《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Nano-Engineered Black Soldier Fly Larval Proteins Immobilized on Bio-Silica Nanoparticles for Efficient Lead Remediation and Alleviation of Pb Stress in
Phaseolus vulgaris
编辑推荐：
•使用固定化在生物硅上的昆虫蛋白开发的全新 Nano-BSFP•高铅去除效率（97%），具有优异的重复使用性（50 个周期）•增强土壤酶活性和微生物功能•缓解菜豆（Phaseolus vulgaris）中铅诱导的氧化应激•整合废物资源化利用和纳米技术的可持续系统引言土壤和水中
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使用固定化在生物硅上的昆虫蛋白开发的全新 Nano-BSFP
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高铅去除效率（97%），具有优异的重复使用性（50 个周期）
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增强土壤酶活性和微生物功能
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缓解菜豆（Phaseolus vulgaris）中铅诱导的氧化应激
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整合废物资源化利用和纳米技术的可持续系统
引言
土壤和水中的重金属污染是一个紧迫的环境问题，对人类健康、农业生产力和生态系统稳定性构成重大风险（Monib 等，2024 年）。铅（Pb）尤其是一种持久性污染物，具有高度毒性，对植物生长、微生物群落和土壤肥力产生不利影响（Gupta 等，2024 年；Ilyas 等，2024 年；Song 等，2024 年）。铅（Pb）污染通常与人类活动有关，如化学冶炼、采矿、石油相关行业、工业废水排放以及危险废物处置不当。一旦释放到环境中，铅可在土壤中存留很长时间，并对土壤质量、植物生长、微生物活动和食物链安全产生严重的毒性影响（Wu 等，2024 年）。
传统修复策略，包括化学沉淀、离子交换和植物修复，往往存在效率低、成本高、二次污染或处理时间长等局限性。因此，开发可持续、成本效益高且环境友好的修复方法仍然是关键的研究重点（Ayach 等，2024 年；Younas 等，2024 年；Wu 等，2026a 年）。
最近，仿生重金属固定化策略因其模拟自然结合、沉淀或封存机制以减少金属迁移性和毒性而受到越来越多的关注（Xue 等，2026 年）。纳米生物修复是一个将纳米技术与生物材料相结合的新兴领域，为重金属解毒提供了有前景的解决方案。工程化纳米材料可以提高吸附效率、稳定性和重复使用性，而生物成分则有助于生态兼容性和功能多样性（Liu 等，2024a 年；Nibe 和 Gaikwad，2025 年；Tian 等，2025 年）。
黑水虻（BSF）幼虫及其副产品，如虫沙（昆虫粪便和外骨骼残留物），可用作土壤改良剂以改善土壤健康和植物生长（Salomon 等，2025 年；Verardi 等，2025 年）。BSF 蛋白源自Hermetia illucens幼虫，这是一种高度可持续且富含蛋白质的昆虫来源。BSF 幼虫广泛用于动物饲料、水产养殖，甚至作为人类消费的潜在替代蛋白质，因为它们具有高蛋白质含量（高达干重的 50%）、必需氨基酸谱和富含脂质的成分。它们还因其环境效益而备受推崇，因为它们能高效地将有机废物转化为生物质。此外，BSF 蛋白含有具有抗菌和免疫调节特性的生物活性肽，使其成为功能性生物技术应用的诱人成分（Khan 等，2025 年；Yadav 等，2025 年）。因此，与虫沙相比，BSF 蛋白提取物可作为土壤改良剂提供独特的优势，因其具有生物活性特性，包括可抑制土传病原体的抗菌肽和可增强营养循环的酶。与提供缓释养分的虫沙不同，BSF 蛋白可提供生物可利用的氮和氨基酸，作为生物刺激剂，促进植物生长、根系发育和胁迫耐受性。它还可以支持有益的土壤微生物，增强植物对非生物胁迫的韧性，并作为合成肥料的可持续替代品。虽然虫沙能改善土壤结构和微生物多样性，但 BSF 蛋白提取物可进行针对性病害抑制和快速养分供给，使其对精准农业和有机 farming 具有价值（Rodgers 等，2024 年；Siddiqui 等，2024 年；Salomon 等，2025 年；Zaato 等，2025 年）。
基于此观点，本研究引入了一种新型纳米生物修复方法，利用纳米黑水虻蛋白（Nano-BSFP）从水溶液中吸附铅，并将其随后应用于缓解土壤和菜豆（Phaseolus vulgaris）幼苗中的铅胁迫。Nano-BSFP 的开发包括从黑水虻幼虫（Hermetia illucens）中提取蛋白，然后将其固定化在由稻草合成的硅纳米颗粒上。使用稻草衍生的生物硅作为昆虫蛋白固定化的基质，反映了废物到价值的途径，即将农业残留物转化为用于环境修复的功能材料。这一策略与废物工程领域的最新进展一致，展示了废物衍生材料作为高价值吸附剂或固定化剂的潜力（Zhu 等，2026 年）。因此，Nano-BSFP 的制备通过结合农业废物衍生的无机基质和金属结合蛋白功能，将循环资源利用与仿生修复相结合。这符合循环经济和可持续农业的原则。
章节摘要
纳米黑水虻蛋白（BSFP）的制备
BSF 蛋白的制备按照 Zozo 等（2025 年）的方法进行，如下所示：
昆虫粉的制备：黑水虻（BSF）幼虫（KBM FEEDERS）在稻草上养殖 14 天。收集后，用蒸馏水彻底冲洗幼虫以去除任何粘附的碎片，然后通过浸入 85 °C 的热水中 2 分钟进行烫漂（一种用于灭活酶和减少微生物数量的热处理步骤）。随后，在 ?80 °C 下冷冻直到
黑水虻蛋白在纳米二氧化硅上的固定化（Nano-BSFP）及其从水溶液中吸附铅的效率
孵育时间对 Nano-BSFP 制备过程中 BSFP 在纳米二氧化硅上的固定化有强烈影响。固定化效率随着孵育期的延长而逐渐增加，从 6 小时的 64.36% 开始，到 42 小时达到 87.68%。在 42 至 48 小时之间出现显著跳跃，效率急剧上升至 97.3%。超过 48 小时后，效率趋于平稳，在 72 小时内保持约 97.3–97.4% 的值（图 1，A；补充数据表 S1）。
讨论
本研究旨在引入一种使用固定化在硅纳米颗粒上的黑水虻蛋白的新型纳米生物修复方法（Nano-BSFP）。蛋白固定化对于在各种生物技术应用中增强稳定性、重复使用性和效率至关重要。优化孵育期对于实现最高的固定化产率至关重要，从而在保持成本效益和操作可行性的同时最大化效率（Oro 等，2025 年）。结果
结论
本研究证明了蛋白固定化在增强稳定性和效率方面的关键作用，确定 48 小时孵育期为最大固定化产率的最优条件。Nano-BSFP 被证明是一种有效的铅吸附剂。结果表明，Nano-BSFP 显著改善土壤保水性，恢复受铅污染抑制的酶活性，并通过缓解铅毒性和激活抗氧化防御机制，在铅胁迫下使植物生长提高多达 198%。这些
CRediT 作者贡献声明
Somia M. Elagib: 写作 – 审查与编辑，方法论，调查，概念化。Deyala M. Naguib: 写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，方法论，调查，概念化。Dia Soltan: 写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，方法论，调查，概念化。Asma Algasem: 概念化，调查，方法论，写作 – 审查与编辑。Fawzya AlOmari: 写作 – 审查与编辑，方法论，调查，
未引用参考文献
Alasmary, 2025; Lowry et al., 1951; Najim et al., 2024; Pina-Martín et al., 2026; Yadav et al., 2025.
数据和材料的可用性
本研究期间生成或分析的所有数据均包含在这篇发表的文章中。
竞争利益声明
? 作者声明，他们没有已知的可能影响本论文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
Layla Yousif Abdullah Al Hijab|Zarah I. Alzahrani|Fawzya AlOmari|Somia M. Elagib|Asma Algasem|Deyala M. Naguib|Dia Soltan
