纳米植物源农药的研究进展
纳米技术在农业领域的创新应用与研究
纳米技术在农业领域的创新应用与研究随着科技的不断发展，纳米技术在各个领域中都展现出了广阔的应用前景。
农业作为国民经济的重要支柱之一，也开始逐渐引入纳米技术，以增加农产品产量、改善农产品质量、提高土壤和环境的可持续性等方面取得创新进展。
一、纳米材料在农田土壤改善中的应用纳米材料可以用于改良土壤结构，提高土壤肥力，并促进作物的生长。
例如，纳米氧化铁颗粒可以作为一种优质的土壤改良剂，通过细微的纳米颗粒改变土壤结构，提高土壤湿度和保水能力，增加养分的吸收效率，从而提高作物的生产力。
此外，纳米材料还可以用于土壤修复，促进土壤中有害物质的降解和去除，保护农田生态环境。
二、纳米农药的研究与应用传统的农药在使用过程中会对环境和人体健康造成一定的危害，而纳米农药因其微小的颗粒尺寸和特殊的物理化学性质，可以提高农药的吸附性和分散性，减少农药的使用量，并且提高对目标有害生物的选择性，从而降低了对非目标生物的影响。
同时，纳米农药还具有较长的持效期和较低的残留量，有利于保护土壤和水体的环境安全。
三、纳米传感技术在农业监测中的应用农业监测对于实现农业的精细化管理和智能化发展至关重要。
纳米传感技术的应用为农业监测提供了新的解决方案。
通过纳米材料的敏感性和选择性，可以制备各种用于检测土壤养分、水质、病虫害、气象因素等的纳米传感器。
这些纳米传感器可以实时监测农田环境参数，及时反馈数据，为农业生产提供科学依据和决策支持。
四、纳米肥料的研究与应用纳米肥料是将纳米材料应用于提高肥料效果和减少肥料损失的一种新型肥料产品。
纳米材料可以提高肥料的控释性能和吸附能力，并减少肥料在土壤中的流失和挥发。
此外，纳米肥料还可以通过纳米材料的载体作用，增强养分在植物体内的吸收和利用效率，减少对环境的负面影响。
五、纳米农业与可持续发展纳米技术在农业领域的创新应用与研究不仅可以提高农产品的品质和产量，还可以减少对土壤、水资源和生态环境的破坏，实现农业可持续发展。
纳米技术在植物源农药中的应用
P 专业视角Perspective/观点/纳米技术在植物源农药中的应用口/陈庭倬 生物碱、酚类、萜类化合物是比较常见的植物次生代谢产物，他们大多分布于植物组织中，对植物具有重要的保护作用。
现代农业对植物源农药有了新要求 随着人口的逐渐增长、科学的进步，为了满足人们对粮食、蔬果的大量需求，成本更低、防效更好的化学农药逐渐占据了主导地位。
从半个多世纪的化学农药发展历史来看，无数事实可以证明，化学农药在控制农作物病虫草鼠危害、保证农业丰收方面起着不能代替的重要作用。
据国际权威人士估计，如果停止使用化学农药，农作物将减产30%。
在中国，这意味着将有3.5亿人挨饿。
农场如果停止使用化学农药，水果将减产78%，蔬菜将减产54%，谷物将减产32%。
但是使用化学农药对人类也确实存在直接或潜在的负面影响。
长期过度使用化肥会使农田的土壤板结，施肥的效率降低，最终带来农产品的品质下降；过度使用农药会使农产品农药残留量增加，进而危害人类健康。
植物源农药的活性成分是自然存在的物质，主要由碳、氢、氧等元素组成，来源于自然，环境相容性好，在长期的进化过程中已形成了顺畅的代谢途径，不会污染环境。
植物源农药不仅具有杀虫、杀菌活性，还兼有调节植物生长、诱导免疫、提高肥效、保鲜作用，且作用方式多样。
从作用方式来看，植物源农药一般对害虫是胃毒作用或特异性作用，少为触杀作用，因此对天敌等非靶标生物是相对安全的。
该类农药往往含有数种有效成分，与一般化学农药的作用机制不同，不易使有害生物产生抗药性。
但现代农业对植物源农药有了更多新的要求，植物源农药的使用也面临一些新的困难，由于其来源特殊，成分十分复杂，会出现诸如制剂困难、稳定性差、容易分解等影响药效的问题。
纳米技术在植物源农药上的应用 纳米材料是一种小于100nm的结构或物质，其拥有多种其他材料所不具备的优异特性。
纳米材料与植物源农药的结合，可以增强药物进入靶生物体内的能力，提高农药的稳定性并产生新的控释作用。
纳米技术在农药剂型改良中的应用
纳米技术在农药剂型改良中的应用一、引言随着人口的增长和工业化的加快，农业领域中对于高效、绿色、安全的农药需求日益增长。
然而，传统农药剂型存在着使用效率低、环境友好性差等问题，难以满足现代农业的需求。
纳米技术作为一种新兴技术，具有特殊的物理、化学性质，被广泛应用于农药领域，以改良农药剂型，提高农药的使用效率和环境友好性。
本文将从纳米技术在农药剂型改良中的应用进行深入研究和分析。
二、纳米技术在农药领域的应用概况1. 纳米技术的特点及优势纳米技术是指对尺寸在1-100纳米范围内的物质进行研究和应用的技术。
纳米技术具有特殊的物理、化学性质，如具有高比表面积、较小的尺寸、优异的光电磁性能等。
在农药领域中，纳米技术可以加速农药在作物体内的吸收和转运速度，提高药效，降低用药浓度，减少对环境和人体的危害。
2. 纳米技术在农药改良中的应用通过将纳米技术应用于农药领域，可以实现农药的精准释放、缓释控释、增溶增湿、靶向性输送等功能，从而提高农药的利用效率和环境友好性。
目前，纳米农药在抗逆性、生物可降解性、靶向性、持久性等方面取得了一系列重要的进展，成为农药改良的热点领域。
三、纳米技术在农药剂型改良中的具体应用1. 纳米乳剂农药纳米乳剂是将纳米技术应用于农药乳剂制备中的一种常见形式。
纳米乳剂农药具有优异的分散性和渗透性，可以迅速渗入作物体内，实现快速杀虫、杀菌、除草等目标。
此外，纳米乳剂农药还可以实现药剂的缓释和控释，提高药效持久性，减少药物残留量，避免对环境的污染。
2. 纳米胶体农药纳米胶体农药是将纳米技术与胶体化学相结合的一种新型农药剂型。
纳米胶体农药具有较高的稳定性和可溶性，可在水中迅速形成纳米尺寸的均匀分散体系，提高农药的利用效率。
此外，纳米胶体农药还可以实现药剂的靶向传递，通过改变载体表面的性质，将农药传递到目标组织和器官，提高农药的生物有效性。
3. 纳米微胶囊农药纳米微胶囊农药是将纳米技术与微胶囊技术相结合的一种新型农药剂型。
植物源纳米银的合成及其在降解有机污染物方面的研究进展
植物源纳米银的合成及其在降解有机污染物方面的研究进展孙艳美;热娜古丽·阿不都热合曼;燕子红;章聚宝;王飒
【期刊名称】《化工新型材料》
【年(卷),期】2024(52)4
【摘要】植物源纳米银因其制备条件温和,原材料廉价易得,绿色环保,越来越受到研究者的关注。
特殊的理化性质使植物源纳米银被广泛应用于水环境保护和生态环境修复。
基于此,对不同植物源纳米银的合成及其对废水中偶氮类、芳香杂环类、芳香硝基化合物、三苯甲烷类、有机卤代物等各种类型有机污染物的催化降解进行了综述,并对植物源纳米银的未来发展方向进行了展望。
【总页数】8页(P204-211)
【作者】孙艳美;热娜古丽·阿不都热合曼;燕子红;章聚宝;王飒
【作者单位】喀什大学化学与环境科学学院新疆特色药食用植物资源化学实验室【正文语种】中文
【中图分类】TB34;TQ610.9;TQ209
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纳米生物农药的设计及控缓释研究进展
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(完整版)植物源农药研究进展
植物源农药研究进展摘要：植物源农药中含有多种杀虫活性物质，在世界环境日益恶化的今天，植物源农药以其对有害生物高效、对非靶标生物安全、低毒低残留、来源广、成本低等多种优点，成为近年来农药研究的热点。
本文综述了植物源农药的活性成分、作用特点、研究现状和开发前景.关键词：植物源农药、活性成分、作用特点、研究进展植物源农药，就是直接利用或提取植物的根、茎、叶、花、果、种子等或利用其次生代谢物质制成具有杀虫或杀菌作用的活性物质.植物源农药作为生物农药的重要组成部分,因其具有高效、低毒或无毒、低残留、选择性高、有害物质一般很难对其产生抗性、又易和其他农药相混配等优点, 倍受全世界农药研究及应用部门的广泛重视，已成为其研究热点之一.1.植物源农药的活性成分植物源农药的活性成分可分为生物碱类、萜烯类、酮类和番茄枝内酯类，此外还有木脂类,如乙醚酰透骨草素；甾体类，如牛膝甾酮；羟酸酯类，如除虫菊酯等。
1。
1 生物碱类目前人们发现的生物碱已有6000 多种,已证明有杀死害虫作用的主要有烟碱、喜树碱、百部碱、藜芦碱、苦参碱、雷公藤碱、小薜碱、木防己碱、苦豆子碱等.该类化合物对昆虫的作用方式多种多样,如毒杀、拒食和忌避及抑制生长发育等。
1。
2 萜烯类萜烯类化合物是植物源农药中含量较多、研究比较广泛的一类化合物，其中精油的大部分组成为萜烯类化合物.目前从植物源农药中发现的萜烯类主要有单萜类、倍半萜类、二萜类和三萜类化合物.单萜类主要有柏科植物砂地柏叶精油中的有效杀虫成分松油烯— 4 —醇,它对害虫的主要作用方式为熏杀作用。
倍半萜类有马桑科植物马桑中所含的羟基马桑毒素 B；卫矛科植物中含有较多的倍半萜类化合物 ,主要有各种β- 二氢沉香呋喃倍半萜型多醇酯;苦皮藤根皮中具有杀虫活性的有近 20 个α—二氢沉香呋喃化合物.该类化合物主要通过拒食、胃毒、内吸作用和影响试虫的产卵、孵化等生殖行为消灭害虫。
二萜类化合物主要有大戟科大戟属、巴豆属及瑞香科植物中的瑞香烷型二萜类化合物 ,另外还有闹羊花中主要杀虫有效成分闹羊花素—Ⅲ。
我国植物源农药研究进展及发展策略
我国植物源农药研究进展及发展策略我国植物源农药是指使用来自植物源的有机农药制剂进行农药控制。
它不仅有更强的防治作用，而且易于生产，且环境污染低。
与化学农药相比，植物农药具有特定的作用成分，特定的性质，且低毒，无残留性，可以更好、更有效地防治植物病虫害和害虫等有害生物。
随着市场对环保农药的需求不断增加，植物源农药的研究和应用越来越受到重视。
随着植物源农药研究的发展，植物源农药应用领域也不断扩大。
目前，在我国植物源农药的分类和作用方面有大量丰富的研究，对重要作物病虫害的控制也有了较好的效果。
其中，植物生物农药在杀虫、抑菌、抗草及功能农药等领域的应用，有显著的成果，用来防治一些病虫害和害虫已被建议为一种补充农药措施。
研究资料表明，部分植物源农药能够有效控制常见植物病虫害，发挥出Kill both昆虫防治常见病虫害的良好作用。
然而，我国在植物源农药研发方面仍存在一定困难。
首先，植物源农药研究在小麦条锈病和水稻稻瘟病等植物病害防控方面尤其薄弱，且相关研究工作仍尚不够深入和充分。
其次，我国植物源农药的生产仍存在一定的技术问题，诸如制剂的成本低、稳定性低、生产工艺困难等，这也阻碍了植物源农药行业的发展。
此外，植物源农药也受到市场立法的影响。
因此，建立有效的市场立法机制和规范有助于植物源农药的发展。
最后，借助国家技术推广与科普宣传，提高农户对植物源农药的认知，发挥其必要的说服作用，以鼓励农户更多使用植物源农药。
综上所述，我国植物源农药的研究已取得一定成效，但仍然存在一定的不足。
迫切需要突破现有的技术瓶颈，加快植物源农药技术的创新，解决植物源农药行业得到市场认可的重要问题，确保植物源农药有效防治植物病虫害和害虫。
同时，应采取措施强化市场立法的执行，借助技术推广与宣传等工作，打造深受农户欢迎的农药类型。
以上是我国植物源农药研究进展及发展策略的综述。
国内植物源农药研究近年来取得了一定的进展，但仍然存在许多问题和挑战，如技术问题、市场管理及技术推广等。
关于新型纳米农药制剂载体材料的研究
关于新型纳米农药制剂载体材料的研究摘要：从促进我国农业长远发展的角度来讲，新型纳米农药制剂应用是非常可行的，能够弥补传统农药应用的不足，促进农作物良好生长，实现优质高产的目的，同时有效保护环境。
当然，前提条件是选用适合的载体材料，植被具有较高使用性能的纳米农药。
以下本文将从概述纳米农药展开，着重分析和探头新型纳米农药制剂载体材料。
关键词：纳米技术；纳米农药；载体材料；精准控释一、纳米农药概述所谓纳米材料是指粒径在任一维度处于1~100nm以内的材料。
它具有诸多理化特性，比如尺寸较小、高反应活性较强、量子效应明显等。
纳米农药目前尚未提出统一定义。
基本上将小于1000nm或带有“纳米”前缀，或具有小尺寸相关特性的农药剂型被称为纳米农药。
科技创新的背景下现代农业发展过程中应当积极研究和应用新型纳米农药制剂，以便利用农药有效消杀病虫害，促使农作物良好生长的同时，降低农药对农业面源的污染。
为此，应当加强对纳米农药控释制剂载体材料的研究，选用适合的聚合物类材料、无机非金属材料等等，提高农药载体的应用效果。
目前，不同纳米农药的粒径范围不尽相同，主要是因为不同纳米农药的制备方法及分散体系存在差异所致，比如纳米乳液的粒径范围为20~200nm、纳米分散体粒径范围为50~200nm、纳米微球的粒径范围为50~1000nm、纳米微囊的粒径范围为50~1000nm、纳米胶束的粒径范围为10~200nm等等。
从目前纳米农药制备实践情况来看，常用的、有效的、可行的制备方法有两种，一种是直接将农药活性物质加工成为小尺寸的纳米粒子；另一种是以纳米材料为载体，采用吸附、偶联、包裹等方式负载农药，创建纳米载药体系。
采用此种方式所制备的纳米农药制剂有聚合物类制剂、黏土材料纳米制剂、二氧化硅纳米制剂等等[1]。
二、纳米农药剂型（一）基于传统农药剂型的纳米农药基于传统农药剂型的纳米农药有多种，比如微乳剂、纳米乳液、纳米分散体等等，是基于传统农药物质进行制备，形成的小尺寸纳米粒子，具有传统农药所无法比拟的优势。
纳米农药前景可期
54 2021年第1期纳米农药采用现代前沿科技手段，发展高效、安全的新型农药、兽药、疫苗，是推动农业药物提质增效与节量减排、改善食品安全与生态环境的重大科技需求。
纳米科技与农业结合孕育重大技术突破高效、安全、低残留的“纳米农药”，已成为绿色农药创新发展的主流。
2019年，国际纯粹与应用化学联合会首次公布了未来将改变世界的十大化学新兴技术，其中纳米农药位居首位。
纳米技术听起来“高精尖”，但实际上距离我们的日常生活并不遥远。
中国农业科学院研究员崔海信如此解释：“纳米是一种长度度量单位，一纳米等于百万分之一毫米。
纳米技术，则是研究结构长度在1~100纳米范围内材料的性质和应用。
”尽管纳米尺度的物质用肉眼看不到，但在生活中却无处不在，比如玉米汁中的部分淀粉颗粒结构就是100纳米大小。
事实上，我们日常使用的电脑、智能手机，甚至食品、饮料中都可能应用了纳米技术。
推动农业提质增效绿色发展农业农村部制定的《农业绿色发展技术导则（2018—2030）》，已将纳米农药、兽药产品列入新型绿色投入品储备目录。
全国农业技术推广服务中心首席专家王凤乐指出，纳米农药有利于推动农业绿色发展，有非常明显的使用优势。
一是提高农药药效，将农药制成纳米颗粒，增加药剂扩散性、渗透性、传导性等，可以提高药效，实现农药减施增效。
二是减少农药用量，纳米农药通过减小农药粒径，增大接触面积，有利于增强农药液滴在作物叶面和有害生物表面的亲和力，进而减少农药流失，用药量减少20％~30％，但防效不降低。
三是便于航空施药，纳米农药制剂在溶剂中可实现均匀分散、性能稳定，且在农药多元混配时混合性好，做到对水不分层、不析出、不沉淀，提高配药速度3~5倍。
四是延长药剂持效期，农药喷洒后其有效成分易受光照、氧气、温度影响发生降解或分解，利用纳米技术控制农药释放速度，对有效成分实施某种保护，可实现农药的长效缓释。
五是生产加工环保，传统乳油制剂有机溶剂含量达90％，以水取代有机溶剂，不使用高毒的苯类溶剂和助剂，可从根本上解决农业面源污染问题。
植物源农药苦参碱纳米制剂对九里香蚜虫防治功效初探
Ｂｏｔ ｎ ｃ ｌ Ｐｅ ｔｃｄｅ Ｍ ａ ｒｎｅ Ｎａ ｏ Ｐｒ ｐ ａ ｏ ａ ｉａ ｓ ｉ ｓ ｉ ｔｉ ｎ ｅ ａｒ ｔ ｎ ａ ｔ Ｐｒ ｖ ｎｔｖ Ｅｆｅ ｔ ｏ Ａｐ ｄ ｉ ｎｄ ｈｅ ｅｅｉ ｅ ｆ ｃｓ ｆ ｈｉ ｓ
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植 物 源 农 药 苦 参碱 纳米 制剂 对 九 里 香 蚜 虫睿 吕建洲。
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关键词 ： 物源农 药 ； 植 苦参碱 ； 印楝素 ； 蚜虫； 纳米制剂 中图分类号 ￥３ ． ４ ３３ 文献标识码 Ａ 文章 编号 １０ ７ ３ （０ １ ０ ０ ７— ７ １ ２ １ ）７—１６— ２ １ ０
Ｍａ ｒｎ ． ｔ ｅ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｂ ｔ ｉａ ｅ ｔ ｉ ｅ ； ｔ ｎ ； ａ ｉ ｃ ｔ Ａｐ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ａ ｃ ｌｐ ｓｉ ｄ ｓ Ｍａｒ ｅ Ａｚ ｄｒ ｈ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｎ； ｈ ｄ；Ｎａ ｏ ｐ ｅ ａ ａｉｎ ｎ ｒｐ ｒｔ ｓ ｏ
纳米农药研究进展
第43卷第4期 世 界 农 药2021年4月 World Pesticide ·1·作者简介：郭勇飞(1979-)，男，湖南省岳阳市人，工程师，研究方向：农药剂型加工。
E-mail:************************。
通信作者：张小军(1977-)，男，山西省交口县人，博士，高级工程师，研究方向：农药制剂研发及应用技术。
E-mail:**************************。
收稿日期：2021-03-01。
纳米农药研究进展郭勇飞，张小军(中农立华生物科技股份有限公司，北京 100052)摘要：近年来，纳米技术在植物病虫害防控方面取得了突破性研究进展，为纳米技术成为现代化农业高效生产和可持续发展的强有力工具奠定了基础。
纳米农药可以充分发挥农药有效成分的药效，提高农药施用效果，达到减施增效、改善环境的目的。
为深入了解纳米农药在植物病虫害防控中应用的研究进展及其实践应用，更好地了解这一新型技术，对纳米农药的概念及主要制剂类型进行了总结，对纳米技术在植物病虫害防治上的应用进行了回顾，以期为利用纳米技术推动农药减施增效提供重要的理论依据。
关键词：纳米技术；减施增效；纳米农药；精准释放中图分类号：TQ450 文献标志码：A 文章编号：1009-6485(2021)04-0001-07 DOI ：10.16201/10-1660/tq.2021.04.01A review of nanopesticide formulationGUO Yongfei, ZHANG Xiaojun(Sino-Agri Leading Biosciences Co., LTD., Beijing100052, China)Abstract: In recent years, nanotechnology has made breakthrough research progress in plant disease and pest control, which lays a foundation for nanotechnology to become a powerful tool for modern agricultural production and sustainable development. Nanopesticides can give full play to the efficacy of active ingredients of pesticides, achieve the purpose of improving efficacy, reducing application volume and protecting the environment as well. In order to deeply understand the research progress and practical application of nanopesticide in plant protection and control, and better understand this new technology, this paper summarized the concept and main preparation types of nanopesticides, reviewed the application of nanotechnology in plant diseases and pest control as well, which was expected to provide important theoretical basis for on application reduction of pesticides and efficiency increase by using nanotechnology.Keywords: nanotechnology; pesticide reduction and synergism; nanopesticide; precise release我国每年农药制剂用量近百万吨，农药是防御重大生物灾害、促进农产品持续稳定增长的重要物质基础。
纳米药物的研究现状及未来发展方向
纳米药物的研究现状及未来发展方向随着科技的不断进步，纳米技术在医疗领域也获得了广泛的关注与研究。
纳米药物是指利用纳米技术对药物进行微观尺度上的改变，使药物在靶区更准确地释放，以提高治疗效果和减少不良反应的一种新型药物。
纳米药物是近年来科学技术领域的研究热点之一，本文将从纳米药物的定义、研究现状以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、纳米药物的定义纳米药物是一种组合物或纳米材料，通过精确设计和改进，使其在特定细胞和生物组织中发挥最大的作用，具有更高的可逆性和选择性。
纳米药物被设计为在血液循环中能够容易地通过细胞膜进入细胞，旨在寻找和识别生物靶标并将药物释放在靶标附近，从而提高药物的生物利用度和可逆性。
二、纳米药物的研究现状现代医学已经开始利用纳米技术来发展新型的药物递送系统，已经取得了重大的突破。
目前纳米药物的研究领域主要集中在两个方向：一是通过合成纳米颗粒来改进药物的化学性质和治疗效果，二是通过改变药物递送体系的物理性质，以达到更好的药物作用力和传递效率。
1. 纳米粒子纳米颗粒是指粒径在0.1-100nm之间的颗粒，是利用纳米技术制备的，能提供更广泛的表面积比，可以帮助药物更好的吸附到设备上，从而提高药物的生物利用度。
2. 纳米载体纳米载体是一种带有药物的纳米颗粒，具有目标性，特异性和选择性等特点。
它可以通过改变体系的物理性质来改善药物的吸收性，从而提高药物的治疗效果。
3. 纳米脂质体纳米脂质体是纳米药物递送系统中一种常用的类型。
它是一种由磷脂和其他成分所组成的，能够有效地将药物传送到细胞的多种不同类型的纳米颗粒。
三、纳米药物的未来发展方向随着纳米技术的发展，纳米医学的领域将会迎来更广泛和更长远的发展。
下面是纳米药物未来发展中的几个方向。
1. 个性化医疗在未来，纳米医学将更注重个体的差异和学科之间的交叉，以实现更精确、更人性化的医疗。
2. 智能纳米药物智能纳米药物是指建立在纳米结构中的相互连接的智能表面，它可以更好的计划、更好的监视和更好的治疗。
纳米农药的研究进展
纳米农药的研究进展日期:2010-08-10 来源:2010 字体大小:大中小农药对农业生产有着重要意义，同时也是我国国民经中不可缺少的一个产业。
我国农药的生产和使用量都很大，从1990年开始，农药总产量已占世界第2位，仅次于美国。
1996年，我国生产的农药品种已多达181种。
一般而言，农药分为化学农药和生物农药，我国目前生产的农药大多为化学农药，而化学农药的毒性较大，可致使人畜直接中毒，并且对环境的污染也日趋严重。
有关资料表明，我国受农药污染的土壤面积已达1 600 hm2，主要农产品的农药残留量超标率高达16%-18%，且由于长期使用某些化学农药，病虫害产生了抗药性。
据统计，20世纪50年代以来，抗药害虫已从10种增加到目前的417种。
而生物农药虽毒性小，但防治效果受多种条件的制约，其杀虫防病的能力往往不如化学农药，且成本偏高，因此还难以大规模的推广使用。
针对这些问题，研制出一系列防治效果好、用药量少、使用成本低、环境污染小、对人畜危害小的新型农药已被提到议事日程。
纳米科学技术是20世纪80年代末、90年代初期诞生并正在崛起的新兴科技，纳米科技是以1-100 nm分子大小的物质或结构为研究对象的学科，通过直接操作和安排原子、分子来创制新的物质。
由于纳米材料具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等基本特性，因此，显现出许多传统材料不具备的奇异特性。
纳米材料在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性，正因为如此，纳米科技越来越受到世界各国政府和科学家的高度重视。
美国、日本和欧盟都分别将纳米技术列为21世纪最先研究的科技。
将纳米技术与农药的研制相结合，即形成了一个新兴的纳米农药研究领域。
纳米农药的出现，不仅大大降低了用药量，提高了药效，在使用经济性上也得到突破。
真正体现了使用浓度低、杀虫防病广谱、病虫害不易产生抗性、对人畜低毒、农药残留少、对环境污染小等诸多优点。
纳米材料介导植物遗传转化的研究进展
纳米材料介导植物遗传转化的研究进展作者：杨得民曹婷婷吕敏陈楠来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2024年第01期DOI：10.3969/J.ISSN.1000-5137.2024.01.016收稿日期：2023-11-01基金项目：国家自然科学基金（21974089）作者简介：杨得民（1999—），男，硕士研究生，主要从事纳米材料用于植物基因表达调控等方面的研究. E-mail：156***************** 通信作者：陈楠（1979—），女，研究员，主要从事纳米生物效应、纳米荧光探针及纳米药物等方面的研究. E-mail：**************.cn引用格式：杨得民，曹婷婷，吕敏，等. 纳米材料介导植物遗传转化的研究进展［J］. 上海师范大学学报（自然科学版中英文），2024，53（1）：120‒128.Citation format：YANG D M，CAO T T，LYU M，et al. Research progress of nanomaterials in plant genetic transformation ［J］. Journal of Shanghai Normal University （Natural Sciences），2024，53（1）：120‒128.摘要：植物遗传转化对于改善农作物的性状，培育高产、优质、多抗性的新品种，从而降低农药和肥料的使用量等至关重要. 传统的遗传转化方法存在着诸多局限性，如物种的不普适性，植物组织易被破坏，成本高、耗时长和转化效率低等. 近几年，纳米材料介导的植物遗传转化策略逐渐被研究和尝试，并显示出了不受物种限制、生物相容性良好和操作简单等一系列优势. 文章对常用的传统遗传转化方法进行了总结，重点介绍了近年来多种纳米材料在植物遗传转化中的研究和应用进展，并讨论和展望了纳米材料在植物遗传转化应用领域的挑战和发展前景.关键词：纳米材料；纳米基因载体；植物遗传转化；基因表达调控中图分类号：Q 943.2 文献标志码：A 文章编号：1000-5137（2024）01-0120-09Abstract：Plant genetic transformation is crucial for improving quality of crop straits，cultivating new varieties with high yield，improved quality，and multi-resistance，thereby reducing the use of pesticides and fertilizers. Traditional genetic transformation approaches have great limitations，including the non-universality of species，susceptibility to plant tissue destruction，high cost，long time consumption，and low transformation efficiency. In recent years，strategies for plant genetic transformation mediated by nanomaterials have been developed and attempted，and have shown a series of advantages such as no species limitation，good biocompatibility，and simple operation. This review introduces the commonly used traditional genetic transformation methods and focuses on the recent research and application progress of various nanomaterials in plant genetic transformation. Finally，the challenges and prospects in the field of plant genetic transformation are discussed.Key words：nanomaterials；nano-gene vetors；plant genetic transformation；regulation of gene expression0 引言植物遺传转化指利用物理、化学方法或借助载体，将外源遗传物质导入植物受体细胞，并整合到受体细胞的染色体中，从而调控目的基因在受体植物中的表达水平，达到改变植物性状以及培育植物新品种的目的. 植物遗传转化技术是植物基因工程的关键，传统的植物遗传转化方法主要包括农杆菌介导法、聚乙二醇（PEG）介导法、脂质体介导法、基因枪法、花粉管通道法和超声波法等.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潛力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 农杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，pDNA）向植物细胞中的有效递送. 自此以后，农杆菌介导的植物遗传转化得到了迅速发展，目前已广泛应用于多种双子叶植物，如大豆［7］、棉花［8］、番茄［9］和烟草［10］等. 农杆菌介导的遗传转化依赖于化学物质诱导，如植物受伤后释放的酚类物质乙酰丁香酮和α酰羟基乙酰丁香酮［11］，能够诱导农杆菌吸附在植物伤口处，从而使农杆菌T-DNA发生转移，实现基因转化. 由于这些酚类物质通常不存在于单子叶植物，导致农杆菌介导的遗传转化应用范围受到限制，遗传转化效率很低. 1984年，HERNALSTEENS等［12］首次利用农杆菌成功实现了单子叶植物石刁柏的遗传转化，为实现农杆菌介导的单子叶植物遗传转化提供了可能性. 近年来，农杆菌介导的转化已经被成功应用于少部分农作物，如水稻［13］、小麦［14］和玉米［15］.农杆菌介导法是目前研究最为成熟、应用最为广泛的植物遗传转化方法. 其优势在于操作相对简单，重复性高且成本较低. 然而，该方法也存在一些明显的缺陷：（1）由于农杆菌的侵染特点，大多数单子叶植物都不会自然地被农杆菌所侵染；（2）单子叶植物的转化效率远低于双子叶植物；（3）由于农杆菌侵染后，外源DNA被随机整合到植物基因组中，很可能导致植物出现不理想的农艺性状.1.2 基因枪法1987年，KILEIN等［16］首次开发了biolistic技术，即基因枪技术，也称为粒子轰击技术，并首次使用该技术将携带DNA的钨颗粒轰击进入洋葱表皮细胞，成功转化了洋葱表皮细胞［17］. 随着研究人员对物理参数、环境和生物条件的优化，改进后的基因枪法能够转化不同的受体材料，包括原生质体［18］、愈伤组织［19］、花粉［20］等. 与农杆菌介导法相比，基因枪法较少受到植物种属的限制，适用范围更广，如CAIMI等［21］成功将解淀粉芽孢杆菌的SacB基因转入单子叶植物玉米，促进了具有较高经济价值的果聚糖合成，显示出了该方法在农作物育种改良中的应用潜力. 基于其受体植物物种的多样性，操作简便以及可以转化高达150 kb分子量的DNA等优点，基因枪法在植物基因工程中得到了广泛的发展. 然而基因枪法也存在局限性：一方面粒子轰击系统所使用的设备及材料（如金颗粒和基因枪等）较为昂贵，增加了遗传转化的成本；另一方面，粒子轰击容易对植物造成损伤，导致其转化效率降低，以及转化后的DNA片段容易发生断裂，进一步限制了转化的成功率.2 纳米材料介导的植物遗传转化与传统的植物遗传转化方法相比，纳米材料介导的基因递送策略具有多种优势，例如细胞毒性较低、操作简单和不受物种限制且能同时递送多种生物分子等. 此外，纳米材料还具有易于设计和改性的独特优势，例如，纳米材料可经过表面修饰后，实现针对特定植物细胞器（叶绿体［22］和线粒体［23］）的靶向递送. 目前，已有多种纳米材料被报道应用于植物体内的基因表达调控，主要包括碳基、纳米金、层状双氢氧化物（LDH）和肽载体等纳米材料.2.1 碳基纳米材料在植物中遗传转化的应用碳基纳米材料因具有出色的光学性能、良好的生物相容性、丰富的表面官能团等优点，被广泛应用于电子、传感、纳米医学等各个领域. 碳纳米管、碳点、石墨烯和氧化石墨烯等是碳基纳米材料家族的主要成员. 已有大量研究聚焦于碳基纳米材料与哺乳动物之间的相互作用，然而将其应用于植物基因递送的研究目前仍处于起步阶段，其作为植物遗传转化中的基因递送载体的效率和相关机制仍在探索中.2.1.1 碳点碳点是直径小于10 nm的零维碳纳米材料，因其优异的光学性能，良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学、光催化等领域. 近年来，碳点在植物方面的研究主要聚焦于其对于植物生长、发育［24］、光合作用［25］和抵抗生物胁迫［26］的影响等. 碳点的小粒径和表面丰富的官能团为其负载核酸，穿过细胞壁提供了可能性，因此研究人员尝试将碳点应用于植物核酸递送中. 碳点通常因表面带羟基或羧基而呈负电荷，WANG等［27］将聚乙烯亚胺（PEI）引入碳点表面，使其带正电荷，并通过静电吸附携带pDNA，在水稻、小麦、绿豆等多种植物中实现了基因递送和功能的表达，成功诱导水稻叶片组织产生了潮霉素抗性，如图1（a）所示. SCHWARTZ等［28］使用PEI作为碳源，通过溶剂热反应合成了用于吸附siRNA（小干扰RNA，small interfering RNA）的水溶性碳点，该纳米复合物进一步与非离子型表面活性剂混合制备成制剂，使用低压喷雾方法喷洒至烟草和番茄叶片上，沉默了绿色荧光蛋白（GFP）和内源性基因镁螯合酶H亚基（Magnesium Chelatase H，CHLH，一种叶绿素合成关键酶），如图1（b）所示，成功观察到叶片白化，并通过定量聚合酶链反应证明了相关基因mRNA转录水平的降低，如图1（c）所示.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潜力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 农杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，pDNA）向植物细胞中的有效递送. 自此以后，农杆菌介导的植物遗传转化得到了迅速发展，目前已广泛应用于多种双子叶植物，如大豆［7］、棉花［8］、番茄［9］和烟草［10］等. 农杆菌介导的遗传转化依赖于化学物质诱导，如植物受伤后释放的酚类物质乙酰丁香酮和α酰羟基乙酰丁香酮［11］，能够诱导农杆菌吸附在植物伤口处，从而使农杆菌T-DNA发生转移，实现基因转化. 由于这些酚类物质通常不存在于单子叶植物，导致农杆菌介导的遗传转化应用范围受到限制，遗传转化效率很低. 1984年，HERNALSTEENS等［12］首次利用农杆菌成功实现了单子叶植物石刁柏的遗传转化，为实现农杆菌介导的单子叶植物遗传转化提供了可能性. 近年来，农杆菌介导的转化已经被成功应用于少部分农作物，如水稻［13］、小麦［14］和玉米［15］.农杆菌介导法是目前研究最为成熟、应用最为广泛的植物遗传转化方法. 其优势在于操作相对简单，重复性高且成本较低. 然而，该方法也存在一些明显的缺陷：（1）由于农杆菌的侵染特点，大多数单子叶植物都不会自然地被农杆菌所侵染；（2）单子叶植物的转化效率远低于双子叶植物；（3）由于农杆菌侵染后，外源DNA被随机整合到植物基因组中，很可能导致植物出现不理想的农艺性状.1.2 基因枪法1987年，KILEIN等［16］首次开发了biolistic技术，即基因枪技术，也称为粒子轰击技术，并首次使用该技术将携带DNA的钨颗粒轰击进入洋葱表皮细胞，成功转化了洋葱表皮细胞［17］. 随着研究人员对物理参数、环境和生物条件的优化，改进后的基因枪法能够转化不同的受体材料，包括原生质体［18］、愈伤组织［19］、花粉［20］等. 与农杆菌介导法相比，基因枪法较少受到植物种属的限制，适用范围更广，如CAIMI等［21］成功将解淀粉芽孢杆菌的SacB基因转入单子叶植物玉米，促进了具有较高经济价值的果聚糖合成，显示出了该方法在农作物育种改良中的应用潜力. 基于其受体植物物种的多样性，操作简便以及可以转化高达150 kb分子量的DNA等优点，基因枪法在植物基因工程中得到了广泛的发展. 然而基因枪法也存在局限性：一方面粒子轰击系统所使用的设备及材料（如金颗粒和基因枪等）较为昂贵，增加了遗传转化的成本；另一方面，粒子轰击容易对植物造成损伤，导致其转化效率降低，以及转化后的DNA片段容易发生断裂，进一步限制了转化的成功率.2 纳米材料介导的植物遗传转化与传统的植物遗传转化方法相比，纳米材料介导的基因递送策略具有多种优势，例如细胞毒性较低、操作简单和不受物种限制且能同时递送多种生物分子等. 此外，纳米材料还具有易于设计和改性的独特优势，例如，纳米材料可经过表面修饰后，实现针对特定植物细胞器（叶绿体［22］和线粒体［23］）的靶向递送. 目前，已有多种纳米材料被报道应用于植物体内的基因表达调控，主要包括碳基、纳米金、层状双氢氧化物（LDH）和肽载体等纳米材料.2.1 碳基纳米材料在植物中遗传转化的应用碳基纳米材料因具有出色的光学性能、良好的生物相容性、丰富的表面官能团等优点，被广泛应用于电子、传感、纳米医学等各个领域. 碳纳米管、碳点、石墨烯和氧化石墨烯等是碳基纳米材料家族的主要成员. 已有大量研究聚焦于碳基纳米材料与哺乳动物之间的相互作用，然而将其应用于植物基因递送的研究目前仍处于起步阶段，其作为植物遗传转化中的基因递送载体的效率和相关机制仍在探索中.2.1.1 碳点碳点是直径小于10 nm的零维碳纳米材料，因其优异的光学性能，良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学、光催化等领域. 近年来，碳点在植物方面的研究主要聚焦于其对于植物生长、发育［24］、光合作用［25］和抵抗生物胁迫［26］的影响等. 碳点的小粒径和表面丰富的官能团为其负载核酸，穿过细胞壁提供了可能性，因此研究人员尝试将碳点应用于植物核酸递送中. 碳点通常因表面帶羟基或羧基而呈负电荷，WANG等［27］将聚乙烯亚胺（PEI）引入碳点表面，使其带正电荷，并通过静电吸附携带pDNA，在水稻、小麦、绿豆等多种植物中实现了基因递送和功能的表达，成功诱导水稻叶片组织产生了潮霉素抗性，如图1（a）所示. SCHWARTZ等［28］使用PEI作为碳源，通过溶剂热反应合成了用于吸附siRNA（小干扰RNA，small interfering RNA）的水溶性碳点，该纳米复合物进一步与非离子型表面活性剂混合制备成制剂，使用低压喷雾方法喷洒至烟草和番茄叶片上，沉默了绿色荧光蛋白（GFP）和内源性基因镁螯合酶H亚基（Magnesium Chelatase H，CHLH，一种叶绿素合成关键酶），如图1（b）所示，成功观察到叶片白化，并通过定量聚合酶链反应证明了相关基因mRNA转录水平的降低，如图1（c）所示.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潜力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 农杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，pDNA）向植物细胞中的有效递送. 自此以后，农杆菌介导的植物遗传转化得到了迅速发展，目前已广泛应用于多种双子叶植物，如大豆［7］、棉花［8］、番茄［9］和烟草［10］等. 农杆菌介导的遗传转化依赖于化学物质诱导，如植物受伤后释放的酚类物质乙酰丁香酮和α酰羟基乙酰丁香酮［11］，能够诱导农杆菌吸附在植物伤口处，从而使农杆菌T-DNA发生转移，实现基因转化. 由于这些酚类物质通常不存在于单子叶植物，导致农杆菌介导的遗传转化应用范围受到限制，遗传转化效率很低. 1984年，HERNALSTEENS等［12］首次利用农杆菌成功实现了单子叶植物石刁柏的遗传转化，为实现农杆菌介导的单子叶植物遗传转化提供了可能性. 近年来，农杆菌介导的转化已经被成功应用于少部分农作物，如水稻［13］、小麦［14］和玉米［15］.农杆菌介导法是目前研究最为成熟、应用最为广泛的植物遗传转化方法. 其优势在于操作相对简单，重复性高且成本较低. 然而，该方法也存在一些明显的缺陷：（1）由于农杆菌的侵染特点，大多数单子叶植物都不会自然地被农杆菌所侵染；（2）单子叶植物的转化效率远低于双子叶植物；（3）由于农杆菌侵染后，外源DNA被随机整合到植物基因组中，很可能导致植物出现不理想的农艺性状.1.2 基因枪法1987年，KILEIN等［16］首次开发了biolistic技术，即基因枪技术，也称为粒子轰击技术，并首次使用该技术将携带DNA的钨颗粒轰击进入洋葱表皮细胞，成功转化了洋葱表皮细胞［17］. 随着研究人员对物理参数、环境和生物条件的优化，改进后的基因枪法能够转化不同的受体材料，包括原生质体［18］、愈伤组织［19］、花粉［20］等. 与农杆菌介导法相比，基因枪法较少受到植物种属的限制，适用范围更广，如CAIMI等［21］成功将解淀粉芽孢杆菌的SacB基因转入单子叶植物玉米，促进了具有较高经济价值的果聚糖合成，显示出了该方法在农作物育种改良中的应用潜力. 基于其受体植物物种的多样性，操作简便以及可以转化高达150 kb分子量的DNA等优点，基因枪法在植物基因工程中得到了广泛的发展. 然而基因枪法也存在局限性：一方面粒子轰击系统所使用的设备及材料（如金颗粒和基因枪等）较为昂贵，增加了遗传转化的成本；另一方面，粒子轰击容易对植物造成损伤，导致其转化效率降低，以及转化后的DNA片段容易发生断裂，进一步限制了转化的成功率.2 纳米材料介导的植物遗传转化与传统的植物遗传转化方法相比，纳米材料介导的基因递送策略具有多种优势，例如细胞毒性较低、操作简单和不受物种限制且能同时递送多种生物分子等. 此外，纳米材料还具有易于设计和改性的独特优势，例如，纳米材料可经过表面修饰后，实现针对特定植物细胞器（叶绿体［22］和线粒体［23］）的靶向递送. 目前，已有多种纳米材料被报道应用于植物体内的基因表达调控，主要包括碳基、纳米金、层状双氢氧化物（LDH）和肽载体等纳米材料.2.1 碳基纳米材料在植物中遗传转化的应用碳基纳米材料因具有出色的光学性能、良好的生物相容性、丰富的表面官能团等优点，被广泛应用于电子、传感、纳米医学等各个领域. 碳纳米管、碳点、石墨烯和氧化石墨烯等是碳基纳米材料家族的主要成员. 已有大量研究聚焦于碳基纳米材料与哺乳动物之间的相互作用，然而将其应用于植物基因递送的研究目前仍处于起步阶段，其作为植物遗传转化中的基因遞送载体的效率和相关机制仍在探索中.2.1.1 碳点碳点是直径小于10 nm的零维碳纳米材料，因其优异的光学性能，良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学、光催化等领域. 近年来，碳点在植物方面的研究主要聚焦于其对于植物生长、发育［24］、光合作用［25］和抵抗生物胁迫［26］的影响等. 碳点的小粒径和表面丰富的官能团为其负载核酸，穿过细胞壁提供了可能性，因此研究人员尝试将碳点应用于植物核酸递送中. 碳点通常因表面带羟基或羧基而呈负电荷，WANG等［27］将聚乙烯亚胺（PEI）引入碳点表面，使其带正电荷，并通过静电吸附携带pDNA，在水稻、小麦、绿豆等多种植物中实现了基因递送和功能的表达，成功诱导水稻叶片组织产生了潮霉素抗性，如图1（a）所示. SCHWARTZ等［28］使用PEI作为碳源，通过溶剂热反应合成了用于吸附siRNA（小干扰RNA，small interfering RNA）的水溶性碳点，该纳米复合物进一步与非离子型表面活性剂混合制备成制剂，使用低压喷雾方法喷洒至烟草和番茄叶片上，沉默了绿色荧光蛋白（GFP）和内源性基因镁螯合酶H亚基（Magnesium Chelatase H，CHLH，一种叶绿素合成关键酶），如图1（b）所示，成功观察到叶片白化，并通过定量聚合酶链反应证明了相关基因mRNA转录水平的降低，如图1（c）所示.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潜力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 農杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，。
纳米科技在农业肥料与农药研发中的应用创新
纳米科技在农业肥料与农药研发中的应用创新随着全球人口的不断增长，粮食安全问题变得日益突出。
传统的农业生产方式已经无法满足世界各地不断增长的粮食需求，因此，科技创新成为解决粮食安全问题的关键。
在农业领域，纳米科技被广泛应用于肥料和农药的研发，在提高农作物产量和保护环境方面发挥了重要作用。
纳米科技是研究和应用纳米材料和纳米结构的学科。
纳米颗粒具有独特的物理、化学和生物学特性，对农业领域的应用具有巨大的潜力。
在肥料研发中，纳米颗粒可以通过提高养分的利用率和减少资源浪费来提高作物的生长和产量。
一种常见的应用是将纳米颗粒与氮、磷、钾等养分结合，形成纳米肥料。
这些纳米肥料可以通过纳米颗粒的特殊结构和化学性质，将养分更有效地释放给作物，并降低在土壤中的流失和污染程度。
同时，纳米肥料还可以通过调节土壤pH值和改善土壤结构，提高土壤肥力和作物对养分的吸收能力。
另外，纳米科技在农药研发方面也具有重要应用价值。
传统的农药在使用过程中容易流失和污染环境，同时会对非目标生物产生不良影响。
而纳米颗粒作为载体可以增加农药的稳定性和附着性，从而提高农药的效果并降低农药用量。
例如，将农药包裹在纳米载体中，可以实现药物的缓释，减少药物释放的过程，并在目标作物上形成稳定而持久的保护层。
此外，纳米载体还可以通过改变农药的物理和化学性质，提高其毒杀效果和选择性，减少非目标生物的危害。
纳米科技还在农业领域中的精准农业方面发挥着重要作用。
精准农业是利用先进的信息技术和传感器技术，对农作物进行实时监测和管理的一种农业生产模式。
纳米传感器的应用使得对于土壤和作物的监测更加精确和便捷。
这些传感器可以检测和测量土壤和作物的湿度、温度、养分含量等重要参数，并将数据传输给农民，帮助他们更好地了解植物的生长情况和土壤的状态。
通过这些信息，农民可以精确调整肥料和农药的使用，避免过量施用，提高施肥和施药效果，减少浪费和污染。
然而，纳米科技在农业领域中的应用也面临着一些挑战和风险。
纳米农药研究现状和展望-崔海信
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改善剂型功能是农药高效利用的关键途径
农药原药 难溶化合物 剂型加工 农药制剂 兑水稀释 农药药液 农药施用 雾化分散
分散性差
沉积性差 生物活性低 降解缓慢
靶标作物利用率不到30%；有害生物受药量不足0.1%
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纳米农药理论基础
运用纳米药物学的理论与方法，通过纳米材料制备技术，通 过纳米载体、药效成分与助剂的有效复合，创制具有靶向传输、 智能释放、环境效应等功能的农药新剂型，是发展高效安全的 绿色农药新产品的重要科学途径。主要纳米载药体系如下: (1)纳米微乳 (2)纳米颗粒 (3)纳米微囊 (4)纳米微球 (5)纳米溶胶 (6)纳米混悬剂 (7)固体纳米分散体
采用聚合交联制备中空微球 纳米载药系统，通过合理化 设计调控农药释放行为。
多空复合物微球
溶剂对载药微球形貌影响
三氯甲烷 二氯甲烷
载药微球与普通微球形貌
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阿维菌素/多孔二氧化硅纳米微球
通过调控纳米微球的孔状结构，
实现农药释放的精准调控，可 以显著延长阿维菌素等生物农 药的持效期。
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5、纳米混悬剂
地 表 水
水产品
农产品残留、环境污染、生物多样性破坏、生态退化。
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我国农药产业升级面临严峻挑战
我国年产农药 260余种，产量 300万吨，产值 2000 亿元。
产品结构以仍可湿性粉剂和乳油制剂为主，有机溶
剂用量大，高效、环保与高值化产品比例不高。 农药行业面临国内外农药规制和市场竞争双重压力， 环境友好型农药已经产品更新换代的发展主流。
膜乳化与O/W单乳法相结合
相反转乳化
采用聚合交联制备中空微球纳米载药系 统，通过合理化设计调控农药释放行为。
植物源农药的研究进展
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第２ ４卷
第 ５期
青 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ｌ ｆ ｉ ｈｉ ｎ ｅ ｉ （ ａ ｒ Ｓｉ ｃ） ｏｍａ ｏ Ｑｎ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ Ｎ ｔ ｅ ｃ ｎｅ ｇ ｖ ｓｙ ｕ ｅ
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收 稿 日期 ：Ｏ ６— ５—１ ２Ｏ ０ ２
基金项 目： 教育部春晖计划项 目（ ｚ一２Ｏ ２—６０７ 。 Ｏ４— ３０ ）
作 者 简 介 ： 晓 明 （９卜 ） 男 ， 南 郑 州人 ， 段 １６ ， 河 副教 授 。
纳米农药风险评价研究进展
农药是农业生产中重要的生产资料，目前依然是控制农作物病虫草害最直接、最有效的手段，在全球粮食生产过程中发挥着不可替代的作用。
据WHO统计，到21世纪80年代全球人口将超100亿，这要求全球粮食产量在当前的基础上至少增加50%。
不断减少的耕地面积和不断增加的粮食需求，要求更多的或更有效的植保产品投入使用。
但是，为了追求产量，盲目、不科学地使用农药，会给生态安全和人类健康安全带来不可估量的危害。
近年来，纳米科技在农业领域发展迅速，已经在新型农药制剂、肥料、生物传感器、植物生长调节剂、土壤修复等多个领域广泛应用。
纳米农药是指利用纳米材料或者纳米制备技术与设备，将原药、载体、助剂等配制成纳米尺度的新剂型。
目前，在纳米农药制备、表征及有效性方面已有大量的研究报道。
相对于传统常规农药，纳米农药可增加农药运输储藏过程中有效成分的稳定性，可提高田间喷施过程中有效成分的延展性、湿润性和靶标吸附性；另外结合纳米材料可实现有效成分的智能控释。
Melanie等系统分析了已经报道的78篇关于纳米农药有效性的文章，结果表明纳米农药对靶标生物的防治效果相对传统农药提高了20%～30%。
在农业生产中，纳米农药可通过提高药效和减少流失来提高农药利用率，减少有效成分施用量，符合农业可持续发展的要求。
任何一项新技术都有两面性，纳米农药也不例外。
虽然纳米农药可以通过减少农药有效成分施用量而减少环境和人群在农药中暴露量，但是纳米农药可能通过提高有效成分生物有效性、改变有效成分富集代谢行为或作用机制增加了潜在的环境风险和健康风险。
另外，纳米材料本身以及纳米材料与农药有效成分组成的复合物对环境安全和人类健康的影响也存在不确定性。
目前，我国还未有纳米农药取得登记和商业化，主要是由于目前现有的农药登记风险评价方法是否适用于纳米农药还有待商榷。
本文系统梳理了目前纳米农药研发及其环境风险和健康风险研究现状，旨在为纳米农药的科学使用和准确评价提供依据。
纳米生物农药的研究开发与产业化
由十届全 国人大常委会 审议通过 ， 草案》明确规 《
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纳米生物农药的研究开
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植保 所共 同承担 的《 四川省科 技攻关 一 纳米 专项》 课题 显 著 而 稳 定 。
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Bioprocess 生物过程, 2017, 7(4), 49-53Published Online December 2017 in Hans. /journal/bphttps:///10.12677/bp.2017.74007Advance of Nanotechnology for theEncapsulation of Botanical InsecticidesChenxia Yao1, Yafei Liu1, Jinlong Huang2, Yongming Ruan1*1College of Chemistry and Life Science, Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang2Yunnan Summit Biotechnology Co., Ltd, Chuxiong YunnanReceived: Nov. 21st, 2017; accepted: Dec. 4th, 2017; published: Dec. 11th, 2017AbstractThe article mainly discusses the use of nanotechnology in combination with botanical insecticides in order to develop systems for pest control in agriculture. Botanical insecticides are about the safety of human and environment, its development is more and more attentive. But due to the poor stability of botanical insecticides, volatile and other drawbacks, which limit its application and development. And Nanotechnology can effectively solve this problem, the combination of na-notechnology with botanical insecticides can develop new insecticide with higher stability, better effect and less pollution.KeywordsNanotechnology, Botanical Insecticides, Pest Control纳米植物源农药的研究进展姚陈霞1，刘亚飞1，黄金龙2，阮永明1*1浙江师范大学，化学与生命科学学院，浙江金华2云南森美达生物科技有限公司，云南楚雄收稿日期：2017年11月21日；录用日期：2017年12月4日；发布日期：2017年12月11日摘要本文主要阐述了利用纳米技术和植物源农药相结合的方式，发展农业害虫防控系统的研究进展。
植物源*通讯作者。
姚陈霞等农药因对人类和环境安全，其研发越来越被重视。
但是由于植物源农药稳定性较差、易挥发等弊端，限制了其应用和发展。
而纳米技术可以有效解决这一问题，纳米技术和植物源农药相结合可以开发出稳定性更高、效果更好、污染更小的新型杀虫剂。
关键词纳米技术，植物源农药，害虫防控Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言面对快速增长的人口，粮食的可持续生产是全球农业部门面临的主要挑战之一[1][2]。
为了提高农业生产力，增加农药和化肥的使用必不可免。
然而农药的使用却给人类和其他非靶标生物带来了严重的危害。
每年有250万吨杀虫剂用于农作物[3]。
少量使用杀虫剂会增加害虫的抗性并且影响食品的质量，过度使用和滥用杀虫剂会造成很大的浪费，增加成本并对环境和人类健康带来不利影响[4][5]。
此外，据估计农药在使用时期超过90%的农药都流失到空气中，既污染环境也提高了农民施药的成本[6]。
因此，寻找安全高效的杀虫剂代替高污染的农药杀虫剂迫在眉睫。
纳米生物农药的出现，为实现农药安全提供了极大的保证[6][7]。
2. 植物源农药的研究现状在整个进化过程中，许多植物次生代谢物具有保护植物抵御昆虫的功能，最常见的植物次生代谢产物有生物碱、酚类、萜类化合物[8]。
这些次生代谢物一般存在于植物或植物的部分组织中，可以通过水萃取、有机溶剂或水蒸气蒸馏法、超临界流体萃取法、超声波辅助提取法等提取[9][10]。
植物次生代谢物的作用机制不尽相同，特别是那些活性成分是由复杂的混合物组成的次生代谢物，它们对靶标生物的毒性和忌避活性会使靶标生物不孕、生长减慢和行为异常[11]。
Kim和lee [12]测定了罗勒和柑橘两种植物源精油对储量害虫玉米象和赤拟谷盗的杀虫作用。
结果表明两种精油都可以作为杀虫剂或熏蒸剂来控制这两种害虫。
Fouad等[13]测定了巴西本地植物万寿菊、郁金、芸香苷、九石楠、决明子和肿柄菊的水提取物对麦蛾卵的作用效果。
结果发现，肿柄菊和芸香苷的提取物对麦蛾卵有较强的毒性，死亡率分别是52.67%和44.67%，对照组昆虫的死亡率分别是18.67%，所有的提取物对供试昆虫都有一定的抑制作用。
Gome [14]测定了胡椒精油的主要成分，主要成分为鹿香草酚(69.91%)、罗勒烯(14.84%)、石竹烯(4.04%)和月桂烯(3.57%)。
并测定了不同浓度的胡椒精油对棕色犬壁虱和辣椒蜱幼虫和若虫的杀虫活性。
结果表明随着精油浓度的升高，供试昆虫的死亡率也增加，精油的浓度和供试昆虫的死亡率存在正相关性。
新农药的开发应考虑提高其杀虫效力和稳定性，同时对环境和人类安全。
虽然已经有研究表明植物提取物或植物精油对农业害虫有控制作用，但是由于植物源农药具有低稳定性、高挥发性、热分解性等，对其开发造成很大困扰。
而纳米系统可以改善植物源农药并提高其杀虫效力，纳米技术的应用可以为新农药的开发提供一种途径。
姚陈霞等3. 纳米技术在植物源农药上的研究和应用纳米技术是以1~100 nm分子大小的结构或物质为研究对象，纳米材料拥有多种其他材料不具备的优异性，纳米材料与植物源农药相结合，可以增强药物进入靶生物体内的能力，能够提高农药的稳定性并产生新的控释作用[15][16]。
纳米制剂可改善天然产品的稳定性和有效性，具有控制活性化合物释放到靶生物体的能力，然后控制小分子物质释放到作用部位。
他们还可以减少杀虫剂对非靶生物的不良毒副作用、提高杀虫剂的稳定性、保护其活性成分不被微生物降解。
纳米技术显著提高了杀虫剂杀虫效果，因此开发纳米技术植物源农药是目前研发新农药的重点[17]。
3.1. 纳米印楝素颗粒印楝树衍生物在农业上广泛用于防治昆虫、线虫、真菌和细菌；在制药行业，用来生产卫生用品。
然而，由于印楝素对温度和光敏感以及易被微生物降解等都会迅速使其失去活性。
如果印楝素与纳米系统相结合就可以保护其不被降解。
Riyajan等[18]开发涂有天然橡胶的网状海藻酸钠与戊二醛胶囊剂，来测定印楝素的释放。
发现用涂有橡胶的微胶囊比无橡胶覆盖的微胶囊释放更慢。
在相同时间内(24 h)，无橡胶覆盖的纳米胶囊的释放率是100%，而涂有橡胶的纳米胶囊释放率是80%。
印楝素在海藻酸钠颗粒的成功封装为未来的农业应用提供了可能。
最近报道了一种含有印楝素的聚ε-已内酯纳米颗粒以及该系统所用的喷雾干燥粉末的新制备技术。
Forim [19]测定了纳米印楝素颗粒的稳定性和释放率。
发现最佳的纳米印楝素颗粒封装效率达到98%，其粒径大小平均为245 nm、多分散指数低于0.2、电位为−32 mV。
电子显微镜观察到颗粒呈球形形态，并表明活性成分的释放是由于聚合物链的松弛或聚合物被破坏。
纳米颗粒提高了印楝素在紫外线辐射下的稳定性和水溶性。
用纳米印楝素颗粒(5000 mg/kg)处理小菜蛾，其死亡率为100%。
Costa等[20]制备不同的含印楝素的剂型(纳米胶囊、微胶囊、浓缩乳状液)，在紫外线的照射下观察制剂的稳定性，并与商业产品的稳定性进行比较，还测定了制剂对豆象的杀虫效力。
结果发现在紫外线的照射下纳米制剂比商业产品更稳定，未封装的化合物在七天内完全降解，而封装的印楝素14天只降解了20%。
目前有关印楝素纳米制剂的文献报道很少，但由于其在农业系统上的应用价值，所以它的研发是很有必要的。
3.2. 纳米鱼藤酮颗粒鱼藤酮是一种植物源杀虫剂，存在于豆科鱼藤酮属植物的根或根茎中。
由于鱼藤酮在紫外线下易降解、对鱼类的毒性强、水溶性低等原因限制了其在农业上的应用[21][22]。
Lao [23]制备和表征两性分子衍生物N(18醇-1-环氧丙基醚)-O-壳聚糖硫酸盐作为鱼藤酮的载体。
测定了临界胶束浓度、胶束形态、鱼藤酮在水介质中的释放曲线。
利用自组装的方法成功地合成了壳聚糖衍生物，生产大小为167.7~214.0 nm 电位为−45~51.9 mV的胶束。
鱼藤酮杀虫剂成功地封装在浓度为26 mg/mL的纳米胶束中，其水溶度是鱼藤酮在水中溶解度的13,000倍。
体外释放实验表明，胶束会改变鱼藤酮的释放速率，封装的鱼藤酮，150 h后释放约70%，230小时候达到最大释放，未封装的鱼藤酮，9 h后释放70%，27 h达到最大释放。
合成的壳聚糖衍生物具有封装和控制鱼藤酮释放的潜能，也可以用来封装一些不溶于水的天然产物农药。
Martin等[24]利用超临界辅助雾化技术研究鱼藤酮在生物降解聚合物中的包封作用。
对三种类型的聚合物即聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、海藻酸钠进行了测试。
测定了不同的聚合物/生物农药比例，并测定了其包封率、形态和颗粒大小。
包封率最好的是海藻酸钠/鱼藤酮(100%)和聚乙二醇/鱼藤酮(98%)系统，而由聚乙烯吡咯烷酮/鱼藤酮组成的微粒包封率最差(30%~50%)。
在农业领域使用聚合物封装的鱼藤酮可以大大减少鱼藤酮的使用量。
目前为止，还没有对含有鱼藤酮的纳米制剂的活性与游离的化合物进行比姚陈霞等较，所以在实际应用中无法对其进行确切的评价。
3.3. 纳米大蒜精油颗粒Yang等[25]用聚乙二醇纳米颗粒作为大蒜精油的载体，并测定了大蒜精油纳米颗粒对赤拟谷盗的杀虫活性。
大蒜精油的主要成分是二烯丙基二硫和三硫化物，具有杀虫、杀菌活性。