基于蓝桉精油的纳米乳液在农业害虫防治中的应用研究

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蓝桉 纳米乳液 斜纹夜蛾 杀卵活性 驱避性 分子对接

学术背景

随着全球人口的快速增长，预计到2050年将达到97亿，粮食安全问题日益严峻。农业生产力受到多种因素的影响，其中害虫对作物的破坏尤为严重。烟草夜蛾（Spodoptera litura）是一种广泛分布于亚洲-太平洋和大洋洲地区的多食性害虫，能够侵害128种植物，包括大豆、棉花、花生、番茄等经济作物。长期以来，农民依赖合成化学农药来控制害虫，但这些农药对非目标生物、人类健康和环境产生了负面影响。此外，害虫对多种农药的抗药性也在不断增加。因此，开发环境友好且可持续的替代品成为迫切需求。植物源农药因其低毒性、快速生物降解性和对天敌的较小影响，被认为是合成化学农药的有力替代品。近年来，基于植物精油（Essential Oils, EOs）的农药因其广谱效力和较低的毒性而受到广泛关注。然而，精油的水溶性差、挥发性高以及光氧敏感性限制了其直接应用。纳米乳液技术通过将精油封装在纳米颗粒中，可以有效解决这些问题，并提高其生物活性。

论文来源

本论文由Ankur、Nida、Narender Singh、Sanjiv Mullick和Alka Gupta共同撰写，作者分别来自印度德里大学（University of Delhi）和印度科学与工业研究理事会（CSIR）下属的基因组学与综合生物学研究所（Institute of Genomics and Integrative Biology, IGIB）。该研究于2025年3月21日被接受，并发表在《Bionanoscience》期刊上，DOI为10.1007/s12668-025-01912-8。

研究流程与结果

1. 蓝桉精油的提取与成分分析

研究人员从印度泰米尔纳德邦的Nilgiris蓝桉精油蒸馏厂获取了蓝桉精油（Eucalyptus globulus Essential Oil, EGeO），并通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）对其成分进行分析。结果显示，蓝桉精油主要由单萜和倍半萜类化合物组成，其中1,8-桉叶素（67.14%）、α-蒎烯（7.50%）和α-松油醇（7.08%）是主要成分。

2. 纳米乳液的制备与优化

研究人员采用低能量自发乳化法，将15%的蓝桉精油与5%的乳化剂（Tween 80或Span 80）混合，制备了油包水（O/W）型纳米乳液。通过动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）对纳米乳液的表征显示，使用Tween 80制备的纳米乳液具有较小的平均液滴直径（289.16 nm）和较低的分散指数（PDI < 0.3），表明其具有良好的单分散性。而使用Span 80制备的纳米乳液则表现出较高的多分散性。

3. 纳米乳液的稳定性与载药效率

研究人员对纳米乳液的长期稳定性进行了评估，结果显示在25°C和5°C下储存50天后，使用Tween 80制备的纳米乳液液滴直径变化较小，表明其具有良好的稳定性。此外，纳米乳液的载药效率高达97%，表明蓝桉精油在纳米乳液中的封装效果良好。

4. 生物活性测试

研究人员通过一系列生物实验评估了蓝桉精油纳米乳液对烟草夜蛾的防治效果。结果显示，纳米乳液对烟草夜蛾的卵具有显著的杀卵活性，LC50值为22.331 mg/mL。此外，纳米乳液对初孵幼虫表现出显著的驱避作用，在玻璃隧道嗅觉仪测试中，幼虫明显避开纳米乳液处理区域。在杀虫实验中，纳米乳液显著降低了幼虫的存活率，10 mg/mL浓度的纳米乳液即可导致幼虫死亡率达到92%。

5. 分子对接研究

为了进一步阐明蓝桉精油的杀虫机制，研究人员对蓝桉精油的7种主要成分进行了分子对接研究，结果显示这些成分与烟草夜蛾的化学感受蛋白（Chemosensory Proteins, CSPs）具有良好的结合亲和力，结合能介于-4.0至-5.2 kcal/mol之间。这表明蓝桉精油的成分可能通过抑制CSPs的活性来干扰害虫的嗅觉系统，从而发挥其驱避和杀虫作用。

研究结论与意义

本研究表明，基于蓝桉精油的纳米乳液在烟草夜蛾的防治中表现出显著的杀卵、驱避和杀虫活性。纳米乳液的良好稳定性和高载药效率为其在农业领域的应用提供了可能性。此外，分子对接研究揭示了蓝桉精油成分与害虫化学感受蛋白之间的相互作用机制，为进一步开发新型生物农药提供了理论依据。

研究亮点

  1. 高效防治烟草夜蛾：蓝桉精油纳米乳液在实验室条件下表现出显著的杀卵、驱避和杀虫活性，为烟草夜蛾的综合防治提供了新思路。
  2. 纳米乳液的稳定性与高效载药：通过低能量自发乳化法制备的纳米乳液具有良好的稳定性和高载药效率，解决了精油水溶性差和挥发性高的问题。
  3. 分子机制研究：分子对接研究揭示了蓝桉精油成分与害虫化学感受蛋白的相互作用机制，为开发新型生物农药提供了科学依据。

应用价值

该研究为开发环境友好型生物农药提供了重要参考，蓝桉精油纳米乳液作为一种绿色农药，有望在农业害虫的综合治理中发挥重要作用。此外，该研究还为其他植物精油在害虫防治中的应用提供了技术支持和理论指导。