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三种典型手性污染物对绿藻和拟南芥的毒性效应研究

陈慧  
【摘要】:化学农药主要是人工合成的生物外源性物质,流失的农药不仅造成生态环境的严重威胁,甚至会进入人类食物链,构成对人类健康的严重威胁。现在施用的农药中有很大一部分是手性农药,手性农药的对映体中,往往只有一种对映体是具有除草或杀虫活性的,外消旋体的施用使得没有除草杀虫活性的对映体在环境中大量残留,手性化合物的化学行为往往相似但是生物行为却相差巨大,所以研究手性农药不同对映体的环境行为具有重要的环境意义。考虑到环境污染的复杂性,环境中其他污染物对手性农药环境行为可能存在一定的影响,尤其是环境中的非手性污染物,因此研究非手性污染物对手性污染物环境行为的影响也是非常必要的。随着科学研究的发展,一些新兴的手性物质不断出现,手性离子液体就是这样一类手性物质,对这类物质的毒性大小进行评估可以为它们的安全使用提供依据。本文的主要内容如下: (1)手性除草剂2,4-滴丙酸(DCPP)对斜生栅藻的毒性以及与重金属Cu对其对映体选择性的影响。DCPP能够刺激斜生栅藻细胞产生过量的ROS,进而激活抗氧化系统的活性,但是两者之间的平衡被打破使得细胞的叶绿素含量降低,亚细胞结构受损。DCPP的不同对映体处理后细胞内ROS的产生量表现出了对映体差异,ROS产生量多的R-对映体毒性也较大,亚细胞结构受损严重。DCPP和Cu的复合处理毒性要远大于单独处理的毒性,两者之间的作用方式会影响DCPP毒性的对映体选择性。因此在评估复合毒性时要充分考虑两者的相互作用方式。 (2)手性除草剂咪唑乙烟酸(IM)对斜生栅藻的毒性以及与重金属的复合毒性。IM对斜生栅藻的毒性不具有对映体选择性,Cu和IM对斜生栅藻的复合毒性要远远小于Cu的单独毒性。原因可能是:首先IM和Cu能形成螯合物,该螯合物具有分解H202的作用,减少了H202对细胞的危害;其次,IM和Cu形成螯合物后减少了离子形态的Cu和斜生栅藻细胞壁的相互作用,进而减少了毒性;Cu单独处理时可以改变斜生栅藻细胞内微量元素Fe的分布,但是螯合物IM-Cu不会。 (3)乳酸根手性离子液体对斜生栅藻的毒性。乳酸根手性离子液体对斜生栅藻的毒性具有对映体选择性,并且随着阳离子碳链长度的增加对映体选择性变得不明显。不同构型的手性离子液体可以选择性的改变斜生栅藻的细胞通透性,并且可以导致细胞内产生不同量的ROS,此外,不同构型的手性离子液体的聚集行为不同,以上这些可能是导致手性离子液体毒性具有对映体选择性的原因。随着阳离子碳链长度的增加,阴离子在毒性中所占的比重减小,所以对映体选择性变得不明显。但是乳酸根手性离子液体对裸藻的毒性不具有对映体选择性。斜生栅藻和裸藻细胞结构的差异以及营养方式的不同可能导致了两者对手性离子液体的敏感性不同。 (4)手性除草剂DCPP对拟南芥的毒性。DCPP对拟南芥的毒性表现出了明显的对映体差异性,叶片的鲜重以及根的长度都存在对映体差异,其中R-DCPP的毒性最大,其次为Rac-DCPP, S-DCPP的毒性最小。DCPP作为一种植物激素类除草剂其R-对映体能够和植物生长素一样,过量时诱导细胞内产生ROS,抑制生长,造成植株死亡,S-对映体没有该作用。而且DCPP的不同对映体对抗氧化系统激活能力不同,对气孔细胞的调控节奏也不同。 (5)手性除草剂M对拟南芥的毒性。IM对拟南芥的毒性表现出了明显的对映体差异性,而且不同的对映体可以引起拟南芥叶片内微量元素分布的不同,其中R-对映体会引起微量元素明显的聚集,但是S-对映体不会;但是M不同对映体不会引起根内微量元素分布的改变,这说明M对元素的吸收过程影响可能较小。Cu对拟南芥的毒性较小时仍旧可以改变叶片内微量元素的改变,当cu和IM同时处理拟南芥时毒性趋势以及微量元素的分布趋势和M单独处理时相似。


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