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《美国利用植物病毒制成纳米颗粒防控线虫前景光明》

  • 来源专题：农业生物安全
  • 编译者： 李周晶
  • 发布时间：2023-11-22

  • 2023年9月每日科学（sciencedaily）网站报道了发表于《Nano Letters》期刊上的农业害虫防治新技术，美国加州大学圣地亚哥分校的科研团队利用植物病毒制成的纳米颗粒来控制破坏作物根系的线虫，该纳米颗粒可将农药分子输送到至少10厘米深的土壤中。

    线虫对根系造成的危害是农业一大难题，以往针对线虫使用的农药往往附着在土壤的上层，难以达到线虫猖獗的根部，农民不得不过量使用农药，并用水冲洗农药到达根部区域，这可能导致土壤和地下水污染。该项新技术可帮助农民有效地防治侵害作物根部的寄生线虫，同时最大限度地减少农药使用量和环境毒性，降低成本。

    这项研究利用一种可在土壤中轻松传播的烟草轻绿色花叶病毒作为载体，对病毒颗粒进行修饰并去除RNA，使其不对作物造成感染，再将农药溶液与纳米颗粒混合并加热处理，形成内含农药的病毒样纳米颗粒。实验证明将纳米颗粒通过土壤柱浇水，可以将杀虫剂输送到至少10厘米的深度。从土壤柱底部收集的溶液发现含有农药填充的纳米颗粒，研究人员用收集的溶液处理秀丽隐杆线虫时，可在培养皿中消灭至少一半的线虫。此方法不仅成本低、易于规模化生产，还保留了农药的原始化学结构，简化了监管审批流程。未来，研究团队计划与美国园艺研究实验室合作，在实际受感染的植物上进一步测试，以评估其现实有效性，并推向商业化。

  • 原文来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/09/230921154516.htm
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  • 《前沿：谈纳米技术在植物源农药中的应用》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-11-27
    • 生物碱、酚类、萜类化合物是比较常见的植物次生代谢产物，他们大多分布于植物组织中，对植物具有重要的保护作用。 现代农业对植物源农药有了新要求 随着人口的逐渐增长、科学的进步，为了满足人们对粮食，蔬果的大量需求，成本更低、防效更好的化学农药逐渐占据了主导地位。从半个多世纪的化学农药发展历史来看，无数事实可以证明化学农药在控制农作物病虫草鼠危害、保证农业丰收方面起着任何别的措施不能代替的重要作用。 据国际权威人士估计，如果停止使用化学农药，农作物将减产30%。在中国，这意味着将有3.5亿人挨饿。农场如果停止使用化学农药，水果将减产78%，蔬菜减产54%，谷物将减产32%。 但是，使用化学农药对人类也确实存在直接的或潜在的负面影响。长期过度使用化肥会使农田的土壤板结施肥的效果下降最终又带来农产品的品质下降；过度使用农药会使农产品农药残留量增加，进而危害人类将康。植物源农药的活性成分是自然存在的物质，主要由C、H、O 等元素组成，来源于自然，环境相容性好。在长期的进化过程中已形成了其顺畅的代谢途径，不会污染环境。不仅具有杀虫、杀菌活性，还兼有调节植物生长、诱导免疫、肥效、保鲜作用，且作用方式多样。从作用方式来看，一般对害虫是胃毒作用或特异性作用，少为触杀作用，因此对天敌等非靶标生物是相对安全的。并且往往含有数种有效成分，且作用机制与一般化学农药不同，不易使有害生物产生抗药性。但是植物源农药的使用上也会面临一些新的困难，由于其来源特殊，成分十分的复杂，会出现诸如制剂困难，稳定性差、容易分解等影响药效的问题。现代农业对植物源农药有了更多新的要求。 植物源农药中的一种新技术 纳米技术在植物源农药上的应用纳米材料是一种小于100 nm的结构或物质，其拥有多种其他材料所不具备的优异特性。纳米材料与植物源农药的结合，可以增强药物进入靶生物体内的能力，能够提高农药的稳定性并产生新的控释作用。纳米制剂可改善天然产品的稳定性和有效性，具有控制活性化合物释放到靶生物体的能力，然后控制小分子物质释放到作用部位。他们还可以减少杀虫剂对非靶生物的不良毒副作用、提高杀虫剂的稳定性、保护其活性成分不被微生物降解。 1. 纳米印楝素颗粒 印楝树衍生物在农业上广泛用于防治昆虫、线虫、真菌和细菌。但是，印楝素对温度和光敏感以及易被微生物降解等都会迅速使其失去活性。Riyajan 等开发的涂有天然橡胶的网状海藻酸钠与戊二醛胶囊剂，比无橡胶覆盖的微胶囊释放更慢。在相同时间内(24 h)，无橡胶覆盖的纳米胶囊的释放率是100%，而涂有橡胶的纳米胶囊释放率是80%。Forim开发了一种含有印楝素的聚ε-已内酯纳米颗粒以及该系统所用的喷雾干燥粉末的新制备技术。通过测试发现纳米印楝素颗粒封装效率达到98%。在电子显微镜下，观察到的颗粒呈球形形态，表明活性成分是由于聚合物链的松弛或聚合物被破坏而被释放。大大提高了印楝素在紫外线辐射下的稳定性和水溶性。用纳米印楝素颗粒(5000 mg/kg)处理小菜蛾，其死亡率为100%。Costa 等制备了不同的含印楝素的剂型(纳米胶囊、微胶囊、浓缩乳状液)，并在紫外线的照射下观察制剂的稳定性。结果发现纳米制剂比商业产品稳定性更高，未封装的化合物在七天内完全降解，而封装的印楝素14 天只降解了20%。 2. 纳米鱼藤酮颗粒 鱼藤酮是一种植物源杀虫剂，存在于豆科鱼藤酮属植物的根或根茎中。由于鱼藤酮在紫外线下易降解、对鱼类的毒性强、水溶性低等原因限制了其在农业上的应用。Lao制备和表征两性分子衍生物N(18 醇-1-环氧丙基醚)-O-壳聚糖硫酸盐作为鱼藤酮的载体。并成功的将鱼藤酮杀虫剂封装在浓度为26 mg/mL 的纳米胶束中，使其水溶度提高了13,000 倍。封装的鱼藤酮，150h 后释放约70%，230 小时候达到最大释放，而未封装的鱼藤酮，9 h 后释放70%，27 h 达到最大释放。Martin 等利用超临界辅助雾化技术对三种类型的聚合物（聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸钠）进行了测试。包封率最好的是由海藻酸钠/鱼藤酮(100%)和聚乙二醇/鱼藤酮(98%)所组成的系统。 3. 纳米大蒜精油颗粒 Yang等用聚乙二醇纳米颗粒作为大蒜精油的载体，采用熔融法制备纳米颗粒，包封率为80%。精油封装时其活性成分没有显著变化。5 个月后，该制剂对甲虫成虫有80%的杀虫效果，单独使用大蒜精油，效果只有11%。 纳米植物源农药的发展前景 先进的纳米技术将会把植物源农药引领到一个全新的高度，纳米技术能够彻底解决植物源农药现存的低稳定性、高挥发性、热分解性等问题，具有良好的发展前景，新技术的研发和推广将更进一步缓解化学农药对环境和人类自身带来的不利影响。相信在不久的将来，植物源农药与纳米技术相结合的优势商业产品就会出现，加速淘汰污染严重的普通化学农药。
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  • 《纳米粒子如何影响植物功能?》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-04-02
    • 科学家们正在进行广泛的研究，以开发金属基和碳基纳米材料，以改善植物的生长和发育。纳米材料可以作为一种有前途的工具，以可控的方式将基因(正常植物功能所需的)或化学物质传递到目标位点，具有很高的准确性。 暴露于纳米材料中的植物会发生各种形态和生理变化。它们功能表达的变化取决于几个参数，如纳米颗粒的性质、宿主植物和纳米颗粒相互作用的特定类型、表面涂层、大小、剂量、暴露时间等。 对植物与纳米颗粒相互作用的动力学机制尚不清楚。然而，一些研究报道了纳米颗粒对植物功能和发育的积极和消极影响。 纳米粒子对植物的积极作用 纳米技术在解决由于农业实践中过度使用化肥而出现的各种环境和健康问题方面具有作用。许多纳米粒子，包括碳纳米管、银、氧化钛、金、硫、锌、铁、二氧化硅、磷灰石、铜、壳聚糖- NKP-纳米粒子和碳纳米管涂层NKP+壳聚糖NPK-纳米粒子，在适当的浓度下使用可以改善植物生长和增加作物产量。 不同纳米颗粒对植物功能的其他一些积极影响包括: 种子发芽率:在高浓度TiO2纳米溶液中浸泡过的菠菜种子发芽率较高。这种处理促进菠菜的生长，加速氮的吸收。该反应机制涉及到菠菜叶绿体中氧演化速率的激发，改善了叶绿体的偶联，增强了Mg2+- atp酶和叶绿体偶联因子在类囊体膜上的活性。这种纳米颗粒还可以保护叶绿体在长时间的光照下不老化。 2 .光合速率:Rubisco(一种参与碳固定的酶)的活性显著提高，在经过纳米锐钛酸酶处理的菠菜中可见到。电子转移、氧演化和光磷酸化的速率也有增加。Rubisco蛋白水平和活性的升高导致Rubisco羧化作用的改善，增加光合碳反应速率。 植物生物量和根系伸长:氧化铝纳米颗粒的应用增加了Lemna minor (duckweed)的根长、叶数和总生物量。生物量的这种发展是由于光合作用效率的提高。氧化铝纳米颗粒提高了光系统II的量子产率。同样，在萝卜和油菜中，铝纳米颗粒的应用可以显著提高根长。 产量增加:纳米氧化铁颗粒的应用使粮食产量最高，与对照相比增加了48%。这可能是因为纳米氧化铁可以促进光合产物和铁转移到叶片。 纳米颗粒对开花的植物刺激作用:纳米颗粒具有独特的生物特性，可以作为植物生长促进剂。将鳞茎浸泡在纳米银溶液中是促进植物生长和开花的有效策略。经纳米银处理的植物开花数量较多，花期较长。 纳米粒子对植物的负面影响 许多研究者报道了纳米颗粒对植物功能的不利影响，下面将讨论其中的一些。 植物生长抑制:利用洋葱根尖细胞研究纳米银颗粒(小于100 nm)的细胞毒性和基因毒性，发现纳米银颗粒浓度越高，有丝分裂指数越低。银纳米颗粒破坏细胞分裂的各个阶段，导致分裂中期、染色质桥接、多染色体断裂和细胞解体。氧化铜纳米粒子在农业和草原植物中引起DNA损伤。 种子萌发抑制:单分散纳米氧化锌颗粒对种子萌发有明显的抑制作用。 植物色素产量减少:氧化铜纳米颗粒降低植物叶绿素浓度。 光合作用:通过铜离子和铜纳米粒子的应用，可以促进大叶白杨(Elodea densa, Planch)植株的脂质过氧化反应。在较高的浓度下，纳米颗粒的积累会增加过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性，降低光合作用。 根系统的破坏:钴和氧化锌纳米颗粒对洋葱根的植物毒性研究表明，与对照植物相比，增加纳米颗粒的浓度可以抑制根的伸长。氧化钴纳米颗粒的植物毒性可能是由于纳米颗粒通过吸附堵塞水渠，而氧化锌纳米颗粒可能从根本上渗入洋葱根部，破坏整个细胞的新陈代谢和细胞分裂阶段。
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