近期，我院杜相革、沈杰教授团队评估了纳米载体对异色瓢虫的生物安全性，建立了一种天敌与纳米化药剂协调使用防治桃蚜的新方法（图1）。相关成果以标题“Biotoxicity Evaluation of a Cationic Star Polymer on a Predatory Ladybird and Cooperative Pest Control by Polymer-Delivered Pesticides and Ladybird”发表于美国化学会期刊ACS Applied Materials & Interfaces。中国农业大学为该论文第一完成单位，董民老师为该论文的第一作者，沈杰教授和闫硕副教授为该论文的共同通讯作者，参与单位包括北京化工大学尹梅贞教授团队。该研究得到了国家自然科学基金项目(32072497)的资助。

图1 纳米载体生物毒性评估及天敌与纳米化药剂协调使用示意图

该团队前期以一种结构简单、成本低廉的纳米级星状聚合物为农药分子载体，建立了一种药剂纳米化增效减施技术。第二代农田应用型纳米载体可以作为农药助剂，自发结合农药分子，打破其在水溶液中形成的团粒结构，实现药剂纳米化，主动递送药剂分子快速进入植物和害虫体内，增强药剂的生物学活性，提升田间对病虫害的防控效果，该纳米载体的应用荣获2021年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖（Yan et al., 2019, 2021a, 2021b; Wang et al., 2021; Jiang et al. 2022）。为田间大规模应用做准备，该研究系统评估了纳米载体对天敌异色瓢虫的生物毒性，结果表明，纳米载体触杀和胃毒急性毒力的LC₅₀分别为43.96和19.85 mg/mL，胃毒作用的LC₅₀是纳米载体田间工作浓度的9925倍，表明纳米载体相对安全。在极高浓度下，纳米载体的使用主要扰乱了昆虫细胞膜上基因的表达（图2），导致细胞膜穿孔（图3），细胞破碎，细胞液外流，引起细菌性感染，最终导致昆虫的死亡。

图2 高浓度纳米载体处理扰乱了昆虫细胞膜上基因的表达

图3 高浓度纳米载体破坏了细胞膜完整性

药剂纳米化增效减施技术的应用可以减少化学/植物源药剂的使用，进而降低对天敌的杀伤，在释放异色瓢虫卵卡的同时喷施纳米化化学/植物源药剂，既保证天敌的安全性，又解决天敌防控的滞后性问题，兼顾速效性和持效性，具有良好的害虫防控效果(图4）。

图4 天敌与纳米化药剂协调使用防效

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c24077

参考文献：

Yan S, Hu Q, Li J, Chao Z, Cai C, Yin M, Du X, Shen J. 2019. A star polycation acts as a drug nanocarrier to improve the toxicity and persistence of botanical pesticides. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 7(20): 17406-17413.

Yan S, Hu Q, Jiang Q, Chen H, Wei J, Yin M, Du X, Shen J. 2021a. Simple osthole/nanocarrier pesticide efficiently controls both pests and diseases fulfilling the need of green production of strawberry. ACS Applied Materials & Interfaces, 13(30): 36350-36360.

Yan S, Cheng W, Han Z, Wang D, Yin M, Du X, Shen J. 2021b. Nanometerization of thiamethoxam by a cationic star polymer nanocarrier efficiently enhances the contact and plant-uptake dependent stomach toxicity against green peach aphids. Pest Management Science, 77(4): 1954-1962.

Wang X, Zheng K, Cheng W, Li J, Liang X, Shen J, Dou D, Yin M, Yan S. 2021. Field application of star polymer-delivered chitosan to amplify plant defense against potato late blight. Chemical Engineering Journal, 417: 129327.

Jiang Q, Xie Y, Peng M, Wang Z, Li T, Yin M, Shen J, Yan S. 2022. Nanocarrier-pesticide delivery system with promising benefits in a case of dinotefuran: strikingly enhanced bioactivity and reduced pesticide residue. Environmental Science: Nano, DOI: 10.1039/D1EN00752A.