生物基杀虫剂成分有望推动更生态安全的农药

得益于特拉华大学研究小组的聪明才智，对生态更安全的农药成分的研发迎来了新的希望。杀虫剂通常被认为是农业生产的基础组成部分，旨在保护用于养活世界不断增长的人口(截至 2024 年，世界人口已达到 82 亿，且还在增长)的农作物。

但杀虫剂的使用往往带来难题。你希望杀虫剂能有效解决特定问题，但又不希望杀虫剂的功效过于广泛，以免无意中伤害非目标物种或环境。

现在，由特拉华大学教授、化学和生物分子工程师 Dion Vlachos 以及昆虫学家和野生动物生态学家 Michael Crossley 领导的研究小组合成了新的活性杀虫成分，这些成分具有针对性，并且比传统杀虫剂更具有生态安全性。

这些化学物质和分子来自木浆、稻草和玉米芯等生物质材料——这些资源原本被视为废物，为这项工作带来了可持续性和循环性。研究人员在ChemSusChem上发表了他们的研究成果。

合成新分子

简而言之，研究小组找到了一种方法，从生物质中提取市售的植物原子，并精确地将特定的功能分子嫁接到它们上面，从而创造出一种具有所需杀虫活性潜力的新型化学物质。

特拉华能源研究所实验室经理兼高级科学家 Sunitha Sadula 将生物基分子描述为目前使用的碱性溶液与更可持续、更生态友好的方法之间的“桥梁分子”。

萨杜拉说：“总体动机是为了满足减少或理想地消除食物、水资源和环境中的有化学物质的需求。”

研究小组在一种名为香兰素的合成分子上测试了他们的配方，这种分子通常由木质素制成，木质素是植物和树木的一种成分，可以提供结构和稳定性。他们还测试了一种名为糠醛的分子，这种分子来自木质纤维素生物质中的糖分子，木质纤维素生物质是纸浆和造纸工业留下的最丰富的废料。

在找到一种看起来很有前景的材料后，研究人员便寻求特拉华大学农业与自然资源学院昆虫学与野生动物生态学助理教授迈克尔·克罗斯利的帮助，以确定团队创造的分子是否是一种杀虫剂。

克罗斯利在测试中发现，特拉华大学研发的分子和工艺确实可以有效杀灭一种名为小粉虫的害虫，其亡率与传统杀虫剂相似。

“Vlachos 实验室研究的这一过程令人惊奇之处在于，你可以移除一个基团并添加一个基团。突然之间，它就变成了一种具有完全不同特性的不同类型的化学物质，”Crossley 说。“目前，他们正在制造一些与更安全的杀虫剂具有结构相似性且效果更有针对性的化学物质。”

克罗斯利表示，还需要进行更多的测试，以确保特拉华大学开发的杀虫剂分子不会损害蜜蜂等对生态有益的昆虫。

Vlachos 实验室五年级博士生 Tejas Goculdas 表示，其他人尝试过不同的策略来制造这些类型的生物基农药，甚至使用木质纤维素生物质，但无法制造出具有与商用农药相同性活性的活性成分。然而，UD 开发的方法实现了与市场上现有的传统氨基甲酸酯基农药成分几乎相同(接近 1:1)的生物基农药。

虽然目前商用农药通常来自化石燃料和其他已知有害影响的有试剂和化学品，但 UD 开发的方法使用完全可再生的化学品从生物质中制造这些活性成分。美国每年至少有 9.91 亿吨可用的干木质纤维素生物质，这也是一种可持续的选择。

克罗斯利指出，该团队能够从废物中制造有用的化学品，这是在设计问题解决方案时满足循环性需求的一大优势。

克罗斯利说：“我非常喜欢这种回收利用的想法。”

此外，这些成分对环境的性较小，价格也比其他市售产品更实惠。该团队使用最少的步骤来生产产品，并消除了商业合成过程中通常使用的剧试剂，从而为产品开发过程的这一部分带来了可持续性。

根据活性成分，技术经济分析发现，该团队的糠醛基分子化合物比其他广泛用于制造农药产品的商业化化合物便宜二到四倍。

重要的是，它是可扩展的。

Sadula 继续说道：“在设计化学反应时，我们专注于从市场上可买到的分子开始，这样当我们想要扩大规模时就不会面临供应链的挑战。”

UD 研究团队已通过 UD 经济创新和伙伴关系办公室 (OEIP) 就其方法和流程提交了国际专利申请。

这项研究的一个令人惊讶的发现是，糠醛基化合物对水生生物非常安全。这是因为 UD 开发的分子的化学性质更倾向于水生环境，因此这些分子更愿意留在水中，而不是留在有机生物体(如植物、土壤或鱼类)中。

“这意味着可以更容易地去除各种水果和蔬菜上的这些化学物质，因为你只需将它们洗掉即可，”戈库尔达斯说。

特拉华大学开发的方法和流程的一个有趣元素是，它允许取出一个分子并插入另一个分子，打开大门或思路来考虑目前用于种植粮食的其他生态或环境腐蚀性材料，以及是否有办法使这些解决方案更环保或更可持续。

“我们正在演示如何将垃圾转化为有用的杀虫剂。这确实开辟了一条全新的途径，可以用同样的方法生产各种生态安全的化学品，”克罗斯利说。