基于植物次生代谢物调控的印楝素纳米组装体实现可持续害虫管理

本研究针对生物农药稳定性差、利用率低等关键问题，开发了由印楝素(AZA)与单宁酸(TA)/苯丙氨酸(PA)共组装的pH响应型纳米颗粒(AT NPs/AP NPs)。通过溶剂交换法构建的纳米系统具有小粒径(120-287 nm)、低PDI(<0.13)和高ζ电位(<-20 mV)，显著提升了叶面润湿性、粘附性和抗雨水冲刷能力。双向pH响应特性使其能精准响应害虫中肠微环境(pH 5.0-9.0)，实现AZA可控释放。室内外试验证实其对亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)和棉蚜(Aphis gossypii)具有协同杀虫效果，为绿色纳米农药开发提供了新范式。

　　

在农业生产中，害虫每年造成25-30%的产量损失，而传统化学农药因环境风险面临严峻挑战。作为明星生物农药，印楝素(AZA)虽对600多种害虫有效，但其疏水性导致常规乳油制剂需使用有毒溶剂，且存在光降解快、叶面滞留差等缺陷。更棘手的是，高达90%的农药因叶面流失和光解而浪费，如何实现精准递送成为农业可持续发展的卡脖子问题。

中国农业大学植物保护学院的研究团队独辟蹊径，从植物防御机制中获取灵感——当遭受虫害时，植物会分泌单宁酸(TA)等次生代谢物(SMs)作为天然杀虫剂。基于此，他们创新性地将AZA与TA/PA通过非共价作用(氢键、π-π堆积和疏水作用)共组装成核壳结构纳米粒。这项突破性成果发表于《Nature Communications》，为解决生物农药应用难题提供了全新方案。

研究主要采用溶剂交换法制备纳米颗粒，通过动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)表征形貌，利用高效液相色谱(HPLC)分析载药率，并建立离体叶片滞留模型和昆虫中肠pH模拟系统评估性能。田间试验选用亚洲玉米螟和棉蚜作为模式害虫，通过SPAD叶绿素仪监测作物安全性。

制备与表征

通过优化TA:AZA(1:8)和PA:AZA(4:1)摩尔比，获得组装率>70%、载药量>50%的纳米系统。TEM显示典型的核壳结构，DLS测得AT NPs和AP NPs水合粒径分别为117 nm和287 nm，表面电位达-36.4 mV和-21.01 mV，确保胶体稳定性。

理化性能突破

纳米系统表面张力降至44.7-51.5 mN/m，使在甘蓝叶面的最大滞留量提升2倍。模拟降雨实验显示其保留率(67.86%)显著高于乳油制剂(30.29%)。TA的π-π共轭体系使AZA光解半衰期从18.5分钟延长至56.19分钟。

智能释放机制

在pH 5.0和9.0条件下，纳米粒通过TA羟基质子化/去质子化触发解离，96小时内AZA释放率达65.57-93.51%，符合Higuchi扩散模型(n<0.45)。这种双向pH响应特性完美匹配鳞翅目害虫碱性中肠(pH≈12)和半翅目酸性中肠(pH 5.0-6.0)。

协同杀虫效应

500 mg/L AT NPs处理96小时使玉米螟幼虫死亡率达100%，抑制体重增长效果优于单一AZA。在黄瓜上，AP NPs对棉蚜的防效(86.67%)显著高于乳油(70.71%)，证实TA/PA与AZA的协同作用。

生物安全性

10 mg/L浓度处理7天后，大豆和白菜的叶绿素含量与株高与对照组无显著差异(p>0.05)，SPAD值验证其作物安全性。

这项研究开创了"植物防御物质-生物农药"共组装的新策略，其核心价值在于：①首次利用TA/PA的双重功能(结构支架与杀虫活性)构建绿色纳米载体；②通过仿生设计实现害虫微环境触发释药，使农药利用率提升3倍；③建立的溶剂交换法无需有毒助剂，载药率(77.22%)远超文献报道的9-14%。该技术为替代传统乳油制剂提供了颠覆性解决方案，对推动农业绿色发展具有里程碑意义。研究揭示的分子组装机制(氢键/π-π堆积协同作用)也为其他疏水性天然产物的递送提供了普适性范式。