植物挥发物负载核壳微纳米纤维：实现对害虫高效持久的两性诱捕及其在农业害虫防治中的意义

《Journal of Nanobiotechnology》：Plant volatiles-loaded core-shell micro-nano fibers to achieve efficient and sustained bisexual attraction to pests

化学农药面临功效和环境影响的挑战，植物源食物引诱剂成为绿色替代方案，但存在有效期短的问题。研究人员制备植物挥发物负载的核壳微纳米纤维垫（FF），其能持续释放引诱剂，有效诱捕草地螟成虫，为可持续农业和害虫治理提供了新途径。

　　在农业生产的大舞台上，化学农药一直是对抗害虫的 “主力军”，但随着时间的推移，它暴露出了诸多问题。传统化学农药不仅对环境造成严重污染，还使得害虫产生抗药性，威胁着全球农业的可持续发展。与此同时，气候变化的影响让农药的效果大打折扣，对非目标生物的毒性也在增加，就连地下水和土壤都受到了农药的污染。以草地螟（Loxostege sticticalis）为例，这种害虫分布广泛，严重影响农作物的产量，迫切需要寻找新的害虫防治方法。

植物源食物引诱剂作为一种绿色替代方案，逐渐进入人们的视野。它利用酵母、蛋白质、氨溶液、细菌和植物挥发物等物质，能有效地诱捕害虫，减少害虫种群数量。然而，这些引诱剂在实际应用中却面临着难题，挥发性有机化合物（VOCs）的释放难以控制，在野外条件下容易快速挥发，导致有效期短，无法大规模应用。

为了解决这些问题，中国农业科学院植物保护研究所的研究人员开展了一项关于植物挥发物负载核壳微纳米纤维的研究。他们通过同轴电纺丝技术，制备了能够负载食物引诱剂的核壳微纳米纤维垫（FF），旨在实现对害虫高效持久的两性诱捕，为可持续农业和害虫治理提供新的策略。该研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。

研究人员在研究过程中，运用了多种关键技术方法。首先是同轴电纺丝技术，用于制备核壳微纳米纤维垫；其次是傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）等多种材料表征技术，对纤维垫的结构和成分进行分析；还利用高效液相色谱（HPLC）技术，研究纤维垫的装载和释放性能；此外，通过电生理记录（EAG）和昆虫行为测试，评估纤维垫对害虫的吸引力。

研究结果如下：

• 核壳微纳米纤维的表征：通过透射电子显微镜（TEM）和激光共聚焦显微镜（LSM）观察，证实了核壳结构的成功形成，纤维直径均匀，平均直径为 1.39±0.0456μm。FTIR、UV 光谱等分析表明，食物引诱剂成功负载到纤维垫上，且聚合物之间具有良好的化学相容性。
• 装载和释放性能：FF 对 1 - 辛烯 - 3 - 醇、反式 - 2 - 己烯醛、芳樟醇和茴香脑的平均包封效率达到 78.5%，在 80 天内释放超过 60% 的引诱剂，有效减缓了初期的突释现象。释放曲线符合一级释放模型，不同化合物的释放行为相似。
• FF 的抗逆性：FF 具有良好的疏水性，初始水接触角约为 116°，能有效保护活性分子的释放。在可见光范围内，其反射率为 60%，有助于减少阳光直射和温度升高对活性分子的影响。尽管在紫外线范围内反射率较低，但核壳结构仍提高了其抗紫外线和耐候性。FF 的拉伸强度为 2.6MPa，断裂伸长率为 289.34%，表现出良好的韧性和抗外部损伤能力。
• FF 的降解性：通过堆肥实验和野外模拟实验发现，FF 在土壤中具有良好的生物降解性，在使用过程中纤维直径逐渐减小，能有效防止活性分子的早期突释和后期拖尾释放问题。
• EAG 和昆虫行为研究：EAG 测试表明，FF 对草地螟雌雄成虫均有较强的刺激作用，且这种作用至少能持续 90 天。昆虫行为测试显示，FF 对草地螟雌雄成虫的吸引力至少能持续 75 天，与室内释放测试结果一致，证明了 FF 能实现持续有效的释放。
• 田间诱捕性能：田间诱捕实验表明，FF 的诱捕效果优于商业缓释载体（RS），能吸引更多的草地螟成虫，且对雌雄成虫的诱捕数量无显著差异，实现了高效的两性诱捕。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功制备了负载食物引诱剂的核壳微纳米纤维垫，其具有高效的包封能力、良好的缓释性能、多种优良特性以及出色的田间诱捕效果。这为植物源食物引诱剂提供了一种高效、环保的载体，为可持续农业和害虫治理开辟了新道路。然而，由于昆虫迁移的影响，研究未能进行长期的诱捕监测，未来需要在更长时间尺度上进行研究。同时，野外环境复杂，降雨、紫外线辐射、高温、臭氧水平和风速等因素对纤维垫的影响也需要进一步综合评估。总的来说，这项研究为传统农药的绿色替代提供了创新策略，对推动农业可持续发展具有重要意义。