《绿色农药全国重点实验室在红火蚁精准防控制剂研究中再获新进展》

  • 来源专题:绿色化工
  • 编译者: 武春亮
  • 发布时间:2025-09-10
  • 近日,华南农业大学植物保护学院/绿色农药全国重点实验室赵晨/张志祥教授团队在国际知名刊物《Carbohydrate Polymers》(1区,IF=12.5)上发表了题为″Prey-mimetic alginate microspheres for targeted control of red imported fire ants″的研究论文。 入侵害虫红火蚁( Solenopsis invicta )对生态、农业和公共健康构成了严重威胁。常规诱饵常常会引发红火蚁的行为抗性,导致巢穴迁移和二次扩散,加剧防控难度。基于此问题,本研究成功开发了一种基于天然多糖材料海藻酸钠的仿生微球茚虫威饵剂(CA@IDC MBt),可有效诱骗全球性入侵害虫——红火蚁( Solenopsis invicta )主动攻击并摄取药剂,从而实现对整个蚁巢的高效清除,田间防治效果达到100%。该研究为红火蚁的绿色防控提供了全新策略。 研究团队利用海藻酸钠(Sodium Alginate, SA)这一天然多糖材料,构建出一种具有特定机械性能和表面特性的微球载体,并通过离子凝胶法将杀虫剂茚虫威(Indoxacarb, IDC)封装其中,形成直径约3.5毫米的仿生微球诱饵CA@IDC MBt。该微球不仅在物理形态上模拟了昆虫幼虫的表面结构,还在化学成分上模仿了表皮烷烃等识别信号,从而成功″欺骗″工蚁将其认定为真实猎物。 行为学实验表明,与商用诱饵相比,CA@IDC MBt能显著提高工蚁的接触率、攻击率和搬运率。蚂蚁会主动撕咬、注射毒液并将其运回巢穴。微球中茚虫威的缓释特性(释放时间超过80小时)避免了蚂蚁的早期警觉,使药剂得以在巢穴内逐渐积累并传播至整个群体。研究还发现,使用该诱饵后,红火蚁体内的毒液生物碱含量在21天内下降了35–48%,其后续攻击能力显著减弱。组织病理学分析显示,药剂可导致其中肠结构严重损伤,最终导致个体死亡和群体崩溃。 在广东东莞进行的田间试验中,CA@IDC MBt在草坪、鱼塘和绿地三种生境中均表现出卓越的防效,施药21天后蚁口减退率达到100%,且未发现新巢形成,显示出良好的环境适应性和推广应用潜力。 该研究不仅开发出一种高效、环保的红火蚁防控新技术,也首次证实了多糖基材料在仿生诱饵领域的巨大潜力,为未来针对其他入侵物种的精准防控策略提供了新思路。 相关论文链接: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.124259 
  • 原文来源:http://cn.agropages.com/News/NewsDetail---35767.htm
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  • 《华中师范大学绿色农药全国重点实验室打造全球首个基于高性能计算与人工智能驱动的绿色农药分子设计专用软件技术平台》

    • 来源专题:耕地与绿色发展
    • 编译者:张毅
    • 发布时间:2024-10-23
    • 在现代农业生产中,农药的使用对于保障作物生长、提高产量和品质具有不可或缺的作用。数据显示,使用农药每年可为全球农作物挽回三到四成的产量损失;而在中国,使用农药每年挽回的产量损失更是超2800亿斤。 当前,对人类健康安全无害,对环境友好,超低用量,具有高选择性,以及通过绿色工艺流程生产出来的绿色农药既是现代农业″提质增效″的关键之举,也是建设农业科技强国、保障粮食安全的战略举措。 但也要看到,绿色农药的创制是国际公认的重大科技难题,涉及广泛学科交叉,往往需合成大量化合物,并需要历经多年验证,成本高昂且风险巨大。也正因此,将高性能计算、大数据以及人工智能等新兴技术应用于绿色农药创制研究,提高绿色农药创制效率,已成为重要的发展趋势。 在此背景之下,华中师范大学绿色农药全国重点实验室联合武汉人工智能计算中心、华为,开发出的全球首款软硬件全栈创新领先的农药分子设计″神农″一体机,为农药创制人员提供了强大的算力和算法支持,无疑就具有重要而深远的价值。 绿色农药亟待高质量发展 作为农药生产、使用、出口大国,中国农药创制经历了″低效高毒-高效高毒-高效低毒-绿色农药″的发展过程,整体能力不断增强,产品结构明显优化,在″保供给、保安全、保生态″方面发挥了不可替代的价值和作用。 但随着重大病虫害呈多发重发态势,防控任务加重,加之林草、卫生等领域需求的增加,以及当前人民对美好生活的向往需要提供安全多样的农产品,都对农药产业绿色高质量发展以及绿色农药的创制提出了更高要求。 可以看到,近年来,国家高度重视农药科技创新与产业发展,特别是在国家发布的《″十四五″全国农药产业发展规划》中,就明确提出要″加强农药产业关键核心技术攻关,通过优化协同创新路径,加大优势科研资源整合,推进产学研深度融合,提升我国农药产业原始创新、协同创新和集成创新能力。″ 与此同时,绿色农药的创制一直是国际公认的重大科技难题,这是一项非常复杂、多学科集成的系统工程,平均耗资巨大,且耗时长。数据显示,由于农药登记要求的变化以及对农药性能要求的不断提高,现在成功开发一个新农药,需要合成筛选约15.9万个化合物,耗资超过3亿美元,从首次合成到上市平均历时11.3年。 近些年,随着高性能计算和人工智能辅助药物分子设计技术的持续创新,则为绿色农药的创制以及产业高质量发展带来了″弯道超车″的机会。例如,人工智能辅助的绿色农药研发,可以其精准的数据分析能力,对农药成分、作用机理以及环境影响进行深入挖掘。通过机器学习算法,筛选出高效且低毒的化合物,同时评估其生态兼容性,确保新农药的环境友好性。这种由数据驱动的研发模式,不仅缩短了农药从实验室到田间的时间,还大大提高了研发的成功率。 不仅如此,随着AI技术的发展,其还能够根据不同地区的气候、作物种植习惯以及害虫发生规律,智能化推荐最适宜的农药品种和施用时机。这种定制化的农药使用策略,能够在保证防效的同时,最大程度减少农药的使用量,减轻对环境的负担;此外,人工智能还在农药的风险评估与监控中发挥重要作用。通过对农产品质量、土壤和水体等环境因素的实时监测,AI能够及时预警可能的风险,并指导农户进行科学施药,保障农产品的安全与健康。 由此可见,通过引入包括高性能计算和人工智能在内的新技术,持续提升绿色农药创新研究水平,推动国家农药产业高质量发展和绿色新质生产力的打造可以说不仅是″趋势所在″,更是″迫在眉睫″。 智慧平台建设″创新先行″ 在这方面,华中师范大学绿色农药全国重点实验室可谓″一马当先″, 其团队一直致力于用人工智能等新兴技术辅助绿色农药分子设计,不仅率先建立了人工智能辅助的类农药性预测模型,打造了全球首个基于高性能计算与人工智能驱动的绿色农药分子设计专用软件技术平台Pesticide Discovery AI(PDAI)。 PADI软件涵盖了靶标发现、苗头产生、从苗头到先导、先导优化、候选化合物选择、毒性预测、抗性预测等多个农药创制的关键环节,同时还整合了人工智能辅助的原创性分子靶标发现新算法、人工智能辅助的原创性先导结构发现新算法、人工智能辅助的类农药性分析新算法、人工智能辅助的农药代谢行为及环境毒理学性质预测算法等,在人工智能技术的加持之下,该平台能够大幅减少需要合成筛选化合物数量,大幅降低研发资金投入,大幅缩短研发周期,同时显著提高研发效率和成功率,助力发现高效、安全、经济的绿色农药先导化合物,推动绿色农药创制技术的变革。 在此基础上,华中师范大学绿色农药全国重点实验室还与武汉人工智能计算中心、华为技术有限公司共同开展合作,并基于鲲鹏CPU、欧拉操作系统等芯片和操作系统等″根″技术进行联合创新,开发了全球首款软硬件全栈创新领先的农药分子设计″神农″一体机,使得以往研发平均需要11.3年的时间,缩短到的现在只需1到3年。 该一体机采用鲲鹏服务器做计算、存储与管理,中间通过高速网络互联,能够提供计算、存储可弹性扩展灵活架构,帮助用户获取极致有效算力,同时基于全栈软硬件的深度优化也使得搭载在″神农″一体机之上的PDAI平台能够应对复杂的农药分子设计任务时更好发挥性能潜力,真正为农药创制人员提供强大的算力和算法支持。 据了解,″神农″一体机在近期多个农药技术创新会议上展示,就引起了参会者的强烈关注,未来也将面向全国农药企业、科研院所进行推广,实现联合创新、产业成果转化。可以说,它的成功研发和推出,为未来绿色农药的创制提供了极具借鉴和参考的新价值。 一方面,基于高性能计算和人工智能辅助药物分子设计技术,持续创新绿色农药的创制,将为破解绿色农药创制这一国际公认的重大科技难题提供″新路径″,为未来绿色农药的创制和发展提供更多的想象力和创造力。 另一方面,借助鲲鹏CPU、欧拉操作系统等″根″技术打造的全栈创新领先的一体机,则为突破绿色农药分子设计中所面临的″卡脖子″技术提供了″新选择″,为我国实现高水平的农业科技自立自强提供了关键技术支撑。 全球首款软硬件全栈创新领先的农药分子设计″神农″一体机的成功推出,背后同样也是学科交叉协同创新的重要体现,也是强强联合创新突破″卡脖子″技术难题的″标杆″案例,相信未来在各方的共同努力下,高性能计算和人工智能辅助药物分子设计技术,也将在新时代绿色农药创制的过程中″大展拳脚″,持续推动绿色农药产业高质量发展再创″新篇章″。
  • 《绿色精准农药研究获进展》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-04-26
    •     近日,华南农业大学植物保护学院教授徐汉虹和张志祥团队在国家重点研发计划和广东省重点领域研发计划项目的资助下,在绿色精准农药研究方面又取得新进展。相关研究结果分别发表于《化学工程杂志》和《清洁生产杂志》。该研究构建了一种向农作物嫩叶和有害生物为害部位靶向传递的纳米载药系统——负载虫螨腈的铁基金属有机骨架材料,有效增强了虫螨腈在玉米植株内的转运。含有表面活性剂的铁基金属有机骨架材料溶液在玉米叶片上表现出优异的润湿、沉积和粘附性能。与传统的农药剂型相比,铁基金属有机骨架材料的喷雾施用具有较高的初始沉积率、在嫩叶和老叶上的半衰期较长,并显着减少了农药向环境中的漂移。该研究强调了金属有机框架纳米材料在田间应用时与表面活性剂联合应用的必要性。此外,该纳米载药系统显著提高了草地贪夜蛾天敌——异色瓢虫幼虫的存活率,降低了虫螨腈对异色瓢虫生长和肠道损伤的影响。这些结果突出了金属有机框架递送系统在多维增强农药功效、持久性和安全性方面的优势,并提供了纳米递送系统的现场应用和环境风险的数据。该研究团队还通过化学交联方法,成功制备了一种壳聚糖基纳米颗粒,将吡唑嘧菌酯(PYR)包载进壳聚糖纳米颗粒中,构建了一种壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒。研究发现,壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒可导致小球藻沉降,同时显著降低水体中PYR浓度。激光共聚焦显微镜与扫描电子显微镜能够观察到纳米材料向小球藻表面聚集,并使小球藻聚集成团。以小球藻吸附壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒并共同沉降降低培养基中PYR浓度为基础开展试验,选取池塘水(富含微生物)作为试验水系,检测在微生物的介导下,经壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒处理后池塘上覆水体中PYR的含量,并检测壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒对斑马鱼的急性毒性。结果表明,相较于PYR.S处理组,壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒处理组池塘上覆水中的PYR浓度明显降低,壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒对斑马鱼的安全性显著提高,且相较于PYR.SC组,壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒对斑马鱼鳃组织的影响较小。该研究通过壳聚糖基纳米颗粒与微生物相互作用,使壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒和微生物共同沉降,壳聚糖基吡唑醚菌酯纳米颗粒从上覆水中迁移到水底,导致上覆水中PYR含量降低,从而对上覆水中生存的鱼类等非靶标水生生物安全。该研究为壳聚糖基纳米农药在水体微生物介导下对水体非靶标生物的安全性提供了新的见解。相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151193