气候变化导致极端天气事件的发生和强度增加，严重威胁全球农业活动，特别是作物生产。干旱引起的胁迫可引起机械损伤、膜系统损伤、植物各部位水分分布异常以及正常代谢过程受损。这些不利影响正在威胁粮食产量和质量。为了应对作物干旱胁迫，研究人员致力于大规模筛选、育种、标记辅助选择和基因工程，旨在增强抗旱性。然而，上述策略经常遇到与时间消耗和成本相关的挑战，并可能带来潜在的环境和食品安全风险。在这种情况下，纳米技术和功能材料正逐渐对植物科学和作物生产领域产生重大影响。人们越来越重视功能载体，特别是它们的控释能力、环境响应性和生物学益处。然而，在逆境胁迫下，尤其是干旱胁迫下，可用于促进植物生产和抑制病害的产品很少。
近日，
中国农业科学院植物保护研究所曹立冬研究员、黄啟良研究员等人
采用界面聚合法制备了负载有丙硫菌唑(PUMC@PRO)的
聚氨酯微胶囊
。随后，将
壳寡糖(COS)
和戊二醛(GA)掺入到含有席夫碱的交联网络微胶囊中(PUMC-COS@PRO)。由于微胶囊壳与含席夫碱(C=N)的交联网络结构的协同作用，PUMC-COS@PRO在紫外线下的半衰期为6.6 h，约为市售微乳液的28倍。引入具有生物活性的COS后，EC50可显著降低至1.612 μg/mL。在促生长试验中，PUMC-COS@PRO悬浮液对小麦茎长促进率最高，达16.74%。在模拟干旱胁迫条件下，PUMC-COS@PRO悬浮液对小麦胚芽组织和胚根的生长促进率分别达到22.46%和59.77%。因此，本研究为农业生产中的
干旱胁迫
作物提供了一种很有前景的功能化
农药载体
。
相关工作以“Chitooligosaccharide modified pesticide-loaded polyurethane microcapsules to mitigate drought stress in wheat”为题发表于《Chemical Engineering Journal》。
/ 微胶囊的制备与表征 /
图1A显示了壳低聚糖交联微胶囊的制备示意图：（i）将亲脂性IPDI和PRO溶液与含有表面活性剂和乳化剂的水相均质化，得到含有微小油滴的水包油乳液。（ii）采用IPDI和三乙醇胺（TEA）通过界面聚合合成了具有氨基甲酸酯键的多嵌段共聚物微胶囊， 同时实现了PRO的初级包封。（iii）以戊二醛为交联剂，将COS交联后，得到含亚胺基团（C=N）的PUMC-COS@PRO微胶囊，完成二次包封。通常，席夫碱反应是一种温和发生的化学反应，在反应过程中逐步进行微胶囊的包衣（图1B）。
由于COS中存在许多活性氨基，在温和的条件下容易与醛基发生希夫碱反应，从而有利于微胶囊的表面改性。在PUMC-COS@PRO微胶囊体系中，COS和聚氨酯中丰富的氨基和羟基有助于通过氢键相互作用增强交联结构的稳定性。如图1C所示，IPDI和TEA充分反应后，制备的PUMC@PRO为规则均匀球形的微胶囊。交联COS后，微胶囊表面可见为互穿交联网络结构（图1D）。形貌观察结果表明，通过界面聚合和席夫碱反应得到具有交联网络结构的聚氨酯微胶囊。
图 1.（A） PUMC@PRO和PUMC-COS@PRO微胶囊的制备示意图。（B）希夫碱反应得到的PUMC-COS@PRO示意图。（C）PUMC@PRO，（D）PUMC-COS@PRO的SEM照片。
微胶囊的制备主要涉及聚氨酯的合成反应和席夫碱反应（图2A）在红外光谱中可以看到异氰酸酯基团特征吸收峰（2260 cm
-1
）基本消失，氨基甲酸酯的特征峰值(1730 cm
−1
)出现，表明形成聚氨酯壳（图2B）。如图2C所示，所有PRO负载的微胶囊的XPS谱图中均显示出清晰的O1s（532.38 eV）、N1s（399.44 eV）、C1s（284.8 eV）、Cl2p峰（200.4 eV）。交联COS后，PRO引入的Cl2p和S 2p（162.53 eV）的峰强度降低，证明PRO被包封较多，很少出现在微胶囊表面。
图 2. PUMC-COS@PRO主要化学键示意图与表征。
/ 控释行为 /
作者通过暴露于PBS缓冲液（pH = 5.6、7.6和9.6）不同时间来诱导微胶囊系统中PRO的释放行为。如图3A-C所示，在不同的pH值下，与商业微乳液（ME）相比，微胶囊表现出优异的缓释性能。从PUMC@PRO中释放出的PRO表现出类似的释放行为，与酸性条件相比，在碱性条件下观察到明显的加速释放速率（图3A），并且材料的控释特性不明显。而PUMC-COS@PRO（图3B）中，只有碱性条件下的累积释放量最大（32 h内释放量为16.34%），微碱性和酸性条件下均表现出明显的控释能力。
COS具有优异的紫外线阻隔性能，微胶囊可以有效提高农药的光稳定。在紫外光下暴露120 min后，观察到不同样品的PRO保留百分比发生了显著变化（图3D）。ME的PRO保留率仅为21.24%，而PUMC@PRO和PUMC-COS@PRO的保留率分别为65.53%和83.66%。PUMC-COS@PRO表现出更高的抗紫外线能力。PUMC-COS@PRO的潜在抗紫外线机理如图3E所示：（i）微胶囊壳和COS交联网络的紫外线透过率降低，（ii）希夫碱基（C=N）能够有效吸收并转换紫外线。
图 3.PRO的控制释放与紫外线阻隔。
/ 抗菌活性 /
