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几种典型手性农药对映体的环境行为及水生生物毒性研究

梁宏武  
【摘要】:手性农药在农业生产过程中的广泛使用,使其不可避免地进入到生物体、土壤和水体等环境系统中。手性农药的特点在于其对映异构体的物理、化学性质基本相同,但在具有手性特征的生物体内或环境中往往会表现出不同的生物活性、生态毒理及环境行为。然而,大多数手性农药至今仍是以外消旋体形式生产、销售和施用。为此,手性农药的使用与环境安全成为近几年新的热点问题。目前,有关手性农药对映异构体的环境行为和生态毒性研究还十分有限。本论文对几种典型手性农药对映体的环境行为和对非靶标水生生物的毒性进行研究。主要研究内容和结果如下: 首先,利用高效液相色谱串联质谱结合反相手性固定相法,建立了三唑类手性杀菌剂氟环唑在葡萄与土壤中对映体水平的残留分析方法,进一步通过田间茎叶喷雾法开展了氟环唑在大田条件下葡萄与土壤中的立体选择性行为研究。结果表明:氟环唑对映体在葡萄果实内的降解符合一级动力学方程(R20.92),并且在喷药后2h就出现明显的立体选择性。在葡萄果实内,(-)-氟环唑平均半衰期为9.3天,而其对映体(+)-氟环唑的平均半衰期为13.2天,说明优先降解(-)-氟环唑,随着施药后时间的推移,造成葡萄果实中(+)-氟环唑的富集。但是,氟环唑对映体在土壤中的降解却不符合一级动力学方程,降解大致可以分为3个阶段:上升期(0d-3d)、快速降解期(3d-7d)和相对稳定期(7d-60d);通过对映体EF值的计算,发现其土壤降解过程中也存在明显立体选择性,而且同样是(-)-氟环唑降解快于(+)-氟环唑,易造成土壤中(+)-氟环唑的富集。 其次,比较了纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)和直链淀粉-三[(s)-α-甲基苯基氨基甲酸酯]两种手性固定相对手性三唑类杀菌剂三唑酮(TF)及其手性代谢物三唑醇(TN)共6个对映体的分离效果,结果表明纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)能实现三唑酮和三唑醇共6个对映体的较好分离。通过进一步对改性剂种类和含量的优化,最终获得了三唑酮和三唑醇对映体同时手性分离的最佳色谱条件,并利用液相色谱串联质谱结合反相手性固定相法,建立了三唑酮及其代谢产物三唑醇在麦粒、麦秆和土壤中同时提取、净化及分析的方法。在实际大田生产施药方式下,进行了三唑酮在麦粒、麦秆和土壤中的立体选择性降解代谢研究。结果表明:(1)在麦粒中三唑酮和三唑醇的残留量低于检测方法的最低定量限。(2)三唑酮在麦秆中降解迅速,两个对映体的降解趋势符合一级反应动力学规律,通过考察三唑酮的降解半衰期和EF值发现,在三个试验地中,S-(+)-三唑酮和R-(-)-三唑酮降解速率均没有显著性差别,即三唑酮在麦秆中的降解不具有立体选择性。(3)三唑酮两个对映体在土壤中的降解趋势同样也符合一级反应动力学规律,通过比较其半衰期和EF值来衡量对映体在土壤中的立体选择性强度,发现三唑酮对映体在北京和郑州采集的土壤中存在立体选择性降解,均为R-(-)-三唑酮被优先降解,造成S-(+)-三唑酮在土壤中富集。(4)进一步考查了三唑酮在麦秆和土壤中转化成三唑醇4个对映体的规律,发现三地实验中,麦秆中三唑醇4个对映体生成浓度的大小顺序依次为SR-(-)-TN RR-(+)TNRS-(+)-TNSS-(-)-TN.但是,在土壤中4个对映体的生成浓度大小顺序则是RR-(+)TNSS-(-)-tnsr-(-)-tnRS-(+)-TN 第三,开展了己唑醇外消旋体及两个光学纯对映体对大型溞、斑马鱼(胚胎、仔鱼、成鱼)两种非靶标水生生物的急性毒性差异研究。结果表明:己唑醇外消旋体及两个光学纯对映体对两种水生生物的急性毒性以及对斑马鱼胚胎的发育毒性都存在立体选择性,其急性毒性及致畸效应大小顺序是:(-)-己唑醇Rac-己唑醇(+)-己唑醇。同时,斑马鱼胚胎、仔鱼、成鱼对己唑醇及其对映体的敏感性不同,且有较明显的差异,总体上96h的LCso大小顺序为胚胎仔鱼(3d)成鱼,即成鱼对己唑醇及其对映体更敏感,胚胎的敏感性最低。 最后,开展了新型噁二嗪类杀虫剂茚虫威在斑马鱼体内的选择性富集以及不同对映体对斑马鱼胚胎-仔鱼的发育毒性研究。结果表明:(1)斑马鱼对茚虫威的富集存在明显立体选择性,其优先富集的是(-)-R-茚虫威;对映体在斑马鱼体内的代谢较快,在清水中恢复饲养阶段,(-)-R-茚虫威和(+)-S-茚虫威的平均半衰期分别为4.2和2.4d。(2)茚虫威外消旋体及两个光学纯对映体对斑马鱼胚胎-仔鱼发育的影响存在显著性差异。以斑马鱼的胚胎卵内自主运动、心跳次数、孵化率和致畸率为检测终点,发现茚虫威存在显著的对映体选择性毒性,其毒性大小顺序为:(-)-R-茚虫威(+)-S-茚虫威外消旋体。


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