《Scientific Reports》：Green synthesis and characterization of Annona squamosa seed chemical constituents derived silver nanoparticles against Tuta absoluta (Meyrick, 1917) larvae, non-target effect, and confirmed through molecular docking
編輯推薦：
面對番茄潛葉蛾（Tuta absoluta）對化學(xué)殺蟲劑產(chǎn)生抗性及帶來的環(huán)境問題，研究人員基于番荔枝（Annona squamosa）種子己烷提取物，開展了綠色合成銀納米粒子（AgNPs）的研究。所得AgNPs在90 ppm濃度下48小時內(nèi)可導(dǎo)致高達96.66%的幼蟲死亡率，并對非靶標生物毒性低。該研究為開發(fā)安全、可持續(xù)的納米農(nóng)藥提供了新策略。
面對全球日益嚴峻的糧食安全挑戰(zhàn)，番茄作為一種重要經(jīng)濟作物，其產(chǎn)量卻受到一種名為番茄潛葉蛾（Tuta absoluta）的毀滅性害蟲的嚴重威脅。這種小小的蛾子幼蟲能夠鉆入葉片、莖稈和果實內(nèi)部取食，造成巨大的產(chǎn)量損失，直接關(guān)系到聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標（SDG）2“零饑餓”的實現(xiàn)。長期以來，依賴化學(xué)殺蟲劑是主要的防治手段，但這條路已越走越窄：害蟲逐漸產(chǎn)生抗藥性，農(nóng)藥殘留對環(huán)境和人類健康構(gòu)成風(fēng)險，同時也與SDG 12“負責任消費和生產(chǎn)”的理念相悖。因此，開發(fā)高效、環(huán)保且可持續(xù)的害蟲管理新策略，已成為農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域的迫切需求。納米技術(shù)，特別是利用植物提取物“綠色合成”納米粒子，為解決這一難題帶來了希望。這種方法不僅過程環(huán)保，合成的粒子還可能具備獨特的生物活性。其中，銀納米粒子（AgNPs）因其廣譜的抗菌和殺蟲潛力而備受關(guān)注。那么，能否找到一種植物，用它合成出既能高效殺滅番茄潛葉蛾，又對環(huán)境和有益生物安全的銀納米“農(nóng)藥”呢？發(fā)表在《Scientific Reports》上的一項研究對此給出了肯定的答案，研究人員將目光投向了一種傳統(tǒng)上被認為具有殺蟲潛力的植物——番荔枝（Annona squamosa）。
為開展研究，研究人員主要應(yīng)用了以下幾項關(guān)鍵技術(shù)方法：首先，利用己烷對番荔枝種子進行提取，并以此提取物為還原劑和穩(wěn)定劑，通過綠色合成法制備銀納米粒子（AgNPs）。其次，綜合運用紫外-可見光譜（UV-Vis）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、能量色散X射線光譜（EDX）和掃描電子顯微鏡（SEM）對合成的AgNPs進行系統(tǒng)的物理化學(xué)與結(jié)構(gòu)表征。接著，通過生物測定法在實驗室條件下評估了AgNPs對番茄潛葉蛾幼蟲的致死效應(yīng)。此外，通過生化檢測分析了暴露于AgNPs后幼蟲體內(nèi)過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST）等解毒酶活性的變化。同時，以非靶標生物尤金真蚓（Eudrilus eugeniae）為模型，評估了AgNPs的環(huán)境安全性。最后，采用分子對接技術(shù)，模擬了番荔枝中已知的生物活性植物化學(xué)物質(zhì)與昆蟲關(guān)鍵靶標酶乙酰膽堿酯酶（AChE）之間的結(jié)合相互作用。
研究結(jié)果
銀納米粒子的綠色合成與表征
研究人員成功利用番荔枝種子己烷提取物合成了銀納米粒子（AgNPs）。UV-Vis光譜在約430 nm處觀察到的特征吸收峰，證實了納米粒子的形成。FTIR分析揭示了提取物中酚類、醛類等官能團參與了銀離子的還原并將其穩(wěn)定在納米尺度。XRD圖譜顯示合成的AgNPs具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)。SEM觀察表明AgNPs呈球形，尺寸在20-50 nm之間，EDX分析則給出了強烈的元素銀信號，進一步確認了其組成。
殺蟲生物測定
合成的AgNPs對番茄潛葉蛾幼蟲表現(xiàn)出顯著的殺蟲活性。生物測定結(jié)果顯示，在90 ppm的濃度下處理48小時后，幼蟲死亡率高達96.66%，表明該納米材料具有高效的殺蟲潛力。
生化反應(yīng)與氧化應(yīng)激
為探究AgNPs的作用機制，研究人員測定了幼蟲暴露于AgNPs后體內(nèi)關(guān)鍵解毒酶的活性變化。研究發(fā)現(xiàn)，暴露24小時后，幼蟲體內(nèi)的過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST）活性均顯著增強。這表明AgNPs的處理誘導(dǎo)了昆蟲體內(nèi)活性氧（ROS）的積累，引發(fā)了氧化應(yīng)激，而這些酶活性的上調(diào)是昆蟲應(yīng)對氧化損傷的防御反應(yīng)。這種生化水平的擾動可能是導(dǎo)致幼蟲死亡的重要機制之一。
對非靶標生物的安全性評估
環(huán)境安全性是評估新型農(nóng)藥可行性的關(guān)鍵。本研究以蚯蚓（尤金真蚓，Eudrilus eugeniae）作為非靶標土壤生物模型進行了毒性測試。令人鼓舞的是，在經(jīng)己烷提取物合成的AgNPs處理24小時后，蚯蚓的死亡率僅為8.33%，顯示出極低的毒性。這一結(jié)果突顯了該納米農(nóng)藥對非靶標生物的安全性，符合保護陸地生物和生物多樣性（SDG 15）的理念。
分子對接研究
為了從分子層面理解活性來源，研究人員進行了計算機模擬的分子對接研究。他們將番荔枝中已知的多種生物活性植物化學(xué)物質(zhì)與昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵靶標酶——乙酰膽堿酯酶（AChE）進行對接。結(jié)果顯示，這些植物化學(xué)物質(zhì)與AChE的活性位點具有強結(jié)合親和力。這為AgNPs的殺蟲活性提供了理論支持，暗示植物來源的活性成分可能協(xié)同作用于昆蟲的關(guān)鍵生理過程。
結(jié)論與討論
本項研究系統(tǒng)性地證實了利用番荔枝種子提取物綠色合成銀納米粒子（AgNPs）作為一種新型納米農(nóng)藥的可行性。所合成的AgNPs對番茄潛葉蛾幼蟲具有高效殺蟲活性（48小時致死率高達96.66%），其作用機制涉及誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致昆蟲體內(nèi)解毒酶（如CAT和GST）系統(tǒng)發(fā)生紊亂。尤為重要的是，該材料對非靶標生物蚯蚓表現(xiàn)出低毒性，顯示了良好的環(huán)境安全性。分子對接研究進一步從理論上揭示了番荔枝源活性成分與昆蟲靶標酶（AChE）的強相互作用，為其作用模式提供了分子層面的見解。
這項研究的意義重大。首先，它開發(fā)了一種針對重大農(nóng)業(yè)害蟲番茄潛葉蛾的高效、環(huán)保型防治候選材料，為減少對傳統(tǒng)化學(xué)殺蟲劑的依賴提供了直接解決方案，有助于保障番茄產(chǎn)量和糧食安全（SDG 2）。其次，整個合成過程秉承綠色化學(xué)原則，使用的植物材料可再生，符合可持續(xù)消費與生產(chǎn)（SDG 12）及產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新（SDG 9）的目標。最后，研究充分考慮了環(huán)境兼容性，通過非靶標生物實驗強調(diào)了其在保護陸地生命和生物多樣性（SDG 15）方面的潛力�？傊�，該工作不僅展示了一種有應(yīng)用前景的納米農(nóng)藥，更從合成、效能、機制到安全性評估，為一個完整的可持續(xù)農(nóng)業(yè)解決方案提供了科學(xué)依據(jù)，推動了環(huán)境友好型植保技術(shù)的發(fā)展。
