《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Development of a pH-responsive nanopesticide for efficient delivery of matrine and sustainable control of pine wood nematode
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松材线虫病防治中开发基于Zein和Ferulic Acid的pH响应性纳米颗粒负载马兜铃内酰胺，具有高负载效率（32.9%）、酸性环境定向释放特性及荧光追踪能力，同时表现出优异的热稳定性、抗自由基能力和雨水冲刷抗性，生物安全性良好，为植物源农药递送提供新策略。
林希和|赵志毅|谢希祥|陈佳慧|韩瑶玉|吴斌|李阳|马玲|彭金松|陈春霞
东北林业大学化学、化学工程与资源利用学院，哈尔滨150040，中国
摘要
松材萎蔫病（PWD）由松木线虫（Bursaphelenchus xylophilus，PWN）引起，对全球森林生态系统构成了毁灭性威胁，因此需要有效的可持续控制策略。尽管植物源杀虫剂如马替林（MAT）表现出优异的杀线虫活性，但其不稳定性和有限的环境持久性阻碍了其实际应用。本研究开发了一种能够响应害虫和环境的纳米颗粒（MAT @ Zein-FA NPs），用于封装和输送MAT，从而实现针对性输送，以提高对PWN的控制效果。MAT以32.9%的高负载效率被封装在Zein-FA NPs中。此外，MAT @ Zein-FA NPs具有酸敏感性，在酸性条件下MAT的释放量显著增加。由于FITC的荧光特性，我们能够直接观察到PWN对FITC @ Zein-FA NPs的吸收以及FITC @ Zein-FA NPs在松树内的传输过程。MAT @ Zein-FA NPs表现出优异的稳定性、抗氧化性、良好的润湿性和粘附性。重要的是，与MAT水溶液相比，MAT @ Zein-FA NPs对PWN的杀线虫效果更优，并且对HepG-2细胞和斑马鱼具有良好的生物安全性。本研究开发了一种环保的植物源杀虫剂纳米载体系统，为PWD的管理提供了一种可持续且有效的策略。
引言
松材萎蔫病（PWD），也被称为“松树癌症”，是全球森林生态系统中最具破坏性的疾病之一。PWD由松木线虫（Bursaphelenchus xylophilus，PWN）引起，并通过媒介昆虫传播（Tyler等人，2011年）。PWN可以破坏松树的维管系统，导致宿主迅速死亡。PWN的传播高度依赖于媒介昆虫，这些昆虫将线虫带到健康的松树上，引发疾病传播。目前，PWN已被中国列为国家检疫性害虫（Han等人，2008年；Tyler等人，2011年）。PWN对全球许多地区的松树资源和木材安全造成了严重影响。因此，科学预防和控制PWD已成为国际林业界广泛关注的问题（Li和Ding，2024年）。主要的控制方法包括物理控制、化学控制和生物控制。然而，由于化学控制具有快速效果、广谱作用和可控的应用性，它在实际应用中仍然是主要方法（Lee等人，2017年；Suh等人，2020年；Takai等人，2000年；Ye等人，2023年；Zhang等人，2024年）。传统的化学控制方法需要使用大量化学药剂，这些药剂会扩散到环境中，从而对环境和公共健康产生不利影响（Abdollahdokht等人，2022年）。因此，开发环保型杀虫剂以控制PWN变得尤为紧迫。
近年来，植物源杀虫剂因成本效益高、可生物降解、环境兼容性强以及能够通过多种机制针对害虫而受到广泛关注，并在研究和应用方面取得了快速发展，这降低了抗性发展的风险。这些优势进一步促进了杀虫植物资源的探索和利用，推动了这类环境友好型替代品的采用（Souto等人，2021年）。根据化学结构，植物源杀虫剂可分为生物碱、酚类化合物和萜类化合物。一些研究表明，某些植物提取物及其衍生物对PWN具有抑制作用（Catani等人，2023年；Faria等人，2021年）。与传统化学药剂相比，植物源杀虫剂不仅具有特异性和低环境持久性，还具有可再生性，从而有效降低了土壤和水生系统的污染风险（Chitwood，2002年）。
马替林（MAT）是从Sophora flavescens中提取的一种喹啉类生物碱，具有杀线虫、杀菌、抗病毒和抗肿瘤等生物活性（Charoghdoozi等人，2025年；Li等人，2023a，Li等人，2023b；Ma等人，2018年；Meng等人，2025年）。然而，MAT的光稳定性较差，导致半衰期短和生物利用度低，严重限制了其实际应用（Ding等人，2024年）。因此，在实际应用中需要增加MAT的剂量以保持其控制效果。但是，过量使用MAT不仅会加速害虫抗性的产生，还可能导致土壤-水系统中残留物的积累，从而增加害虫管理的难度（Cooper等人，2013年；Liu等人，2008年）。
如今，纳米技术的快速发展为解决与植物源杀虫剂相关的长久问题开辟了新途径（Wu等人，2025年）。响应刺激的纳米杀虫剂可以对害虫和/或环境迅速作出反应，从而提高杀虫剂的效果（Du等人，2025年）。此外，纳米载体不仅提高了杀虫剂的溶解度，还增强了其润湿性和粘附性，从而提高了杀虫剂的生物活性（de Oliveira等人，2014年）。Gan等人发现，PWN感染会导致松树中苯甲酸的积累，使木质部微环境显著酸化（Gan等人，2023年）。因此，pH响应型纳米载体能够精确地将杀虫剂输送到受感染的树木中，同时减少杀虫剂的使用量，从而有效控制PWN。
目前，已经开发了多种响应刺激的纳米载体，如二氧化硅、金属有机框架（MOFs）和聚合物（Ding等人，2024年）。然而，天然聚合物（蛋白质、多糖）具有成本效益、环境友好性和可生物降解性，使其成为开发响应刺激的纳米杀虫剂的理想候选材料（Behrooznia和Nourmohammadi，2024年）。Zein是一种从玉米加工副产品中提取的生物相容性蛋白质（Patel等人，2010年）。此外，Zein含有超过50%的非极性氨基酸，这些氨基酸可以通过疏水相互作用和二硫键形成稳定的复合物（Liu等人，2017年）。Liu等人指出，Zein-多酚复合物显著增强了材料的抗氧化活性并调节了其功能特性（Liu等人，2017年）。阿魏酸（FA）是一种具有抗菌和抗氧化特性的天然酚类化合物（Ou和Kwok，2004年；Zhang等人，2020年）。因此，蛋白质修饰技术可以有效提高FA的稳定性并赋予其协同功能（Ou和Kwok，2004年）。Huang等人开发了一种新型的Zein-多酚复合物，结合了诱饵特性和响应刺激的能力，显著增强了喜树碱的杀虫活性（Huang等人，2024年）。
在本研究中，我们采用反溶剂沉淀法制备了pH响应型载有MAT的纳米颗粒（MAT @ Zein-FA NPs），以Zein和FA作为壁材料。利用SEM、AFM、FTIR、XRD和TGA系统研究了MAT @ Zein-FA NPs的形态、结构和热稳定性。随后，对其润湿性、抗雨水冲刷性、在植物内的蒸腾能力、抗氧化活性、pH控制释放行为和生物安全性进行了全面评估。我们还进行了体外杀虫活性测试和盆栽实验。本研究旨在提供一种绿色高效的纳米策略来控制PWD，可能降低杀虫剂抗性风险。
材料
马替林（MAT，纯度98.0%）和荧光异硫氰酸酯（FITC，纯度90.0%）由Yuanye Bio-technology Co.（中国上海）提供。阿魏酸（FA，纯度98.0%）由上海浩红生物医药科技有限公司（中国上海）提供。Zein从上海Macklin生化科技有限公司（中国上海）采购。所有其他分析级化学品均来自Xilong Scientific Co. Ltd.（中国汕头）。
MAT @ Zein-FA NPs的制备
根据已发表的研究...
MAT @ Zein-FA NPs的特性
通过动态光散射（DLS）测定了MAT @ Zein-FA NPs的平均粒径、粒径分布、ζ电位和多分散指数（PDI）。如图1A所示，MAT @ Zein-FA NPs的平均粒径为131.93 ± 2.93 nm，PDI为0.22 ± 0.02，ζ电位为-73.90 ± 4.79 mV。PDI < 0.3和单峰粒径分布表明MAT @ Zein-FA NPs的粒径分布均匀（Hu等人，2024年）。MAT @ Zein-FA NPs的ML和EE...
结论
本研究通过反溶剂沉淀法成功制备了用于预防和控制PWD的MAT @ Zein-FA NPs。这些纳米颗粒具有均匀的粒径（131.93 ± 2.93 nm）、PDI（0.22 ± 0.02）、ζ电位（-73.90 ± 4.79 mV）、ML（32.9 ± 3.2%）和EE（83.1 ± 2.4%）。此外，这种纳米输送系统显著提高了MAT的热稳定性，增强了其在高温条件下的光稳定性和保留性...
作者贡献声明
林希和：撰写 – 原始草稿、可视化、验证、监督、软件、方法学、调查、正式分析、数据管理。赵志毅：可视化、验证、软件、调查、正式分析、数据管理。谢希祥：可视化、软件、调查、正式分析、数据管理。陈佳慧：软件、正式分析、数据管理。韩瑶玉：资源获取、方法学、调查。吴斌：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原始草稿
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（32370413）、黑龙江省自然科学基金（LH2022B003）、国家重点研发计划（2024YFD2200800、2024YFD2201500）以及国家自然科学基金联合基金（U24A20432）的资助。
