納米科技與農業有機結合

李麗穎

采用現代前沿科技手段，發展高效、安全的新型農藥、獸藥、疫苗，是推動農業藥物提質增效與節量減排、改善食品安全與生態環境的重大科技需求。日前，中國農科院聯合攻關重大科研任務“農業納米藥物靶向遞送機理研究與新產品創制”召開啟動會。該項重大科研任務是由中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所牽頭，聯合三個研究所及三家企業組織實施的多學科交叉攻關項目，正是針對這一重大科技需求。

從2020年起，中國農業科學院針對農業農村技術短板和“卡脖子”突出問題等，部署和實施了一批重大科研任務。中國農科院黨組書記張合成表示，此次任務聚焦農業納米藥物的安全性、有效性及應用性，就是要努力攻破國外壟斷的“卡脖子”技術，發揮農業科研國家隊的引領作用，進而推動我國農業藥物產業轉型升級和戰略性新興產業發展。

納米技術并不遙遠

納米技術聽起來“高精尖”，但實際上距離我們生活并不遙遠。任務牽頭人崔海信研究員向記者進行了淺顯易懂的解釋：“納米是一種長度的度量單位，一納米等于百萬分之一毫米。納米技術，則是研究結構尺寸在1-100納米范圍內材料的性質和應用。”盡管納米用肉眼看不到，納米尺度的物質在生活中卻隨處可見，比如玉米汁中的部分淀粉顆粒結構就是100納米大小。事實上，我們日常使用的電腦、智能手機，甚至食品、飲料中都可能應用了納米技術。納米科技與傳統科技的滲透與融合正在掀起新一輪的產業技術革命。正是因為納米科技，使得大數據、云計算、物聯網、人工智能等一系列信息技術得以全面普及和應用。

納米技術的發展帶動了與納米相關的很多新興學科，比如納米醫學、納米化學、納米電子學、納米材料學、納米生物學等，而納米科技與農業結合催生了納米農業投入品的誕生。

目前，納米科技與新材料集成創新與應用，在農業領域正孕育著顛覆性技術突破，也為發展高效、綠色與可持續農業提供了前沿科技手段。尤其是利用納米技術創制高效、安全、低殘留“納米農藥”，已成為綠色農藥創新發展的主流。2019年，國際純粹與應用化學聯合會首次公布了未來將改變世界的十大化學新興技術，其中納米農藥位居首位。

記者了解到，中國農科院在國內較早開展了納米科技與農業科學的交叉研究，尤其是2014年啟動了國家納米農業領域的第一個國家重大科學研究計劃項目“利用納米材料與技術提高農藥有效性與安全性的基礎研究”，通過納米科技、新材料、化工、制藥與植保等多學科交叉的協同創新，系統創立和發展了綠色納米藥物制備理論與技術體系，在納米藥物設計原理、增效機理、制備技術與工藝集成等方面，形成了一批具有完全自主知識產權的創新成果。

崔海信介紹，此次重大聯合攻關項目研究內容為針對主要農藥、獸藥、疫苗品種，系統地闡明具有靶向傳輸與智能釋放等功能的新型農業納米藥物創制原理與方法；揭示其改善藥物有效性、安全性、靶標特異性與生物抗藥性的作用機制，創立顛覆性的綠色農業藥物制備技術體系。在前期既有研究工作基礎上進一步推進和實現農業納米藥物產業化，重點創制一批高效、安全與低殘留的農藥、獸藥、疫苗等綠色納米藥物制劑，突破其規模化的制備工藝與裝備系統，突破我國獸用疫苗佐劑長期依賴進口局面，滿足國家糧食安全、食品安全、生態安全等方面的重大戰略需求。

納米科技推動農業提質增效

我國傳統農業藥物長期低效使用，農藥利用率不足40%，獸藥生物利用度低，疫苗缺乏靶向性，持效期較短。“納米材料因其尺寸小、結構特殊，而具有許多新的理化特性，這些特性使納米科技給農業藥物領域帶來革命性的變化。”崔海信說，利用納米載體的小尺寸效應、界面效應、隧道效應、靶向傳輸與控釋功能，可將藥物定時、定量或動態地傳遞到作用靶標，最大限度地提高利用度。

中國農科院植物保護研究所黃啟良研究員說：“利用納米技術將農藥粒子從傳統的微米級別降低至納米級別，農藥的功效會得到充分發揮，推動農業提質增效。”

農業農村部制定的《農業綠色發展技術導則（2018至2030）》，已將納米農獸藥產品列入新型綠色投入品儲備目錄。全國農業技術推廣服務中心首席專家王鳳樂指出，納米農藥有利于推動農業綠色發展，有非常明顯的幾項使用優勢：一是提高農藥藥效。將農藥制成納米顆粒，增加藥劑擴散性、滲透性、傳導性等，必將促進藥效提高，是實現減施增效的重要手段；二是減少農藥用量。納米農藥通過減小農藥粒徑，增大接觸面積，有利于增強農藥液滴在作物葉面和有害生物表面的親和力，進而減少農藥流失，一般減藥20%-30%防效不降低；三是便于航空施藥。納米農藥制劑在溶劑中可實現均勻分散、性能穩定，且在農藥多元混配時的混合性好，做到兌水不分層、不析出、不沉淀，無須桶混，提高配藥速度3-5倍；四是延長藥劑持效期。農藥噴灑后其有效成分易受光照、氧氣、溫度影響發生降解或分解，利用納米技術控制農藥釋放速度，對有效成分實施某種保護，可實現農藥的長效緩釋；五是生產加工環保。傳統乳油制劑有機溶劑含量達90%，以水取代有機溶劑，不使用高毒的苯類溶劑和助劑，可從根本上解決農業面源污染問題。

在疫苗方面，納米疫苗佐劑研發至關重要。免疫佐劑作為疫苗不可或缺的重要組成，對增強疫苗的免疫效果具有重要影響。蘭州獸醫研究所景志忠研究員說，長期以來，國內免疫佐劑的研制進展緩慢，動物疫苗佐劑為國外壟斷，已嚴重制約疫苗產業發展。目前，生物納米材料作為一種新型的疫苗載體和佐劑引起了廣泛關注。精準設計、創制的分子免疫佐劑，為換代疫苗的研發提供了基礎。納米疫苗的優勢具有緩釋和靶向作用，可提高藥物的溶解度和利用度。研發具有自主知識產權的基于納米技術的新佐劑，無疑將推動我國動物疫病防控產品的高效利用，進而推動畜牧業提質增效。

納米農藥已進入產業化進程

目前，我國納米農藥已進入產業化進程，優先產業化的納米農藥類型主要為可顯著提高農藥表觀溶解度的水性化納米農藥，包括納米乳劑、微乳劑、納米分散劑（納米懸浮劑）等。針對納米農藥創新的“定制化”生產及“航空植保專用藥劑”，正聯合無人機飛防進行示范。

王鳳樂介紹說，全國已先后在19個省區的170多個縣，以水稻、小麥、玉米、柑橘等17種作物的20種防治對象開展了納米農藥試驗示范。值得一提的是，崔海信團隊聯合中國農科院植保所、中科院國家納米中心、清華大學等單位在進行納米農藥創新研究的同時，開發了一批綠色納米農藥新劑型，并結合國家重點科研專項化肥農藥“兩減”項目實施，開展了一系列試驗示范，實驗效果證明納米農藥可增強藥效功能、提高防效、減少農藥用量、延長持效期，具有良好的推廣應用前景。他建議，加強科研單位、生產企業、推廣部門等對接協作，開展納米農藥應用技術集成優化，探索我國主要農作物納米農藥使用技術集成解決方案。

此次科研任務研發團隊引進三家企業，正是“政產學研”協作機制的一次創新。崔海信表示，本任務將緊密結合農業生產實際，面向市場需求，探索合理的產學研模式，重點突破中試生產工藝與裝備系統，創制納米農藥、獸藥、疫苗新產品集群，加速我國農業藥物產業轉型升級和農業綠色發展。