当前和未来的前景“有机”nanoinsecticides农业害虫管理
Sourav吗哪1,
Amlan Das- 1Semiochemical和脂质实验室,生命科学部门,总统大学,加尔各答,印度西孟加拉邦
- 2昆虫学实验室,加尔各答大学生态学系加尔各答,印度西孟加拉邦
- 3药理学、药学学院Anurag群机构(原Lalitha药学院),海得拉巴,印度Telangana
- 4生物医学工程系,新泽西理工学院,美国新泽西纽瓦克
随着纳米技术的普及,使用纳米粒子在害虫管理已成为普遍。Nanoformulated农药比传统的农药剂型有几个优点,包括改善环境稳定、控制释放活性成分,渗透率增加,目标交付,等。尽管有这些优点,最近的研究显示,一些传统nanopesticide配方中使用的纳米颗粒可能会毒害作物和有益的生物由于生物体内积累和营养转移。因此,传统nanopesticides被认为是non-advantageous“绿色农业”。在评估当前形势下,发展“有机”nanopesticides可能是下一代武器减少传统nanopesticides的不利影响。然而,他们的配方和应用知识是非常有限的。“有机”的绿色合成纳米粒子使它们比传统的更环保nanopesticides由于微小残留和有害的影响。本文关注的当前开发场景nanopesticides“有机”,他们的优点,对目标生物相比传统nanopesticides潜在影响。
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介绍
农业害虫管理一直是一个具有挑战性的工作很长一段时间。同时,有必要杀死有害昆虫,也必须照顾环境。各种合成化学物质被用来消除臭名昭著的害虫在不同时期,但一直有效。随着时间的推移,滥用、不受控制的使用和不使用杀虫剂的一直是有争议的。环境卫生保护一直是被忽视的食品安全的借口。传统广谱杀虫剂的使用,如有机氯、有机磷、氨基甲酸盐,和拟除虫菊酯广泛在农业耕地过去五年立竿见影的效果(火花,2013)。不分青红皂白,过度使用这些化学物质导致了广泛的负面影响,包括eco-framework不规则(谢弗et al ., 2019;Vašičkova et al ., 2019),对非靶标生物毒性(辛格和Leppanen, 2020;腾et al ., 2020)和insecticide-resistant害虫的发展(Kariyanna et al ., 2020;火花et al ., 2020)。除了合成的化学农药,一些有机杀虫剂防治害虫也被推荐(伊et al ., 2020;斯坦科维奇et al ., 2020)。然而,这样的有机环境可持续性的功效仍让人怀疑Pavela 2014)。在这种情况下,“精确农业作物保护”的方法是至关重要的作物管理和环境卫生保护(斯坦科维奇et al ., 2020)。
在过去的二十年里,纳米技术的扩张导致了nanopesticides的发展作为一种新的和有前途的武器遇到农业害虫。这些nanopesticides可以减少不加区别的使用化学杀虫剂和被认为是一个环境安全的选项(Djiwanti Kaushik, 2019)。在nanopesticides,纳米颗粒可以直接使用(NPs)作为活性成分(AI)(主成分存在于杀虫剂),或者他们可以使用作为人工智能的投递代理(载体分子)。载体分子促进人工智能在叶片表面的均匀传播目标作物的植物。因此,他们很快就被咀嚼昆虫(Rai炉火,2012)。一些纳米粒子的独特性质,如体积小(1 - 100 nm),表面体积比高,一个强大的亲和力为目标生物体,渗透率、结晶度,和热稳定性,使nanopesticides用于杀虫的效果,增加目标交付,环境稳定,控制释放(Perlatti et al ., 2013;Kah 2015)。一般来说,nanopesticides分为两类。首先,纳米级活性成分的农药,这往往是纳米分散剂乳化活性农药。其次,一个常规杀虫剂的配方,封装,掺杂,或涂有纳米材料(Shekhar et al ., 2021)。最典型的商业nanoinsecticides由一个适当的组合化学和有机纳米粒子。其中,有机磷(毒死蜱、马拉硫磷、对硫磷),氨基甲酸盐(批)、除虫菊酯和拟除虫菊酯衍生品(联苯、溴氰菊酯、氯氰菊酯,γ/δ/ lambda-cyhalothrin,除虫菊酯)主要应用在商业配方。然而,在最近一段时间,生产有机农药派生nanoinsecticides代替合成化学品势头。其中,阿维菌素的发展、avermectin azadirachtin, rotenone-based nanoinsecticide配方是著名的(黄et al ., 2011;崔et al ., 2015;Kilani-Morakchi et al ., 2021)。
一些评论总结的分类和前景nanopesticides农业(Kah et al ., 2018;2013年;Kah霍夫曼,2014)。即使有一些承诺nanopesticides在农业中的应用,纳米材料对环境的不利影响,生物,人类未知的全面。几项研究表明,纳米材料可以生成毒性影响生菜,番茄,小麦,和黄瓜当用于高浓度(王C et al ., 2019;目前et al ., 2020;Pelegrino et al ., 2020)。因此,环境和非目标毒性由于现有nanopesticides也在筛选(Grillo et al ., 2021)。此外,正在提出了使用现有的纳米颗粒的安全、可靠性、和健康不安全(Sarkar et al ., 2012;Kah et al ., 2021)。Deka et al。(2021)提到这些纳米颗粒可以进入人类或动物的身体通过皮肤接触或吸入和慢性接触可能导致sub-acute毒性,有时会导致严重的健康风险(Deka et al ., 2021)。
后考虑到事实和现实,”了绿色“nanopesticides的概念提出了克服缺点,使用常规化学nanopesticides为基础。“了绿色”nanopesticides视图的概念,这两个组件nanopesticides来自生物来源(球,2018;梁et al ., 2018;王et al ., 2018)。在过去二十年里多个独立研究领域开发和加强,如纳米技术,绿色生物纳米粒子的合成,天然产物研究,材料生物学、生物聚合物合成和表征,可以收敛nanopesticide一起开发一个新类,一个和载体分子生物起源,我们提到在这个文学nanopesticide了绿色。的概念和想法”了绿色“nanopesticides小说,很多信息是不可用的配方和未来的可持续发展。然而,很少有文献发表在过去十年,我们试图探索最近进步的信息“了绿色”nanopesticides全面回顾和总结的想法。更具体地说,在这现在回顾我们集中关注nanoinsecticides,现在nanoinsecticides害虫管理进步和未来前景的nanoinsecticide nanoinsecticide了绿色。
Nanoinsecticides:概述
理想的杀虫剂应该履行特定的毒性标准,包括保持活跃的能力不需要物理退化的环境灾难。它应该被目标生物有效;它应该有能力入侵害虫的防御壁垒,保持良性的植物,人类和其他哺乳动物。的理想杀虫剂应该提供经济保障农民通过其无与伦比的作用方式。Nanoinsecticides几乎涵盖所有的标准实现,从今以后,他们被视为新兴科学发展的缩影。此外,除了杀虫应用程序,nanoinsecticides可能提供各种额外的好处,如增加目标功效(Kah et al ., 2018;Kaziem et al ., 2018;艾哈迈德,2019;高et al ., 2019;太阳et al ., 2020)、耐久性和环境半衰期(刘et al ., 2008;Shakil et al ., 2010;Kaziem et al ., 2018;高et al ., 2019),需要最少的活性成分(AI) (Vašičkova et al ., 2019;王Y et al ., 2019)。由于这些原因,常规化学杀虫剂被新配方nanoinsecticides更有效率和有效(Kah et al ., 2018;Pires-Oliveira et al ., 2020)。身体上,nanoinsecticides小型颗粒在纳米尺度上的AIs与潜在的杀虫属性(或其他工程纳米颗粒Bergeson 2010)。一些商业nanoinsecticides已经发展到目前为止,包括横幅MAXX、征服MAXX、Bifender FC, AZeroid和Fenstro (Kah et al ., 2013;沃克et al ., 2018),但没有一个可以被认为是真正意义上的环保。制定本nanoinsecticides作为人们结合注册AIs在杀虫属性(沃克et al ., 2018)。然而,最常用的AIs是化学或无机化合物。然而,有证据表明,植物的植物也作为AIs。
定期应用杀虫剂相比,nanopesticides显示有价值的特征,如刚度、渗透率、结晶度、热稳定性和生物降解性(装,2017)。特别是,这些nanoformulations允许人工智能的一个缓慢释放到环境中,导致害虫防治效果的保留在一个长时间比常规杀虫剂(刘et al ., 2008;Ishaque et al ., 2013)。此外,nano-formulated杀虫剂提供增强的表观溶解度和增强吸收功效的AI,最终会导致较低的杀虫剂对害虫防治的要求(Anjali et al ., 2010;Kookana et al ., 2014;崔et al ., 2020)。报告还表明,nanoinsecticides比传统化学农药的毒性更小(Wan-Jun et al ., 2010)。
nanoinsecticides的优点
使用各种技术,改革传统的杀虫剂到不同nanoforms (图1)带来的一系列的有利优势农业害虫管理计划(Kookana et al ., 2014;卡马拉et al ., 2019;Kumar et al ., 2019)。一般来说,制定本nanoinsecticides nanocapsules通过操纵,团簇,nanomicelles, nanoemulsion, nanosuspension,脂质体,或固体脂质纳米粒(Nuruzzaman et al ., 2016)。Nanoencapsulation可能是最受欢迎的nanoinsecticide配方技术。在这种技术中,活性成分或杀虫剂封闭的聚合物或矩阵纳米尺度范围内。封装保护的人工智能环境恶化、环境损失,并允许快速准确的定位。Nanoemulsion活动稳定的胶体分散系的纳米尺寸的AIs (1 - 100 nm),具有增强的功能属性和增强生物利用度比传统AIs。Nanosuspensions可以被定义为一个胶体,两相的分散稳定的亚微米大小的AIs表面活性剂。Nanosphere纳米尺度的均匀球体,携带AIs表面或欺骗AI在聚合物基体中。固体脂质纳米粒是什么但纳米脂质悬浮液吸引广泛关注研究人员如今亲脂性的AIs的另一个载体。
图1。插图nanopesticide配方的不同方法(活性成分与载体分子和/或矩阵)。
每一种类型的nanoformulation有其独特的优势对害虫防治效果和持续释放。据称nanocapsules提供最好的害虫防治效率由于nanoguard财产在他们的外部的壳。纳米颗粒负载的活性物质允许AIs的控制释放到环境中,导致延长害虫防治效果比商用配方(刘et al ., 2008;Ishaque et al ., 2013)。这种是nanoinsecticide配方的另一个很好的形式,使增强的表观溶解度、生物利用度、AI吸收功效AIs (Anjali et al ., 2010;Kookana et al ., 2014)。此外,这种被认为是勘探杀虫剂输送系统有更好的动力学稳定性、小尺寸、低粘度,和光学透明度(穆斯塔法和萨达姆,2020;Sabry et al ., 2021)。Nanodispersion和nanosuspension种nanoformulations可能提高AIs目标生物体的毒性,即使在一个次优的低剂量(Frederiksen et al ., 2003;陈et al ., 2018;王C et al ., 2019;王Y et al ., 2019)。例如,水nanodispersions三氯生(一种抗菌和抗真菌剂)显示效果大于有机或三氯生的水溶液(Zhang et al ., 2008)。此外,nanometals或金属氧化物纳米粒子也报道用于害虫管理直接作为AIs或运载工具或间接佐剂。因此,nanoinsecticide提供优势害虫管理的有效成分以不同的方式(图2),这些都是如下:
图2。大纲描绘nanopesticides要优于传统化学农药。
活性成分
一些调查显示,金属纳米颗粒可以直接作为nanoinsecticides AIs。例如,氧化锌被用作杀菌剂对多种病原真菌(链格孢属马里,Botryosphaeria dothidea,Diplodia seriata在果园以抵御水果斑点,种植时间,机器人时间(我。Ahmad我et al ., 2020;贾米尔et al ., 2020)。氧化锌纳米颗粒增强thiamethoxam(系统性杀虫剂)对烟夜蛾科杀虫活动,Spodoptera litura幼虫(贾米尔et al ., 2020)。同样,SiO2也有一个广泛的杀虫特性对一群臭名昭著的害虫如棉花棉树叶虫(Spodoptera littoralis)、米象(Sitophilus oryzae),小麦象鼻虫(Rhizopertha多米尼加)、赤拟谷盗(种有害castaneum),和谷物虫(Orizaephilus surinamenisis)(Debnath et al ., 2011;Ayoub et al ., 2017;El-Naggar et al ., 2020)。同样,在切叶蚁纳米氧化铝的影响Acromyrmex lobicornis,这是一个农业和森林植物的主要害虫,研究了。根据这份报告,成人死亡率增加而增加曝光时间和剂量。此外,它发现nano-formulated氧化铝表皮附件增加,从而增加细胞毒性的概率(比泰尔et al ., 2018)。其他一些金属纳米粒子如MnO, TiO2、Ag)和铁3O4还展示了各种抗真菌的活动在不同的组真菌病原体从作物(陈J et al ., 2020;帕诺娃et al ., 2019;目前et al ., 2020;王et al ., 2017)。除了金属AIs,一些非金属AIs像石墨烯氧化物(C140 h42O20.)(王et al ., 2017;王C et al ., 2019)和硅(Rastogi et al ., 2019)据报道,也有杀虫回应一些病原体。
增强毒性
Nanoformulations常规杀虫剂可能会提高他们的目标害虫的毒性水平的10倍(Kah et al ., 2018)。三氯生nanopesticides,制定水nanodispersions,显示更重要的活动比有机或三氯生的水溶液(Zhang et al ., 2008)。nano-permethrins杀灭幼虫的影响(C21H20.Cl2O3)(蚊子的过敏性antidermatitis、疥疮和虱子)这种致倦库蚊记录大量的近6倍氯菊酯(Anjali et al ., 2010)。同样,nano-formulated chlorantraniliprole和杀3.86倍和2.06倍更有效的黑色毛毛虫(Agrotis ipsilon比传统的形式)。这些杀虫剂nanoformulations可以成功地减少egg-hatching利率和改变幼虫生长时期(Awad et al ., 2022)。同样,pyridalyl (C的杀虫活性18H14Cl4F3没有3)nanosuspension(选择性的细胞毒性化合物鳞翅目和蓟马)更有效(LC50: 40μg / L)比其批量使用治疗(LC50: 90μg / L)棉铃虫,Helicoverpa armigera(赛et al ., 2014)。Sabry et al。(2021)表明纳米粒子从oxadiazine杀幼虫剂,indoxacarb (C22H17CIF3N3O7鳞翅类的幼虫)(一种神经毒性杀虫剂),和烟碱类杀虫剂杀虫剂吡虫啉(C9H10ClN5O2)(一种神经毒性物质,逮捕昆虫中枢神经系统)分别为12至4倍更有效比传统配方对棉花棉树叶虫,美国littoralis。Rahwanudin et al ., 2022发现Spinetoram nano-suspension(一种神经毒性成分Saccharopolyspora spinosa)有更高的效率(33%)在控制小菜蛾,小菜蛾比商业形式。金属氧化物,如错和氧化锌,作为人们时,可以促进吸收联苯(C23H22ClF3O2在蚯蚓)(拟除虫菊酯神经毒素),Eisenia fetida。氧化锌纳米颗粒可以增加thiamethoxam (C的杀虫作用8H10ClN5O3年代)美国litura幼虫(贾米尔et al ., 2020;Sabry et al ., 2021)。
增强的溶解和吸收效率
增强表观溶解度是传统农药的现象,溶解度大大增加,一般不溶于水或有机溶剂。除了增加溶解度,nano-formulated农药允许增加人工智能处理表面的转移到目标害虫。杀虫剂可以增强在目标生物的毒性甚至在次优低剂量调整大部分分子到nanoinsecticides (Kookana et al ., 2014)。例如,水nano-dispersions抗菌/真菌三氯生(C12H7Cl3O2)更重要的活动比有机或等量的三氯生的水溶液(Zhang et al ., 2013)。同样,nanoencapsulation nicotine-mimicking商业系统性杀虫剂吡虫啉(C9H10ClN5O2散装吡虫啉)也同样有效,即使在低剂量(Memarizadeh et al ., 2014)。因此,它假定nanoinsecticides允许的特殊性质统一的传播AI叶面和土壤表面,因此,他们很容易被咀嚼昆虫。此外,nanocarrier-based AIs吸收表皮蜡(脂)层昆虫和分解水的保护屏障(Nuruzzaman et al ., 2016;Rastogi et al ., 2019)。因此,简而言之,大表面积的纳米杀虫剂有利于增加对目标害虫和亲和力,因此,减少所需的杀虫剂控制敌人(Boehm et al ., 2003)。
有针对性的交付和控释
在21世纪,几个nanoinsecticide配方已经概念化,旨在有效地提供最佳的AIs。多孔材料显示潜力巨大的目标交付和控释AIs在实际的应用程序。介孔二氧化硅纳米颗粒等材料已成为一个很好的选择的兴趣显示多个好处,如改善功效,高效的交付和减少AI的要求比传统剂量(Sharma et al ., 2021 a)。例如,阿维菌素装载在介孔二氧化硅纳米颗粒显示30μg / h的释放率25 h最终降至10μg / h下200 h (王et al ., 2014)。在过去十年中,纳米技术的发展,智能杀虫剂交付系统最小化了AIs的用法,这被称为“stimuli-responsive-nanoinsecticides”。在这种nanoinsecticide配方,配方的人工智能释放后才发病害虫侵扰。交替的pH值、温度、氧化还原系统,光辐照,甚至一些特定的酶可以作为刺激(Kumar et al ., 2015;Kaziem et al ., 2018;王et al ., 2018;湘et al ., 2018;高et al ., 2019;Zhang et al ., 2019)。
许多pH响应nanoinsecticide配方开发实验控制害虫优化释放艾未未在存在广泛的pH值条件(酸性或碱性)昆虫中肠(Kaziem et al ., 2018;王et al ., 2018)。这样的一个例子是海藻酸氯氰菊酯的nanoformulation nanocarrier。nanoformulation系统维护的pH值对海藻酸酸性端,形成交联聚合物网状,使纳米颗粒的内部疏水,结果变成释放的AIs系统。与碱性pH值触发后,交联聚合物开始瓦解由于静电相互作用和造成的损失为释放杀虫剂(帕特尔et al ., 2018)。的pH值系统并不总是干扰静电作用或聚合物交联。王et al。(2018)报道,增强释放avermectin保利-(琥珀酸)nanocarrier系统在高pH值是由于纳米颗粒的崩溃在碱性条件下的存在。其他一些nanoinsecticide配方也表现出同样的pH-dependent释放活性成分原型。Abamectin-silica,涂以聚苯乙烯和trimethoxysilyl-propyl丙烯酸甲酯nanoinsecticide制定发布的大约15%的杀虫剂在酸碱5 15天之后的应用程序,但10阿维菌素的损失达到87% (高et al ., 2019)。例如,一些其他nanoformulations cyclodextrin-SiO2包含avermectin NP (Kaziem et al ., 2018),alginate-chitosan nanocarrier系统包含acetamiprid (Kumar et al ., 2015)开发激活在碱性条件下的博士Photo-responsive nanoinsecticide配方是纳米发展的另一个例子。制定fipronil-a广谱phenylpyrazole杀虫剂,coumarin-a植物化学的属于类黄酮组,是一种公认的证据photo-responsive杀虫剂(高et al ., 2019)。发现在黑暗,杀虫剂杀虫活动展览低伊蚊蚊子,但在阳光的存在,他们的杀虫活性显著放大。类似的观察之后发现的徐et al。(2018)如果spirotetramat enol-coumarin杀虫剂配方。
作为一个例子进一步的技术进步Sharma et al。(2017)开发了氧化石墨烯与铜和硒NP(修改)纳米复合材料提供毒死蜱菜白蝶,地区rapae。nanoformulation显示pH敏感和对光敏感释放艾未未。人工智能的综合显示,25% -30%释放存在极端的PH值,这是典型的昆虫消化道,在比较“释放”(17%)在中性PH此外,人工智能的释放率的计算公式是四倍的光照射而控制。这些特定的释放模式AI可能是适当的专门为昼夜昆虫和可能减少AIs的使用。
酶反应nanoinsecticide配方也被彻底调查。酶中发现食草昆虫中肠的唾液腺或,如碱性磷酸酶,阿尔法淀粉酶、羧化酶,和其他人,促进特定反应在喂养的过程和therefter触发AI-release从基础的杀虫剂(Kaziem et al ., 2018;卡马拉et al ., 2019)。郭et al。(2015)开发了epichlorohydrin-modified羧甲基纤维素微胶囊含有苯甲酸emmamectin杀虫剂,交联硅纳米颗粒。在没有昆虫饲养carboxy-methylcellulose胶囊仍然保持不变,因此限制的释放emmamectin苯甲酸(20%损失30 h)。然而,在纤维素酶在昆虫唾液中,纤维素胶囊的裂解成小碎片导致释放AIs的配方(80%损失30 h) (郭et al ., 2015)。同样,α-amylase-responsiveα-cyclodextrin固定杀虫剂配方包含硅avermectin加载了。在幼虫饲养的缺失和存在,大约95%和60%的AIs的配方后17天内保留应用程序,表明刺激响应性杀虫剂释放nanoformulation模式(Kaziem et al ., 2018)。
此外,环境温度变化量作为对温度响应nanoinsecticides刺激。在大多数情况下,高温导致增强的AIs的释放率公式,将增强的热力学运动的活跃分子,促进扩散杀虫剂通过载体材料(梁et al ., 2018)。二氧化硅nanoparticle-coated鬼屋方面包含avermectin壳聚糖(梁et al ., 2018)和混合胶束nanomycetes含有除虫菊酯(Zhang et al ., 2019)是一些例子的智能热响应nanoformulation开发实验的目的。
环境稳定
大部分的人工智能中常用害虫管理容易受到环境恶化是由于氧化、紫外线照射,浸出,等。同时,它也暗示AIs在环境中能够持续较长的时间,在人们面前没有失去他们的杀虫能力(Kumar et al ., 2019)。研究表明,神经毒性nano-bifenthrin缓慢降解环境后一阶模型(Kah et al ., 2016)。同样,大部分同行相比,有机磷农药毒死蜱(C9H11Cl3没有3PS)与脂质nanocarrier杀菌剂,tebuconazole (C16H22ClN3O)与聚合物nanocarrier土壤半衰期较长(Fojtova et al ., 2019)。粘土和类(水滑石)包含nanoformulations防止挥发和农药光降解(忙et al ., 2021)。使用co-solvent方法,nanoliposomes被封装emamectin合成苯甲酸,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N -(氨基(聚乙二醇)-2000)。结果nanoformulation大量杀灭幼虫的活动不仅对粘虫,Spodoptera frugiperda(LC50: 0.046 mg / L),还改善了叶依从性和出色的持续释放属性(陈et al ., 2022)。Sharma et al。(2021 b)开发了nanoformulations使用铜和硒包含克菌丹改性氧化石墨烯纳米复合材料。二维形态的氧化石墨烯增强charge-assisted-binding nanoformulation与叶片表面发现浸出的AI显著减少(26% - -35%)的nanoformulation相比大部分克菌丹乳液(70%)。帕蒂尔和Bendre (2022)使用原位聚合合成一个phenol-urea-formaldehyde (PUF)三元共聚物,当时用来封装油基bioinsecticide楝。因为他们的稳定性,得到的微胶囊(30嗯)工作非常好即使在较高的环境温度(45°C)。微胶囊证明一阶释放动力学,表明缓慢的环境释放特性(帕蒂尔Bendre, 2022)。
降低毒性
一个这样的实验正在进行人体模型。驱动的纳米氧化铝,正在研究来代替化学杀虫剂,不如商用有害人体的化学农药。实验证据表明,纳米氧化铝引起DNA损伤量要少得多,染色体断裂,在人类外周血淋巴细胞和细胞生存能力比常规使用有机磷(Vineela et al ., 2017)。
缺点nanoinsecticides
正如之前提到的,nano-formulated杀虫剂的应用增加典型杀虫剂的效力,但商用纳米粒子并不总是安全的(Kah 2015)。因此,有必要评估可能的纳米颗粒应用于农业的不受欢迎的结果。,一方面,这些纳米材料可以为植物提供营养和防止害虫,另一方面,他们可以诱导强调其他non-pest物种的生态系统,造成生态风险(Bourguet Guillemaud, 2016)。因此,在过去的几年里,一种新类型的毒理学了名为“纳米毒理学,”,纳米材料的毒性作用下扫描仪。纳米材料似乎表现出罕见的毒性作用,未见与较大的颗粒,这些小颗粒可以构成更大的威胁生物由于其能力更高层次的自由Sukhanova et al ., 2018)。其实还有很多的有害影响的证据现有纳米粒子成为障碍nanoinsecticides近年来(辅酶a et al ., 2020;目前et al ., 2020)。因此,连同他们的好的优点,nanoinsecticides功能,也有一些缺点如下:
细胞压力
氧化应激现象之间的不均匀造成的生产和积累的活性氧(ROS)在细胞和组织和生物系统来消除活性氧的能力(Betteridge 2000)。治疗后,细胞之间的相互作用和纳米材料明显由于制造和工程设计纳米材料具有独特的特性来达到特定目标(Kovacic Somanathan, 2013)。然而,科学依据大多数人造纳米材料的细胞毒性和基因毒性还不清楚。过度ROS的合成可以诱导氧化应激,导致细胞无法维持正常生理redox-regulated功能,导致DNA损伤,不受监管的细胞信号传导,细胞活性和细胞毒性的变化(Rajeshwari et al ., 2016;Samhadaneh et al ., 2019)。铜(铜(哦)2]nanopesticides,举个例子,已经被证明伤害菠菜通过降低抗氧化分子如抗坏血酸、α-生育酚,threonic酸,4-hydroxybutyric酸、阿魏酸、总酚类化合物29% - -85% (赵et al ., 2017)。另一项研究发现,铜(哦)2基于nanopesticides生菜降低抗氧化水平造成严重的氧化应激(cis-caffeic酸、绿原酸、3,4-dihydroxycinnamic酸、脱氢抗坏血酸)相比,控制(赵et al ., 2016)。洋葱,洋葱,黄金nanoparticle-dependent代的活性氧(ROS)观察脂质过氧化增强和根毛细胞染色体畸变(Rajeshwari et al ., 2016)。
减少植物生长和种子萌发
Nanoinsecticides已知阻碍植物的生长,从而减少农业产量。文献表明,纳米颗粒在nanoformulation干扰植物生长的令人不安的水体内平衡和破坏其他浓度的小分子植物(钱et al ., 2013)。此外,nanoinsecticides可以操纵质膜K +射流和Ca2 +涌入,最终导致膜破裂(Sosan et al ., 2016)。例如,氧化锌和措纳米粒子影响作物产量通过干扰增长(里生根发芽王C et al ., 2019;目前et al ., 2020;Pelegrino et al ., 2020)。纳米颗粒可能会进一步影响植物生长,因而破坏了类囊体膜,最终减少植物的叶绿素含量和光合速率(钱et al ., 2013;Fayez et al ., 2017)。其他金属纳米粒子,如二氧化钛和Ag)是已知的降低寄主植物的早期生长和叶绿素含量(钱et al ., 2013;高et al ., 2019;王Y et al ., 2019;目前et al ., 2020)。李et al ., 2008证明Cu-nanoparticles有潜力减少绿豆的增长率(菜豆辐射)和小麦(小麦)。种子萌发也受到接触纳米颗粒(李et al ., 2008)。例如,Ag-based纳米粒子可以减少20%的胡萝卜种子萌发(公园和安,2016年)。在莴苣种子发芽和根生长抑制报道曝光CuO-nanoparticles由于活性氧或RNS(活性氧和氮物种)积累在种子(Pelegrino et al ., 2020)。
生态系统的影响
除了有毒的成本,有证据表明nanopesticides可以通过食物链积累和转移,对生态系统造成长期影响(党et al ., 2019;肖et al ., 2019;辅酶a et al ., 2020)。然而,只有少数报道集中在纳米材料的毒性和生物体内积累在农业土地。大多数的科学家研究了浮游生物(藻类和daphnids),在金属氧化物主要是测试纳米颗粒(Tangaa et al ., 2016)。营养转移积聚银纳米粒子在不同algae-daphnids (McTeer et al ., 2014;陈et al ., 2015),algae-fish (Skjolding et al ., 2014),algae-bivalve (雷诺et al ., 2008),algae-amphipod (杰克逊et al ., 2012)和algae-daphnids-fish (崔和,2016年)。卡尔曼et al(2015)显示银纳米粒子的生物体内积累和营养转移绿藻,小球藻寻常的和甲壳纲动物,水蚤麦格纳从Ag-nanoparticle同化,结果(卡尔曼et al ., 2015)。
纳米颗粒可能遭受环境物理和化学修改如聚合和氧化态的变化,胶态行为,解散,硫化作用,无机和有机物种的吸附导致瞬态模式的解体或纳米粒子的稳定性(Santaella Plancot, 2020)。所有这些可以改变nanopesticides的毒理学资料(辅酶a et al ., 2020)。此外,纳米粒子倾向于沉降速度的生化的转换,最终扩展它们在环境中的持久性,从而延长毒性时期(邓et al ., 2017;辅酶a et al ., 2020)。邓小平et al。(2017)表明,纳米颗粒可以改变现有的环境污染物和重金属离子的生物利用度,增强他们的积累,因此,分布在生物群。主要取决于污染物的生物积聚的生物积累的能力吸附的nano-contaminant复合物。容易累积纳米粒子可以作为航空公司的运输和生物体内积累co-contaminants (邓et al ., 2017)。
全球bio-nanoinsecticides场景
科学实验室和主要农药制造企业(诺华AG)、拜耳、孟山都、靛,陶氏agro-sciences,巴斯夫Symrise,和先正达公司)一再试图开发nanoinsecticides,和许多这样的配方已获得专利。超过3600纳米胶囊杀虫剂已经过去20年专利(Pires-Oliveira et al ., 2020)。然而,大多数这些nanoinsecticides已经过纳米颗粒等商用化学杀虫剂的氨基甲酸酯、有机磷、氯化cyclodiene等等。表1)。因此,考虑到副作用的化学物质,利用生物分子正在考虑制定nanoinsecticides称为“bio-nanoinsecticides”(Jampilek Kraľova, 2019;Medina-Perez et al ., 2019)。bio-nanoinsecticides等制定的生物分子往往来源于微生物,植物,或动物的起源,通常用作载体或/和AI (崔et al ., 2011;Riyajan 2011;冯和彭,2012年;陈et al ., 2013;贾et al ., 2014;Pacheco-Aguirre et al ., 2016;球,2018;梁et al ., 2018)。bio-nanoinsecticides考虑几个优点后,他们现在成为受欢迎的在世界范围内促进有机农业。日益增长的需求有机nanoencapsulated bioinsecticides从农业耕地增加到果园和蔬菜理由茶园(Rastogi et al ., 2019)。在bio-nanoinsecticides的制定和发展,正在利用有机物如下:
表1。实验成功列表nanoinsecticide配方(活性成分和运营商)和它们的功能优势,常规化学杀虫剂(缩写;HNM、混合纳米金属;NE纳米封装;NG,纳米凝胶;纳米、纳米胶束;神经网络、纳米乳液;NS,纳米悬浮液;SLN,固体脂质纳米粒;m np、金属纳米颗粒)。
植物的活性成分
Azadirachtin (C35H44O16),印楝(来源:Azadirachta indica楝科)生物碱,生物AI通常用于开发nanoinsecticides。生物AI可以装有有机和无机纳米粒子的来源(冯和彭,2012年)。鱼藤酮(C23H22O6)是另一个有机AI(来源:鱼藤酮elliptica豆科)广泛用于制定nanoinsecticides和拥有强大的麻痹效果(降价)变温(奥斯曼et al ., 2016)。同样,蒜素(C6H10操作系统2)——organosulfur化合物从大蒜(大蒜Alliaceae)和garlicin-the大蒜产品(杨et al ., 2009;阿里et al ., 2014),芦荟素(C21H22O9)——干乳胶从树叶的几个芦荟sp (Asphodelaceae)也一直在探索发展的各种nanoinsecticides (装,2017)。除了这些,辣椒素(C18H27没有3从辣椒)(辣椒sp;茄科),阿维菌素(C48H72年O14(B1a);C47H70年O14从土壤中放线菌(B1b)],链霉菌属avermitilis对害虫,作为高效的AI (表1)。
微生物活性成分
的概念nanoencapsulation生物如细菌和真菌是最近的趋势研究。在这个过程中,这些生物的微生物,通常用于害虫的生物防治是封装在一个特殊矩阵提供合适的微环境(陈et al ., 2013;Pacheco-Aguirre et al ., 2016;2018年et al .,右路放倒;Pires-Oliveira et al ., 2020)。nanoinsecticide制定新颖的概念为农业害虫管理,可以对即将到来的年(非常有前途Pires-Oliveira et al ., 2020)。此外,co-encapsulating微生物与植物或化学AIs可以增加配方成分的有效性甚至减少剂量(商et al ., 2019)。除了使用整个有机体,一些nanoinsecticides已经由铣削微生物毒素进入纳米尺度。这种方法的最好的例子是Bt-based nanoinsecticides。纳米尺度的导数Bt(2 - 5嗯),由自上而下的过程,现在被调查害虫管理效率(没吃et al ., 2014;Vineela et al ., 2017)。
“生物制剂”作为承运人或矩阵
除了生物分子的作用(“生物制剂”)作为AIs nanoinsecticide配方中,使用“生物制剂“作为一个载体的AI nanoinsecticides也被观察到。已经证明,鞣酸(载体)的nanoinsecticides叶面黏着性更好,因此,可以保留在叶表面更长期的(Yu et al ., 2019)。壳聚糖、线性n -乙酰甲壳素的导数(C8H13O5N)获得节肢动物的外骨骼,服务最好的这一类。壳聚糖纳米粒子测试过几个商业杀虫剂(作为一种有效的载体Maruyama et al ., 2016;Sharma et al ., 2019),没有发现不良对生物体的影响。因此,它已获批准,成为无毒的生物纳米材料(王et al ., 2011)。除了壳聚糖、海藻酸盐(C6H8O6自然发生的)是一家多功能阴离子生物聚合物的褐藻细胞壁(褐藻纲)及其衍生物,已逐渐关注作为有吸引力的载体化合物AIs (Szekalska et al ., 2016)。Polydopamine (PDA)是另一个bio-adhesive纳米颗粒来源于贻贝(Lynge et al .,是2011年)具有特殊胶粘剂的性能对作物叶,从而提高杀虫剂的保留时间(贾et al ., 2014;球,2018;梁et al ., 2018)。PDA是最后的多巴胺或其他外套的儿茶酚胺的氧化产品“生物元素”在一个可调厚度从几到约100海里。可以修改这些PDA层与分子携带亲核团体或金属纳米粒子从含有金属阳离子的解决方案。然而,在表面沉积的PDA,反应产物从树叶上的儿茶酚胺氧化沉淀(球,2018)。
范围和限制
虽然nanoinsecticides现代农学的发展前景,一些科学家已经提出了关于nanoinsecticides生物安全的问题。因此,短期到长期毒性对环境的影响已成为令人担忧的(忙et al ., 2021)。此外,传统的化学或metallic-nanoparticle生产技术中提到图3一包括挥发性有机溶剂和化学危险品,有时成为人类和环境健康有害Kuunal et al ., 2018)。此外,这些技术有时是非常复杂的,需要更多的财政援助。因此,克服不良的健康影响和复杂性与传统纳米颗粒合成过程,生物纳米材料的发展和制定概念(图3一)(Ahmad我et al ., 2020;Jadoun et al ., 2021)。虽然生物纳米粒子的探索很老(2007年,利和Zachos共同断定),微观的发展和sub-microscopic使用生物纳米材料近年来获得了速度对其商业化农业害虫管理(在耆那教,2019)。大大知道应用生物纳米材料,否则称为“绿色农药”,因此,将环保和可持续的(在耆那教,2019)。
图3。(一)示意图表示的不同方法(常规和绿色合成)的绿色合成纳米颗粒的纳米颗粒合成和优势。(B)示意图表示绿色生物纳米颗粒的合成、分离和净化的过程。
生物纳米粒子可以各种各样的根据不同的官能团与特定的功能。他们可分为细胞内或细胞外表演或有机或无机安排(斯坦利,2014;Kaushal 2018)。例如,膜细胞内细胞器的磁小体(在趋磁细菌)和细胞外的组件,如脂蛋白(水滴的脂肪包围一层磷脂分子)是重要的(斯坦利,2014;Kaushal 2018)。尽管这种生物纳米材料的天然来源植物,细菌,真菌,或昆虫,它们可以转化为“绿色农药”以减少环境风险(Jadoun et al ., 2021)。然而,这种nanoinsecticides发展的严重障碍之一是功能性nanoinsecticide配方成分的可用性。最常见的nanoinsecticides来源于化学合成产品,尽管有些是混合动力车。混合nanoinsecticides开发与生物和合成化学纳米粒子的组合。它似乎是由于生物活性物质或生物兼容的有限选择AI-conveyance材料在配方。确切bio-originated nanoinsecticides AI和nanocarrier来自生物来源是极其罕见的。然而,最近的研究势头,考虑其巨大的环境安全前景和杀虫的功效。它可以帮助克服危险化学杀虫剂和无机纳米粒子的影响。有些已经尝试开发完全bio-origin nanoinsecticides (表1),尽管仍有很多机会去探索更多。虽然同意bio-nanoinsecticides的优势,有必要发现不同”生物制剂“杀虫特性丰富可用的生物库存。同时,同样重要的是探索生物来源屏蔽”生物制剂”,可以作为纳米粒子与人工智能制造交通工具的属性。在过去的几年里,许多生物聚合物像alendronate功能化明胶,dipalmitoylphosphatidylcholine,摘要研究,卡拉胶,和卟啉用于nanoformulations、和他们的潜力bio-nanocarriers已经调查(Mekhail et al ., 2016;Manivasagan et al ., 2017;Etman et al ., 2020)。然而,这些潜在的应用生物人们一直局限于制药、药物输送、基因治疗的目的。
绿色生物纳米粒子的合成
由于纳米粒子用于农业主要是通过化学合成路线,他们经常导致毒性(纳巴纳吉,2013)。然而,绿色合成纳米粒子使用生物更有帮助生产高度稳定,特征明显,比化学方法和更安全的纳米粒子,这通常是不环保,不稳定,不容易扩大(Pacheco-Aguirre et al ., 2016)。生物相容性的绿色合成涉及到生物,使用bio-nanoinsecticides确保优秀的潜在可持续实践害虫管理(克拉克和三联,2008年)。纳米粒子的绿色发展的三大条件的选择是绿色或环境有害的溶剂少,一个有效的还原剂,环保稳定材料(Jadoun et al ., 2021)。所有生物organism-mediated纳米生物合成遵循自下而上的生物合成的原理,原子的一个特定的金属组装在减少代理和最终开发纳米化合物(在耆那教,2019)。它使用不同的生物,如细菌、真菌、放线菌、酵母、藻类和植物材料,metal-tolerant能力和繁荣最大的环境条件下(图3一)(Kuppusamy et al ., 2016;Phanjom艾哈迈德,2017;2020年。帕蒂尔和•钱德拉塞卡兰;Jadoun et al ., 2021)。
绿色合成植物
植物被认为是大自然的化工厂。植物化学物质在植物提取物如多元醇、萜类化合物和多酚负责金属离子bioreduction (Kuppusamy et al ., 2016;Ovais et al ., 2018)。植物的代谢产物如酚醛塑料(默尔顿et al ., 2010)、蛋白质(Sanghi和Verma 2009)、多糖(魏和钱,2008)、类黄酮和单宁(南et al ., 2008)是合成纳米粒子通过环保的方法。多酚类化合物如芦丁、姜黄素、鞣花酸和没食子酸被用来合成Ag-NPs (Swilam Nematallah 2020)。如茶多酚,另一个的植物次生代谢物,即。,flavonoids, a group polyhydroxylated secondary metabolites, are also successfully investigated for the purpose of green synthesis of nanoparticles. Hesperidin, naringin and diosmin like flavonoids that are found in citrus plants have been reported in bio-reduction of silver salts to Ag-NPs of varying sizes (5–80 nm). It is claimed that the hydroxyl groups present in the molecule play the pivotal role in the conversion process (Sahu et al ., 2016)。在另一个试验Jain和Mehata (2017)罗勒属中使用另一个类黄酮、槲皮素(密室)开发银纳米粒子的11 - 14 nm大小(Jain和Mehata 2017)。丹宁酸,这是一个代表丹宁,已经好了他们的潜力将金属盐转化为Ag-NPs和Au-NPs (艾哈迈德,2014)。多糖也记录生产纳米金属化合物从各自的盐。从纤维素凝胶生产透明衬底上生长,植物细胞壁的重要组成部分,据报道,合成Ag-NPs和Au-NPs分别从硝酸银和HAuCl4.3H2O (Cai et al ., 2009)。同样,另一个丰富的植物多糖,淀粉,这是一个融合a-amylose和支链淀粉,可以合成Ag-NPs 5.3 nm大小从银盐存在葡萄糖(Raveendran et al ., 2003)。
减少金属盐纳米粒子使用植物化学物质或植物提取物被认为是一种环保和具有成本效益的方法。此外,使用万能溶剂,水,作为减少介质提高其生物相容性,减少使用或有毒的有机溶剂。合成过程中,特定的植物部分植物化学的内容,如干高叫,叶或根也用于提取,然后提纯,过滤步骤。在接下来的步骤中,各种大量的植物提取物与金属盐的溶液混合水和混合是将金属盐转化为金属纳米颗粒(孵化图3 b)。转换通常是监控通过视觉颜色变化或使用紫外可见分光光度法。
工厂负责积累、排毒和研究有毒金属大多是用作还原剂在自下而上的合成(卡罗琳et al ., 2017)。药用植物也被广泛应用在这个过程中由于高植物化学的内容。有大量的证据,从不同植物中提取部分可用于生物合成纳米颗粒(Kuppusamy et al ., 2016)。比microorganism-mediated绿色合成植物有时会更有利,因为微生物只能通过复杂的行动保护文化传播(Hulkoti Taranath, 2014)。因此,植物性纳米粒子合成已经被证明是一个更好的方法由于它的慢动力学和更好的操纵控制晶体生长和稳定(普拉萨德,2014)。使用绿色技术,Prosopis juliflora(豆科)叶提取物是利用合成铜纳米粒子/ Zn-bimetallic大小从74.33到59.46 nm。使用铜/锌溶液(100 ppm)和水p . juliflora提取物作为控制,这双金属纳米颗粒应用于棉花粉状的错误,Phenacoccus solenopsis附近,发现害虫死亡率约30% (Mendez-Trujillo et al ., 2019)。
金属纳米材料如金、铜、银、氧化锌,等等,通常用作纳米杀虫成分通过绿色合成(H。艾哈迈德·H et al ., 2020;Jadoun et al ., 2021;Santhosh et al ., 2020;Sharma et al ., 2019;Solgi Taghizadeh, 2020)。的杀虫能力phyto-nanoparticle由氧化锌和生姜粉末中提取测试烟夜蛾科,Spodoptera litura和土豆蚜虫、Macrosiphum euphorbiae。这个绿色的纳米颗粒提供了更多潜在的杀虫行动,自然环保。在500 ppm浓度、特定阶段有关害虫显示近100%死亡对144 h(暴露后Thakur et al ., 2022)。
绿色合成利用微生物
microbe-based合成方法,微生物培养滤液(细胞外和细胞内)作为降低代理绿色合成的纳米颗粒(Bahrulolum et al ., 2021)。微生物的容忍能力、积累和金属质量转化为单个纳米粒子研究第一个革兰氏阳性过氧化氢酶的细菌枯草芽孢杆菌(生意和贝弗里奇,1994年)。金属到金属纳米粒子降低了细菌细胞内或细胞外氧化还原反应。
细菌细胞包含特定的多糖在细胞壁表面称为exopolymeric物质(EPS),在纳米粒子的形成扮演一些至关重要的作用。细菌每股收益是一种阴离子结构组件带负电荷的羟基和羧基丰度高,可以减少金属盐metabolism-independent方式各自的纳米颗粒(Sathiyanarayanan et al ., 2017;萨哈et al ., 2022)。某些种类的电活性细菌的每股收益Shewanella oneidensis,气单胞菌属hydrophila,假单胞菌putid被用于合成纳米银。更进一步的调查揭示了细胞色素c在背后的EPS是关键组件的贡献减少盐银银纳米颗粒(李et al ., 2016)。此外,多个乳酸菌乳酸菌sp,戊糖片球菌和肠球菌都有效也有可能减少Ag-NPs银离子。研究者证明EPS艾滋病过程中通过促进氧化还原反应(萨拉瓦南et al ., 2017)。此外,金属盐对金属纳米粒子的酶转化也是一个常见的细菌生理机能。大量的细胞外微生物酶依赖辅酶ii或NADPH可以有效地降低金属离子转移电子(Bose Chatterjee, 2016)。例如,Rhodopseudomonas胶囊包裹的秘密细胞外NADH依赖酶催化作用非盟电子转移3 +最终,进而成为Au-NP (他et al ., 2007年)。除了酶外,其他组件的电子传递链像蒽醌,苯二酚和萘醌也报道称,电子转移到金属盐(智利的et al ., 2014)。也可以合成纳米颗粒细胞的帮助下多个减少酶和积累在细胞周质间隙,细胞膜和墙(Ovais et al ., 2018)。极端微生物是主要研究细菌群,研究了纳米颗粒的生物合成。极端微生物的潜力红球菌属sp。Ahmad et al ., 2003 a),高温单孢菌属sp。Ahmad et al ., 2003 b)进行了调查,发现这些生物可以促进细胞内的金纳米颗粒的合成分别8 - 12海里和8-40海里。一些种类的革兰氏阴性细菌,如假单胞菌stutzeri(克劳斯et al ., 1999),Shewanella藻类(Konishi et al ., 2007)可以bio-reduce盐Ag-NP (200 nm)和Au-NP(10 - 20海里)分别在周质的地方和积累。
使用微生物,纳米颗粒可以通过两种方法合成,细胞外和细胞内的方法。首先,所需的最适温度下培养微生物,媒体成分和博士在随后的步骤中,文化是离心得到的上层清液需要合成纳米粒子从金属盐溶液消毒。上层清液和金属盐溶液一起孵化的bio-reduction金属盐和纳米颗粒的合成是由特定的外观颜色等培养媒体深棕色的Ag-NPs或红色为Au-NPs深紫色。最后,媒体内容与密度梯度离心获得纳米粒子从底部颗粒。在细胞内的方法中,微生物生物量被收集,而不是浮在表面的第一步,然后溶解在过滤消毒的解决方案所需的金属盐。足够的孵化后,微生物生物量由离心收集,如重复步骤声波降解法最终打破了生物的细胞壁。细胞壁破裂原因从生物质纳米颗粒的释放,然后收集后离心分离(图3 b)。
microbe-containing绿色合成纳米颗粒的例子是慷慨的;在大多数研究中,银纳米粒子是经常使用的。在过去的二十年里,研究人员使用几个菌株合成银纳米粒子地衣芽孢杆菌,蜡样芽胞杆菌,假单胞菌proteolytica,芽孢杆菌cecembensis,干酪乳杆菌,克雷伯氏菌肺炎,大肠杆菌,肠杆菌属下水道,芽孢杆菌indicus(Kalishwaralal et al ., 2008;Shivaji et al ., 2011;Korbekandi et al ., 2012;Sunkar Nachiyar, 2012)。然而,除了基纳米粒子、金(Au)和铁(Fe2O3)纳米粒子也被从其他菌株产生织线藻属boryanum485年,枯草芽孢杆菌168年,Shewanella海藻,芽孢杆菌megateriumD01,Magnetospirillum magnetotacticum(生意和贝弗里奇,1994年;Philipse马斯河,2002;Lengke et al ., 2006;Konishi et al ., 2007)。
绿色合成使用真菌
纳米生物合成使用不同的真菌已经记录到目前为止,建议主管真菌作为生物制剂生产金属纳米颗粒。比细菌真菌可以产生大量的纳米颗粒辛格et al ., 2018),不同组织的细胞内真菌酶,蛋白质,和减少组件促进金属盐的还原成金属纳米粒子(陈et al ., 2009;辛格et al ., 2018)。根据一些作者mycosynthesis比细菌更直接的方法合成真菌细胞有更多的生物体内积累能力和更高的耐金属(盖德et al ., 2008)。Alghuthaymi et al。(2015),提到减少酶像α-NADPH-dependent还原酶,nitrate-dependent还原酶的主要细胞成分帮助bio-reduction流程。此外,一些细胞外电子转运蛋白像醌扮演同样重要的角色。
类似于细菌提取物、真菌提取物用于mycosynthesis过程和主要研究真菌组是丝状真菌。不同种类的丝状真菌Aureobasidium支链淀粉和尖孢镰刀菌已经被用于合成金纳米粒子分别为29海里和128海里(Zhang et al ., 2011)。银纳米晶体合成细胞外地使用提取的黑霉菌(黑曲霉),kozi模具(答:oryzae)、土模(腐皮镰刀菌圃)、纤维模具(Phoma glomerata),和棉花模具(侧耳属Sajor腰果)和酵母(Ahmad et al ., 2003 a;盖德et al ., 2008;炉火et al ., 2008;贝拉et al ., 2009;Binupriya et al ., 2010;塔迦尔et al ., 2010;辛格et al ., 2018)。除了这些之外,金和氧化锌纳米颗粒也由子囊菌的物种如丝状真菌mitosporic (Trichothecium(sp)和土壤真菌病圃或答:terreus)(Ahmad et al ., 2005;Senapati et al ., 2005;Raliya Tarafdar, 2014)。
探索新的“生物制剂”
总共有496活跃的物质,无论化学或有机起源、欧盟委员会(European Commission)数据库中注册。近450人杀虫属性(https://ec.europa.eu/food/plants/pesticides/eu-pesticides-database_en)。另一方面,600多名害虫已经开发出抵抗常规使用化学杀虫剂(霍金斯et al ., 2019)(www.pesticidestewardship.org/resistance)。据美国环境保护署,使用“生物制剂”是唯一的方式应对农业害虫的杀虫抗药性的增长趋势(https://www.epa.gov/pesticides/biopesticides),因此,在有机农业,bioinsecticides正在推广的使用而不是人工合成的化学物质(鲁斯et al ., 2018;Awasthi 2021)。不幸的是,只有少数的生物性注册活性物质,因此,当务之急是去发现更多的“生物制剂“杀虫特性丰富可用的生物库存。
目前,一些生物AIs用于nano-bioinsecticides。值得注意的是英国电信毒素(来源:苏云金杆菌),azadirachtin(来源:Azadirachta indica)、除虫菊酯(来源:菊花cinerariaefolium),鱼藤酮(来源:鱼藤酮sp,Lonchocarpussp,Tephrosiasp),姜黄素(来源:姜黄),蒜素(来源:洋葱)、外(来源:葱属植物马唐)和芦荟素(来源:芦荟精华素)。然而,许多微生物、真菌和植物保持丰富的植物化学物质具有杀虫特性。植物来自不同的家庭,包括伞形科、夹竹桃科、菊科、Caesalpinaceae,柏科、唇形科、樟科、百合科、桃金娘科,胡椒科、禾本科、芸香料,山榄科、茄科、姜科,已报告有生物活性的化合物与杀生的活动对农业作物害虫(Okwute 2012;Baskar et al ., 2017;汗et al ., 2017;伊et al ., 2020)。
在植物化学物质中,最常见的生物活性化合物主要是次生代谢产物,如生物碱、萜烯酚醛树脂,类黄酮,等等,,,拥有多个杀生的属性,包括杀虫效果(Oskoueian et al ., 2011;辛格et al ., 2017)。例如,阿诺定(C25H35没有9)——有毒二萜南美植物产生的Ryania叶(杨柳科),表现出特异性的杀虫活性。分子影响肌肉通过绑定到肌浆网钙通道(视野中时,Lipford 1985)。这个分子也作用于线粒体和过氧化物酶体和最终干扰呼吸链(汉密尔顿et al ., 2018)。尼古丁(C10H14N2)是一种抗焦虑药从烟草获得手性生物碱烟草(茄科),导致连续控制的神经放电通过绑定与乙酰胆碱受体在神经突触和执行杀虫效果选择昆虫(Kimura-Kuroda et al ., 2012)。此外,植物的精油,如柠檬烯(C10H16)(循环中单萜柑橘类的水果皮),丁香酚(C10H12O2)(一个烯丙基chain-substituted愈创木酚来自丁香,肉豆蔻,肉桂,罗勒,和月桂叶),桉油精(C10H18O)(二环monoterpenoid醚产生蓝色的口香糖,桉树小球桃金娘科)也有可能杀虫活动(坎波洛et al ., 2017;Ainane et al ., 2019;艾哈迈德et al ., 2021)。Annonin (C37H66年O7),一个复杂acetogenin来源于糖苹果粮食供给sp。(番荔枝科)昆虫神经毒素,抑制NADH昆虫线粒体细胞色素C-reductase和complex-I (Londershausen et al ., 1991;Lummen 1998)。除了这些生物活性物质,一些植物物种与杀虫特性尚未探索识别生物活性物质(坎波洛et al ., 2018;Ebadollahi et al ., 2020)。例如,原油提取的泛热带马嘶bean石莲子bonduc(Caesalpinieae)检测其杀灭幼虫对棉铃虫和pupicidal活动Dicladispa来(Baskar et al ., 2017)。同样,原油从rock-samphire精油,Crithmum maritimum(伞形科),对甜菜夜蛾幼虫被测试,Spodoptera exigua和存储粮食害虫Sitophilus granarius,Sitophilus oryzae,种有害castaneum,种有害单独,Rhyzopertha多米尼加,Oryzaephilus surinamensis(Polatoğlu et al ., 2016)。原油从印度马兜铃属植物次级代谢产物分离,马兜铃tagala(马兜铃科)(Baskar et al ., 2011)、巴塔哥尼亚slipperwort蒲包草talcana(Calceolariaceae) (穆尼奥斯et al ., 2013),有恶臭的草,桂皮托(豆科)(Baskar Ignacimuthu, 2012),小圆的杂草,Hyptis brevipes(唇形科)(哈米德Sakr et al ., 2013),橙色的攀岩者,Toddalia asiatica(芸香料)(Duraipandiyan et al ., 2015)、非洲桃花心木Trichilia美国(楝科)(惠勒和Isman, 2001年)有拒食素,杀灭幼虫、pupicidal或growth-interrupting角色对不同种类的鳞翅类害虫,包括棉铃虫和降粘虫。
关于其他植物对不同测试鳞翅类害虫,溶剂提取物墨西哥杂草,地肤(藜科);商陆,商美国(商陆科);金色的落叶松,金钱松属kaempferi(松科)和黑色假藜芦,Veratrum初步(Melanthiaceae)杀灭幼虫的活动p . xyllostella。植物提取物,如纯洁浆果,牡荆agnus-castus(唇形科);常见的街,太阳之graveolens(芸香料);石榴,石榴(千屈菜科);乳香,Boswellia carterii(橄榄科);野生街,Peganum harmala(芸香料);常见的桃金娘,Myrtus普通的(桃金娘科);女人薄荷,各种pulegium(唇形科);药西瓜,Citrullus colocynthis(葫芦科);阿魏,竹板阿魏(伞形科);共同的苦恼,艾苦艾(菊科);bae月桂,月桂nobilis(樟科);马郁兰,牛至属植物马约拉那(唇形科);罗勒,罗勒属basilicum(唇形科);夹竹桃,夹竹桃夹竹桃(夹竹桃科)也记载有杀虫属性(Cheraghi Niroumand et al ., 2016;汗et al ., 2017)。各种花卉资源,主要生产茄属的植物生物碱的数组导致肠道损伤、代谢逮捕,增长破坏,生殖异常广泛的鳞翅类害虫(Chowański et al ., 2016);因此,全面探索nanoinsecticides AIs可以为扩张提供食物。除了这些,还有一些实验证据展开的可能性提出了新配方的植物杀虫剂在最近一段时间(艾哈迈德et al ., 2020;伊et al ., 2020)。
分子政府nanoinsecticide发展
双链RNA(极)是一种新的nanoinsecticide开发的方法。生物管理dsRNA延迟特定基因表达的作物害虫和限制害虫侵扰(Katoch et al ., 2013;Castellanos et al ., 2019;Christiaens et al ., 2020;刘et al ., 2020;燕et al ., 2020)。核糖核酸干扰(RNAi)是基因沉默方法引起的双链RNA(极),当由昆虫摄取,导致目标害虫的死亡。顺序相依的RNAi机制模式目标特异性高,允许农民目标昆虫比传统农用化学品和“更准确地说生物制剂”。尽管拥有巨大优势,RNAi-mediated害虫管理策略有其局限性,当研究人员选择团体(spray-induced基因沉默)触发RNAi目标害虫的方法。首先,外部应用dsRNA是不稳定的,其次,极微弱的昆虫表皮渗透能力。然而,开发nanoinsecticides通过封装所需的dsRNA兼容的人们似乎是一个更好的选择,通常练习nanoinsecticides dsDNA nanoencapsulation增加渗透的效率和环境稳定性(Ghormade et al ., 2011;刘et al ., 2020);然而,现有文献在这方面仍然是不够的。
这个想法出现在张等人(2010)试图沉默AgCHS几丁质合成酶基因1和AgCHS2在非洲疟疾蚊子(冈比亚疟蚊)使用壳聚糖/ AgCHS dsRNA-based纳米颗粒。观察30%减少-60%几丁质合成,作为一个结果,对二氟脲易感性,calcofluor白(CF),发生了二硫苏糖醇(Zhang et al ., 2010)。自那时以来,许多研究人员已经表明这条路线感兴趣、有不同的方法试图干扰昆虫的基因表达。SIGS-based战略的研究人员优化的方法使用不同的交通工具材料壳聚糖和壳聚糖衍生物,nanoliposomes,阳离子聚合物、量子点(量子点)和分支两亲性肽胶囊(BAPC) (燕et al ., 2020)。发现初始成功后chitosan-encapsulated dsDNA交付,Zhang et al。(2010)修改了策略和几丁质合成酶在交付冈比亚按蚊使用壳聚糖和较小的粒子大小。的死亡率冈比亚按蚊增加相比之前的研究由于较小尺寸的壳聚糖。后来,交付方法被修改使用几种交联剂三聚磷酸钠,叶酸,聚乙二醇,表面,硫酸葡聚糖增加dsRNA-nanoformulations的转染和基因沉默效率。另一个方便的车辆交付dsRNA目标害虫是树枝状分子,人造聚合物支外围侧链和纳米级内部核心。他et al。(2013)开发了一个本10dsRNA含有阳离子核壳聚合物,这在应用程序,有效地减少了体重和干扰的蜕皮Ostrinia furnacalis(他et al ., 2013年)。同样,喷洒555 bp双链hemocytinRNA-dendrimer nanoformulation胜任地干扰的目标基因的表达蚜虫甘氨酸(95%)和有效地抑制人口增长(80%)的物种(郑et al ., 2019)。使用量子点(量子点),放电狭窄对称的乐队在范围广泛的激励下,是另一个激动人心的方法到dsRNA交付。碳QD-mediated SNF7和G3PDH基因沉默已被证实为一个实际的害虫管理方法(能et al ., 2019)。等nanoformulations dsDNA封装在nanoliposomes和支链两亲性肽胶囊也认为实用和方便。Nano-pGPMA (guanidinium-functionalized国米聚电解质复合物)——模拟arginine-rich cell-penetrating肽,可以使RNAi抗性害虫。这种仿生pGMPA封装sequence-specific dsRNA,合成了可逆加成断裂链转移聚合(α-RAFT),并发现触发目标基因击倒和随后的幼虫死亡率Spodoptera frugiperda(帕森斯et al ., 2018)。生物nanocarrier-like liposome-encapsulated dsRNA配方基本基因打靶增加口服RNAi-caused死亡率在新热带臭虫,Euschistus英雄(Castellanos et al ., 2019)。Thairu et al。(2017)试图毒素siRNA-nano配方,可以通过气门的路线Acyrthosiphon pisum,蚜虫甘氨酸,Schizaphis graminum和目标-胡萝卜素脱氢酶(tor)和支链氨基酸转氨酶(b-cat)基因。在这个实验中,基于目标物种的功效不同,但结果是令人满意的(Thairu et al ., 2017)。
RNAi的执行操作,大多数运营商和矩阵用于nanoinsecticides合成聚合物或聚酯,但是空间使用天然聚合物和生物分子壳聚糖海藻酸或其衍生物的绿色替代品。预计生物聚合物与生物AIs可能有更好的兼容性,这种理解,许多生物聚合物在筛查库存(太阳et al ., 2020)。例如,非传统生物分子,如鞣酸(多酚)(Yu et al ., 2019),儿茶酚胺(polydopamine) (贾et al ., 2014),肉豆蔻酸(饱和脂肪酸)(Ziaee et al ., 2014),腰果口香糖(纤维素)(氧化钾et al ., 2011;阿伯et al ., 2012),Gelator (巴贾et al ., 2013)用于人工智能交付。同样,固体脂质(蜂蜡)和必要的天然油脂(玉米)也成功地研究了生物矩阵制定nanosuspensions (阮et al ., 2012 a;h . M;阮et al ., 2012 b)。玉米蛋白是一种水不溶性maize-derived醇溶谷蛋白蛋白质和显示可能制定艾未未的nanosuspension (Bidyarani库马尔,2019)。Non-etheless bio-nano-cellulose聚合物(氧化钾et al ., 2011),柠檬acid-glycerol nanopolymers,柠檬acid-glycerol-oleic酸nanopolymers (期刊et al ., 2019)也被开发在不同的场合,但他们的应用程序仅局限于医学用途。作为nanoinsecticide配方RNAi-mediated dsRNA技术的概念是完全新颖的植物保护,目标序列的选择和sequence-specific dsRNA有限,进一步的调查和即兴创作需要扩大的知识主题。
生物nanoinsecticides:新的方向
完全生物或了绿色nanoinsecticide配方得到的关注最近解决环境问题和当前使用的非nanoinsecticides作斗争。探索新的生物AIs,生物纳米粒子,绿色合成技术发展、兼容”生物制剂”,bio-nanocarriers已经假设(图4)。尽管研究人员试图开发这样bio-nanoinsecticides在过去的十年中,仍然有充足的机会去进一步。例如,老挝et al。(2010)制定鱼藤酮具有两亲性壳聚糖衍生物[N - (octadecanol-1-glycidyl醚)-O-sulfate壳聚糖(NOSCS)]增加鱼藤酮控释能力(老挝et al ., 2010)。同样,从azadirachtin nano-micelle配方和羧甲基壳聚糖开发增加人工智能的生物利用度(冯和彭,2012年)。植物精油注入腰果口香糖(阿伯et al ., 2012)或肉豆蔻酸(Ziaee et al ., 2014)在发展中nanogel-based nanoinsecticides也通过实验证明。昆虫病原微生物也被封装加强功效和环境稳定性(陈et al ., 2013;Pacheco-Aguirre et al ., 2016;Maghsoudi Jalali, 2017)。此外,RNA干扰技术最近被整合开发有效的有针对性的活动(Castellanos et al ., 2019)。其他的证据中列出表1。
图4。合成的示意图表示完全bio-nanoinsecticides采用生物活性成分/活性成分(植物性人工智能、微生物和siRNA)和载波/基体材料(生物高聚物)从自然资源中。
除了环境效益,一个完全生物nanoinsecticides是有效的其他奖励。环境稳定,控释特性,并和传统nanoinsecticides同样有效(Riyajan Sakdapipanich, 2009;Riyajan 2011;Choupanian et al ., 2017;Khoobdel et al ., 2017)。例如,R-CM-chitosan / Aza-nanomicelles演示环境稳定、控释性能,功效与许多传统nanoinsecticides (冯和彭,2012年)。Azadirachtin据报道也稳定在实验试验(11天Riyajan 2011)。在另一项实验中,azadirachtin制定矩阵通过戊二醛交联海藻酸钠和涂有天然橡胶50%剩下的AI即使41天的实验试验(Riyajan Sakdapipanich, 2009)。这些实验结果可以与往常相比传统nanoformulations PEG-Aza,大概有24天的环境可持续性(Kumar et al ., 2010)。有效性的问题,完全bio-nanoinsecticides显示与传统nanoinsecticides相比具有挑战性的杀虫活性。例如,传统上使用bio-nanoinsecticides有或多或少存储粮食害虫(> 80%杀虫活动杨et al ., 2009;Werdin冈萨雷斯et al ., 2014;Choupanian et al ., 2017;Khoobdel et al ., 2017)。同样,完成自然bio-nanoinsecticides像经前综合症(Plantago主要种子提取物)加载nanoliposomes还显示大约70%杀虫活动存储粮食害虫在应用程序(Khoshraftar et al ., 2020)。孜然精油的天然nanogel配方(Cuminum植物)和ajwain油(Carum copticum)也表明80% -100%杀虫活动目标存储粮食害虫(Ziaee et al ., 2014)。从土壤中获得独家生物nanoformulated avermectin放射菌类,链霉菌属avermitilis,semi-bio-nanoformulation也表明超过80%杀虫对菜蛾的影响,小菜蛾(王et al ., 2018)。
另一个完全有机nanoinsecticide尝试对棉花棉树叶虫,Spodoptera littoralis,通过封装香茅精油与壳聚糖nanoparticle-cellulose纳米纤维系统(CSNPs / CNF)。通过封装的生物活性成分,是防止环境恶化。然而,在缺乏封装、完全失去了活性化合物或6小时后,但在封装,其功能持续2周。此外,nanoformulations,尤其是CSNPs / CNF封装配方,更有效和延迟幼虫和蛹的发展,成人寿命和繁殖力(易卜拉欣et al ., 2022)
因此,可以推测,一个完全与传统混合bio-nanoinsecticides自然bio-nanoinsecticide可以有效的控制释放能力,环境稳定,和杀虫的功效。此外,完全自然bio-nanoinsecticide更有针对性,从而导致最微不足道的剩余效应和环境毒性。尽管只有少数报告完全bio-nanoinsecticides目前,增加他们的数量只是一个时间问题。
结论
分析描述出版物和考虑到事实和数据,可以得出结论,完全有机bio-nanoinsecticides的成分nanoinsecticides (AI和载体分子)来自生物能源是最有效的nanoinsecticides害虫管理。它是环保的,因此比其他人更可持续。然而,到目前为止,我们的选择的生物制剂”和bio-nanocarriers限制是由于可用的资源,这反过来,限制兼容的多产bio-bio-nanoinsecticide配方组合的数量。因此,有必要扩大我们的探索”生物制剂”、生物纳米粒子和生物聚合物和库存。适当的识别和描述这些化合物需要评估潜在的这些化合物bio-nanoinsecticides未来因素。进一步的研究和调查生物纳米粒子在农业耕地也相对较新,因此需要进一步的研究和调查。
全面探索因此需要在未来几年内,应该包含:
1。识别和描述的“生物制剂”和生物活性筛选,
2。自然起源的新生物纳米粒子的识别
3所示。科技进步为定量代生物纳米粒子
4所示。好最佳的兼容性筛查活动”生物制剂”和绿色地合成纳米粒子/生物纳米粒子/ bio-nanopolymers,和
5。毒性评价植物和人类健康
6。可持续的环境风险评价。
作者的贡献
SM:概念化,调查,原创作品。SR: Writing-Reviewing和编辑。广告:Writing-Reviewing和编辑。基于“增大化现实”技术:监督。VP:监督、审查和编辑。广告:概念化、调查、监督Writing-Reviewing和编辑。
确认
我们承认,动物学、加尔各答、西孟加拉、印度加尔各答大学提供必要的实验室设施来执行这项工作。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:有机nanopesticide,可持续农业,未来前景,害虫管理、害虫控制,纳米颗粒
引用:吗哪、罗伊,Dolai Ravula AR, Perumal V和Das(2023)当前和未来前景的“有机”nanoinsecticides农业害虫管理。前面。Nanotechnol。4:1082128。doi: 10.3389 / fnano.2022.1082128
收到:2022年10月27日;接受:2022年12月14日;
发表:2023年1月09年。
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Gaurav斯利瓦斯塔瓦印度坎普尔,印度理工学院的版权©2023吗哪,罗伊,Dolai、Ravula Perumal Das。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:Amlan Das,dasamlan@yahoo.co.in