近日，華中農業大學植物科學技術學院李建洪教授領銜的農藥毒理學與有害生物抗藥性團隊研究成果以“CeO2 nanohybrid as a synergist for insecticide resistance management”為題在Chemical Engineering Journal發表。研究人員研發了一種基於抑制害蟲抗藥性關鍵基因表達而實現害蟲高效治理策略的納米助劑MON@CeO2，為靶向害蟲抗藥性的治理策略提供了新視角及科技手段，也為我國水稻等作物殺蟲劑减量使用和綠色高品質安全生產提供了一種新的途徑。
化學農藥已經成為現代農業不可缺少的重要生產資料，而農藥的不科學合理使用將會導致害蟲抗藥性暴發，嚴重影響糧食安全。褐飛虱（Nilaparvata lugens）是水稻生產上首要害蟲，因其危害嚴重被農業農村部列入《一類農作物病蟲害名錄》。近年來，化學農藥的不合理使用等使褐飛虱田間種群抗藥性水准居高不下（Liao et al.，2021 Insect Sci），導致該害蟲屢屢暴發成灾。
研究團隊在多年對褐飛虱抗性監測和抗藥性機制研究基礎上，發現褐飛虱解毒酶細胞色素P450基因（NlCYP6ER1等）過表達是介導褐飛虱對現時廣泛應用的新烟堿類殺蟲劑產生抗性的主要原因（Mao et al.，2019 Pestic Biochem Physiol；Liao et al.，2019 Pest Manag Sci；Mao et al.，2021 Insect Sci；Jin et al.，2021 Pest Manag Sci）。此外，殺蟲劑暴露會新增褐飛虱體內ROS水准，進一步介導其體內解毒酶基因上調表達（Zhang et al.，2021 Pest Manag Sci）。同樣，解毒代謝酶細胞色素P450基因過表達引起靶標害蟲對常用殺蟲劑產生抗性在白背飛虱、棉蚜、草地貪夜蛾等重大害蟲中具有普遍性。
MON@CeO2的製備流程及“克抗”機制
基於團隊前期研究，以害蟲抗藥性主要基因為靶標，創新性的製備了一種抑制害蟲抗藥性基因表達水准的納米助劑MON@CeO2。MON@CeO2具有類SOD酶活性，可顯著抑制褐飛虱體內ROS水准，從而抑制抗藥性P450基因（NlCYP6ER1、NlCYP6CW1和NlCYP4CE1）的表達。MON@CeO2和殺蟲劑聯合使用後，可顯著降低褐飛虱抗藥性種群P450基因表達水准，從而顯著提高主要殺蟲劑的生物活性，表現出良好的殺蟲劑增效和抗藥性延緩潜能。
此外，研究發現MON@CeO2可顯著提升殺蟲劑對白背飛虱、草地貪夜蛾和棉蚜抗藥性種群的毒力，表現出廣譜高效的殺蟲劑增效助劑效能，具有廣闊的應用前景。本研究立足作物綠色高品質安全生產的重大需求，為突破重要害蟲抗藥性引發的防控瓶頸問題構建了創新性防控策略，為害蟲抗藥性高品質治理及農藥的减量增效使用提供科技支撐。
植物科學技術學院碩士研究生曾慶紅和博士研究生於暢為該論文第一作者，萬虎副教授為論文通訊作者，李建洪教授、何順副教授和馬康生副教授參與了項目的指導，以上研究得到國家重點研發計畫、湖北省重點研發計畫等項目的資助。
稽核人：李建洪
【英文摘要】
Agricultural applications of nanomaterials，such as nanofertilizers，nanopreservation technologies，nanopesticides，and plant nanosensors，have recently attracted much attention.Herein，the CeO2-based nanohybridMON@CeO2was designed as a reactive oxygen species（ROS）inhibitor to effectively improve the susceptibility of insect pests to insecticides.MON@CeO2was fabricated by intercalating CeO2 into mesoporous organosilica nanoparticles（MONs）.The obtainedMON@CeO2showed a regular spherical shape with an average particle size of 45.4 nm，good monodispersity，and a negative surface charge（-14.6 mV）.Bioassay results showed thatMON@CeO2significantly enhanced the toxicity（more than 2-fold）of nitenpyram，sulfoxaflor，and clothianidin against laboratory insecticide-resistant and field strains of Nilaparvata lugens.In particular，MON@CeO2orchestrated host detoxification metabolism via downregulating ROS-dependent P450 gene expression，thus reducing host detoxification enzyme activities to overcome insecticide resistance.Furthermore，MON@CeO2restrained host insecticide resistance in the notorious agricultural pests Aphis gossypii，Spodoptera frugiperda，and Sogatella furcifera.Therefore，MON@CeO2could be used as a broad-spectrum nanosynergist against insecticide resistance，which would be a novel strategy for sustainable pest management.
論文連結：
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1385894722025669