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  • 華中昆蟲研究(第十四卷)
    該商品所屬分類:自然科學 -> 生物科學
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    217-314
    【作者】 王滿囷雷朝亮朱芬 
    【所屬類別】 圖書  自然科學  生物科學  昆蟲學 
    【出版社】中國農業科學技術出版社 
    【ISBN】9787511638724
    【折扣說明】一次購物滿999元台幣免運費+贈品
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    內容介紹



    開本:16開
    紙張:膠版紙
    包裝:平裝-膠訂

    是否套裝:否
    國際標準書號ISBN:9787511638724
    作者:王滿囷,雷朝亮,朱芬

    出版社:中國農業科學技術出版社
    出版時間:2018年12月 

        
        
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    內容簡介

    《華中昆蟲研究》第十四卷:為2018年華中三省昆蟲學會學術論文集,論文研究層次包含昆蟲學的基礎、應用基礎研究和技術推廣,研究方向涉及昆蟲生態、昆蟲生理等,地域涵蓋湖南、湖北和河南,論文作者以中青年昆蟲研究工作者為主體,研究生論文占有相當的比例,同時包含有學科動態和少量論文摘要。

    作者簡介

    王滿囷,湖北省昆蟲學會理事長,1994年於山西農業大學,獲得農學學士學位;1997年於山西農業大學,獲理學碩士學位;2000年於南京林業大學,獲博士學位。2000-2002年在南京林業大學林業工程博士後流動站工作。2006年至2007年英國洛桑研究所訪問學者,從事昆蟲行為學及氣味結合蛋白的克隆、表達及純化等方面的研究。2011年度,獲湖北省傑出青年人纔基金、*新世紀優秀人纔支持計劃。目前為華中農業大學植物科技學院教授。
    雷朝亮,男,1955年8月出生,教授、博士生導師,九三學昆蟲學會常務理事、中國昆蟲學會資源昆蟲專業委員會主任、事長、華中農業大學昆蟲資源研究所所長,主要從事植物保護蟲生防、動物免疫學、昆蟲行為學、作物抗蟲性、動物生態學等方面的研究。
    朱芬,湖北省昆蟲學會秘書長,2006年6月年於華中農業大學博士畢業,獲動物學理學博士學位,現任華中農業大學植物科技學院教師。承擔教學《普通昆蟲學》、植物保護專業《“三田”教學實習》兩門課程。主要致力於從事昆蟲生理生化、昆蟲資源及昆蟲活性物質的研究與利用。

    在線試讀
    研 究 綜 述

    殼聚糖納米材料在新型農業殺蟲劑中的研究進展殼聚糖納米材料在新型農業殺蟲劑中的研究進展基金項目:河南省水果產業體繫項目(S2014-11-G03)李振亞作者:李振亞;Email:mrli0371@163com,王合中,尹新明通信作者:尹新明;Email:xmyin01@sohucom
    (河南農業大學植物保護學院,鄭州450002)摘要:納米技術的迅猛發展促使了各種殼聚糖納米材料的產生,以殼聚糖為基礎的納米材料將在現代農業殺蟲劑轉型中占得突出地位。殼聚糖是一種生物相容並可降解的天然材料,可作為新型農藥的替代成分,如增效劑或緩釋劑,在農業有害生物的防治中將發揮重要作用。本文綜述了近年來殼聚糖納米材料在新型農藥研發中的現狀,包括制備與應用,開發前景與亟待解決的問題等。
    關鍵詞:殼聚糖;納米材料;殺蟲劑;害蟲防治

    Research Advance of Chitosan Based Nano-materials in New Insecticide
    Li Zhenya,Wang Hezhong,Yin Xinming
    (College of Plant Protection,Henan Agricultural University,Zhengzhou,Henan 450002,China)

    Abstract:The rapid development in nanotechnology has led to the creation of various chitosan based nano-materialsThese chitosan based nano-materials will have prominent task in transforming insecticideChitosan is a bio-compatible,non-toxic and natural material and could be an alternative to synthetic pesticide as a synergist or sustained release preparation which could play an important role in pest controlThis review recaps the recent research on chitosan nano-materials in the development of new pesticides,including their preparation and application,the development prospects,the burning questions as well
    Key words:Chitosan;Nano-material;Insecticide;Pest control
    研 究 綜 述

    殼聚糖納米材料在新型農業殺蟲劑中的研究進展殼聚糖納米材料在新型農業殺蟲劑中的研究進展基金項目:河南省水果產業體繫項目(S2014-11-G03)李振亞作者:李振亞;Email:mrli0371@163com,王合中,尹新明通信作者:尹新明;Email:xmyin01@sohucom
    (河南農業大學植物保護學院,鄭州450002)摘要:納米技術的迅猛發展促使了各種殼聚糖納米材料的產生,以殼聚糖為基礎的納米材料將在現代農業殺蟲劑轉型中占得突出地位。殼聚糖是一種生物相容並可降解的天然材料,可作為新型農藥的替代成分,如增效劑或緩釋劑,在農業有害生物的防治中將發揮重要作用。本文綜述了近年來殼聚糖納米材料在新型農藥研發中的現狀,包括制備與應用,開發前景與亟待解決的問題等。
    關鍵詞:殼聚糖;納米材料;殺蟲劑;害蟲防治

    Research Advance of Chitosan Based Nano-materials in New Insecticide
    Li Zhenya,Wang Hezhong,Yin Xinming
    (College of Plant Protection,Henan Agricultural University,Zhengzhou,Henan 450002,China)

    Abstract:The rapid development in nanotechnology has led to the creation of various chitosan based nano-materialsThese chitosan based nano-materials will have prominent task in transforming insecticideChitosan is a bio-compatible,non-toxic and natural material and could be an alternative to synthetic pesticide as a synergist or sustained release preparation which could play an important role in pest controlThis review recaps the recent research on chitosan nano-materials in the development of new pesticides,including their preparation and application,the development prospects,the burning questions as well
    Key words:Chitosan;Nano-material;Insecticide;Pest control

    殺蟲劑的科學有效使用,直接關繫到農藥防效好壞、農業安全生產、環境生態安全等方面。近年來,我國殺蟲劑呈現出品種結構優化、產品研發水平提高的趨勢,以新型農業殺蟲劑為代表的綠色農藥理念在不斷發展完善(孫長嬌等,2016)。
    科學技術的發展促使著現代農業的不斷改進和日趨完善,如納米技術對農業生產的貢獻。1959年Feynman首次提出納米技術的概念,他設想了通過操縱原子直接合成納米材料的可能性。而真正的“納米技術”一詞直到1974年纔由Norion首次使用。納米材料是指三維尺度中至少有一維尺度在0~100nm範圍內的材料。殼聚糖是世界上儲量僅次於纖維素的生物聚合物,廣泛存在於蝦蟹等甲殼類動物的外殼、各種昆蟲的表皮、貝類等軟體動物的外殼及真菌的細胞壁中。殼聚糖具有許多獨特的物理化學性質如:大比表面積、非抗原性、吸附性、易溶解性,帶正電荷。由於具有生物相容性、抗菌性、對環境安全、生物可降解性而成為生物組裝、聚電解質分析、成膜能力及金屬螯合等的理想選擇。在農業領域被視為在生物農藥、化肥、生長調節劑及檢測植物生長與發育等方面具有巨大研發價值(Usman  et al,2016)。
    目前,納米技術的研究擴展催生出以納米材料為基礎的各種農業研究轉型。殼聚糖由於其可降解性與生物溶解性可代替農業合成中的農用化學品以達到防治有害生物、強化土壤耐旱能力、調節植物生長等作用。為此,本文對近年來殼聚糖納米材料在新型殺蟲劑的研究和應用情況進行概述,為相關領域的研究拓展思路與參考。
    1納米殼聚糖的制備方法
    殼聚糖溶液在陰離子環境中能夠形成凝膠,用於藥物輸送,但尺寸大(1~2mm)而限制了其應用(Shiraishi  et al,1993)。Ohya等首次制備出殼聚糖納米顆粒,方法為乳化和交聯制備,用於靜脈注射抗癌藥物5-氟尿嘧啶(Grenha,2012)。目前常用的有5種納米殼聚糖制備方法:離子凝膠法、微乳法、乳化溶劑擴散法、聚電解質復合法和反向膠束法。其中應用為廣泛的是離子凝膠法、聚電解質復合法,操作簡單,無須借助高強度外力或有機溶劑(Sailaja  et al,2011)。
    11離子凝膠法
    離子凝膠技術早由Calvo等(1997)報道,目前已被廣泛改進及應用。該方法原理為利用氨基間的靜電使殼聚糖和帶負電荷的聚陰離子如三磷酸鹽等相互作用,殼聚糖溶解於乙酸,再加入聚陰離子,在簡單的機械攪拌下自發形成納米顆粒。納米顆粒的尺寸和表面電荷量可通過改變兩者比例調節,殼聚糖比例增大時,納米殼聚糖的濃度和聚合程度增大(Jonassen  et al,2012)。Antoniou等(2015)使用此法制備出平均粒徑為(18025±2)nm,分散度(PDI)為015±002,帶電量為正(237±198)mV的球狀納米殼聚糖顆粒,透射電鏡顯示納米殼聚糖相比殼聚糖分子間距更為緊密。
    12微乳法
    此法是由De等(1999)發明,先將表面活性劑溶於正己烷中,殼聚糖的醋酸-戊二醛溶液連續加入表面活性劑/正己烷混合液中,在室溫下攪拌,過夜後殼聚糖與戊二醛的遊離氨基完成交聯,有機溶劑除去過量的表面活性劑,CaCl2除去沉澱,後離心得到純淨的納米殼聚糖,此法的缺點是使用抗還原劑戊二醛,不利於蛋白質或縮氨酸的整合。趙靜等(2012)引用此方法制備出了平均粒徑為1926nm的納米殼聚糖載藥微粒。
    13乳化溶劑擴散法
    EIshabouri(2002)早發表此方法,實際上是對Niwa等(1993)方法的改良。采用聚乳酸-羥基乙酸共聚物作為乳化劑,泊洛沙姆作為穩定劑,經過高壓處理,稀釋成乳狀液,聚合物擴散形成納米顆粒,此法的缺點是需要借助高強度壓力及大量有機溶劑。Grenha(2012)研究並闡述了此法影響殼聚糖納米顆粒的反應參數,必須保證聚合物的充分分散,此外固化前要防止離子間的粘連。
    14聚電解質復合法
    室溫條件下,向殼聚糖的醋酸溶液中加入DNA,由於聚陽離子聚合物和DNA自我組裝形成聚電解質復合體(Erbacher  et al,1998),因此又稱為自我組裝法。理論上,任何聚電解質都可以與多糖相互作用制備納米顆粒,但在實際生產中處於安全性考慮,僅限於具有水溶性和生物相容性的聚合物,此法制備的納米殼聚糖攜帶有許多負性聚合物如多糖、肽。Mao等(2010)將此法優化,研究了殼聚糖與DNA的濃度比例,緩衝液的pH值大小和反應體繫的溫度等條件對復合反應程度的影響。
    15反向膠束法
    Kadib等(2008)發表該方法,主要亮點是無須交聯或有毒有機溶劑,此外,利用此法可制備出尺寸較小的納米殼聚糖顆粒,基本原理為將殼聚糖的水溶液加入含有表面活性劑的有機溶劑中,以形成反向膠束(Zhao  et al,2011)。
    2納米殼聚糖在殺蟲劑中的應用
    納米殼聚糖由於其表面富含氨基,有生物相容性,比表面積大,高帶電量等特性,因而具有可修飾改造性,對生物膜穿透性強,吸附能力強,攜帶藥物等能力強。在新型殺蟲劑的研發中,目前主要研究載藥與緩/控釋藥等內容,尤其研究納米顆粒的殺蟲活性及對顆粒表面基團進修飾,以提高殺蟲活性等方面。
    21作為載體緩/控釋藥方面研究
    殼聚糖納米顆粒具有優良的載體性能,為各種載藥復合物的研究發展提供了基礎(Malmiri  et al,2012)。納米殼聚糖能夠攜帶藥物顆粒跨膜,保護大分子藥物不被降解,同時能控制藥物或者大分子在“目的地”的釋放(Janes  et al,2001;Divya & Jisha,2017)。由於納米殼聚糖的尺寸較小,能夠更有效地與細胞膜相互作用並以內吞的方式進入細胞(Ghadi  et al,2014)。有研究證明,納米殼聚糖能夠提高藥物的生物利用度,影響藥物代謝動力學,並保持載體-藥物的密閉性,減緩藥物釋放(Janes  et al,2001;Shi  et al,2011)。
    Gabriel等(2017)采用納米殼聚糖載植物源殺蟲劑通過人工飼喂法研究3齡棉鈴蟲幼蟲,研究發現處理9天後幼蟲對載體-殺蟲劑拒食率相比於對照為62%~764%,而無載體的殺蟲劑為863%~100%,納米殼聚糖作為載體能夠減緩此殺蟲劑的釋放並減弱幼蟲拒食;相比於無載體的殺蟲劑,載體殺蟲劑的死亡率顯著增高,蛹重和成蟲重量顯著減少,未分化、畸形化成蟲比例增多,納米殼聚糖對於此類植物源殺蟲劑的緩慢釋放和長期控制蟲害至關重要。Elsayed等(2015)研究了納米殼聚糖和植物提取物對庫蚊和家蠅的殺蟲活性並取得良好的結果。Feng等(2012)利用200~500nm納米殼聚糖作為載體攜帶植物源農藥,使藥效成分能夠到達昆蟲腸道,減少有效成分的流失並對昆蟲造成損傷。
    張謙(2014)詳細研究了單分散納米殼聚糖膠囊的制備及緩釋藥物的功能,通過藥物釋放的機理模型,解釋了藥物釋放動力學和藥物釋放體繫的結構變量的關繫。將啶蟲脒吸附在納米殼聚糖膠囊中,囊心比越大,吡蟲啉的釋放速率越低,在藥物釋放的後期,隨著釋放介質滲入膠囊內部,藥物的溶解和滲出速率明顯下降,但高囊心比的膠囊提供了更大的藥物濃度梯度,因而使藥物能夠更快速地釋放。大粒徑的膠囊由於其較低的比表面積和較厚的擴散基質,因而緩/控釋更為顯著。此外,Kumar等(2015)也研究了納米殼聚糖膠囊對啶蟲脒緩控釋能力,吸附後的納米膠囊粒徑不變,在溶劑中的穩定性增加,在酸性、堿性溶劑中36h的釋放量為50%,在水溶劑中需要24h,而對照組按照商業配方在3種介質中6h的釋放量全部高於50%,證明這一無毒可降解的納米載體有助於減少農藥的使用。
    22作為新型殺蟲劑方面
    殼聚糖本身已被證明具有一定的殺蟲活性(張宓,2003;王合中等,2016;Badawy,2012;Coleman,2005;Rabea,2011)。殼聚糖的納米顆粒能顯著提高聚合物的比表面積、表面電荷量與電荷密度(Huang  et al,2014)。目前,研究納米殼聚糖本身的殺蟲活性的方式有兩種,一是不對納米顆粒表面的官能團進行改造而直接作用於蟲體。對納米顆粒進行各種修飾以達到增加溶解性,增加穩定性,增加對藥物的吸附能力等目的從而盡可能地增加藥效減少用量。
    221納米殼聚糖的殺蟲效果
    Sabbour等(2016)詳細研究了在室內和模擬田間的條件下粒徑約為50nm的納米殼聚糖對沙漠蝗的作用效果。室內研究表明:納米殼聚糖對初孵幼蟲、幼蟲、幼蟲末期、雌性成蟲和雄性成蟲的室內LC50分別為268mg/L、244mg/L、213mg/L、231mg/L和232mg/L;殼聚糖與納米殼聚糖處理後產卵量、卵的孵化率及成蟲數量比空白顯著降低,而納米殼聚糖處理相比殼聚糖處理組也顯著降低;模擬田間防效表明:殼聚糖處理後沙漠蝗存活率為29%,而納米殼聚糖處理後存活率僅為8%,並得出納米殼聚糖的水溶性及小尺寸效應是其穿透並致死害蟲的原因。納米殼聚糖可以作為一種安全有效的化學納米材料應用於害蟲防治(Sabbour,2014;2015;2016)。筆者也曾初步研究了脫乙酰度的納米殼聚糖對小麥蚜蟲的毒力(2016),采用有效粒徑為1570nm的納米殼聚糖,對麥長管蚜、二叉蚜、禾谷縊管蚜進行毒力測定,LC50值分別為17825mg/L、20589mg/L和14381mg/L,而對3種麥蚜的7天田間防效達8033%、7965%、8257%,而與吡蟲啉的等體積混配劑,對麥長管蚜、二叉蚜、禾谷縊管蚜田間防效7天的結果為8831%、8721%、8476%。
    222改性納米殼聚糖的殺蟲效果
    對殼聚糖的改性研究主要集中於與金屬離子螯合以增加活性離子、增加有機/無機化學基團以提高氨基活性及生物活性等。改性出的殼聚糖及其衍生物已展示了對灰翅夜蛾、棉鈴蟲、小菜蛾、棉蚜、桃蚜等害蟲良好的防治效果。截至目前,已有至少24個種類的幾丁質及其衍生物已被證明具有明顯的殺蟲活性,其有效濃度為5g/kg(Chen  et al,2011;Zhang  et al,2011),其中殺蟲活性的是N-(2-乙酰-6-苄基)-幾丁質,對幼蟲具有100%的毒殺效果,其LC50僅有032 g/kg。Casals(2012)用N-烷基殼聚糖,苄基殼聚糖對棉鈴蟲、小菜蛾、棉蚜、麥長管蚜、桃大尾蚜等害蟲的防治效果進行研究並取得積極進展。Badawy(2012)對不同分子量的殼聚糖的殺蟲效果進行了研究,發現分子量為227×105 g/mol 及其銅改性的殼聚糖對夜蛾和夾竹桃具有較高的毒殺作用。
    Sahab等(2015)研究了有效粒徑為5075nm的改性物納米(殼聚糖-多聚丙烯酸)對四紋豆像和棉蚜的殺蟲活性。室內測定結果表明,經過殼聚糖-多聚丙烯酸納米顆粒處理7天後的棉蚜存活率為27%,產卵量為209個/頭,而對照組分別達為97%與100個/頭;四紋豆像的存活率分別為219%(處理組)與963%(對照組),產卵量分別為28個/頭(處理組)與100個/頭(對照組),改性後的納米殼聚糖具有明顯的殺蟲效果,並與Cabrera(2002)及Zhang(2003)的研究結果一致。
    3納米殼聚糖助力精細農業與可持續農業
    目前,以納米殼聚糖、納米二氧化硅為代表的眾多農藥納米制劑能夠針對害蟲制定出具體的防治措施,以減少化學農藥使用和殘留,越來越多的研究趨向於精細納米農業繫統的研發(Manju  et al,2016),從而達到對農業生產的危害如環境破壞、農藥殘留與糧食安全等降至(Nuruzzaman  et al,2016;Shukla  et al,2013)的目的。此外,納米農藥制劑具有更高的溶解度、穩定性和分散性能(Venugopal  et al,2016),基於納米材料的智能傳輸繫統,使一些納米材料(如果膠、澱粉、纖維素和殼聚糖)在提高農藥利用率,盡量減少危險殘留物在生態環境中擴散的研究備受關注(Dzung  et al,2011;Caulet  et al,2014)。
    在發展農業提高糧食生產力的同時不對生態繫統產生不利影響,是農業科學研究的永恆主題。在此背景下,緩慢而持久地控制農用化學品的釋放是一項關鍵技術,諸多對納米殼聚糖的研究表明其已經成為一種可利用的穩定載體。利用納米材料和納米技術以應對氣候變化、環境污染及農藥殘留等農業可持續發展和糧食安全所面臨的挑戰,將納米技術應用於植物病蟲害的監測和防治,在提高植物抗性、減少藥肥施用、提高作物產量等方面是此項技術的價值所在。將殺蟲劑或其他農藥裝載於微球中,能夠起到“封裝”的作用,既能保護有效成分避免大量流失,又能保證殺蟲劑隻在微球/微囊的控制範圍內釋放,避免對周遭環境的影響,這是可持續農業的一種微觀詮釋(Kashyap  et al,2015)。Wu等(2008)研究了納米殼聚糖的緩釋肥料性能,利用殼聚糖納米顆粒的內層塗層,制備出一種同時具有控釋和保水能力的殼聚糖納米復合肥。經檢測,納米殼聚糖顆粒對營養物質的釋放在第30天時不超過75%,此外,納米殼聚糖還是一種可降解材料,對土壤不會造成污染。Corradini等(2010)也研究了納米殼聚糖緩釋氮磷鉀肥的可能性,Hussain等(2013)報道了影響納米殼聚糖中尿素釋放的影響因素。Ahmed和 Fekry(2013)研究了納米殼聚糖為基礎的傳感器,用於測定土壤和水體中重金屬的含量,對重金屬砷、鉛、鎳等具有很強的去除能力,並通過電響應監控整個吸附去除過程。這些材料不但制備簡單,控釋農藥和氮磷鉀肥,還能避免土壤和水體污染,減少農藥和化肥的使用,在降低生產成本的同時提高作物生產率,助力於農業可持續發展。
    4展望
    盡管納米殼聚糖在醫藥和醫學科學領域有著充分的研究與應用,但關於納米殼聚糖在殺蟲劑及其研究應用尚處於初級階段。利用殼聚糖納米顆粒在運送殺蟲劑及誘導植物生長等方面研究極少,對非靶標生物的安全性評價方面研究罕見。
    一旦實現此類納米顆粒有效控制作物生長並減少農用化學品的環境危害,就要不得不考慮宿主-病原體、納米技術與高效運輸、納米顆粒與植物防御繫統及定點釋放等可能從生理生化和遺傳水平揭示納米粒子的運作模式。終形成安全有效低劑量的植物保護產品,真正意義上提高生產力,降低生產成本。因此,納米殼聚糖具有廣闊的應用前景,具有可持續性與環境友好性,尚需更加深入的研究與實踐。


     
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