我国稻田每年杂草发生面积约3亿亩，可致稻谷减产超1000万吨，严重威胁粮食安全。苗前封闭是保障水稻安全生产的关键环节。
现有丙草胺（Pre）等封闭除草剂与安全剂混用的配方，因安全剂难以被水稻优先吸收并充分激活解毒通路，导致安全剂用量大、药害防护效果不佳。
2026年3月7日，湖南省农业科学院柏连阳院士团队在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF5year=13.5）上在线发表了除草剂控释制剂的最新成果“A safener-first and herbicide-after strategy enabled by a supramolecular alginate/chitosan herbicide and an ionic safener for sustainable weed control”。该研究首次提出“安全剂先释-除草剂缓释”的新策略，以解决传统方法中两者同步释放导致的保护效率低问题。团队基于此策略构建了协同递送系统：采用可降解材料（壳聚糖/海藻酸钠）制备缓释丙草胺微球，配合高水溶性安全剂MMS。MMS可被水稻快速吸收并优先激活解毒通路，从而在高效除草的同时显著提升作物安全性。
图1 缓释丙草胺微球（Pre@CS/Alg/Ca²⁺）相较于丙草胺传统剂型（Pre EC）的多组学增效机制研究
基于多组学分析，本研究揭示了缓释除草剂微球（Pre@CS/Alg/Ca²⁺）相较于传统乳油（Pre EC）的核心增效机制：其智能缓释特性将对稗草的胁迫从“急性冲击”转变为“慢性围困”，从而在多个核心生命环节进行协同深度干扰。在代谢层面，微球更深刻地扰动了半胱氨酸/甲硫氨酸代谢通路，导致L-半胱氨酸等关键前体水平显著下降，致使合成谷胱甘肽的途径“断供”，从而瓦解了杂草的解毒与氧化应激防御系统，破坏细胞氧化还原稳态（图1）。在细胞增殖层面，微球的持续作用广泛抑制了DNA复制、细胞周期调控相关的关键基因（如CYCA、MCM3、H4、WEE1），不仅阻断了细胞分裂的启动（G1/S期），也严重妨碍了分裂进程与DNA修复，最终导致细胞分裂功能衰竭。
图2 MMS相较于商品化安全剂解草啶（Fem）的多组学增效机制研究
而MMS作为新型离子型安全剂，其增效机制核心在于实现了“安全剂优先”的时空精准递送与高效生理激活。首先，其高水溶性（57.3g·L⁻¹）与快速释放特性（30分钟内释放>94%）确保了它能被水稻根系迅速吸收并转运，优先于Pre@CS/Alg/Ca²⁺到达作用部位。随后，与解草啶比较MMS能显著激活水稻体内的苯丙烷代谢和谷胱甘肽代谢通路，上调相关解毒酶（如GSTs）和抗氧化酶的基因表达与活性，并促进木质素等防御物质的生物合成，从而系统性地增强水稻的解毒能力与氧化应激防御，有效缓解丙草胺的药害（图2）。相较于解草啶，MMS在土壤中移动性更强，能更有效地被根系吸收，因而提供了更优异的保护效果。
该研究不仅成功开发了一套高效、安全的稻田除草剂-安全剂组合制剂，更重要的是从原理上颠覆了传统混用模式，通过材料设计与剂型创新，实现了对药剂释放时序的精准编程，为破解水稻苗前封闭除草的技术瓶颈提供了全新的思路，对保障我国粮食安全生产、推动农业可持续发展具有积极意义。论文第一作者为邓希乐研究员，哈尔滨工业大学（深圳）张嘉恒教授与柏连阳院士为通讯作者。该研究受到了芙蓉计划湖湘青年英才项目、湖南省农业创新资金和湖南省自然科学基金创新群体项目的支持。
论文全文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.174888