生态毒理学”的时代。

近年来，纳米技术在农业中的应用成为一个新的和迅速发展的研究领域。

利用纳米材料与制备技术，将原药、载体与助剂等配制成更为高效的新剂型产品，有利于提高农药有效成分在田间环境下的生物活性与利用率，增强有效成分对昆虫、病菌、杂草等有害生物的渗透性，促进农药有效成分向靶标部位的传输等。

相比常规农药，纳米农药具有这些优势：① MNPs的添加可增加农药有效成分的稳定性（包括贮存期间和施用后）、溶解度等；② 在田间喷施过程中，MNPs的小尺寸效应可以增加农药雾滴的延展性、润湿性、靶标吸附性（如叶面粘附性）等；③ MNPs对有效成分具有可控缓释与保护性能等。

磁性纳米颗粒作为基因载体的研究发展概况*李 瑶,崔海信,刘 琪,崔金辉(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081)摘 要: 磁性纳米颗粒作为非病毒基因载体介导的基因转染(即磁性转染)是基因治疗中极具运用前景的技术之一。

主要介绍了磁性纳米颗粒的种类和性质,介导基因转染的最新研究进展,在细胞内的定位和动态过程,面临的问题以及将来的发展前景。

关键词: 磁性纳米颗粒;磁性转染;基因治疗中图分类号: Q633;Q789文献标识码:A文章编号:100129731(2010)增刊Ñ200142061 引 言近年来非病毒基因载体的开发颇受关注,许多新的物理化学技术应运而生,作为运载工具,非病毒载体可避免病毒载体的安全性等问题。

磁性纳米颗粒作为非病毒载体介导的基因转染即磁性转染(magnetofection)是其中极具运用前景的技术之一。

磁性纳米基因载体技术是以磁性纳米颗粒作为基因载体,在细胞的摄粒作用下,磁性纳米颗粒携带DNA 、RNA 、PNA 、dsRNA 等基因治疗分子进入细胞并释放这些分子,在磁场作用下实现安全有效的靶向性基因治疗[1,2]。

该技术不仅加快转染速度,而且提高转染率。

磁性纳米基因载体具有目的基因高效稳定表达、安全无害、靶向性高、为非病毒型基因载体等优点,因此磁性纳米颗粒作为基因载体在肿瘤基因治疗中的应用得到了迅速发展。

本文将讨论磁性纳米基因载体的种类与性质、近年来在体内外应用的研究进展及其应用前景。

2 磁性纳米颗粒基因载体的种类与性质2.1 磁性纳米颗粒的种类磁性纳米颗粒由无机磁性材料与各种提供活性功能基团的材料复合制备而成。

目前无机磁性微粒的种类很多,较常用的有金属合金(Fe,Co,Ni)、氧化铁(C 2Fe 2O 3、Fe 3O 4)、铁氧体(CoFe 2O 4、BaFe 12O 19)、氧化铬(CrO 2)和氮化铁(Fe 4N )等,其中Fe 3O 4(magnetite)是应用最多的磁性颗粒,它很容易在水溶液中通过共沉淀或氧化共沉淀制备,其粒度、形状和组成可以根据调节反应条件得到控制[3],用于磁转化的磁性纳米颗粒粒径从几十到几百纳米不等。

关于新型纳米农药制剂载体材料的研究摘要：从促进我国农业长远发展的角度来讲，新型纳米农药制剂应用是非常可行的，能够弥补传统农药应用的不足，促进农作物良好生长，实现优质高产的目的，同时有效保护环境。

当然，前提条件是选用适合的载体材料，植被具有较高使用性能的纳米农药。

以下本文将从概述纳米农药展开，着重分析和探头新型纳米农药制剂载体材料。

关键词：纳米技术；纳米农药；载体材料；精准控释一、纳米农药概述所谓纳米材料是指粒径在任一维度处于1~100nm以内的材料。

它具有诸多理化特性，比如尺寸较小、高反应活性较强、量子效应明显等。

纳米农药目前尚未提出统一定义。

基本上将小于1000nm或带有“纳米”前缀，或具有小尺寸相关特性的农药剂型被称为纳米农药。

科技创新的背景下现代农业发展过程中应当积极研究和应用新型纳米农药制剂，以便利用农药有效消杀病虫害，促使农作物良好生长的同时，降低农药对农业面源的污染。

为此，应当加强对纳米农药控释制剂载体材料的研究，选用适合的聚合物类材料、无机非金属材料等等，提高农药载体的应用效果。

目前，不同纳米农药的粒径范围不尽相同，主要是因为不同纳米农药的制备方法及分散体系存在差异所致，比如纳米乳液的粒径范围为20~200nm、纳米分散体粒径范围为50~200nm、纳米微球的粒径范围为50~1000nm、纳米微囊的粒径范围为50~1000nm、纳米胶束的粒径范围为10~200nm等等。

从目前纳米农药制备实践情况来看，常用的、有效的、可行的制备方法有两种，一种是直接将农药活性物质加工成为小尺寸的纳米粒子；另一种是以纳米材料为载体，采用吸附、偶联、包裹等方式负载农药，创建纳米载药体系。

采用此种方式所制备的纳米农药制剂有聚合物类制剂、黏土材料纳米制剂、二氧化硅纳米制剂等等[1]。

二、纳米农药剂型（一）基于传统农药剂型的纳米农药基于传统农药剂型的纳米农药有多种，比如微乳剂、纳米乳液、纳米分散体等等，是基于传统农药物质进行制备，形成的小尺寸纳米粒子，具有传统农药所无法比拟的优势。

54 2021年第1期纳米农药采用现代前沿科技手段，发展高效、安全的新型农药、兽药、疫苗，是推动农业药物提质增效与节量减排、改善食品安全与生态环境的重大科技需求。

纳米科技与农业结合孕育重大技术突破高效、安全、低残留的“纳米农药”，已成为绿色农药创新发展的主流。

2019年，国际纯粹与应用化学联合会首次公布了未来将改变世界的十大化学新兴技术，其中纳米农药位居首位。

纳米技术听起来“高精尖”，但实际上距离我们的日常生活并不遥远。

中国农业科学院研究员崔海信如此解释：“纳米是一种长度度量单位，一纳米等于百万分之一毫米。

纳米技术，则是研究结构长度在1~100纳米范围内材料的性质和应用。

”尽管纳米尺度的物质用肉眼看不到，但在生活中却无处不在，比如玉米汁中的部分淀粉颗粒结构就是100纳米大小。

事实上，我们日常使用的电脑、智能手机，甚至食品、饮料中都可能应用了纳米技术。

推动农业提质增效绿色发展农业农村部制定的《农业绿色发展技术导则（2018—2030）》，已将纳米农药、兽药产品列入新型绿色投入品储备目录。

全国农业技术推广服务中心首席专家王凤乐指出，纳米农药有利于推动农业绿色发展，有非常明显的使用优势。

一是提高农药药效，将农药制成纳米颗粒，增加药剂扩散性、渗透性、传导性等，可以提高药效，实现农药减施增效。

二是减少农药用量，纳米农药通过减小农药粒径，增大接触面积，有利于增强农药液滴在作物叶面和有害生物表面的亲和力，进而减少农药流失，用药量减少20％~30％，但防效不降低。

三是便于航空施药，纳米农药制剂在溶剂中可实现均匀分散、性能稳定，且在农药多元混配时混合性好，做到对水不分层、不析出、不沉淀，提高配药速度3~5倍。

四是延长药剂持效期，农药喷洒后其有效成分易受光照、氧气、温度影响发生降解或分解，利用纳米技术控制农药释放速度，对有效成分实施某种保护，可实现农药的长效缓释。

五是生产加工环保，传统乳油制剂有机溶剂含量达90％，以水取代有机溶剂，不使用高毒的苯类溶剂和助剂，可从根本上解决农业面源污染问题。

“浏阳的农药包装废弃物回收工作主动与爱卫办结合，解决了废弃物处置之难，与乡镇（街道）协作，解决了工作机制之难。

”在2019年农药包装废弃物回收处置试点项目回收会上，湖南省农药检定所所长吕运涛如此评价“浏阳经验”。

正是得益于领导重视、财政支持、分工明确、人员到位，使得浏阳成为全省唯一一个在全市范围内全面推行农药包装废弃物回收处置的县市。

2018年，浏阳全市32个乡镇（街道）、322个村（社区）、427家农药经营门店共设置农药包装废弃物收集中心32个，设立收集点1207个，安置回收桶1577个，发放回收纤维袋27120个，全市共收集农药包装废弃物68.84吨，其中玻璃瓶10.06吨、塑料瓶36.74吨、塑料袋22.04吨。

善于解题：探索长效机制治理沉疴：在吕运涛看来，农药包装废弃物回收处置，既是一件平凡的小事，也是一件需要默默奉献的重要工作。

这项工作目前还不为人重视，需要农业部门加大宣传培训力度，把工作做细做深。

同时，还要立足长效，建立农药包装废弃物回收处置工作长效机制。

经过一年的试点，在湖南省农药检定所的指导下，浏阳初步建立起了“市场主体回收、公共财政扶持、专业机构处置”的长效工作机制，全面调动起了农药经营者、农药使用大户和广大农民群众的积极性。

大瑶镇组织种植大户在自己所流转土地范围内搞一次地毯式农药包装废弃物清理活动，组织试点农资店开展积分制收集兑换方式，农药包装废弃物兑换积分，每满5元农药可积1分，凭10积分兑换券可到原农资店兑换价值4元/包的磷酸二氢钾一包（或其他等价农药）。

北盛镇、高坪镇、普迹镇、龙伏镇等乡镇均采取有偿回收方式回收农药包装废弃物。

“玻璃农药瓶0.3元/个、塑料农药瓶0.2元/个、塑料农药袋0.1元/个。

”这是记者在北盛镇农药包装废弃物收集中心见到的有偿回收价目表。

“小举措带动观念大改变。

”浏阳市农药监管站副站长张璋告诉记者，浏阳全市已形成散户将农药包装废弃物交农资店或村级收集点，农资店、种植大户将收集的农药包装废弃物交乡镇收集中心，再由乡镇交政府爱卫办指定有资质的企业进行处置的回收处置模式。

新型疫苗；免疫程序与有效免疫；载体免疫与安全性；生态环境、遗传操作与谬用多方面思考。

纳米技术发展前景可观，兽药疫苗、佐剂领域均可行中国农业科学院农业纳米研究中心主任、农业环境与可持续发展研究所崔海信研究员演讲主题为《纳米药物与靶向制剂研究进展》。

崔海信研究员强调纳米药物在医药领域运用的较为普遍了，他分析了纳米药物的发展趋向，利用纳米材料介观属性，提高靶向传输效率与生物利用度，实现定位，定时与定量释放，提高有效利用率、降低残留污染，实现节量减排。

纳米技术的未来发展前景在于，发展绿色纳米农药制剂；靶向兽药制剂（减少肉蛋奶的药物残留物）；纳米兽用疫苗与佐剂（创制具有靶向免疫活性的纳米疫苗制剂）；纳米保健食品和生物制剂。

新型纳米疫苗开发方向：①长效缓释疫苗制剂；②口服疫苗制剂；③多价和分步释放疫苗制剂；④新型分子疫苗制剂；⑤纳米疫苗佐剂。

中国畜牧业发展40年，成就与经验共收获中国农业科学院农业经济与发展研究所王明利研究员从4个方面讲解了《改革开放40年中国畜牧业发展的经验总结及未来形势判断》，主要包括：畜牧业发展的历史回顾；畜牧业发展成就及经验总结；新时代畜牧业发展挑战及趋势判断；适应新时代畜牧业发展的建议。

畜牧业发展的主要成就在于，主要畜产品生产有效保障了国内需求；畜产品烘给结构逐步于合理；规模化程度稳步提升，生产效率不断提高；优质饲草得到认可，种养结合、农牧循环养殖模式开始推广；有效壮大了农业农村经济，提升了农牧民收入。

经验是：必须根据不同区域的资源条件实施适度规模养殖，必须实施猪、牛、羊、禽全面发展的多元化畜种结构；健康养殖是保障畜牧业生产优质高效和安全的基础；优质饲草有效利用是提升畜牧业生产效率重要途径；产业化是拉动畜牧业提质增效的重要抓手。

安全、创新、质量可控，好兽药的新定义华南农业大学黄显会教授作题为《产好药与兽药制剂的创新》的报告，黄教授认为好兽药意味着安全、创新、质量可控；规范化是企业的发展之路，任何创新都不能超越红线。

据美国咨询公司A11iedMarketResearch发布的数据显示，2023年全球纳米材料市场价值达到163亿美元，其中纳米农药为5亿美元；预计到2031年全球纳米材料市场将达到628亿美元，纳米农药为16亿美元，复合年均增长率分别达到14.6%和12.5%β另据欧洲化学品管理局（ECHA）发布的信息显示，纳米技术未来发展将会呈现4个明显不同的阶段，目前尚处于第一阶段或第二阶段早期，纳米农药未来的发展空间巨大，但随着纳米农药使用的快速增长，其带来的监管压力也将随之增加。

纳米农药尺寸与天然生物大分子的尺寸相似，迁移到环境生物和人体组织中的能力增强，方式也可能不同，因此可能对人类造成健康风险和环境安全问题。

国际化学品管理战略方针（SAICM）也将纳米材料管理纳为其未来工作的重点议题之一。

目前国际上对纳米农药广泛采用的管理方式为将其纳入纳米材料的统一管理框架下，同时借鉴纳米材料在药品和化妆品领域等较为成熟的管理经验。

本研究对纳米农药国际管理现状进行梳理和总结，从纳米材料管理的大背景下论述纳米农药的管理，为我国纳米农药的管理提供借鉴。

01相关定义规范定义是起草所有法规的基础，目前尚无统一且国际普遍接受的纳米农药定义。

表1列出了部分国际组织和国家管理部门发布的纳米材料等相关定义，可供定义纳米农药参考，最常见的要素涵盖尺寸、结构和纳米特性等。

确定一个广泛接受且统一的定义是加强纳米农药管理的基础，也是国际纳米农药管理的共识,但纳米与非纳米的界限基于多种因素而定，且需兼顾到各国便利管理的目的，以保证在此基础上进行风险评估和管理的可能性，以上因素都增加了对纳米农药进行统一定义的难度。

02国际组织及全球主要国家和地区的纳米材料和农药管理纳米农药管理M世界各国管理部门都是一个挑战，目前大多还处于"摸着石头过河〃的状态，管理要求则更多根据不同纳米农药的特性，在确定基本准则的基础上,采取“一事一议〃的原则。

全球主要国家和地区的纳米农药管理基本呈现出以下几个特点：一是将纳米农药管理纳入纳米材料（化学品）管理的大框架下根据农药特定的使用特征,有针对性地确定相关风险评估准则、程序和要求；二是因纳米技术在食品、化妆品和药品领域的使用远超在农药领域的使用，各国在对纳米农药进行管理时,均充分借鉴了纳米技术在药品和化妆品等领域的管理经验及检测技术等;三是在传统化学农药管理框架的基础上,针对纳米农药特性,视情况增加相关要求，同时对测试准则进行调整或重建。

第43卷第4期 世 界 农 药2021年4月 World Pesticide ·1·作者简介：郭勇飞(1979-)，男，湖南省岳阳市人，工程师，研究方向：农药剂型加工。

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通信作者：张小军(1977-)，男，山西省交口县人，博士，高级工程师，研究方向：农药制剂研发及应用技术。

E-mail:**************************。

收稿日期：2021-03-01。

纳米农药研究进展郭勇飞，张小军(中农立华生物科技股份有限公司，北京 100052)摘要：近年来，纳米技术在植物病虫害防控方面取得了突破性研究进展，为纳米技术成为现代化农业高效生产和可持续发展的强有力工具奠定了基础。

纳米农药可以充分发挥农药有效成分的药效，提高农药施用效果，达到减施增效、改善环境的目的。

为深入了解纳米农药在植物病虫害防控中应用的研究进展及其实践应用，更好地了解这一新型技术，对纳米农药的概念及主要制剂类型进行了总结，对纳米技术在植物病虫害防治上的应用进行了回顾，以期为利用纳米技术推动农药减施增效提供重要的理论依据。

关键词：纳米技术；减施增效；纳米农药；精准释放中图分类号：TQ450 文献标志码：A 文章编号：1009-6485(2021)04-0001-07 DOI ：10.16201/10-1660/tq.2021.04.01A review of nanopesticide formulationGUO Yongfei, ZHANG Xiaojun(Sino-Agri Leading Biosciences Co., LTD., Beijing100052, China)Abstract: In recent years, nanotechnology has made breakthrough research progress in plant disease and pest control, which lays a foundation for nanotechnology to become a powerful tool for modern agricultural production and sustainable development. Nanopesticides can give full play to the efficacy of active ingredients of pesticides, achieve the purpose of improving efficacy, reducing application volume and protecting the environment as well. In order to deeply understand the research progress and practical application of nanopesticide in plant protection and control, and better understand this new technology, this paper summarized the concept and main preparation types of nanopesticides, reviewed the application of nanotechnology in plant diseases and pest control as well, which was expected to provide important theoretical basis for on application reduction of pesticides and efficiency increase by using nanotechnology.Keywords: nanotechnology; pesticide reduction and synergism; nanopesticide; precise release我国每年农药制剂用量近百万吨，农药是防御重大生物灾害、促进农产品持续稳定增长的重要物质基础。