寄生型线虫以土壤深处的植物根部为食，破坏植物根部，从而大大削弱植物吸收水和养分的能力。线虫可侵食各种农作物，包括玉米、小麦、咖啡、大豆、马铃薯、以及各种果树，每年全球因线虫病造成的农作物损失高达1,570亿美元。传统的杀虫剂无法抵达植物根部，并且杀虫剂在土壤中的散布效果很差。另外，农田施用大量化学杀虫剂，可能增加食品中化合物浓度以及化学制剂溢流量，而且会损害其他环境要素。
为了有效降低寄生型线虫对于农作物的影响，美国凯斯西储大学（Case Western Reserve University）的研究人员将药物输送技术应用到农业领域。他们利用生物纳米粒子——烟草轻绿花叶病毒纳米粒子（Virus Nanoparticle），携带线虫杀剂于土壤表面，使线虫杀虫剂抵达作物根部。纳米粒子的使用提高了药物在土壤中的扩散效率，降低了药物被过滤和溢流的风险，减少了农产品和谷物中的化学制剂残留量、降低了农作物病虫害防治的成本。该研究论文发表在美国化学会的期刊《纳米》（Nano）上。
凯斯西储大学生物医药工程专业的博士研究生保罗·查理奥（Paul Chariou）与凯斯西储大学医药系生物材料学教授尼古拉·斯泰因梅兹（Nicole Steinmetz）一起合作。查理奥表示：“烟草轻绿花叶病毒（TMGMV）会自动聚集成一个300 nm长、18 nm宽的管状结构，中间有一个4纳米宽的中空管道。这种病毒可感染番茄、茄子和其他茄属植物，但是对近3 000种其他可感染线虫病的植物不构成威胁。因此，这种植物病毒纳米粒子的特性为提高化学杀虫剂的作用奠定了基础。
在实验室条件下，研究人员利用一种叫作结晶紫（Crystal Violet）的线虫杀剂，对这种植物病毒形成的纳米粒子的作用过程进行了测试。结晶紫一直被用来杀死皮肤上的线虫，但还未在农业领域使用过。研究人员利用表面化学（Surface Chemistry）将带正电的结晶紫分子装入带负电的病毒纳米分子管道中，每个病毒粒子携带约1,500个结晶紫分子，在实验室环境中模拟pH值为5的作物土壤。施放病毒粒子以及病毒粒子在土壤中扩散的过程中，线虫杀剂一直未脱落。到了作物根部，线虫杀剂逐渐从病毒粒子中扩散开来。查理奥表示，“温度越高、酸碱度更低的土壤会使这种化学制剂施放得更快。”另外，研究人员还注意到，水晶紫在线虫肚内被释放，并杀死线虫。
为了进一步验证该纳米颗粒的杀虫效果，科学家利用培养液中的秀丽隐杆线虫（Caenorhabdiiselegans）进行实验。最终实验结果显示，注入药物的病毒纳米粒子药物随着时间推移从其载体中扩散开来，并与线虫接触，最终线虫被杀死。更重要的是，在施于土壤表面时，携带线虫杀剂的病毒粒子，其散布效果更佳，更多的杀剂分子可用来在植物根部杀死线虫。
目前，查理奥和斯泰因梅兹使用经批准用于农作物的化学杀虫剂对这一投放系统进行测试，并建立电脑模型以便更好地了解纳米粒子在土壤中的扩散能力，并最终对其进行优化。
（编译 李楠）
