納米粒子在害蟲防治中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

葉 萱 編譯

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納米粒子在害蟲防治中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

葉 萱 編譯

(上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032)

盡管有多種害蟲防治方法，但是害蟲防治主要依賴殺蟲劑的使用，即應(yīng)用有機(jī)化學(xué)成分來保護(hù)作物、商品和城市環(huán)境。即使今天，許多登記的農(nóng)藥具有神經(jīng)毒性，它們主要作用于昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，可能對哺乳動物有風(fēng)險。較新的化合物，例如三磷酸腺苷干擾劑或昆蟲生長調(diào)節(jié)劑等殺蟲劑最近已上市，逐漸減少了神經(jīng)毒性化合物的使用，但人們?nèi)躁P(guān)注它們的環(huán)境影響。農(nóng)藥的使用與哺乳動物的毒性、環(huán)境的污染和生物積累有關(guān)。這些因素和許多昆蟲對當(dāng)前使用的許多化合物抗性發(fā)生頻率增加是農(nóng)業(yè)中主要的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，需要引入創(chuàng)新的抗害蟲和先進(jìn)的害蟲管理技術(shù)。

納米技術(shù)是正在出現(xiàn)的能夠?qū)崿F(xiàn)這些目標(biāo)的具有高度吸引力的研究領(lǐng)域，是設(shè)計新穎的納米大小的活性成分以及其制劑和傳遞系統(tǒng)的新方法，統(tǒng)稱為“納米農(nóng)藥”。最近引入的納米農(nóng)藥是被稱為應(yīng)用納米技術(shù)于作物保護(hù)的新興領(lǐng)域。此領(lǐng)域涵蓋廣闊，包括對納米材料與昆蟲相互作用的基本了解，把現(xiàn)有農(nóng)藥活性成分制成納米乳劑和分散劑，以納米材料為活性農(nóng)藥成分或以納米材料為載體開發(fā)新的納米農(nóng)藥制劑等研究。期望納米農(nóng)藥的研究能解決現(xiàn)有害蟲管理策略的主要局限性，能夠提供在靶標(biāo)環(huán)境中穩(wěn)定、有活性的新的先進(jìn)的納米制劑(即受陽光、熱和雨的影響不大)，能夠滲入靶標(biāo)生物(昆蟲)，能抵抗害蟲的防御機(jī)制，對植物和哺乳動物無害，制劑化和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)有效，具有新的作用機(jī)制。

1 納米粒子用于害蟲防治：定義、概念和前景

納米粒子(NPs)可被定義為大小為1~100 nm的超微粒子亞類，具有相同化學(xué)組成的非納米粒子所沒有的特性。100 nm的上限是其不同于成批材料以100 nm以下臨界大小開發(fā)的粒子的獨(dú)特特性。然而，因為擴(kuò)大此上限的其他現(xiàn)象(例如：透明度或渾濁度、超濾、穩(wěn)定分散)也會偶然被考慮，所以用“納米”級來描述小于500 nm的粒子。大小、形狀(球形、桿狀、管狀、不規(guī)則)、比表面積、晶相(結(jié)晶性、非結(jié)晶的)和化學(xué)組成(例如金屬、碳、無機(jī)、有機(jī)、聚合)是確定這些用于農(nóng)藥的材料的許多優(yōu)良特性的主要參數(shù)，包括毒性。用天然材料合成許多材料或用于制備不同形式的天然物和金屬、金屬氧化物、半導(dǎo)體量子點(diǎn)(QDs)、碳、陶瓷器、硅石酸鹽、脂質(zhì)、聚合物、蛋白質(zhì)、樹枝狀分子和乳劑。以天然產(chǎn)物為基礎(chǔ)的農(nóng)藥制劑普遍具有的優(yōu)勢：⑴增加不容活性成的水溶性；⑵增加制劑的穩(wěn)定性；⑶淘汰了傳統(tǒng)農(nóng)藥使用的有毒有機(jī)溶劑；⑷緩釋活性成分；⑸提高穩(wěn)定性，減少了早期降解；⑹粒子小，增加了移動性和殺蟲活性；⑺較大的表面積，可能有效期延長。

本文介紹了以天然產(chǎn)物為基礎(chǔ)開發(fā)制劑的最新進(jìn)展：改進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑；開發(fā)傳遞系統(tǒng)和以天然產(chǎn)物為納米載體，以固體天然產(chǎn)物為活性農(nóng)藥制劑。

2 納米粒子用于改進(jìn)農(nóng)藥制劑

最近，已調(diào)查了許多植物合成的天然產(chǎn)物對蛾、甲蟲、虱[例如頭虱、硬蜱(例如二棘血蜱)、虱蠅(例如多斑馬虱蠅)]和蚊子等經(jīng)濟(jì)重要性節(jié)肢害蟲的活性。然而，有關(guān)納米合成殺蟲劑的研究主要集中于對蚊子的防治。以關(guān)鍵詞“植物、納米粒子、蚊子”在SCOPUS數(shù)據(jù)庫搜索發(fā)現(xiàn)了100多個研究產(chǎn)品。

最近使用的大多數(shù)農(nóng)藥分子水溶性差，其制劑主要為乳油(ECs)、水包油(O/W)乳劑，或與以上相似的制劑。乳油通常是由價高、易燃、有毒的有機(jī)溶或表面活性劑乳化劑混合物劑組成，能確保在噴霧桶中水里自發(fā)乳化。O/W乳劑不含有溶劑，而是為非離子表面活性劑、嵌段共聚物和聚合表面活性劑等混合物，不具有乳油的劣勢，在使用中主要缺點(diǎn)為乳化需要輸入高能量。

為了克服這些缺點(diǎn)，引入了微乳化和納米乳化新制劑，能使天然產(chǎn)物顆粒的大小為20~100 nm。市場上有數(shù)種微乳化制劑，包括植物生長調(diào)節(jié)劑和防治不同類型植物多種病害的內(nèi)吸殺菌劑。微乳劑比納米乳劑更穩(wěn)定，但需要輸入高能量，難以規(guī)模化生產(chǎn)商業(yè)農(nóng)化產(chǎn)品，或操作者不可能現(xiàn)場制備(例如高剪切攪拌、高壓勻漿器或超聲發(fā)生器)。與其他傳統(tǒng)制劑相比，微乳劑具有許多優(yōu)點(diǎn)，桶混相容性提高，穩(wěn)定性提高，可燃性降低，對操作者的毒性降低(溶劑含量減少)，表面活性劑溶解力高故滲透性或吸收增加近而活性提高。然而，也存在一些缺點(diǎn)，如活性成分含量低﹙＜30%﹚，表面活性劑濃度高(~20%)，適宜表面活性劑系統(tǒng)數(shù)量有限。這些限制可部分通過納米分散或納米懸浮制劑來解決，即50 nm大小的納米晶體、或水晶或非晶體天然物的活性成分(經(jīng)特殊程序制備)能夠產(chǎn)生與溶劑相似特性的納米分散。有趣的是，此方法仍未被廣泛應(yīng)用，只有一些報道。

使用天然物開發(fā)的可持續(xù)釋放體系能夠增加農(nóng)藥的性能和防效，也可以降低對環(huán)境的不利影響。一般，天然物能夠較易滲入植物細(xì)胞，可作為納米載體運(yùn)輸體系。它們能夠精確地傳遞物質(zhì)，需要時，可被訂制運(yùn)輸特定的生物分子到細(xì)胞、組織或生物。具有獨(dú)特理化特性的數(shù)個無機(jī)納米材料已被工程化用于跟蹤或傳遞，例如金屬、金屬氧化物、硅石和碳材料和半導(dǎo)體。納米傳遞制劑除了保護(hù)作物免受害蟲和病害的危害外，還能增加種子活力，促進(jìn)植物生長和增加植物產(chǎn)量，它們也能被用于基因操縱。小的天然物通過與載體蛋白、離子通道結(jié)合，或產(chǎn)生新的孔，進(jìn)入植物細(xì)胞中。植物細(xì)胞壁具有顯著阻礙天然物進(jìn)入的能力。盡管納米材料應(yīng)用對植物的如此影響還不能確定，但當(dāng)前科員人員集中研究天然物的植物毒性，和天然物對植物發(fā)育的影響。Torney等人報道天然物能有效地傳遞生物分子到植物，其他研究已把此理念廣泛擴(kuò)展應(yīng)用。已有的報道表明植物細(xì)胞能夠吸收非常小的天然物。

吸收效率和不同天然物對生長和代謝功能的影響因植物不同而顯著不同。天然物作為載體能夠容易地到達(dá)植物內(nèi)部系統(tǒng)，可能引起這些系統(tǒng)發(fā)生顯著的改變。Rodriguez等人注意到大部分對天然物植物毒性的研究是基于植物種子的發(fā)芽、根的延長，這些并不總是評估天然物對植物毒性的可靠指標(biāo)。Khodakovskaya等人表明碳納米管能增加番茄種子的發(fā)芽和促進(jìn)番茄植物的生長，他們認(rèn)為這是由于碳納米管能夠滲透種皮，顯著增加水的吸收。研究已表明納米-ZNO粒子等天然物以一定的濃度能促進(jìn)綠豆()和鷹嘴豆(L )苗的生長。用銀天然產(chǎn)物處理蓖麻(L.)種子不會影響種子的發(fā)芽率和種子上鱗翅目昆蟲的生長。用投射電子顯微鏡研究天然物對植物的影響表明它們能滲入細(xì)胞器中，到達(dá)植物和昆蟲組織的線粒體或核仁，這表明這些物質(zhì)可被用于農(nóng)藥或肥料的傳遞。先用紫外光分光光度法，隨后掃描電鏡(SEM)和/或透射電鏡法、X射線能量色散譜(EDX)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和X-射線衍射(XRD)研究確定了植物介導(dǎo)的天然物的合成。

3 以納米粒子為載體的農(nóng)藥傳遞系統(tǒng)

醫(yī)藥領(lǐng)域，天然物已被成功用于藥物傳遞，受藥物傳遞概念的啟發(fā)，開發(fā)了相似的害蟲防治概念，即“農(nóng)藥傳遞系統(tǒng)”(PDS)。其目標(biāo)是使活性成分以一定濃度到達(dá)特定的靶標(biāo)，在完成既定作用前保持最好的生物活性和降低有害作用?？刂苽鬟f對在一段時間內(nèi)最優(yōu)釋放必要的和充足量的農(nóng)藥，獲得最大生物活性，最小化潛在的有害影響特別重要。使用天然物為納米載體的優(yōu)勢是其具有較大表面積，負(fù)載量大，易于黏附一種或數(shù)種不同的農(nóng)藥分子，較快地轉(zhuǎn)移到靶標(biāo)，即昆蟲體。農(nóng)藥膠囊化后可能隨著時間的遷移逐漸釋放，施用次數(shù)少。同時，天然產(chǎn)物不易降解，有效作用時間長。

天然產(chǎn)物負(fù)載活性農(nóng)藥分子的數(shù)個不同概念可能包括吸附、不同配體介導(dǎo)的共價結(jié)合，膠囊化，誘捕入多聚體納米粒子里面(圖1)。隨著納米載體(例如多聚體)的降解，活性分子可被可控、緩慢地釋放。被看作農(nóng)藥傳遞載體的最有吸引力的天然物有多聚體(軟天然物)、合成硅石、二氧化鈦、氧化鋁、銀、銅和納米大小的天然礦物/黏土(無機(jī)物的或固體天然物)。用納米技術(shù)開發(fā)的常見的殺蟲劑為精油，包括苦楝油、大蒜精油、藜蒿()精油、立比草()油、長春花()提取物和刺柏油。也有人提出信息素和不同植物提取物的納米傳遞系統(tǒng)。

注：a：吸附于納米粒子上；b：通過不同的連接方式結(jié)合到納米粒子上；c：在多聚物疏水核或親水核里膠囊化；d：誘捕入多聚體納米粒子里

納米多孔材料孔分布規(guī)則，表面積增加，吸附能力增加。此特性可使檢測方法更敏感，催化合成選擇性提高，產(chǎn)量增加。納米膠囊是另一非常重要的技術(shù)，使農(nóng)藥產(chǎn)品安全，在環(huán)境中的暴露少。在1991年，發(fā)現(xiàn)了碳納米管。其直徑只有幾納米，導(dǎo)電性高于銅，強(qiáng)度是鋼的100倍，但重量只有鋼的1/6。這是納米材料應(yīng)用所具有的優(yōu)點(diǎn)。在不同的可獲得的天然物中，硅石天然物可作為農(nóng)化產(chǎn)品潛在的傳遞劑。這主要由于天然結(jié)構(gòu)具有彈性，即不同大小和形狀，以及形成負(fù)載生物分子孔的能力。目前有2種類型的工程化硅石天然物：固體和介孔氧化硅石天然物(MSN)。介孔氧化硅石由井然有序的孔矩陣形成，具有高承載類蛋白分子的能力。也可以修飾介孔氧化硅石的表面，這樣就可把天然物定制為滿足特定試驗需求。介孔氧化硅石也可被用于在土壤和水中緩釋肥料脲。在介孔氧化硅石表面鍍金增加了天然物的密度，隨之增加了天然物穿過植物細(xì)胞壁的能力，其性能增加了。也研究了水稻的苗和擬南芥的根對無孔硅石天然物的吸收及其植物毒性，研究表明煅燒的無孔硅石天然物能被運(yùn)輸?shù)綌M南芥的根，且不產(chǎn)生要害作用。

天然物是多種植物的重要基因載體，可控制DNA的復(fù)制和功能而被進(jìn)一步用于有效克服轉(zhuǎn)基因沉默。天然物也可調(diào)節(jié)多基因轉(zhuǎn)換，而無需傳統(tǒng)的復(fù)雜載體的構(gòu)建。Torney等人報道通過植物細(xì)胞吸收硅石天然物而有效傳遞DNA和化學(xué)物質(zhì)，而不需要特定的設(shè)備。3 nm大的介孔硅石天然物已被成功用于傳遞DNA和化學(xué)物質(zhì)到分離的植物細(xì)胞中。用此技術(shù)可成功地把DNA引入番茄和玉米植物。用掌葉蘋婆()種子提取物綠色合成與Ag天然物結(jié)合的脂蛋白和其抗宮頸癌細(xì)胞系增生性活性表明它們具有生物相容性和能夠進(jìn)入宮頸癌細(xì)胞。

4 多聚物納米粒子作為納米載體

多聚物納米載體以多聚物天然物為基礎(chǔ)，包括多聚物納米微球和毫超微囊劑，可被設(shè)計為復(fù)雜的藥物傳遞系統(tǒng)，包括多個不同作用機(jī)制的農(nóng)藥、多種制備可能性，生物相容性和生物降解性。多聚物納米微球中的活性分子可隨意分布在多聚物矩陣中，毫超微囊劑具有核-殼結(jié)構(gòu)，可作為疏水藥物貯藏器。多聚物毫超微囊劑，也被稱為多聚物微胞，由于能夠均勻分布，大膠囊具有一些優(yōu)勢，噴霧溶液具有較好的穩(wěn)定性，吸收增加，噴霧表面增加，藥害降低。從這2種物質(zhì)來看，多聚物天然物可作為保護(hù)儲層和擴(kuò)展控制釋放載體，可通過多聚體的降解和滲透特性來控制。多聚體納米載體的另一重要特性為對于不穩(wěn)定的次級代謝物和精油具有保護(hù)作用，可增加這些物質(zhì)經(jīng)濟(jì)效益。對于精油來說，在空氣、光、潮濕和高溫條件下不穩(wěn)定，其一些活性成分可迅速蒸發(fā)和降解，把其融入可控釋放納米載體將阻止其迅速蒸發(fā)和降解，增加穩(wěn)定性，保持最小有效劑量。

已評估用許多類型多聚物設(shè)計多聚物天然物制劑，與藥物或化妝領(lǐng)域使用多聚物相似，主要有聚酯(例如聚-己內(nèi)酯和聚乙二醇(PEG))、多糖(例如聚殼糖、藻酸鹽和淀粉)和最近生物降解材料，如蜜蠟、玉米油或卵磷脂或腰果膠。其中，兩親性共聚物聚乙二醇由于生物降解性、易加工和好開發(fā)特性在目前最具吸引力。

對PEG多聚物納米制劑中植物保護(hù)分子(主要為農(nóng)藥)在水中的釋放研究表明，與商業(yè)制劑相比，其釋放顯著慢(數(shù)周)，研究的植物保護(hù)分子包括吡蟲啉、噻蟲嗪、克百威、福美雙和高效氟氯氰菊酯。生測研究也表明一些PEG制劑在防治昆蟲和線蟲時比商業(yè)產(chǎn)品更有效。Yang等人用大蒜精油的PEG制劑防治赤擬谷盜()成蟲有很好的活性。事實(shí)上，此試驗中，由于對活性成分的緩慢控制釋放，在用藥后5個月，藥效仍保持80%以上，而單純大蒜精油防效只有11%。這表明可用PEG負(fù)載大蒜精油防治貯存害蟲。

在相對較長時間內(nèi)(即30 d)這些納米制劑比商業(yè)制劑有更好的防效，這可能是由于活性物質(zhì)的緩慢釋放而不是靶標(biāo)生物對釋放農(nóng)藥的吸收增加所致。多聚物納米制劑也具有一些缺點(diǎn)，在某些情況下釋放太慢，在環(huán)境中的穩(wěn)定性降低，生產(chǎn)成本高，制備所需能量高。

5 無機(jī)納米粒子為納米載體

在最近20年中，對固體無機(jī)天然物用于藥物制劑進(jìn)行了廣泛研究，其同時具有納米乳劑、脂質(zhì)體和多聚物天然物的優(yōu)勢，而不具有這些制劑的缺點(diǎn)，有高的穩(wěn)定性、更好的可控釋放，高承載量，簡單生產(chǎn)工藝，低成本。所以，利用此類物質(zhì)開發(fā)先進(jìn)的農(nóng)藥傳遞體系是發(fā)展趨勢。

硅石天然物屬于開發(fā)傳遞農(nóng)藥的納米載體的最具吸引力的無機(jī)天然物，這些農(nóng)藥包括殺蟲劑、生長促進(jìn)劑、殺菌劑、生物農(nóng)藥和激素。早已知曉硅石能增加植物對各種生物和非生物脅迫的耐受性，因此硅石天然物被提議可用于增加對多種農(nóng)業(yè)害蟲防效的潛在候選物。以硅石天然物為基礎(chǔ)的新穎制劑最近已被報道能夠緩慢釋放溴蟲腈和生長促進(jìn)劑，具有很好的防效。田間試驗表明溴蟲腈硅石天然產(chǎn)物制劑的殺蟲活性是微粒或無粒子的2倍。其機(jī)制不同于不含有天然物的殺蟲制劑，其防效高可能與持續(xù)、緩慢的釋放(即10~20周)，在較長時間內(nèi)使靶標(biāo)區(qū)域活性物質(zhì)保持高濃度有關(guān)。

最近報道在谷物貯存期納米硅石防治昆蟲的潛力。例如，Debnath等人報道硅石天然物(15~30 nm)處理比體硅石(bulk silica)(100~400 nm)處理昆蟲的死亡率更高，這證實(shí)小的天然物有較高的效率。此外，用不同涂層(疏水、親水或親脂性)對硅石天然物表面修飾的影響研究表明較小粒子的機(jī)械作用可能增強(qiáng)。此研究表明涂有3-巰丙基三乙氧基硅烷的相同大小的硅石天然物比涂有六甲基二硅氮烷的更有效，原因卻知之甚少。在此研究中，其應(yīng)用率一般與商業(yè)硅藻土(0.5~2 g/kg谷物)的推薦劑量相當(dāng)，因此，天然物工程化的額外費(fèi)用與其效力的增加(如果真增加的話)相比不合算。同時，其施用量被認(rèn)為在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中太高。

數(shù)個研究表明以空心二氧化硅天然物為載體能控制釋放阿維菌素和井岡霉素，并屏蔽紫外線。這些分子的釋放率受溫度、pH和涂層厚度的影響。研究表明膠囊化的阿維菌素分多個階段釋放，這是由于粒子的不同部分(即外部的，孔道和內(nèi)部核心中)中活性成分的釋放所致。對數(shù)種植物噴霧研究表明在濃度高達(dá)3 200 mg/L時它們都沒有藥害作用。

6 以納米粒子為農(nóng)藥

具有殺蟲活性的天然物不僅可被作為納米載體，而且也可作為農(nóng)藥活性物質(zhì)或生物農(nóng)藥。大部分有發(fā)展前景的例子為從浮游植物殼壁、蔬菜表皮燃燒預(yù)處理的稻殼、熱電廠的麥稈和火土山等天然資源得到非晶體納米硅石；一些材料的粒徑超過了1 μM，但它們也具有小于100 nm的孔。硅石天然物可被昆蟲的角質(zhì)層脂質(zhì)物理吸收，破壞昆蟲的保護(hù)屏障，昆蟲會死亡，其作用機(jī)制類似于保護(hù)貯存谷物的硅藻顆粒的物理作用。天然物用于植物葉和莖表面不會改變數(shù)種園藝和作物的光合成和呼吸。它們也不會改變昆蟲氣管基因的表達(dá)，因此適于作為納米生物農(nóng)藥。世界衛(wèi)生組織認(rèn)為非晶體硅石作為納米生物農(nóng)藥對人類安全。Debnath等人報道硅石天然物可致100%的米象()成蟲死亡。此外，表面電荷修飾的疏水硅石天然物(3~5 nm)能成功用于防治許多農(nóng)業(yè)害蟲和重要的動物體外寄生蟲。其能在種子表面形成薄膜，降低真菌的生長，促進(jìn)谷物發(fā)芽。因此，納米硅石粒子在防治谷物和家居害蟲、動物寄生蟲、真菌和蠕蟲具有很好的應(yīng)用前景。

7 銀和其他礦物納米粒子

和其他天然物類別一樣，金屬天然物可與農(nóng)藥結(jié)合使用，降低農(nóng)藥使用劑量，或增加殺蟲劑制劑的效力。先前已對具有殺蟲特性的不同金屬納米材料進(jìn)行了研究，以期增加有效控制農(nóng)業(yè)或貯存害蟲以及與人類和動物健康有關(guān)害物的潛在工具。這些材料已能通過化學(xué)或活生物體合成。具有殺蟲活性的前一類別的納米材料有氧化鋁(ANP)或納米結(jié)構(gòu)鋁土(NSA) (Al2O3)、氧化鋅(ZNP) (ZnO)、氧化鈦(TNP) (TiO2)和銀天然物(AgNPs)。例如，Ki等人發(fā)現(xiàn)羊毛纖維中的袋谷蛾()幼蟲用20 mg/L的納米銀膠體[SNSE，硫納米銀乙醇膠體(sulfur nanosilver ethanol-based colloid)]在處理后14 d幾乎全死亡，與對照相比，被處理的纖維的重量損失要少很多。Stadler等人報道小麥中的谷蠹()和米象成蟲被用1 000 mg/L NSA粉處理9 d后幾乎全部死亡，3 d后死亡率約為95%。此外，燃燒甘氨酸和硝酸鋁得到的NSA以粉狀、劑量為62.5~1 000 mg/L用于小麥15 d后，可引起94%以上米象成蟲死亡，相對濕度為57%和75%。然而，此物質(zhì)對谷蠹成蟲的防效要低于米象。3個新穎的NSA粉以化學(xué)溶液用于小麥后，對谷蠹和米象的防治情況與上相似。這些粉的作用機(jī)制為通過毛細(xì)管作用被角質(zhì)層脂質(zhì)吸收，使昆蟲脫水死亡。然而，NSA的作用取決于其各自的物理特性，即粒子大小、粒子形態(tài)和表面積，也受其他生物和非生物因素，如靶標(biāo)種類、劑量、施用間隔期和相對濕度的影響。和NSA結(jié)果相反的是，其他天然物的應(yīng)用，即ZNP和TNP，以粉與水稻混合，能夠殺死米象成蟲，以1 000 mg/L處理7 d后米象的死亡率低于65%。然而，疏水TNP的劑量增加到2 000 mg/L，成蟲死亡率達(dá)93%。2 000 mg/L被看作高的應(yīng)用濃度。

8 納米粒子用于防治害蟲的范例

除了貯存害蟲，也已對納米材料防治農(nóng)業(yè)害蟲進(jìn)行了試驗。例如，AgNP粉，與聚乙烯吡咯烷酮混合穩(wěn)定，被用于蓖麻葉子防治飛楊阿夜蛾()和斜紋夜蛾()。試驗發(fā)現(xiàn)AgNP對2種昆蟲的生長有不利影響(即幼蟲體重、發(fā)育期的長短、蛹重和成蟲體重)，導(dǎo)致蟲生理改變。最近也有數(shù)個成功應(yīng)用NP防治害蟲的例子。

化學(xué)的進(jìn)步，以及對使用者和環(huán)境安全的關(guān)注，或?qū)铣刹牧鲜褂玫姆磳?，推動著科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)納米材料生產(chǎn)的替代方法，稱之為“綠色合成”金屬天然物。綠色合成的思路基于不同生物能夠產(chǎn)生非有機(jī)材料。細(xì)菌、放射菌、真菌、酵母菌和病毒以及植物提取物已被用于金屬(銀、金、鉑、鈀、鈦和鋯)天然物的合成。最近的研究指出綠色合成金屬天然物，主要為AgNP，在實(shí)驗室或田間對廣譜害蟲有活性。例如，Jayaseelan等人報道用心葉青牛膽()葉水提取物合成的AgNP以25 mg/L處理1 h后人頭虱()成蟲全部死亡。

有關(guān)蚊子的防治，大多數(shù)研究集中于天然物對瘧疾傳播媒介史氏按蚊(、絲蟲病傳播媒介致倦庫蚊()、和蟲媒病毒病傳播媒介埃及伊蚊()和白紋伊蚊()的殺幼蟲和殺蛹活性。數(shù)個研究評估了天然物對不太重要的蚊媒介質(zhì)的毒性，例如淺色按蚊()和三帶喙庫蚊()。結(jié)果為，植物合成的天然物對蚊媒介質(zhì)的低齡幼蟲有很好的活性，大部分的LC50為1~30 mg/L。在這些害蚊品種中，致倦庫蚊幼蟲和蛹對植物合成的天然物最不敏感。然而，很少人研究綠色合成的天然物對蚊子幼蟲和蛹致死的毒性機(jī)制。已有人假設(shè)對蚊子低齡幼蟲的生物毒性可能與天然物穿透昆蟲外骨骼的能力有關(guān)。在細(xì)胞內(nèi)，天然物能夠與蛋白硫或DNA磷結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞器和酶迅速變性。隨后，膜滲透性的降低和質(zhì)子動力勢的紊亂可能致使細(xì)胞功能的喪失和細(xì)胞死亡。在這些研究中，金屬離子對蚊子低齡幼蟲的殘留毒性作用弱，因為紫外-可見分光光度法測定結(jié)果為在60、120 min或180 min峰值飽和，表明金屬離子被完全還原。

此外，植物合成天然物是很好的殺卵劑和殺成蟲劑。在對史氏按蚊、埃及伊蚊和致倦庫蚊試驗中，海黍子()合成的銀天然物30 mg/L處理后，其卵的孵化率為0。目前還未知銀天然物對蚊子卵的毒性機(jī)制。淺色按蚊和致倦庫蚊幼蟲暴露于20 mg/L的AgNP溶液24 h，得到了相似的結(jié)果。淺色按蚊和致倦庫蚊幼蟲暴露于25 mg/L含羞草葉水提取物合成的AgNP 24 h后，死亡率達(dá)100%。在相同的研究中，發(fā)現(xiàn)微小牛蜱()暴露于20 mg/L相同溶液24 h后，89%的幼蟲死亡。相似地，10 mg/L番荔枝()葉水提物AgNP可致致倦庫蚊蛹和1~4齡幼蟲全部死亡，史氏按蚊1~3齡幼蟲、4齡幼蟲和蛹的死亡率分別為100%、98%和89%。1 000 mg/L根的水提取物合成的AgNP 處理埃及伊蚊48 h后，其2齡幼蟲死亡率為100%。在田間試驗中，Dinesh等人發(fā)現(xiàn)蘆薈()葉水提取物合成的AgNP處理史氏按蚊24、48、72 h后，1~4齡幼蟲的死亡率分別74.5%、86.6%和97.7。相似地，Suresh等人報道用珠子草()葉的水提取物合成的AgNP處理埃及伊蚊幼蟲24、48和72 h后，死亡率分別為47.6%、76.7%和100%。有關(guān)殺成蟲活性，只有較少的報道。用葉提取物合成的銀天然物對史氏按蚊、埃及伊蚊和致倦庫蚊有活性，LD50為18.041~21.798 μg/mL。已評估了用大尾搖()葉提取物生物合成的銀天然物防治史氏按蚊、埃及伊蚊和致倦庫蚊成蟲的活性，發(fā)現(xiàn)對史氏按蚊的活性最高(LD50=26.712 μg/mL)。用印楝葉提取物制備的銀天然物處理致倦庫蚊成蟲4 h后，其LC50為0.53 mg/L。珠子草()合成的銀天然物對埃及伊蚊成蟲的LC50為6.68。牛乳樹()合成的銀天然物對史氏按蚊的LC50為13.7 mg/L，對白紋伊蚊的LC50為14.7 mg/L。最近，報道埃及伊蚊暴露于100~500 mg/L 鉤沙菜()產(chǎn)生的銀天然物，其雌雄體的壽命大大縮短，雌性生育能力也大大下降。另一與公共健康有關(guān)的常見害物家蠅成蟲用人心果()的葉水提取物合成的10 ml/L AgNP處理4 h后，全部死亡。用飛楊草()葉水提取物合成的10 mg/LAgNP處理棉花葉4 h后，所有齡期棉鈴蟲()幼蟲和蛹呈現(xiàn)較高的死亡率(≥80%),故棉鈴蟲對此天然物非常敏感。除了陸地植物外，海生植物也已被用于合成金屬天然物，來防治影響公共健康或農(nóng)業(yè)的害蟲。例如，Vinayaga Moorthi等人報道用最初從馬納爾灣收集的海黍子水提取物合成的AgNP引起細(xì)紋波蛺蝶() 4齡幼蟲生理學(xué)和解剖學(xué)不正常。相似地，Murugan等人研究表明水提取物合成的AgNP對致倦庫蚊1~4齡幼蟲高毒，10 mg/L的致死率≥80%。在同一研究中，AgNP和作為防治致倦庫蚊幼蟲的新穎生物控制策略具有增效作用。真菌合成金屬天然物已顯示了管理某些種類害蟲的前景。據(jù)Salunkhe等人報道，月狀旋孢腔菌()合成的AgNP以5 mg/L或10 mg/L處理埃及伊蚊和史氏按蚊24 h后，2~4齡幼蟲全部死亡。其他真菌，熱帶金孢子菌()已被用于合成AgNP和天然物金，它們高毒，處理2齡幼蟲1 h和處理1齡幼蟲24 h后，死亡率都為100%。昆蟲病原真菌哈茨木霉()合成的AgNP以0.25%處理埃及伊蚊1、2、3~4齡幼蟲或蛹24 h后死亡率分別為92%、96%和100%。

9 納米農(nóng)藥制劑

人們對農(nóng)藥使用的膠囊和控制釋放方法等技術(shù)有很大興趣。數(shù)個研究人員已介紹了在農(nóng)業(yè)中天然物和納米膠囊的應(yīng)用范圍。許多公司制備了含有100~250 nm大小的天然物制劑。一些應(yīng)用水基或油基的納米粒子懸浮液(納米乳劑)，含有200~400 nm大小農(nóng)藥天然物的均勻懸浮液。乳液容易“溶入”凝膠、乳霜、液體，可以預(yù)防、處理和保護(hù)獲后產(chǎn)品。

當(dāng)前流行的控制釋放農(nóng)化產(chǎn)品之一就是使用硅石材料。Wen等人應(yīng)用多孔中空二氧化硅天然物(PHSN)為農(nóng)藥載體來研究阿維菌素農(nóng)藥的控制釋放行為。PHSN載體顯著延緩了農(nóng)藥的釋放，他們總結(jié)到PHSN能被開發(fā)用于控制農(nóng)藥的傳遞。由于天然物具有大的表面積，它們已被吸收和結(jié)合到其他化合物，在鱗翅目體內(nèi)更易流動，具有用于農(nóng)藥開發(fā)的潛力。報道許多萜類化合物具有拒食活性，在自然環(huán)境中易揮發(fā)。植物提取物和納米硅石合用的制劑極大地提升了產(chǎn)品的殺蟲活性和提取物的生命貨架。用-派烯和芳樟醇與納米硅石一起制備的相似制劑不僅增加了植物純化學(xué)物的生物活性，而且穩(wěn)定性增加了，Zeta 電位較高，控制釋放植物源化合物，增加了分離得到的植物成分的生命貨架期。這些制劑對斜紋夜蛾()和蓖麻夜蛾()有好的拒食活性。分散研究已表明這些納米制劑易于分散。對以上派烯納米制劑的貨架期分析表明儲存6個月以上，其分散、大小、Zeta電位、或生物活性開始改變。制劑的控制釋放特性只在化合物被儲存6個月以上才受影響。

納米農(nóng)藥以多種形式存在，如粒子，或與周圍溶劑接觸的親水“頭”區(qū)域形成集聚體的水溶液中，周圍溶劑隔離了膠束中心的疏水單尾區(qū)域。納米農(nóng)藥可由有機(jī)成分(例如有效成分多聚物)和/或無機(jī)成分(例如氧化金屬)組成。納米制劑與其他常見的制劑一樣，有助于增加難容活性成分的溶解度，或緩慢或按既定方式釋放活性成分，因此可阻止活性成分較早的降解。預(yù)期納米農(nóng)藥對活性成分的命運(yùn)有顯著的影響。現(xiàn)有有關(guān)納米農(nóng)藥的知識還不能合理地評估其使用的優(yōu)缺點(diǎn)。

一個新的農(nóng)藥納米制劑傳遞系統(tǒng)已非常流行，此制劑為以Compritol 888 ATO為脂，Poloxamer 188或Miranol Ultra C32為表面活性劑，用高壓勻漿技術(shù)將木立蘆薈()精油融入固體脂天然物(SLN)而制成。木立蘆薈精油負(fù)載于SLN后的平均直徑在儲存期間不會變化，噴霧后，稍有增加。有趣的是，由于SLN，精油蒸發(fā)速度下降了，這表明SLN制劑適宜用于農(nóng)業(yè)。已有文獻(xiàn)介紹其潛在的優(yōu)勢為疏水農(nóng)藥/除草劑的穩(wěn)定性，減少了有毒有機(jī)溶劑的使用。

天然物合成方法的改變可能引起其大小和形狀的改變，以及帶來使用風(fēng)險，這值得關(guān)注。生物或生態(tài)合成的天然物的生物活性和正規(guī)合成或化學(xué)合成的有差異，它們對植物和節(jié)肢害物的活性也不同。生物合成的天然物比化學(xué)合成具有多種優(yōu)勢。對大型蚤的生態(tài)毒性研究表明醫(yī)用和芳香植物蔞葉()提取物生物合成的銀天然物比化學(xué)合成的銀天然物的毒性低。這些結(jié)果表明生物合成的AgNP在生物合成期間在天然物周圍形成蛋白核殼，故對環(huán)境安全。蔞葉提取物生物合成的鈀和鉑天然物也具有相似的情況，這表明它們具有生態(tài)友好特性。天然物用于哺乳動物比用于植物更早，在植物上的應(yīng)用仍是1個新的概念。

10 前 景

許多出版物和成功開發(fā)的例子表明對此領(lǐng)域的研究非常強(qiáng)勁，認(rèn)為納米農(nóng)藥制劑，如納米乳劑、納米分散劑和天然物會有很好的發(fā)展前景，具有開發(fā)更安全和有效的防治害物的化學(xué)農(nóng)藥制劑的潛力，會給此領(lǐng)域帶來潛在的變革。然而，仍未對沒有標(biāo)準(zhǔn)化的納米材料潛在毒性很好地進(jìn)行研究和了解，其開發(fā)將可能受到國際和各國家安全機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審查，要求對這些材料對環(huán)境和人類的影響進(jìn)行更多的研究。然而，盡管對植物介導(dǎo)合成的天然物防治節(jié)肢動物進(jìn)行了廣泛的研究，但理論和實(shí)際應(yīng)用間還存在很大的差距，特別是大規(guī)模應(yīng)用。

納米材料的合成過程也很重要，合成方法的改變可能引起其大小和形狀的改變，以及此材料使用的風(fēng)險。因此在使用前進(jìn)行風(fēng)險評估研究很重要，因為沒有納米材料制劑使用的特定指導(dǎo)原則，因此這些化合物對植物和昆蟲的毒性特性需要分析。在納米農(nóng)藥制劑廣泛用于害物管理前仍需進(jìn)行許多工作，研究其分析技術(shù)、特性(例如大小、大小范圍、形狀或特性，表面特性)、制劑中活性成分和助劑的定量。納米技術(shù)可減少作物保護(hù)化學(xué)品的使用，將使農(nóng)業(yè)環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)有效。肥料、農(nóng)藥和生長調(diào)節(jié)劑很好地傳遞，包括及時檢測土壤條件、作物生長和害蟲和病害的侵染的納米感受器，可通過開發(fā)納米設(shè)備和產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用和在其他領(lǐng)域一樣將會有很好的前景，但進(jìn)展會較緩慢。

葉萱，女，工程師，碩士。Tel: 021-64387891-201。

2018-03-30。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2018.02.02

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1009-6485(2018)02-0009-06