化学农药在对付蚜虫等害虫时经常留下土壤和水源污染，也威胁着人畜健康。近日，扬州大学杨晓东与冯建国团队在《自然·通讯》上发表了一篇题为《Discovery of farnesal from a wild cucumber landrace enables eco-compatible biopesticide development against aphids》的研究论文。这项研究从云南西双版纳的一个野生黄瓜地方品种里找到了天然化合物法尼醛，并且把它做成了一款能够高效杀蚜虫又对环境很友好的纳米乳剂。园艺园林学院硕士研究生索春雨，副教授张丽丽为共同第一作者，园艺园林学院瓜类蔬菜遗传育种与分子生物学团队杨晓东教授和植物保护学院绿色农药创制与应用团队冯建国副教授为共同通讯作者。
团队在西双版纳的黄瓜多样性热点地区发现了一个编号XSBN032的本地品种。这个品种在蚜虫泛滥的时候依然长得挺不错，叶片上没有多少害虫聚集。为了弄清楚它到底靠什么抗蚜虫，研究人员拿它和一个容易招蚜虫的栽培品种做了对比。他们用非靶向代谢组学加上气相色谱-质谱联用技术，分析了两种黄瓜在蚜虫咬过和没咬过情况下的叶片挥发物。结果找到了68种差异明显的化合物，其中法尼醛、3-乙基噻吩和6-EHPO这几种在抗蚜品种里含量特别高。进一步的驱虫试验发现，法尼醛的效果最好，而且它不用有机溶剂就能溶解，比其他两个更适合往下开发。
法尼醛本身不溶于水，稳定性也差，直接喷到叶子上还会把叶片烧坏。团队就用吐温80做乳化剂，通过超声波分散的办法做出了法尼醛纳米乳剂。他们试了不同浓度的吐温20、40、60和80，发现7%的吐温80配出来的纳米乳剂颗粒最小，在低温和高温环境下放上一阵子也还是很稳定。这种纳米乳剂喷到黄瓜叶片上能迅速铺展开，接触角从水的87度降到了43度，粘附力也大大增加了。经过一系列稀释试验，0.33克每升的浓度被定为最佳工作浓度。用这个浓度处理叶片24小时后，能杀死74.9%的蚜虫，同时不会影响黄瓜叶片的光合作用。净光合速率、蒸腾速率和气孔导度都和没处理的叶片没有差别。叶绿素荧光成像的结果也证明了，这种纳米乳剂不仅自己不伤叶片，还能缓解蚜虫取食带来的叶绿体功能损伤。
团队进一步研究了法尼醛纳米乳剂是如何杀死蚜虫的，他们处理蚜虫6小时后做了转录组测序，发现蚜虫体内的解毒相关基因被激活了，比如谷胱甘肽代谢和色氨酸合成这些通路都上调了。而脂肪酸合成和三羧酸循环这些跟生长繁殖有关的通路则被明显降低了。也就是说，蚜虫的能量被优先调去应对胁迫，顾不上发育和繁殖了。此外，这种纳米乳剂对蚜虫的天敌瓢虫和草蛉几乎没有杀伤作用，对土壤里的蚯蚓也属于低毒级别。在田间使用浓度下，它对人肝脏的库普弗细胞也没有明显的毒性。除了蚜虫，它还能对付棉铃虫、烟粉虱、稻纵卷叶螟和赤拟谷盗等多种农业害虫。这项研究把野生植物资源挖掘、纳米剂型优化和生物活性验证串成了一条完整的技术链条，为今后开发绿色生物农药提供了一个可借鉴的理想思路。
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