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典型手性农药拟除虫菊酯及其代谢产物对斑马鱼的发育毒性研究

金美青  
【摘要】: 拟除虫菊酯类农药,是天然除虫菊素基础上发展起来的一类高效低毒的新型杀虫剂,广泛地应用于农作物害虫和卫生害虫的防治。虽然该类农药对哺乳类及鸟类的毒性较低,它们对鱼类等水生生物的毒性却很大。再者,拟除虫菊酯作为当前最主要的一种手性农药,不同对映体在生物过程中存在着较大的差异性,故在水生生物毒性中也表现出显著的对映体选择性。因此,拟除虫菊酯的水生生物毒性及其对映体选择性已经引起了越来越广泛的关注,成为当前的一个研究热点。 目前,有关手性拟除虫菊酯类农药的水生生物毒性研究,主要集中在急性毒性方面,有少部分在鱼类的胚胎发育及内分泌干扰上的工作,但是在对鱼类的心血管发育、行为毒性及其对映体选择性方面仍未见报道。此外,拟除虫菊酯的水生生态风险评价,大多基以母体化合物的毒性数据,很少考虑到其代谢产物的影响。因此,本研究以目前广泛使用的几种拟除虫菊酯类农药氯菊酯(PM)和氯氰菊酯(CP)及其三种代谢产物3-phenoxybenzaldehyde(PBCHO), 3-phenoxybenzoic alcohol(PBCOH),和3-phenoxybenzoic acid(PBCOOH)以及联苯菊酯(BF,包括1R-BF和1S-BF)为测试化合物,作了以下几方面的研究: (1)以AB品系斑马鱼和Fli-1:EGFP(增强型绿色荧光蛋白)转基因斑马鱼为模式生物,研究了PM,CP及其代谢产物PBCOH,PBCHO和PBCOOH对斑马鱼的早期发育(包括心血管发育等)及行为的影响。研究结果显示,PM,CP及PBCOH,PBCHO和PBCOOH对斑马鱼胚胎-仔鱼的正常发育有着毒害作用,产生了身体歪曲,卵黄囊肿,心包囊肿等亚急性畸形现象甚至是引起了仔鱼的死亡。此外,对斑马鱼的运动行为的检测结果表明,拟除虫菊酯及其代谢产物对斑马鱼仔鱼在光周期刺激下的运动特征及变化规律也有着显著的影响。本研究还进一步以Fli-1:EGFP(增强型绿色荧光蛋白)转基因斑马鱼为模式生物对各拟除虫菊酯及其代谢产物对斑马鱼心血管系统的发育的影响进行了考察。结果显示,不论是两种母体化合物还是其代谢产物,均对斑马鱼的早期发育(包括心血管发育等)及行为有着不同程度的毒性效应。而且,母体化合物PM和CP相比较,CP的毒性要远远大于PM。三种代谢产物中,以PBCHO的毒性效应最为显著,PBCOH和PBCOOH的相对次之。 (2)已有研究表明氯氟氰菊酯,联苯菊酯,氰戊菊酯和苯醚菊酯等拟除虫菊酯都具有雌激素活性。由于斑马鱼与人类同源基因的高度保守性(相似度可达85%)及胚胎发育过程中激素调控的重要性,本研究进而以研究环境雌激素的经典体外模型MCF-7细胞评价了PM,CP及PBCOH,PBCHO和PBCOOH的雌激素效应。结果表明,除PBCHO之外,PM,CP,PBCOH和PBCOOH都具有明显的雌激素效应。其中,PBCOH不管是在细胞增殖上,还是在对雌激素响应基因pS2和ERαmRNA;表达的影响上,都比其母体化合物表现出更为显著的雌激素效应。体外实验结果与第二章中的结果相一致,说明拟除虫菊酯及代谢产物对斑马鱼等水生生物的早期发育及行为的影响有可能是通过对内分泌系统的干扰而产生的。 (3)迄今为止,关于拟除虫菊酯的行为毒性对映体选择性的研究基本局限于神经毒性造成的对啮齿类动物的运动功能的影响上。已有的研究结果显示,拟除虫菊酯类杀虫剂,对鱼类等水生生物的行为也具有明显的干扰作用,但在对映体水平上尚未见任何相关报道。因此,本研究以联苯菊酯(BF)为测试化合物,来研究手性农药对斑马鱼等水生生物的早期发育及行为的对映体选择性。结果显示,不论是在对斑马鱼胚胎-仔鱼的发育还是对仔鱼的运动活性的影响上,两个对映异构体都存在着极其显著的差异性。以存活率,畸形率及平均运动活性为观察终点,1R-BF的毒性都明显要大于1S-BF。同时,1R-BF还导致斑马鱼躯干血管特别是节间血管出现分支交叉甚至是断裂或缺失的现象,而1S-BF对于斑马鱼的心血管发育没有明显毒害效应。1R-BF引起的心血管发育的异常,有可能是导致心包囊肿、身体歪曲等畸形现象的发生以及运动行为异常的一个原因。 综合以上内容,并结合其他研究结果,可以得到以下两个结论:第一,拟除虫菊酯类农药对非靶标水生生物斑马鱼的发育及行为具有毒性效应,而且不同对映异构体存在着显著的差异性。拟除虫菊酯的发育及行为毒性有可能是通过对斑马鱼的内分泌系统以及心血管发育的干扰造成的。行为是生物体对外界环境和内部环境变化的一个灵敏反应,建立以行为变化作为检测指标的方法有利于对手性化合物的对映体选择性水生毒性进行快速有效的评价。第二,本研究表明,拟除虫菊酯类农药的代谢产物亦具有发育及行为毒性以及内分泌干扰效应,因此,其代谢过程并不一定是一个解毒过程,今后在对拟除虫菊酯类农药的环境安全性的评价中,不仅要考虑到其母体化合物,还要考虑到其代谢产物的环境影响与危害。


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