农药对全球粮食安全至关重要，提高农药的有效利用以减少环境损失是可持续农业面临的关键挑战。其中，疏水性蜡质叶片表面导致了农药制剂粘附差、持留性弱等问题有待解决。目前，微纳米材料及其加工技术在农药递送载体的开发中得到应用，为提高农药利用率提供了机遇。静电纺丝是微纳纤维的重要加工制造技术，具有较大的灵活性和产业化潜力。受弹球机动力学的启发，开发一种具有高长径比的短纤维载体，预计其将在疏水水稻叶片上表现出不同于常规球形颗粒的独特的微观力学响应，以优化沉积行为及持留特性。

图1 静电纺丝短纤维载体的设计思路示意图

  近日，中国农业科学院植物保护研究所农药分子靶标与绿色农药创制团队创新团队利用静电纺丝技术和氨解方法，开发了由可生物降解聚羟基丁酸酯类聚合物poly(3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate)制备的负载农药咯菌腈的可喷施短纤维悬浮剂。这些高长径比短纤维可以有效地锚定在水稻叶片乳突的间隙内，实现了较高的持留率，同时提高了抗雨水冲刷性能。短纤维载体与传统的微球相比，Wilhelmy法测得的持留量提高了3.19倍，40°喷施法测得的持留量提高了1.47倍。冲洗试验后，通过荧光强度测得的持留率提高了2.59倍，通过高效液相色谱法测得的持留率提高了1.43倍。通过有限元模拟构建农药载体和乳突的微观模型并进行力学分析，结果表明短纤维载体增加了在水稻叶片上的接触面积和概率，实现了更加均匀的应力分布。此外，该短纤维悬浮剂具有良好的悬浮稳定性和响应释放性，能有效抑制黄瓜灰霉病和水稻纹枯病。在模拟降雨条件下，对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）的抑菌效果明显高于商业化悬浮剂。同时，与商业化悬浮剂相比，短纤维悬浮剂对斑马鱼的影响较小，具有良好的生物安全性。

图2 短纤维和微球载体在水稻叶片上的沉积行为和持留特性

图3 短纤维和微球载体的微观力学模拟

图4 短纤维载体的释放行为和生物活性

  这项研究展示了一种基于静电纺丝技术和氨解法制备的农药递送载体的新策略。该策略能够灵活生产具有可控高长径比的短纤维载体，这些载体能够高效、安全地输送农用化学品。同样重要的是，这一探索为材料设计和植物微界面工程提供了一种创新思路。未来，这种可生物降解的短纤维有望装载生物农药、昆虫信息素、植物生长调节剂、RNAi等农用化学品，为可持续农业发展提供绿色、安全的解决方案。

  本研究以“Geometrically and Micromechanically Optimized Biodegradable Short Fibers for Enhanced Pesticide Utilization”为题，发表在《Small》上，文章第一作者是中国农业科学院植物保护研究所博士生上官文杰，曹立冬研究员为本文的通讯作者，植保所黄啟良研究员和南开大学边强正高级工程师为本文的共同通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中央级公益性科研院所基本科研业务费的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202504552