综述：纳米农药防治初级和次级仓储害虫的研究现状与未来展望

《Heliyon》：Nanopesticides for managing primary and secondary stored product pests: Current status and future directions

这篇综述聚焦纳米农药在仓储害虫防治领域的应用。详细探讨了纳米颗粒（NPs）对初级和次级仓储害虫的防治效果，分析其作用机制，如诱导氧化应激等。还讨论了纳米农药的优势、挑战，并对未来发展方向提出展望，为仓储害虫防治提供新思路。

　　

1. 引言

农业产品的储存是一项古老的人类活动，然而，仓储害虫给农产品带来了巨大威胁。这些害虫不仅会降低农作物产量和质量，还可能危害植物、动物和人类健康，导致严重的经济损失，例如谷斑皮蠹能侵害超过 100 种储存产品 。同时，害虫还可能改变储存谷物的湿度和温度，为抗药性病原体的生长创造条件。

为了应对害虫问题，人们采用了多种防治方法，包括化学、物理和生物方法等。但传统化学杀虫剂存在环境污染和害虫抗药性等问题，而纳米颗粒（NPs）作为一种新兴的替代方案，具有化学溶解性增强、剂量需求低、活性成分可控释放和环境毒性低等优点，在害虫防治领域展现出了潜力，不过目前缺乏对其防治仓储害虫效果的全面综述。

2. 仓储害虫的防治方法

仓储害虫可分为初级和次级害虫。初级害虫如谷蠹（Rhyzopertha dominica F.）、谷象（Sitophilus granarius L.）等会直接取食完整的谷物，造成大量损失；次级害虫如赤拟谷盗（Tribolium castaneum Herbst）则以受损谷物为食，进一步加剧谷物的变质。

常见的防治策略包括物理、化学和生物方法。生物防治利用自然天敌、寄生蜂和微生物等生物制剂，安全且环保，如赤眼蜂和捕食性瓢虫在害虫防治中效果显著 。物理方法通过控制温度、调节气体环境和机械操作来防治害虫，例如极端温度会影响害虫的生存和繁殖。化学方法使用化学杀虫剂和熏蒸剂，虽广泛应用，但害虫抗药性的产生以及对人类健康和环境的危害限制了其使用 。

近年来，纳米颗粒在仓储害虫防治方面受到关注。纳米颗粒的绿色合成方法使用生物提取物，如植物、细菌等，相较于物理和化学合成方法，具有成本低、环境友好等优势。研究表明，多种纳米颗粒，如氧化铝（AlNPs）、铜（CuNPs）等，对仓储害虫具有杀虫活性，并且纳米颗粒还可作为杀虫剂传递剂和土壤养分改良剂，在农业领域具有广阔的应用前景 。

3. 纳米颗粒防治仓储害虫的研究

3.1 纳米颗粒对初级仓储害虫的防治

众多研究表明，不同类型的纳米颗粒对初级仓储害虫有显著的防治效果。在对豆象（Callosobruchus maculatus/chinensis）的研究中，稻草衍生的二氧化硅纳米颗粒（SNPs）不仅能在 200 ppm 浓度下使豆象死亡率达到 100%，还能提高豇豆种子的发芽率 。不同种类的纳米颗粒对豆象的不同发育阶段影响各异，例如硒（Se）和二氧化钛（TiO₂）纳米颗粒能显著降低豆象卵的孵化率和幼虫到成虫的存活率 。

对于象鼻虫属（Sitophilus）害虫，如米象（Sitophilus oryzae）和谷象，聚合物、壳聚糖、二氧化硅和金属纳米颗粒等都显示出一定的防治效果。研究发现，氧化铜（CuO）纳米颗粒能有效控制谷象和谷蠹，同时对小麦生长有促进作用 。但部分纳米颗粒的应用需要注意安全性，一些纳米颗粒处理后的实验小鼠出现了肝脏变化。

谷蠹是重要的仓储害虫，许多纳米颗粒对其具有杀虫活性。通过植物还原法合成的银纳米颗粒对谷蠹和其他仓储害虫具有杀虫效果 。不同类型的二氧化硅纳米颗粒，如 Aerosil 和 Nanosav Si NPs，在小麦和去皮大麦上对谷蠹和杂拟谷盗成虫也表现出杀虫功效 。

谷斑皮蠹是一种危害性极大的害虫，研究发现，特定浓度的 SNPs 和 ANPs 能使谷斑皮蠹二龄幼虫死亡率超过 90%，并降低成虫的繁殖力 。从植物中提取的阿魏碱合成的银纳米颗粒对谷斑皮蠹具有显著的杀虫和生长抑制作用 。

3.2 纳米颗粒对次级仓储害虫的防治

次级仓储害虫同样给农产品储存带来挑战，纳米颗粒在防治这些害虫方面也有一定成效。赤拟谷盗是常见的次级仓储害虫，研究表明，负载胡椒和薄荷精油的壳聚糖纳米颗粒能有效控制赤拟谷盗和米象 。纳米沸石可作为替代害虫控制剂，有效靶向赤拟谷盗和杂拟谷盗 。由细菌提取物、金合欢和番荔枝合成的环保型铜纳米颗粒对赤拟谷盗也有效果 。

纳米颗粒还可与其他杀虫剂结合使用，增强防治效果。例如，银纳米颗粒与马拉硫磷结合，对赤拟谷盗的死亡率和驱避性比单独使用时更高 。负载丁香精油的聚乙二醇（PEG）纳米颗粒能持续释放丁香精油，提供长达 16 周的保护，但仍需进一步优化以提高杀虫效果 。

4. 纳米颗粒的作用机制

纳米颗粒对害虫的作用机制涉及多个层面。在细胞层面，纳米颗粒可通过内吞作用、转胞吞作用、吞噬作用和扩散等方式进入昆虫细胞和中肠 。进入细胞后，纳米颗粒会改变细胞膜的通透性，导致细胞膜损伤，引发细胞毒性。例如，银纳米颗粒能使暗黑鳃金龟卵巢组织出现病理生理和超微结构变化，导致细胞凋亡 。

纳米颗粒还会引发氧化应激反应，破坏细胞内的氧化还原平衡，产生大量活性氧（ROS） 。ROS 会损伤细胞内的脂质、蛋白质和 DNA 等成分，干扰细胞的正常代谢和功能。在对家蚕的研究中，纳米二氧化硅（nSiO₂）暴露导致家蚕中肠组织损伤，同时诱导抗氧化酶活性升高，改变了氨基酸代谢、脂质代谢和外源生物降解相关途径的基因表达 。

此外，纳米颗粒还会对昆虫的酶活性和蛋白质结构功能产生影响。不同的纳米颗粒会使昆虫体内的酶活性发生改变，例如，氧化锌（ZnO）纳米颗粒能增强某些酶的活性，干扰昆虫的消化和免疫生理以及发育 。纳米颗粒还可能导致昆虫肠道微生物多样性减少，有益微生物减少，有害微生物增加，进一步破坏昆虫的生理平衡 。

5. 纳米颗粒的功效和生物安全性研究

许多研究显示，纳米颗粒在害虫防治方面效果显著。例如，Bt-ZnO 纳米颗粒在 25 μg/mL 浓度下可使绿豆象死亡率达到 100%（LC₅₀为 10.71 μg/mL） 。纳米二氧化硅和纳米氧化锌在 1000 ppm 浓度下能使绿豆象死亡率达到 100% 。但目前多数研究结果来自实验室或控制储存试验，缺乏田间规模的研究，其在实际应用中的安全性和可靠性仍需进一步验证 。

在生物安全性方面，纳米颗粒对种子发芽的影响因种类和浓度而异。部分纳米颗粒能促进种子发芽，如稻草基二氧化硅纳米颗粒在防治害虫的同时还能提高豇豆种子发芽率 。但也有纳米颗粒会抑制种子发芽，如 40 ppm 的绿色氧化镍（NiO）纳米颗粒会显著降低种子发芽率 。

纳米颗粒对非靶标生物的影响也受到关注。一些研究表明，某些纳米颗粒对非靶标水生生物和细胞毒性较小，同时仍具有杀虫活性 。但纳米颗粒的剂量和浓度对其安全性有重要影响，高浓度的铜和氧化锌纳米颗粒可能会破坏作物的营养平衡，对食品安全和人类健康构成风险 。此外，纳米颗粒还可能导致特定器官的毒性，如氧化锌和二氧化硅纳米颗粒会使实验动物出现肝脏异常 。

6. 纳米颗粒在仓储害虫防治中的优势、挑战和前景

纳米农药在仓储害虫防治中具有诸多优势。其靶向性强，能有效控制害虫，如丁香精油纳米颗粒能在 16 周内使赤拟谷盗死亡率保持在 70% 以上 。纳米农药还能减少环境污染，对非靶标生物的负面影响较小，且部分纳米颗粒能促进种子发芽和作物生长 。此外，纳米颗粒可与其他害虫防治方法结合，提高防治效果，如银纳米颗粒与马拉硫磷结合可增强对赤拟谷盗的防治效果 。

然而，纳米农药的广泛应用也面临一些挑战。目前缺乏标准化的合成方法和应用协议，导致研究结果不一致，难以确定通用的指导方针和剂量标准 。不同纳米颗粒的特性差异，如大小、形状和 zeta 电位等，也增加了应用的复杂性 。同时，许多国家缺乏纳米颗粒作为杀虫剂的批准和商业化的明确指导方针，生物安全性评估也相对匮乏 。

未来，应优先开发多功能纳米颗粒，通过跨学科研究，使其既能防治害虫又能提供植物营养。利用人工智能设计优化的纳米颗粒配方也是一个重要方向 。此外，还需加强对纳米颗粒合成和应用的标准化研究，重视生物安全性评估，以确保纳米农药在农业中的安全有效应用 。

7. 结论

纳米颗粒作为杀虫剂在仓储害虫防治方面具有高效创新的潜力，不仅能有效控制害虫，还可能带来增强种子发芽、降低毒性和环境中快速降解等益处 。多种纳米颗粒对初级和次级仓储害虫都表现出显著的杀虫活性，其作用机制主要包括诱导氧化应激、破坏细胞功能和造成结构损伤等 。

但在将纳米颗粒应用于害虫管理时，仍需解决一些关键问题，如标准化合成方法、全面的生物安全性研究以及对长期生态影响的深入理解 。纳米颗粒与传统杀虫剂结合虽能提高防治效率，但需谨慎考虑化学杀虫剂的危害 。未来研究应聚焦于优化纳米颗粒配方、标准化应用方法，并通过广泛的生物安全性评估确保其安全性 。只有在科技创新与环境保护之间取得平衡，纳米农药才能在可持续害虫管理实践中发挥重要作用，减少农产品产后损失，保障粮食安全 。