Enhanced Insecticidal Activity of Chlorfenapyr against Spodoptera frugiperda by Reshaping the Intestinal Microbial Community and Interfering with the Metabolism of Iron-Based Metal–Organic Frameworks

夜蛾 溴虫腈 有害生物分析 生物膜 生物 杀虫剂 微生物学 生物化学 细菌 农学 植物 遗传学 基因 重组DNA
作者
Huiya Chen,Liupeng Yang,Jingtong Zhou,Pengpeng Liu,Shiqi Zhu,Youzhi Li,Suqing Huang,Hanhong Xu,Zhixiang Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (30): 36036-36051 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsami.3c07598
摘要

Spodoptera frugiperda (S. frugiperda) is an invasive pest that threatens global crop production and food security and poses a serious threat to maize production worldwide. Metal-organic framework (MOF) nanocarriers have great potential for agricultural pest control applications. The present study successfully prepared the chemical cross-linking of iron-based metal-organic framework nanoparticles (MIL-101(Fe)-NH2 NPs) with sodium lignosulfonate (SL) as a pH/laccase double stimuli-responsive pesticide release system. The average particle size of the prepared chlorfenapyr (CF)-loaded nanoparticles (CF@MIL-101-SL NPs) was 161.54 nm, and the loading efficiency was 44.52%. Bioactivity assays showed that CF@MIL-101-SL NPs increased the toxicity of CF to S. frugiperda and caused the rupture of the peritrophic membrane and enlargement of the midgut. Data from 16S rRNA gene sequencing showed that CF@MIL-101-SL treatment reduced the resistance of S. frugiperda to pesticides and pathogens and affected nutrient and energy availability by remodeling the intestinal microbiota of S. frugiperda. The dysregulated microbial community interacted with the broken peritrophic membrane, which exacerbated damage to the host. Nontargeted metabolomic results showed that ABC transporters may be a potential mechanism for the enhanced toxicity of CF@MIL-101-SL to S. frugiperda. In summary, the present study provides effective strategies for toxicological studies of nanopesticides against insects.
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