納米技術(shù)在植物源農(nóng)藥上的應(yīng)用

生物堿、酚類、萜類化合物是最常見的植物次生代謝產(chǎn)物，他們大多分布于植物組織中，對植物具有關(guān)鍵性的防護(hù)作用。

1  植物源農(nóng)藥歷史悠久

植物次級代謝產(chǎn)物被用于制作農(nóng)藥具有悠久的歷史，西方國家早在古埃及和古羅馬時期就開始使用植物材料進(jìn)行病蟲防治，在1763年，法國開始將煙草和石灰混合后作為防治蚜蟲。1850年后，開始有很多的具有殺蟲效果的植物被在全球范圍內(nèi)廣泛使用，其中包含除蟲菊、魚藤屬植物、苦木、沙巴草等。

早在公元前7世紀(jì)，中國的《周禮》中就有利用植物來殺蟲防病的記錄，如《周禮·秋官司寇·司隸/庭氏》記錄防除蠹蟲的方法，“翦氏掌除蠹物，以攻禜攻之。以莽草熏之，凡庶蠱之事”（翦氏一族的人主要負(fù)責(zé)用莽草熏殺蠹蟲）。在《神農(nóng)本草經(jīng)》《齊民要術(shù)》及《本草綱目》等古書中，同樣也記錄了大量具有殺蟲抑菌的植物。

2  現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對植物源農(nóng)藥有了新要求

隨著人口的逐步增長、科學(xué)的進(jìn)步，為了滿足人們對糧食，蔬果的大量需求，成本更低、防效很好的化學(xué)農(nóng)藥逐步占據(jù)了主導(dǎo)位置。從半個多世紀(jì)的化學(xué)農(nóng)藥發(fā)展歷史來看，無數(shù)事實(shí)能證實(shí)化學(xué)農(nóng)藥在控制農(nóng)作物病蟲草鼠危害、保證農(nóng)業(yè)豐收方面起著任何別的措施不能代替的很關(guān)鍵性的作用。

據(jù)國際權(quán)威人士估計(jì)，倘若停止使用化學(xué)農(nóng)藥，農(nóng)作物將減產(chǎn)30%。在中國，這意味著將有3.5億人挨餓。農(nóng)場倘若停止使用化學(xué)農(nóng)藥，水果將減產(chǎn)78%，蔬菜減產(chǎn)54%，谷物將減產(chǎn)32%。但是，使用化學(xué)農(nóng)藥對人類也確實(shí)存在直接的或潛在的不良影響。長期過度使用化肥會使農(nóng)田的土壤板結(jié)施肥的作用不樂觀zui終又帶來農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)下降；過度使用農(nóng)藥會使農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留量增加，繼而危害人類將康。

植物源農(nóng)藥的活性成分是自然已知的物質(zhì)，主要由C、H、O等元素組成，來自于自然，環(huán)境相容性好。在長期的進(jìn)化過程中已形成了其通暢的代謝途徑，不會污染環(huán)境。不單具有殺蟲、殺菌活性，還兼顧調(diào)整作物生長、誘導(dǎo)免疫、肥效、保鮮作用，且作用方法多樣。

從作用方法來看，一般對害蟲是胃毒作用或特異性作用，少為觸殺作用，因此對天敵等非靶標(biāo)生物是相對安全的，而且往往包含數(shù)種有效成分，且作用機(jī)制與一般化學(xué)農(nóng)藥不同，不容易使有害生物形成抗藥性。但是植物源農(nóng)藥的應(yīng)用上也會面臨一些新的困難，由于其來源特殊，成分十分的復(fù)雜，會出現(xiàn)諸如制劑困難，穩(wěn)定性較差、容易分解等因素影響藥效的問題。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對植物源農(nóng)藥有了更多新的要求（張興等, 中國生物防治學(xué)報(bào), 2015, 31(5): 685-698）。

3  納米技術(shù)在植物源農(nóng)藥上的應(yīng)用

納米材料是一種小于100 nm的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)，其具有多種其他材料所沒有的優(yōu)良特性。納米材料與植物源農(nóng)藥的組合，可以提升藥物進(jìn)入靶生物體內(nèi)的能力，可以提升農(nóng)藥的穩(wěn)定性并形成新的控釋作用（張陽德. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006, pp.1；許艷玲, 天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 16(1): 49-51）。

納米制劑可提升天然產(chǎn)品的穩(wěn)定性和有效性，具有控制活性化合物釋放到靶生物體的能力，然后控制小分子物質(zhì)釋放到作用部位。他們也可減少殺蟲劑對非靶生物的不良毒副作用、提升殺蟲劑的穩(wěn)定性、保護(hù)其活性成分不被微生物降解（Krober and Teipel, Chemical Engineering and Processing, 2005, 44(2): 215-219）。

3.1  納米印楝素顆粒

印楝樹衍生物在農(nóng)業(yè)上廣泛用于防治昆蟲、線蟲、真菌和細(xì)菌。但是，印楝素對溫度和光敏銳及其易被微生物降解等都會迅速讓其失去活性。

Riyajan和SakdAPIpanich（Polymer Bulletin, 2009, 63(4): 609-622）開發(fā)的涂有天然橡膠的網(wǎng)狀海藻酸鈉與戊二醛膠囊劑，比無橡膠覆蓋的微膠囊釋放更慢。在相同時間內(nèi)（24 h），無橡膠覆蓋的納米膠囊的釋放率是100%，而涂有橡膠的納米膠囊釋放率是80%。

Forim等（Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2013, 61(38): 9131-9139）開發(fā)了一種包含印楝素的聚ε-已內(nèi)酯納米顆粒及其該系統(tǒng)所用的噴霧干燥粉末的新制備技術(shù)。通過測試發(fā)現(xiàn)納米印楝素顆粒封裝效率達(dá)到98%。在電子顯微鏡下，查看到的顆粒呈球形形態(tài)，表明活性成分是由于聚合物鏈的松懈或聚合物被損毀而被釋放。顯著提升了印楝素在紫外線輻射下的穩(wěn)定性和水溶性。用納米印楝素顆粒(5 000 mg/kg)處理小菜蛾，其死亡率為100%。

Costa 等制備了不同樣的含印楝素的劑型(納米膠囊、微膠囊、濃縮乳狀液)，并在紫外線的照射下查看制劑的穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米制劑比商業(yè)產(chǎn)品穩(wěn)定性更高，未封裝的化合物在七天內(nèi)完全降解，而封裝的印楝素14天只降解了20%。

3.2  納米魚藤酮顆粒

魚藤酮是一種植物源殺蟲劑，存取決于豆科魚藤酮屬植物的根或根莖中。由于魚藤酮在紫外線下易降解、對魚類的毒性強(qiáng)、水溶性低等原因限制了其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用（Chen et al., Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2009, 95(2): 93-100; Isman, Annual Review of Entomology, 2006, 51: 45-66）。

Lao等（Carbohydrate Polymers, 2010, 82(4): 1136-1142）制備和表征兩性分子衍生物N(18 醇-1-環(huán)氧丙基醚)-O-殼聚糖硫酸鹽作為魚藤酮的載體。并成功的將魚藤酮?dú)⑾x劑封裝在濃度為26 mg/mL 的納米膠束中，讓其水溶度提升了13 000倍。封裝的魚藤酮，150 h后釋放約70%，230 h后達(dá)到zui大釋放，而未封裝的魚藤酮，9 h 后釋放70%，27 h達(dá)到zui大釋放。

Martin等（Journal of Supercritical Fluids, 2013, 81: 48-54）利用超臨界輔助霧化技術(shù)對三類別型的聚合物（聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸鈉）進(jìn)行了測試。包封率zui好的是由海藻酸鈉/魚藤酮（100%）和聚乙二醇/魚藤酮（98%）所組成的系統(tǒng)。

3.3  納米大蒜精油顆粒

Yang等（Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57: 10156-10162）用聚乙二醇納米顆粒作為大蒜精油的載體，采用熔融法制備納米顆粒，包封率為80%。精油封裝時其活性成分無明顯變化。5個月后，該制劑對甲蟲成蟲有80%的殺蟲效果，單獨(dú)使用大蒜精油，效果僅有11%。

4  納米植物源農(nóng)藥的發(fā)展前景

先進(jìn)的納米技術(shù)將會把植物源農(nóng)藥引領(lǐng)到一個全新的高度，納米技術(shù)可以完美解決植物源農(nóng)藥現(xiàn)存的低穩(wěn)定性、高揮發(fā)性、熱分解性等問題，具有優(yōu)良的發(fā)展前景，新技術(shù)的研發(fā)和推廣將更持續(xù)緩和化學(xué)農(nóng)藥對環(huán)境和人類本身帶來的不利影響。

相信在不遠(yuǎn)的將來，植物源農(nóng)藥與納米技術(shù)相組合的優(yōu)勢商業(yè)產(chǎn)品就會發(fā)生，加快淘汰嚴(yán)重污染的普通化學(xué)農(nóng)藥。