朱金鵬 孫晟源 錢(qián)明繼 岳麗娟 劉 茜 崔素芬

（江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212100）

害蟲(chóng)是影響糧食安全的重要不利因素，嚴(yán)重的蟲(chóng)害會(huì)導(dǎo)致糧食減產(chǎn)甚至絕收。即使在糧食儲(chǔ)藏階段，害蟲(chóng)也能持續(xù)危害糧食，影響糧食質(zhì)量和數(shù)量。20世紀(jì)40年代以來(lái)，大量化學(xué)農(nóng)藥如有機(jī)氯、有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲(chóng)菊酯等被用于害蟲(chóng)防治領(lǐng)域，雖然這些農(nóng)藥可以有效防治害蟲(chóng)、減少糧食損失，但伴隨著農(nóng)藥的過(guò)度使用，環(huán)境污染、農(nóng)藥殘留、害蟲(chóng)抗藥性增加、誤殺害蟲(chóng)天敵等問(wèn)題日益突出。因此，需要?jiǎng)?chuàng)新現(xiàn)有的害蟲(chóng)管理措施，尋找一種新型、有效、綠色的害蟲(chóng)防治方法。

納米材料是21世紀(jì)非常有潛力的研究領(lǐng)域之一，目前已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化工、半導(dǎo)體等領(lǐng)域。納米材料是指晶粒小于100 nm的超微顆粒材料，一般處于原子簇與宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域。從微觀和宏觀角度來(lái)看，這樣的系統(tǒng)既不是典型的宏觀系統(tǒng)也不是典型的微觀系統(tǒng)，而是一種介觀系統(tǒng)。納米材料晶粒小，并且晶界上的原子數(shù)比晶粒內(nèi)部原子數(shù)多，容易產(chǎn)生高濃度晶界現(xiàn)象，這也是納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性的原因[1-2]。近年來(lái)，大量研究發(fā)現(xiàn)，利用一些具有特殊性能的納米材料對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑進(jìn)行改良，可有效降低傳統(tǒng)農(nóng)藥應(yīng)用局限性，如緩釋性能差、對(duì)非靶標(biāo)生物危害性高等，由此可見(jiàn)，納米材料有助于創(chuàng)新害蟲(chóng)防治管理策略[3]。

文中對(duì)納米材料在害蟲(chóng)防治領(lǐng)域的應(yīng)用情況進(jìn)行了討論，主要內(nèi)容如下：納米材料與其他殺蟲(chóng)劑復(fù)配進(jìn)行蟲(chóng)害防治；利用納米顆粒（膠囊）技術(shù)制備殺蟲(chóng)劑；利用納米顆粒介導(dǎo)的基因或DNA培育抗蟲(chóng)農(nóng)作物品種；結(jié)合微生物功能、制備納米生物殺菌劑等。針對(duì)害蟲(chóng)和農(nóng)作物種類(lèi)，選擇合適的納米材料及防治方式，可達(dá)到有效防治害蟲(chóng)的目的。

1 納米材料直接用于害蟲(chóng)防治

納米材料能夠直接噴灑用于害蟲(chóng)防治。目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用最多的是硅藻土，其主要成分為無(wú)定形二氧化硅。二氧化硅廣泛存在于石英砂、巖石和粘土中，是地球上最豐富的物質(zhì)之一，當(dāng)硅藻土內(nèi)無(wú)定形二氧化硅含量高且粒徑均勻時(shí)，硅藻土能表現(xiàn)出較好的害蟲(chóng)防治效果。例如，硅藻土可以有效防治赤擬谷盜（Tribolium castaneum）、雜擬谷盜（Tribolium confusum）、谷蠹（Rhizopertha dominica）、玉米象（Sitophilus zeamais）等重要儲(chǔ)糧害蟲(chóng)，且防治效果不受害蟲(chóng)磷化氫抗性能力的影響[4]。這說(shuō)明納米二氧化硅在害蟲(chóng)防治領(lǐng)域有非常大的應(yīng)用前景。另外，改性納米二氧化硅應(yīng)用于害蟲(chóng)防治也是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。現(xiàn)已證實(shí)一些經(jīng)表面電荷修飾的疏水納米二氧化硅被成功用于防治農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)，并且親水性、疏水性和親油性二氧化硅對(duì)害蟲(chóng)的防治效果無(wú)明顯差別[5]。說(shuō)明納米二氧化硅防蟲(chóng)效果可能與改性基團(tuán)無(wú)關(guān)，而僅與材料本身特性有關(guān)。

雖然納米二氧化硅可以有效防治害蟲(chóng)，但其具體作用機(jī)制卻尚不清楚。昆蟲(chóng)利用各種表皮類(lèi)脂，形成水的天然保護(hù)屏障，防止因失水過(guò)多死亡；納米二氧化硅則通過(guò)物理吸附被昆蟲(chóng)表皮脂質(zhì)吸收，影響其皮脂質(zhì)功能，導(dǎo)致昆蟲(chóng)死亡。另外，在農(nóng)作物葉和莖的表面噴灑納米顆粒，不會(huì)影響植物的光合作用、呼吸作用等生理代謝活動(dòng)，且不會(huì)誘導(dǎo)昆蟲(chóng)氣管中基因表達(dá)發(fā)生變化[7]。這體現(xiàn)了納米二氧化硅材料應(yīng)用于害蟲(chóng)防治的安全性。世界衛(wèi)生組織已認(rèn)定無(wú)定形二氧化硅對(duì)人類(lèi)無(wú)害，可以作為一種綠色、安全的害蟲(chóng)防治材料使用。

2 農(nóng)藥納米乳液

納米乳液也稱(chēng)細(xì)乳液，是指粒徑在20～200 nm之間的膠體分散體系。與傳統(tǒng)乳液相比，納米乳液的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性更好，不易出現(xiàn)分層或聚集現(xiàn)象。制備納米乳液時(shí)，使用表面活性劑的界面活性要求低、用量少，且可以利用一些生物兼容性強(qiáng)的生物大分子表面活性劑。農(nóng)藥納米乳液是由農(nóng)藥、溶劑、乳化劑、水、助溶劑和助乳化劑構(gòu)成，其具體成分視情況而定；納米乳液具有液滴粒徑小且均勻、粘度低、潤(rùn)濕、擴(kuò)散及滲透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。液滴粒徑越小、增溶作用越明顯，可提高低水溶性農(nóng)藥的生物利用度，從而能提高施藥效果。竇天琪[8]制備的7%啶·嘧納米乳液對(duì)蚜蟲(chóng)（Aphidoidea）防治效果較好且安全性、穩(wěn)定性較高。曾麗亞[9]制備的去甲斑蝥素納米乳液農(nóng)藥可以有效防治小菜蛾（Plutella xylostella）且對(duì)非靶標(biāo)生物和農(nóng)作物副作用小。目前，大多數(shù)商用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、廣譜型殺菌劑等是以納米乳化液形式存在。因此，納米乳液可以有效解決普通農(nóng)藥水溶性差、生物利用度低、農(nóng)藥殘留高等問(wèn)題，能提高農(nóng)藥制劑對(duì)害蟲(chóng)的防治效果。

3 納米膠囊技術(shù)

農(nóng)藥直接被利用時(shí)會(huì)在靶標(biāo)周?chē)h(huán)境中擴(kuò)散、稀釋、水解、光解或者被微生物代謝，可能難以起到應(yīng)有的作用。納米膠囊技術(shù)主要從醫(yī)用高分子領(lǐng)域相關(guān)載藥納米粒子的緩釋與控制方面的研究成果延展而來(lái)，可以將除蟲(chóng)劑納米膠囊化。與傳統(tǒng)除蟲(chóng)劑相比，納米膠囊粒徑小，無(wú)需表面活性劑即可被均勻分散于水中，解決了傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑水溶性差、生物利用率低，以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，并且更容易精準(zhǔn)施藥。MEREDITH等[10]研究表明，經(jīng)納米膠囊技術(shù)處理的擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)農(nóng)藥顯著降低了對(duì)魚(yú)類(lèi)的毒害作用。武錦等[11]利用微乳液聚合法制備天然除蟲(chóng)菊酯納米膠囊時(shí)發(fā)現(xiàn)乳化劑用量、殼芯比對(duì)納米乳液穩(wěn)定性、膠囊穩(wěn)定性影響較顯著，并獲得了最佳試驗(yàn)條件。李敏等[12]進(jìn)行了兩親性接枝共聚物改進(jìn)納米膠囊性能、提高農(nóng)藥施藥效果的研究。大量研究結(jié)果表明，利用天然有機(jī)聚合物包埋殺蟲(chóng)劑的有效成分，將其制備成納米微膠囊，可以有效減少農(nóng)藥使用量，降低農(nóng)藥對(duì)非靶標(biāo)生物毒性，提高藥物穩(wěn)定性，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。

4 納米顆粒載體技術(shù)

近年來(lái)，納米顆粒載體被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生物制藥領(lǐng)域。將納米顆粒以殺蟲(chóng)劑的形式封裝，可以明顯改進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)藥的功效。利用納米技術(shù)制作載體、發(fā)展新型農(nóng)藥加工技術(shù)可以使農(nóng)藥更易穿透害蟲(chóng)表皮，延長(zhǎng)作用時(shí)間，從而能提高害蟲(chóng)毒殺效果。另外，納米載體能有效降低農(nóng)藥在目標(biāo)靶區(qū)的殘留，允許精準(zhǔn)施加藥[13]。納米顆粒載體主要有金屬納米顆粒、聚合物納米顆粒、生物基納米顆粒和納米顆?；鞈覄┑?，其中利用金屬納米顆粒作為農(nóng)藥有效成分載體在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。目前，大部分研究是通過(guò)分析不同金屬納米材料的殺蟲(chóng)特性篩選、制備出綠色、有效的害蟲(chóng)防治材料。一些納米金屬載體材料如結(jié)合鋁（ANP、NSA、AL2O3）、結(jié)合鋅（ZNP、ZnO）、結(jié)合鈦（TNP、TiO2）、結(jié)合銀（AgNPs）等已被合成并應(yīng)用，相關(guān)農(nóng)藥表現(xiàn)出較好的殺蟲(chóng)效果，且毒性較低[3，14，15]。如納米銀通過(guò)抑制乙酰膽堿酯酶活性，納米金通過(guò)抑制胰蛋白酶活性等干擾昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖等[16]。此外，金屬納米顆粒還可被應(yīng)用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)。例如，徐娜等[17]利用銀納米顆?？焖贆z測(cè)殺撲磷農(nóng)藥殘留量，操作簡(jiǎn)便、靈敏性較高。劉復(fù)新等[18]利用納米顆粒標(biāo)記可視化試紙來(lái)檢測(cè)農(nóng)藥殘留。由此可見(jiàn)，金屬納米顆粒作為藥物載體對(duì)降低農(nóng)藥使用量，提高農(nóng)藥效率，減少農(nóng)藥殘留對(duì)環(huán)境的污染發(fā)揮了重要作用。

利用聚合物納米顆粒載體可以有效延緩農(nóng)藥釋放，提高農(nóng)藥水溶性[19]。佟雨佳等[20]發(fā)現(xiàn)，基于兩親聚合物mPEG-PLGA負(fù)載疏水性農(nóng)藥異丙甲草胺時(shí)，異丙甲草胺對(duì)小鼠的毒性降低。雖然聚合物納米顆粒有較好的害蟲(chóng)防治功能，但是大部分聚合物納米基農(nóng)藥仍存在穩(wěn)定性低、生產(chǎn)步驟繁雜、生產(chǎn)困難等問(wèn)題。生物基納米顆粒載體能夠增加農(nóng)藥對(duì)生物膜的穿透性，提高農(nóng)藥目標(biāo)性和施藥效果。相比于脂質(zhì)體和微粉化制劑，納米混懸藥物更易使用，可負(fù)載在水溶液和有機(jī)體中溶解性差的藥物。HARTFIE等[21]利用固體脂質(zhì)微膠囊和納米顆粒包裹高效氯氟氰菊酯，提高了氯氟氰聚酯對(duì)水蚤的防治效果，同時(shí)減少了藥劑對(duì)非靶標(biāo)生物如魚(yú)的毒性。與傳統(tǒng)方法相比，利用生物方法制備納米顆粒過(guò)程不添加有機(jī)試劑，方法簡(jiǎn)單、安全且無(wú)污染，因此具有較大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。

5 利用納米技術(shù)進(jìn)行核酸傳送和DNA干擾

除了直接致害蟲(chóng)死亡外，還可利用納米技術(shù)制備生物制劑干擾害蟲(chóng)遺傳信息，從而致害蟲(chóng)死亡。He等[22]制備了含CHT10基因dsRNA熒光納米載體進(jìn)行CHT10基因沉默，干擾昆蟲(chóng)正常的生長(zhǎng)發(fā)育，達(dá)到害蟲(chóng)防治目的。在此過(guò)程中，dsRNA/FNP熒光納米粒子因毒性低、靶標(biāo)性強(qiáng)且易被細(xì)胞吞噬，提高了基因沉默效果。利用非病毒基因傳遞系統(tǒng)敲除害蟲(chóng)的關(guān)鍵發(fā)育基因功能，可以有效避免化學(xué)殺蟲(chóng)劑靶標(biāo)性差、農(nóng)藥殘留以及對(duì)環(huán)境污染等問(wèn)題。Das S等[23]比較分析了3種納米（殼聚糖、碳量子點(diǎn)（CQD）和二氧化硅）dRNA材料干擾埃及伊蚊（Aedes aegypti）基因（snf7和src）表達(dá)情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這3種納米材料都可以明顯沉默靶標(biāo)基因，有效控制昆蟲(chóng)種群發(fā)展，其中CQD-dsRNA對(duì)靶標(biāo)基因的沉默效果最好。Zhang等[24]發(fā)現(xiàn)，殼聚糖/Agchs-dsRNA納米顆粒可以抑制岡比亞按蚊（Anopheles gambiae）體內(nèi)Agchs1和Agchs2表達(dá)，從而能有效抑制幼蟲(chóng)的攝食。這些研究結(jié)果表明，基于納米材料制備的dsRNA提高了傳統(tǒng)dsRNA基因沉默效果，可以更有效地調(diào)控害蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，為未來(lái)制定安全、綠色、靶標(biāo)性強(qiáng)的害蟲(chóng)防治策略提供了有利線(xiàn)索。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的滅蟲(chóng)方式已不能滿(mǎn)足人們的需求，因此尋找更快速、更有效、更能減少環(huán)境污染、對(duì)人類(lèi)更友好的滅蟲(chóng)方式已成為迫切需要。納米材料應(yīng)用于害蟲(chóng)防治已經(jīng)取得初步效果，大量的研究已證實(shí)納米材料在害蟲(chóng)防治領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。