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为解决害虫抗药性及化学农药危害问题，研究人员合成 NiFe2O4纳米颗粒（NiFe NPs）并研究其杀虫效果，发现其可破坏甲虫睾丸组织，有望用于农业害虫治理。
在农业生产的大舞台上，粮食作物就像闪闪发光的宝藏，富含维生素、碳水化合物、蛋白质等多种营养成分。然而，这些美味的 “宝藏” 却吸引了众多害虫的觊觎，其中甲虫等害虫的肆虐让农民们头疼不已。据统计，害虫造成的粮食损失约占作物产量的三分之一，化学农药虽曾是对抗害虫的 “利器”，但如今却面临着严峻的挑战。害虫们逐渐进化出抗药性，全球已有超过 550 种害虫对化学农药产生了抗性；同时，化学农药还会对环境和公众健康造成极大危害，就像一把双刃剑，在杀敌的同时也伤害了自己。因此，寻找绿色、高效的新型农药迫在眉睫。
在这样的背景下，来自埃及亚历山大大学等机构的研究人员展开了一项意义重大的研究。他们将目光聚焦于纳米技术领域，致力于探索新型纳米农药。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为农业害虫治理带来了新的曙光。
为了开展这项研究，研究人员采用了多种关键技术方法。在纳米颗粒制备方面，他们利用柠檬汁通过水热合成法制备了 NiFe2O4纳米颗粒（NiFe NPs）。在对纳米颗粒的研究过程中，运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多种表征技术，对 NiFe NPs 的结构、形貌、成分等进行了全面分析。同时，以 Blaps polychresta 甲虫为研究对象，通过解剖甲虫获取睾丸组织样本，运用 EDX 分析、彗星试验、流式细胞术等实验技术，从多个层面探究 NiFe NPs 对甲虫睾丸组织的影响。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- NiFe NPs 的表征：通过 FTIR 分析发现，在 691 cm-1处的峰证实了八面体 NiFe NPs 的成功制备，同时还检测到了与吸附水和柠檬烯结构相关的特征峰。XRD 分析显示，NiFe NPs 具有立方尖晶石结构。TGA 分析表明，其热稳定性良好，经历了溶剂蒸发、有机物氧化和金属氧化物形成等阶段。VSM 分析揭示了 NiFe NPs 的铁磁性特征，其饱和磁化强度为 27.19 emu/g 。UV-Vis 光谱分析表明，NiFe NPs 的粒径在 20nm 左右。SEM 和 TEM 图像显示，NiFe NPs 呈半球形或不规则形状，平均粒径约为 23.45nm，且存在团聚现象。
- 对甲虫死亡率和存活率的影响：研究人员给甲虫注射不同剂量的 NiFe NPs 后发现，0.03 mg/g 体重的剂量对甲虫死亡率影响最大，注射后 48h 死亡率达到 67%。随着剂量增加，死亡率反而下降，这可能与 NiFe NPs 的磁性导致其在昆虫体内的积累方式有关。
- 在睾丸组织中的积累：SEM-EDX 分析显示，与对照组相比，注射 NiFe NPs 的甲虫睾丸组织中 Ni 和 Fe 显著积累，表明 NiFe NPs 能够穿过甲虫的血睾屏障，进而对甲虫产生有害影响。
- 对氧化应激参数的影响：NiFe NPs 处理组甲虫睾丸组织中的丙二醛（MDA）水平显著升高，表明脂质过氧化加剧，同时超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）和 β- 羧酸酯酶（CarE）的活性显著降低，抗氧化防御系统受到干扰。此外，热休克蛋白 70（HSP70）和金属硫蛋白 1（MT1）基因的 mRNA 表达显著上调，反映出细胞对 NiFe NPs 诱导的应激反应。
- 遗传毒性和细胞毒性评估：彗星试验表明，NiFe NPs 处理组甲虫的彗星尾长、尾矩、尾 DNA 百分比和有尾细胞百分比显著增加，表明存在明显的 DNA 损伤。流式细胞术分析显示，与对照组相比，处理组的活细胞数量显著减少，坏死细胞、早期凋亡细胞和晚期凋亡细胞数量显著增加，细胞毒性明显。
- 对睾丸组织形态和结构的影响：SEM、组织学和 TEM 分析结果显示，NiFe NPs 处理导致甲虫睾丸组织出现明显的异常。如睾丸滤泡和囊肿壁受损、壁细胞退化、细胞坏死和空泡化，精子发生和精子形成过程受到破坏，精子形态和结构出现异常。
研究结论和讨论部分指出，本研究首次证明了生物合成的 NiFe NPs 对 Blaps polychresta 甲虫具有杀虫特性。NiFe NPs 通过在睾丸组织中积累，破坏了睾丸的生理和结构特征，导致甲虫雄性生殖系统功能障碍。其作用机制主要是引发氧化应激，干扰抗氧化防御系统，进而导致 DNA 损伤和细胞凋亡。虽然本研究为纳米农药的开发提供了有价值的参考，但仍有许多问题需要进一步研究。例如，需要明确昆虫对 NiFe NPs 的抗性机制，评估其长期毒性、潜在的环境风险以及对其他害虫的毒性等。未来的研究可以探索将 NiFe NPs 负载到不同的载体上，优化其在农业系统中的应用，为实现可持续、经济有效的害虫治理提供更多的可能性。这项研究为农业害虫治理开辟了新的道路，有望推动纳米农药领域的发展，为保障全球粮食安全贡献重要力量。
