新型新烟碱类农药对环境模式生物毒性效应的研究

发布时间：2017-12-11 08:15

本文关键词：新型新烟碱类农药对环境模式生物毒性效应的研究

【摘要】：新烟碱类杀虫剂在全球杀虫剂市场占主导地位,随着世界范围内该类农药的频繁大量使用。因此所造成的害虫抗药性问题和生态环境负面效应日益凸显。探寻新烟碱类杀虫剂环境友好型替代品已成为全球迫切需要解决的科学技术问题之一。环氧虫啶和哌虫啶是我国自主创制的高效、低毒、环保的新型新烟碱类农药,是具有良好开发前景的传统新烟碱类杀虫剂候选替代品。尤其值得关注的是,兼具"高效活性和环境利益"的单一对映异构体农药的开发利用,有助于降低农药环境污染问题,环氧虫啶和哌虫啶都是具有手性异构体的农药。目前研究报道对环氧虫啶和哌虫啶的环境行为与毒性风险评估的科学认识仍很有限,特别是其对于非靶标环境模式生物毒性效应的研究甚是少见。鉴于此,本论文以环氧虫啶和哌虫啶为研究对象,综合运用同位素示踪技术、现代有机波谱分析技术和生物技术,以及环境毒理实验方法,着重研究了环氧虫啶及其对映体在高等模式生物大鼠机体的吸收、代谢、运转和排泄规律,环氧虫啶对非靶标水环境模式生物(栅藻和水螅)的选择性毒理作用,以及哌虫啶对非靶标水环境模式生物的毒性效应。旨在客观全面的评估与认识新型新烟碱类农药环氧虫啶和哌虫啶的环境安全性,为指导我国自主创制的新农药的科学合理使用提供科学依据。本研究对保障生态环境安全和人类健康有着重要的科学和现实意义。主要研究内容和结果如下:(1)新烟碱类农药虽然对哺乳动物低毒,但其在模型动物体内的吸收分布和代谢运转尚未见报道。环境中农药污染会对人类产生毒理学后果,因此环境毒理学有必要阐明农药对哺乳动物的毒作用规律。本论文首先对14C特征性标记环氧虫啶的外消旋化合物进行手性拆分,进而结合同位素示踪技术和现代有机波谱技术,从对映体层面探究了环氧虫啶在大鼠机体吸收、运转、排泄方面的对映体选择性差异。研究结果显示,大鼠灌胃给药后,环氧虫啶在血液中的含量先不断升高,达到峰值后再逐渐降低的低浓度稳定水平。环氧虫啶在大鼠的肾、肾上腺、皮毛和心脏器官的分布含量较多,且随时间的延长,心脏、肾和肾上腺的放射性含量逐渐降低,皮毛和脂肪中的放射性浓度升高。给药24 h后,50%以上的环氧虫啶随大鼠的尿液和粪便排出体外。环氧虫啶的外消旋体RM和对映异构体SR、RS在大鼠机体代谢的实验结果表明,大鼠血液代谢过程中存在立体选择性差异。RM、SR和RS在大鼠器官中的分布及其运转过程也表现出差异。给药24h后,RM和SR、RS的大鼠排泄物所占放射性比例分别为50.4%,59.7%,74.5%,单一异构体RS在大鼠体内的蓄积量最少。此外,环氧虫啶在大鼠体内的代谢运转表现出性别差异,环氧虫啶在雌鼠机体的吸收迁移较雄鼠存在一定的滞后性。(2)新烟碱类杀虫剂作为持续性环境有机污染物对水域环境中的生物体造成致命性的危害。环氧虫啶和哌虫啶作为新型替代农药的候选者,对其展开水环境生物的毒性研究必不可少。藻类植物作为生物链中的初级生产者,在整个生态系统中占有重要的地位。本论文研究了新型新烟碱类农药环氧虫啶和哌虫啶,以及传统新烟碱类农药吡虫啉对非靶标模式植物栅藻的生长及生理的毒性效应。研究发现,3种新烟碱类农药对栅藻表现出毒性作用,对栅藻的毒性作用强弱排序为:吡虫啉≈环氧虫啶哌虫啶。低浓度哌虫啶可能作为营养源,促进栅藻的生长。随着培养基中哌虫啶浓度的增高,藻体生长受抑制程度增大。藻细胞中叶绿素a含量,叶绿素b含量和叶绿素总含量随哌虫啶浓度的增高而减少。环氧虫啶在培养基中的浓度越高,栅藻生长受抑制作用越明显,藻细胞氧化损伤程度越大,细胞产生的MDA含量增加,SOD活力增大。但当环氧虫啶浓度超过50mg/L,藻体氧化胁迫的增加与抗氧化系统之间的平衡会遭到破坏,导致细胞凋亡或坏死,从而使SOD活力降低。环氧虫啶的外消旋体和2个对映异构体在栅藻氧化胁迫实验中没有表现出选择性差异。(3)水质监测的模式动物水螅对毒性作用极其敏感,可通过短时间内水螅明显且易于观察的形体变化及其死亡数来表征农药的毒性作用。本论文以新型新烟碱类农药环氧虫啶和哌虫啶,以及传统新烟碱类农药吡虫啉为受试对象,研究其对水螅的毒性作用。研究结果表明,3种新烟碱类农药对水螅的毒性作用会导致其个体皱缩,细胞组织消溶,并解体死亡。农药浓度越高,水螅解体死亡所需的时间越短。吡虫啉、环氧虫啶和哌虫啶对水螅48hLC50分别为5.91 mg/L、17.25 mg/L、31.67 mg/L,对水螅的毒性呈现为:吡虫啉环氧虫啶哌虫啶。此外,环氧虫啶外消旋体及其2个手性拆分对映异构体对水螅的致死作用未表现出选择性差异。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ450.2

【参考文献】

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