《Plant Physiology and Biochemistry》：Phytotoxic effects and environmental safety of nanoparticles incorporating a eucalyptus essential oil
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研究人员成功地将桉树精油（Eucalyptus essential oil, EO）包封于脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles, LN）与角蛋白纳米颗粒（keratin nanoparticles, KN）中。两种纳米制剂均表现出长期稳定性及各
研究人员成功地将桉树精油（Eucalyptus essential oil, EO）包封于脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles, LN）与角蛋白纳米颗粒（keratin nanoparticles, KN）中。两种纳米制剂均表现出长期稳定性及各自独特的精油释放特性。纳米包封（nanoencapsulation）降低了桉树精油的除草功效。脂质与角蛋白纳米颗粒在非靶标植物中引发了相反的响应。桉树精油及脂质纳米颗粒增强了抗氧化防御，而角蛋白纳米颗粒则改变了氧化还原平衡。
**载桉树精油的脂质与角蛋白纳米颗粒：植物毒性效应与环境安全性**
**1. 研究背景与研究意义**
杂草对现代农业构成严重威胁，每年造成高达400亿美元的经济损失。合成除草剂虽应用广泛，但其残留可导致土壤和水体污染，并危及非靶标生物。欧盟“从农场到餐桌”战略明确要求到2030年将农药使用量减少50%，因此开发环境友好型除草剂迫在眉睫。桉树精油（Eucalyptus essential oil, EO）因其多种具有植物毒性的挥发性成分（如1,8-桉叶醇、α-蒎烯、柠檬烯）而被视为有潜力的植物源除草剂。然而，其高挥发性和强疏水性严重制约了田间应用。纳米递送系统可提高活性成分的稳定性和可控释放，但此前尚无研究将桉树精油包封于脂质或角蛋白纳米颗粒并系统评估其除草活性与生态安全。为此，本研究开发了负载商业桉树精油（CEEO）的脂质纳米颗粒（LN-CEEO）和角蛋白纳米颗粒（KN-CEEO），以马齿苋（Portulaca oleracea L.）为模式杂草评估其除草潜力，并以番茄（Solanum lycopersicum L.）为模式作物评估其环境安全性。
**2. 研究内容与主要结论**
研究人员通过改良乳化法和超声法制备了LN-CEEO与KN-CEEO，并对两种纳米制剂进行了理化表征、体外释放评价、除草活性测定及非靶标植物安全性评估。结果表明：两种纳米颗粒均具有约99%的高包封率，且包封率在14天内保持稳定；LN-CEEO粒径更小（约250 nm）、长期稳定性更好，并表现出持续缓慢的精油释放行为；KN-CEEO释放更快，但长期储存中出现了聚集迹象。在除草活性方面，未包封的CEEO表现出最强的剂量依赖性除草效果，最高浓度下致马齿苋死亡率达98%；而LN-CEEO仅造成10%死亡率，KN-CEEO几乎无除草活性。环境安全试验中，LN-CEEO对番茄生长无明显负面影响甚至促进根生长，而KN-CEEO则诱导了较强的氧化胁迫并抑制地上部生物量。因此，脂质纳米颗粒在平衡除草活性与环境安全方面优于角蛋白纳米颗粒，是更有前景的桉树精油递送载体。
**3. 关键技术方法**
研究人员采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）和火焰离子化检测（GC-FID）对商业桉树精油CEEO进行化学成分定性与定量分析。通过改良水包油乳化法制备LN-CEEO，以及从人发中提取角蛋白后经超声处理制备KN-CEEO。利用动态光散射（DLS）测定粒径、多分散指数（PdI）和Zeta电位，采用尺寸排阻色谱分离游离精油并计算包封率，通过透析法结合GC-MS分析体外释放曲线，并利用X射线衍射（XRD）、差示扫描量热（DSC）和扫描电镜（SEM）表征纳米颗粒结构。除草活性以盆栽马齿苋为模型，叶面喷施不同浓度（50%、75%、100%，v/v）的CEEO、LN-CEEO和KN-CEEO；环境安全性则将番茄幼苗种植于此前处理过马齿苋的土壤中，23天后测定生长指标及氧化还原状态相关生化参数。
**4. 研究结果**
**4.1 CEEO的化学成分分析**
GC-MS/FID分析显示，1,8-桉叶醇是CEEO的主要成分，相对含量达73.8%，其次为α-蒎烯（9.0%）和柠檬烯（8.2%）。含氧单萜类总量约占75%，单萜烃类约占23%。
**4.2 LN-CEEO和KN-CEEO的理化表征**
长期稳定性监测表明，LN-CEEO在365天内粒径和PdI变化较小，稳定性显著优于KN-CEEO；KN-CEEO粒径随时间下降（约600 nm降至400 nm），但PdI升高，提示存在颗粒聚集。两种制剂的包封率均约为99%，且在14天内无泄漏。体外释放实验显示，LN-CEEO释放最慢，具有更强的精油保留能力；KN-CEEO的释放曲线与游离CEEO相似，甚至在12小时释放量更高。XRD和DSC分析显示，LN-CEEO的脂质基质结晶度降低、熔融温度和焓变减小，形成更无序的固态结构；KN-CEEO的角蛋白结构在包封后部分α-螺旋发生变性。SEM图像显示LN-CEEO呈不规则聚集形态，而KN-CEEO呈较均匀的基质。
**4.3 CEEO、LN-CEEO和KN-CEEO的除草活性**
宏观植物毒性观察显示，游离CEEO和LN-CEEO各浓度均抑制马齿苋生长，而KN-CEEO未呈现明显毒性，且低浓度下反而促进生长。死亡率统计表明，游离CEEO在100%浓度下致植物死亡率高达98%，LN-CEEO最高仅10%，KN-CEEO无致死效应。生长参数方面，游离CEEO显著降低高浓度下的株高和地上部生物量，LN-CEEO也有一定抑制作用，而KN-CEEO在50%浓度下分别使株高和根生物量增加24%和40%。这表明纳米包封明显削弱了桉树精油的即时植物毒性。
**4.4 环境安全性评估**
番茄植株在含不同制剂残留的土壤中生长23天后，株高均未受显著影响。KN-CEEO处理的番茄地上部生物量显著降低（75%和100%浓度下分别下降30%和41%），而LN-CEEO在100%浓度下反而促进根长和根生物量（分别增加52%和51%）。氧化还原指标方面，KN-CEEO处理导致番茄叶片和根部丙二醛（MDA）含量升高（如叶部75%浓度升高31%），表明发生膜脂过氧化；同时根中谷胱甘肽（GSH）含量显著降低，抗坏血酸（AsA）氧化态脱氢抗坏血酸（DHA）增加。相比之下，游离CEEO和LN-CEEO处理主要诱导抗氧化物质（如GSH、AsA）累积，但未造成明显氧化损伤，提示这两种处理可激活植株抗氧化防御而不产生毒性。
**5. 讨论与结论**
讨论指出，纳米包封体系的性质决定了除草活性与环境安全的平衡。游离CEEO因高挥发性和直接接触而发挥强除草作用，但持久性差。LN-CEEO因脂质基质的高亲和力实现缓慢释放，虽减弱了除草效力，但残留于土壤中后可释放亚植物毒性剂量，反而刺激番茄根系生长并激活防御机制。KN-CEEO则因释放较快且与叶面角质层亲和力低，未能有效进入杂草组织，精油残留于土壤中导致对非靶标植物更强的氧化胁迫。研究人员认为，LN-CEEO在保持一定除草效果的同时显示较低的非靶标毒性，是更具应用潜力的可持续除草剂候选体系；未来应优化LN-CEEO的配方或施用次数以提高除草活性，并在田间条件下进一步验证其环境安全。研究结论强调，脂质纳米颗粒包封桉树精油是一种兼顾杂草防控与非靶标安全性的可行策略，但需根据具体载体与活性成分的相互作用进行系统优化。
