近日，我校植物保護(hù)學(xué)院、天然農(nóng)藥與化學(xué)生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省生物農(nóng)藥工程技術(shù)研究中心徐漢虹教授/張志祥教授團(tuán)隊(duì)在國際化工領(lǐng)域的權(quán)威期刊Chemical Engineering Journal(工程技術(shù)1區(qū)top期刊，影響因子16.74)發(fā)表題為“A β-cyclodextrin-functionalized metal–organic framework enhances the insecticidal activity of indoxacarb by affecting amino acid metabolism in red imported fire ants”的科研論文(論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141417)。論文第一單位為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，我校2022級博士研究生楊留鵬為論文第一作者，我校植物保護(hù)學(xué)院張志祥教授和徐漢虹教授為通訊作者。這是該團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表的第5篇關(guān)于納米農(nóng)藥害蟲控制和納米制劑安全性評價(jià)方面的研究論文。其它相關(guān)研究成果發(fā)表在國際知名期刊《Carbohydrate Polymers 》(中科院1區(qū)Top，影響因子 10.72)、《Environmental Research》(中科院2區(qū)Top，影響因子8.43)和《International Journal of Biological Macromolecules》(中科院1區(qū)Top，影響因子8.03)上。上述論文反映了團(tuán)隊(duì)近期圍繞納米農(nóng)藥害蟲控制和納米制劑安全性評價(jià)方面取得的系列研究進(jìn)展。
受生態(tài)變化和人類活動等因素的影響，紅火蟻在中國的入侵范圍不斷擴(kuò)大，危害日益嚴(yán)重。將昆蟲消化過程與納米控釋農(nóng)藥制劑技術(shù)相結(jié)合是一種有效的害蟲管理方法，可以根據(jù)昆蟲的微環(huán)境在目標(biāo)部位按需釋放農(nóng)藥。在這項(xiàng)工作中，描述了一種通過控制反應(yīng)溫度和原料比例快速合成直徑為200~1500 nm的沸石型咪唑骨架-90 (ZIF-90)納米顆粒的方法。通過將β-環(huán)糊精(β-CD-NH2)與裝載茚蟲威(IDC)的ZIF-90納米顆粒(IDC@ZIF-90-CD)結(jié)合構(gòu)建了具有pH和α-淀粉酶雙重刺激響應(yīng)的智能農(nóng)藥遞送體系。納米顆粒表面的β-CD-NH2涂層減少了茚蟲威的光降解，并減少了活性成分的過早釋放。體外釋放動力學(xué)表明IDC@ZIF-90-CD在酸性和淀粉酶條件下快速釋放茚蟲威。生物活性試驗(yàn)結(jié)果表明，IDC@ZIF-90-CD通過增加紅火蟻取食量和破壞腸道細(xì)胞增強(qiáng)了茚蟲威的殺蟲活性。非靶向代謝組學(xué)結(jié)果表明IDC@ZIF-90-CD通過干擾6種氨基酸和1種氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的代謝途徑影響了紅火蟻的代謝。研究表明基于ZIF-90的納米農(nóng)藥在高效農(nóng)藥遞送和精確病蟲害管理方面具有潛在應(yīng)用，這些發(fā)現(xiàn)可能為未來的農(nóng)藥配方設(shè)計(jì)和可持續(xù)害蟲管理提供了新的見解。相關(guān)研究發(fā)表在Chemical Engineering Journal (IF2022=16.74)上(論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141417)。
針對紅火蟻中腸為酸性的特性，利用可生物降解的殼聚糖(CS)和羧甲基殼聚糖(CMCS)制備了對pH敏感的殼聚糖基魚藤酮(Rot)納米顆粒(CS/CMCS/Rot-NPs)。殼聚糖基納米粒子對Rot顯示出光保護(hù)和緩慢的持續(xù)釋放作用，顯著提高了Rot對紅火蟻的殺蟲活性。與魚藤酮原藥相比，這項(xiàng)研究制備的CS/CMCS/Rot-NPs顯著削弱了紅火蟻的攻擊性，降低了紅火蟻及其生存環(huán)境中的毒液生物堿含量。研究揭示了可生物降解殼聚糖材料在農(nóng)業(yè)中的新應(yīng)用，通過生產(chǎn)殼聚糖基納米農(nóng)藥控制紅火蟻，增加其在生態(tài)環(huán)境中的生存成本，削弱其生存能力從而限制其種群增長。研究表明，納米技術(shù)與植物性殺蟲劑相結(jié)合，可作為一種新穎、安全、有效和生態(tài)友好的方法來控制紅火蟻。相關(guān)研究發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules (IF=8.03)上 (論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.08.066)。
魚藤酮因其植物源農(nóng)藥的特性-可生物降解，環(huán)境殘留較低，長期以來被用于控制害蟲，也被許多國家用作魚類種群管理。然而，在害蟲防治的田間應(yīng)用過程中，魚藤酮通常會因噴霧漂移或降雨后的地表徑流而進(jìn)入地表水，這會導(dǎo)致水污染和魚類意外死亡。因此針對南方池塘水大多為酸性的地理特性，利用環(huán)境友好的海藻酸鈉(SA)與Ca2+的交聯(lián)制備了對pH敏感的海藻酸鈉納米顆粒(alginate beads)用來封裝魚藤酮。此納米材料具有較高的魚藤酮負(fù)載效率并對溶液pH響應(yīng)良好。在酸性條件下，氫鍵使得結(jié)構(gòu)連接更加緊密，魚藤酮的釋放速率較低；在高pH下，分子間排斥作用使魚藤酮更迅速地釋放。在pH為5.5時(shí)，與相同劑量的魚藤酮乳油相比，納米材料對斑馬魚和胚胎毒性降低了2~4倍，具有良好的生態(tài)安全性。相關(guān)研究發(fā)表在Environmental Research(IF=8.43)上 (論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114565)。
基于農(nóng)田系統(tǒng)中露水多為酸性，而鱗翅目害蟲腸道為堿性，以O(shè)-羧甲基殼聚糖 (O-CMCS) 包封高效氯氟氰菊酯 (LC)形成LC/O-CMCS，再通過植物油基聚氨酯 (PU) 包覆，制備了堿性響應(yīng)型LC@O-CMCS/PU納米制劑。與LC商品制劑相比，LC@O-CMCS/PU納米制劑在葉表面具有更強(qiáng)的附著力和抗露水淋溶特性，對小菜蛾比LC乳油具有更好的防效，顯著降低了對異色瓢蟲的毒性。對于露水存在的葉片上，納米制劑中的有效成分難以被溶出，顯著改善了異色瓢蟲在施藥葉片上的生存環(huán)境。研究揭示了以多糖+聚氨酯為載體的納米農(nóng)藥制劑在農(nóng)田微環(huán)境中的特殊控釋機(jī)制，為研究綠色環(huán)保農(nóng)藥與天敵聯(lián)合防控害蟲提供了新思路。相關(guān)研究發(fā)表在Carbohydrate Polymers(IF=10.72)上(論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.120373)。
根據(jù)鱗翅目害蟲(8.0＜pH＜9.5)與蜜蜂(5.0＜pH＜6.0)的腸道pH差異，通過多糖材料O-羧甲基殼聚糖 (O-CMCS)與三聚磷酸鈉(TPP)交聯(lián)反應(yīng)，制備了pH響應(yīng)控釋蟲螨腈納米顆粒(CF@O-CMCS)。CF@O-CMCS納米顆粒在酸性環(huán)境中表面收縮，降低了蟲螨腈釋放量，在堿性環(huán)境中則膨脹破裂，使蟲螨腈大量釋放。與蟲螨腈懸浮劑相比，CF@O-CMCS對草地貪夜蛾3齡幼蟲具有更好的防效，顯著降低了對蜜蜂毒性。通過LC-MS/MS對腸道中的蟲螨腈及其代謝物(溴代吡咯腈)檢測，攝入CF@O-CMCS組蜜蜂腸道的農(nóng)藥含量顯著低于攝入蟲螨腈懸浮劑組，而在草地貪夜蛾的腸道中CF@O-CMCS組的農(nóng)藥含量比蟲螨腈懸浮劑組高。研究揭示了O-羧甲基殼聚糖基納米農(nóng)藥在鱗翅目害蟲和蜜蜂之間的藥物遞釋機(jī)制，為降低農(nóng)藥對蜜蜂毒性，提高農(nóng)藥有效利用率提供了解決新方案。相關(guān)研究發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules(IF2022=8.03)上(論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.10.182)。
徐漢虹/張志祥教授團(tuán)隊(duì)長期致力于害蟲精準(zhǔn)防控技術(shù)研究，開展納米農(nóng)藥害蟲控制研究和納米制劑安全性評價(jià)，在有效，快速，精準(zhǔn)防控害蟲的同時(shí)，降低對非靶標(biāo)生物的毒性危害。近期，團(tuán)隊(duì)圍繞在重大入侵害蟲紅火蟻、草地貪夜蛾的可持續(xù)控制，以及對瓢蟲、斑馬魚和蜜蜂非靶標(biāo)生物的安全保護(hù)研究方面取得了系列重究成果，為可持續(xù)害蟲管理提供了新穎，安全，有效和生態(tài)友好的防控新思路。
上述論文第一作者分別為我校農(nóng)藥學(xué)博士生楊留鵬(1篇)、鄭群(1篇)、侯瑞權(quán)(2篇)及碩士生宋紫霞(1篇)，徐漢虹教授、張志祥教授、趙晨副教授及佛羅里達(dá)大學(xué)陳建軍教授為這些論文的通訊作者。相關(guān)研究得到了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(No. 2020B020224002)、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)資金(No. 2020KJ122和2023KJ122)、廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新促進(jìn)與農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)項(xiàng)目(No. 2022KJ122)、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)任務(wù))(No. 2022KJ118)和廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(No. 202102080120)資助。
文圖/植物保護(hù)學(xué)院
