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为提升蜘蛛毒液蛋白 ω-HXTX-Hv1a（Hv1a）稳定性和杀虫活性，研究人员将其封装于纳米胶囊，效果显著，助力农业害虫防治。
在全球人口持续增长的大背景下，粮食安全问题日益凸显。为了在有限的土地上产出足够的粮食，不仅要提高农业产量，还得有效保护农作物免受害虫侵害。传统化学农药虽能杀虫，但长期使用会造成环境污染、害虫抗药性增强等问题。生物蛋白农药，尤其是从昆虫病原体或天然毒素中提取的，因其高靶向特异性、低毒性和低环境残留等优势，成为减少化学农药依赖的可行策略。然而，这类生物农药在实际应用中却面临着活性成分稳定性差和生物利用度低的难题，就像在野外 “脆弱的战士”，很容易被环境因素降解，导致杀虫效果大打折扣。
为了解决这些问题，上海应用技术大学等研究机构的研究人员开展了一项关于利用纳米技术提升蜘蛛毒液蛋白 ω-HXTX-Hv1a（Hv1a）稳定性和杀虫活性的研究。该研究成果发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》上，为农业害虫防治开辟了新的方向。
研究人员在研究过程中，主要运用了以下关键技术方法：首先是重组细菌的构建与表达，利用大肠杆菌 TOP10 作为宿主菌株，PGEX-2T 作为质粒载体，构建表达载体来表达 Hv1a；其次是蛋白的提取与纯化，通过特定的裂解缓冲液裂解细菌细胞，再经离心、GST 亲和层析柱等步骤获取目标蛋白；然后是纳米胶囊的制备，采用离子交联法，将 Hv1a 与壳聚糖、三聚磷酸钠溶液混合制备纳米 - Hv1a（Nano-Hv1a），并对其进行表征分析；最后进行了一系列的实验，包括光降解实验、对昆虫生长和死亡率影响的测定以及拒食活性测定等。
下面来看看具体的研究结果：
- Hv1a 的原核表达：成功构建了含有 Hv1a 基因的质粒，并在大肠杆菌 TOP10 中有效表达。通过 Western blot 分析确认，带有 GST 标签的重组蛋白分子量约为 30kDa，且蛋白纯度较高。Hv1a 独特的结构特征，尤其是抑制性胱氨酸结（ICK）基序，使其具有良好的稳定性，而纳米载体的封装进一步增强了这种稳定性。
- 纳米胶囊的物理化学性质：利用离子交联法制备的壳聚糖纳米胶囊，粒径为 141.1±10nm，ζ 电位为 + 35.10mV 。FTIR 分析证实了壳聚糖聚合物的存在，TEM 分析显示纳米胶囊呈球形，大小在 100 - 150nm 之间。纳米胶囊的蛋白包封率高达 94.60±2.48%，载药率为 23.73±1.69%，表明其是 Hv1a 的有效载体。
- 接触角和粘附功：纳米胶囊在白菜叶上的接触角为 27.1°，小于 Hv1a 蛋白溶液的 38.2°，这表明纳米胶囊具有更好的润湿性，能更均匀地附着在叶片表面，减少药剂损失。
- 纳米胶囊的光降解实验：随着光照时间的增加，Hv1a 和 Nano-Hv1a 的降解程度增加。30 小时光照后，Hv1a 几乎完全降解，而 Nano-Hv1a 仍保留约 40% 的活性，这充分体现了壳聚糖对 Hv1a 的保护作用，使其在光照下更稳定。
- 对棉铃虫幼虫生长和死亡率的影响：Nano-Hv1a 对棉铃虫初孵幼虫的致死效果比 Hv1a 更显著，7 天后死亡率分别为 78.12% 和 34.25%。初孵幼虫对 Hv1a 和 Nano-Hv1a 的敏感性高于三龄幼虫。此外，昆虫会对 Hv1a 和 Nano-Hv1a 产生拒食行为，但由于 Nano-Hv1a 的缓释特性，其杀虫效果更持久。同时，随着 Nano-Hv1a 浓度的增加，对昆虫体重的抑制率也增加。
- 对棉铃虫幼虫拒食活性的影响：光降解会显著降低 Hv1a 的拒食效果，24 小时光降解后，其拒食率降至 1.60±0.63% 。而 Nano-Hv1a 在光降解 24 小时后，拒食率仍保持在 37.19±1.23%，说明壳聚糖能有效保护 Hv1a，使其拒食效果得以维持。
研究结论和讨论部分指出，研究人员成功表达了蛋白 Hv1a 并将其封装在纳米胶囊中。在实际应用中，这种纳米胶囊修饰后的 Hv1a 增强了对叶片表面的粘附力，能有效抵御紫外线的降解。这一研究为高效蛋白质基农药的开发提供了宝贵的思路，借助纳米技术优化制备过程，提高了蛋白质杀虫剂的稳定性和功效，为农业可持续发展提供了一种绿色、可持续的农药选择，有望在未来农业害虫防治领域发挥重要作用，在保障粮食安全的同时，减少对环境的负面影响。
