多孔二氧化硅负载型纳米农药在茶叶中的时空分布与代谢动态

Nano-pesticides embedded with porous nano-silica have provided a new idea for the future of the pest control and reduction pesticide residues in plant for its advantages of slow-release and significant biological activity. Using AuNPs-ferbam as model, we found that the penetration and distribution behavior was changed when pesticide combined with nanoparticles. It can be concluded that the dynamic of their metabolism and dissipation behavior will be changed. In this project, the behavior of penetration, absorption, transport of two nano pesiticides, both embedded in silica, in tea leaves will be detected using in situ and real-time detection method-Confocal Surface Enhanced Raman Spectroscopy (Confocal SERS); The residual metabolite profiling of suspension cell culture solution and water-cultivated tea seedlings spiked with nano-pesticides will be analyzed, The metabolites will be confirmed through comparing the difference of the structure metabolites with conventional pesticides; Further we will study the degradation of nano-pesticide parents and its toxicology metabolites in fresh tea leaf and tea processing. The aim of this project is to explore the behavior of penetration, absorption, transport and metabolism of nano-pesticide in tea leaf. On the other hand, we aim to establish the systematic research model for investigating the interaction of nano-pesticides with plant; we can provide the basic theory for safety evaluation and method for nano-pesticides and its effective usage in tea and other fresh produces.

绿色多孔纳米化SiO2负载型农药因具备优越的缓释及增效作用，为未来农作物病虫害防治、降低农药残留污染提供了新思路。项目组首次以AuNPs-Ferbam为研究模型，发现纳米尺度载药材料的引入改变了传统农药在茶叶组织内的时空分布，预示着纳米农药在植物中的代谢转归与传统农药显著不同，可能带来未知的食品质量安全问题。本项目拟以多孔二氧化硅纳米颗粒负载两种内吸特性不同的传统农药，采用Confocal SERS原位实时成像技术，监测纳米农药在茶叶组织和细胞内的时空分布；采用农药代谢物研究方法，对比分析纳米农药在茶叶中的代谢谱与传统农药的差异，研究代谢产物变化；进一步研究农药亲体及其有毒理学意义的代谢物在茶鲜叶和茶叶加工中的代谢与消解动态；本项目的完成将为纳米农药在植物组织和细胞中的原位探测和代谢行为提供研究模型和技术手段，为明晰纳米农药与茶树间的互作关系，为纳米农药的安全性评价和高效使用提供研究基础。

绿色多孔纳米化SiO2负载型农药因具备优越的缓释及增效作用，为未来农作物病虫害防治、降低农药残留污染提供了新思路。.本项目通过溶胶凝胶法合成了多孔纳米SiO2颗粒，并通过浸渍法使多孔纳米SiO2颗粒负载啶虫脒，制备纳米农药。纳米农药对目标生物（茶蚜）的毒性为LC50 值为4.687mg/L，商业制剂为14.08 mg/L；利用水培茶苗研究纳米农药与传统农药制剂在茶树体内的吸收、转运和代谢行为差异，对啶虫脒及其主要代谢物进行定量分析， 研究发现商业制剂处理组的茶苗嫩叶中啶虫脒在14和21天的浓度显著低于纳米农药处理组；在培养的第30天，纳米农药处理组中的啶虫脒和去甲基啶虫脒持留量低于商业制剂处理组，显示纳米农药从茶树根部吸收、转运和代谢的速度更快；使用非靶标代谢组学分析方法，分析在纳米农药和传统农药胁迫下茶树体内代谢物差异，主要差异代谢物为有机酸、氨基酸、生物碱、黄酮苷类、糖类、原花青素类、茶黄素类、儿茶素类、酯类；. 项目组合成了一种纳米二氧化硅负载福美铁的SERS探针，并应用此探针监测其在茶树体内的响应信号，从而原位无损地测定纳米农药在植物体内的渗透行为。研究发现非内吸性农药福美铁本身在茶树叶片无渗透能力，但与纳米金二氧化硅复合颗粒结合后，在茶树嫩叶内部检测到福美铁的SERS信号，负载福美铁的纳米金二氧化硅拉曼探针的渗透速度很快，在5小时内，纳米农药迅速渗透至茶树嫩叶中，深度约为150-300 μm。纳米材料的尺寸和茶树组织的形态影响纳米农药在茶树体内的渗透行为。小尺寸的纳米材料更容易进入茶树叶片内，且渗透速率更快，越成熟的叶片组织纳米农药越难渗透。. 完成本项目为纳米农药在茶树组织中的原位探测和代谢行为提供技术理论基础和技术依据，为明晰纳米农药与茶树间的互作关系，为纳米农药在茶树及其他植物上的安全性评价和高效使用提供了一定的研究基础。