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我院农药毒理学&有害生物抗药性团队在农药环境毒理学研究中取得新进展
发布时间:2021-08-31

近日,我院农药毒理学&有害生物抗药性团队的研究进展在线发表,研究首次明确了氯乙酰胺类除草剂异丙甲草胺及其高效异构体S-异丙甲草胺在模式生物斑马鱼体内的富集、代谢行为,揭示了其对斑马鱼内分泌-生殖的毒性及作用机制,为该类除草剂的生态环境风险评估和手性农药的科学合理使用提供了重要的理论依据。



杂草苗前防治对田间杂草的控制至关重要,氯乙酰胺类除草剂是目前世界上使用最多的芽前除草剂,广泛应用于田间防除多种禾本科杂草和阔叶杂草。异丙甲草胺分子结构中同时含有手性碳原子和手性N轴两个手性中心,存在4种立体异构体。异丙甲草胺是含等比例S体和R体的外消旋体,精异丙甲草胺是富集了高效S-构型异构体,除草活性比异丙甲草胺高1.6倍。异丙甲草胺在水中溶解度高,在环境中具有较强的淋溶性,不科学的使用会造成水环境中的残留,进而通过食物链富集作用威胁水生生物的健康安全。该研究团队发现,异丙甲草胺和S-异丙甲草胺在斑马鱼体内的富集具有立体选择性差异,在低浓度30 μg/L的暴露环境下,S-异丙甲草胺优先富集,而在300 μg/L的高浓度暴露下,异丙甲草胺优先富集;将暴露于药剂28天后的斑马鱼转移至清水中,斑马鱼体内第1天均代谢70%以上,第2天均代谢90%以上,该研究结果表明,不同浓度的异丙甲草胺和S-异丙甲草胺的生物蓄积存在差异,其生物富集因子在30 μg/L处理下分别为1.912.56300 μg/L处理下分别为2.862.18;该除草剂在斑马鱼体内均能快速代谢



除草剂在斑马鱼体内的富集、代谢

研究发现高浓度异丙甲草胺显著抑制斑马鱼解毒代谢酶活性和肝脏发育,破坏抗氧化系统。进一步研究明确了异丙甲草胺和S-异丙甲草胺能通过不同途径显著改变斑马鱼HPG轴相关基因的表达,破坏雌鱼性激素稳态,进而影响斑马鱼的生殖发育;而且,雌鱼对两种药剂更为敏感,具有性别特异性。此外,暴露后的斑马鱼在清水中净化7天后,受药剂影响的大部分酶的活性、激素水平,以及相关基因表达水平均有所恢复,这与两种药剂在斑马鱼体内的快速代谢密切相关。深入探究异丙甲草胺和S-异丙甲草胺对斑马鱼富集、代谢行为和内分泌-生殖毒性的差异,为研究氯乙酰胺类除草剂对非靶标生物的毒性奠定了重要基础。


除草剂对斑马鱼性激素的影响

研究成果以“Bioaccumulation, metabolism and endocrine-reproductive effects of metolachlor and its S-enantiomer in adult zebrafish (Danio rerio)”为题在Science of the Total Environment发表。植物科学技术ob欧宝体育app农药学专业硕士研究生欧阳康为论文第一作者,马洪菊副教授为论文的通讯作者,植物科学技术ob欧宝体育app李建洪教授和水产ob欧宝体育app李广宇教授参与了项目的指导。上述研究得到了国家重点研发计划(2017YFD0301403)和国家自然科学基金(31972300)等项目的资助。

 

 

 

 

通讯员:欧阳康

审核人:李建洪



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