Trophic Transfer of Metal Oxide Nanoparticles in the Tomato-Helicoverpa armigera Food Chain: Effects on Phyllosphere Microbiota, Insect Oxidative Stress, and Gut Microbiome

叶圈 营养水平 昆虫 棉铃虫 生物 微生物群 食草动物 食物链 氧化应激 生态学 植物 幼虫 细菌 生物化学 遗传学 生物信息学
作者
Zhenyu Wang,Ningke Fan,Xiaona Li,Le Yue,Xie Wang,Huimin Liao,Zhenggao Xiao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (39): 26631-26642 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c05063
摘要

Understanding the trophic transfer and ecological cascade effects of nanofertilizers and nanopesticides in terrestrial food chains is crucial for assessing their nanotoxicity and environmental risks. Herein, the trophic transfer of La2O3 (nLa2O3) and CuO (nCuO) nanoparticles from tomato leaves to Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) caterpillars and their subsequent effects on caterpillar growth and intestinal health were investigated. We found that 50 mg/L foliar nLa2O3 and nCuO were transferred from tomato leaves to H. armigera, with particulate trophic transfer factors of 1.47 and 0.99, respectively. While nCuO exposure reduced larval weight gain more (34.7%) than nLa2O3 (11.3%), owing to higher oxidative stress (e.g., MDA and H2O2) and more serious intestinal pathological damage (i.e., crumpled columnar cell and disintegrated goblet cell) by nCuO. Moreover, nCuO exposure led to a more compact antagonism between the phyllosphere and gut microbiomes compared to nLa2O3. Specifically, nCuO exposure resulted in a greater increase in pathogenic bacteria (e.g., Mycobacterium, Bacillus, and Ralstonia) and a more significant decrease in probiotics (e.g., Streptomyces and Arthrobacter) than nLa2O3, ultimately destroying larval intestinal immunity. Altogether, our findings systematically revealed the cascade effect of metal oxide nanomaterials on higher trophic consumers through alteration in the phyllosphere and insect gut microbiome interaction, thus providing insights into nanotoxicity and environmental risk assessment of nanomaterials applied in agroecosystems.
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