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Rac-异丙甲草胺及其S-对映体的生态毒性作用的手性差异性研究

熊明瑜  
【摘要】: 手性农药的广泛使用,使其不可避免地进入到生态环境系统中。手性农药的各对映体在生物过程中存在着较大的差异性,表现出不同的生态毒性。由手性农药对映体所引发的环境安全行为和手性选择性的生态毒性效应已成为一个全球关注的新问题。 异丙甲草胺是一种广泛使用的酰胺类除草剂,含有两个R-异构体和两个S-异构体,其除草活性主要来自S-对映体,R-对映体具有致突变作用。本文通过研究Rac-异丙甲草胺(Racmt)和S-异丙甲草胺(Smt)对玉米(掖单13,2ea mays)和水稻(Ⅱ优92,Oryza sativa)两种作物的植物生理、酶活性和细胞超微结构的影响,以期评价这种手性农药对这两种广泛种植的农作物的影响的手性差异性。由于异丙甲草胺的大量使用使得异丙甲草胺能够在地表水和地下水中被检测到,而其对水生生物及生态系统的影响还缺乏相应的研究,通过选用蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)测定其手性对映体的急性毒性浓度,观察Racmt和Smt对藻的酶活性和细胞超微结构的影响,以期评价这种手性农药对水生生态系统的手性差异性影响。通过研究Racmt和Smt对陆地和水体不同生物的影响分析,从而为评价这种手性农药的生态风险提供相关的理论依据。 通过Racmt及Smt对水稻和玉米的EC_(50)的比较表明水稻对Racmt和Smt比较敏感,其EC_(50,96h)分别是12.32μM、9.44μM,玉米的EC_(50,96h)是水稻的60多倍,分别是782.73μM、755.98μM,远远超出了田间使用的浓度范围。观察受药害作用的玉米和水稻幼苗,Racmt及Smt抑制主根伸长、侧根生长、抑制茎的生长、降低叶绿素含量等。Racmt与Smt相比,同浓度的Racmt的毒性作用低于Smt的毒性作用。测定植物体内酶POD、SOD、CYP2E1、GSH和GST的活性,经过Racmt和Smt处理过的玉米和水稻幼苗中的酶活性主要表现为诱导作用,除Racmt处理后的玉米中SOD的活性高于相应的Smt处理组活性,其他各组都是Smt处理的酶活性高于Racmt处理组。观察水稻幼苗细胞超微结构发现,Racmt和Smt会破坏水稻幼苗的叶绿体和线粒体,使得叶绿体的片层结构稀疏,基质减少,叶绿素含量降低,线粒体嵴粒紊乱,甚至内膜消解出现空洞(在Smt处理组中较显著)等,在Racmt处理组中还观察到高尔基复合体两端肿大,Racmt和Smt处理组中的粗面内质网有些轻微的膨胀,这可能与其中的分泌物的合成或传输受阻有关。 Racmt对蛋白核小球藻的24h、48h、72h和96h的EC_(50)分别是0.196、0.241、0.177和0.152 mg L~(-1),相应的Smt的EC_(50)分别是0.116、0.106、0.081和0.068 mgL~(-1),EC_(50)值显示了Smt比Racmt对蛋白核小球藻的急性毒性大。Racmt处理的藻的96h的叶绿素α和叶绿素b的浓度都比相应的Smt浓度高。另外,这种手性农药的高浓度会显著的抑制过氧化氢酶的活性。透射电子显微电镜(TEM)观察发现农药处理的藻都有质壁分离现象,并且在叶绿体中聚集了许多淀粉粒,在胞质中有一些脂质小滴和一些未知的电子不透明沉淀小体,还有大量的处于分裂状态或未完全分裂即已死亡的细胞。这些结果说明Racmt和Smt对蛋白核小球藻的毒性作用有手性差异性,Smt比Racmt毒性作用较大,Racmt和Smt会破坏蛋白核小球藻的细胞结构,抑制细胞的正常生长和代谢。


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