气候变暖正在越来越严重，高温限制了作物的生产力，从而影响其他生物和非生物，甚至是整个生物圈。过高的温度在农业上称之为“热害”，不仅会使叶绿素被破坏，有机物的运输受阻，最终导致作物产率低，影响生产力；还会导致作物“抵抗力”降低，对于外界生物或非生物的侵害更加敏感。目前市面上有很多传统的农用化学品，但是天然植物屏障（例如叶的表皮和表皮）会抑制所施用的农药的吸收，通常仅约0.1％的活性剂到达目标病原体或害虫，并且当病害显现时，农药在重要植物区系中的利用率较低，其余进入环境，对水和土壤造成污染。近期，卡内基梅隆大学Gregory V. Lowry教授团队开发出一种pH与温度响应的农药载体：聚（丙烯酸）-嵌段-聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PAA-b-PNIPAm），该载体可有效装载药物，通过叶片进入植物体内，到达靶向位置，并在一定pH和温度环境下精确释放农药，从而实现有效杀虫效应。相关成果在期刊《ACS NANO》发表，题为 “Temperature and pH Responsive Star Polymers as Nano-Carriers with Potential for In Vivo Agrochemical Delivery”。

作者利用“先核”法，制备了具有相同PAA和4种不同PNIPAm长度（m=50,150,300,450）的PAA-b-PNIPAm星形聚合物（图1），平均粒径小于或约等于30nm，星形聚合物表现出类似于由线性两亲嵌段共聚物形成的胶束结构，但是它不离解，多分散性较聚合物胶束小。

图3 （a，b）1gL-1与（c，d）200mgL-1浓度的PAA50-b-PNIPAm50与PAA50-b-PNIPAm450聚合物在番茄植株中的组织分布。

作者用增强型暗场显微镜结合高光谱成像技术与叶片进行成像，证明表面活性剂Silwet L-77可增加聚合物吸收。对于无Silwet L-77处理的叶片（图4b，c，h，i），载CV的PAA50-b-PNIPAm50与PAA50-b-PNIPAm450聚合物大部分存在于垂周壁、质外体与角质层（第一道吸收屏障）中间，表明无Silwet L-77处理，聚合物也可以穿过植物的角质层，但是并没有通过表皮层（第二道吸收屏障）；当Silwet L-77处理后，表皮不含聚合物（图4e，f，k，l），但在叶片导管周围观察到聚合物。说明 Silwet L-77处理可以使聚合物能够穿透屏障达到叶肉组织。作为认为这是因为表面活性剂会破坏番茄叶片中的表皮细胞，改变其选择性渗透性，抑制聚合物向韧皮部运输，从而增加聚合物运输到不同的植物区室。此外，PAA- b- PNIPAm聚合物处理没有明显的毒性作用。

图4 （a）番茄叶片横截面示意图 （b-m）增强型暗场显微镜和高光谱成像，在有/无表面活性剂时聚合物在植物中的运输能力。

最后，将游离CV和负载CV聚合物滴加在叶片上，获得游离相关吸收光谱，从而检测叶片中的CV是否成功被释放。液滴干燥后，将暴露的植物在20或40°C的黑暗环境中放置16小时。40℃下的CV光吸收光谱要比20℃下CV光吸收光谱更接近于游离的CV，因此在更高温度下，CV释放更多，表明PAA-b-PNIPAm聚合物的CV释放在植物体内具有温度响应型（图5a，b）。

图5 20℃和40℃下处理16h后叶片CV与游离CV比较。

总体而言， PAA-b-PNIPAm星形聚合物在番茄植株中表现出显著的活性剂农药负载能力、体内外温度和pH响应释放特性，以及显著的叶片吸收和转运能力。这些材料是将农药高效输送到植物叶片或根部的一种有效的方法，并且这些材料的温度响应特性可能有助于抵抗高温引起的植物病害。尽管在番茄植物（双子叶植物）中相对有效，但还必须评估这种方法在更广泛的植物中的适用性。该纳米载体通过相对复杂的方案制造，仍然是概念性证明。未来研究中，简化合成程序和扩大规模对于将其用作具有纳米功能的农业平台至关重要。

参考文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.0c03140

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