溴敌隆、氰戊菊酯和哌虫啶三种农药对蚯蚓的毒性和生物富集研究

摘要

农药的大量使用造成了严重的环境污染，对生态系统构成了严重威胁。本研究以土壤生态系统中广泛采用的无脊椎动物蚯蚓为模式生物，研究了目前广泛使用的溴敌隆、氰戊菊酯和哌虫啶三种农药对蚯蚓的急性毒性、体重变化、氧化损伤和生物富集作用。
　　溴敌隆是一种广泛使用的第二代抗凝血灭鼠剂，目前尚无溴敌隆对蚯蚓毒性的相关报道。本研究发现，土壤中溴敌隆的浓度达到1mg/kg，即会对蚯蚓产生毒性作用，这一浓度在野外农田中可能达到，因此可认为暴露溴敌隆会对蚯蚓产生潜在风险。同时，暴露亚致死浓度的溴敌隆会抑制蚯蚓的生长。本研究还发现，溴敌隆暴露下，与对照组相比，蚯蚓体内抗氧化防御系统酶SOD和CAT活性没有显著性变化，而MDA含量显著增加。结果表明，MDA是较敏感的生物标志物。本研究还发现，随着暴露时间的增加，溴敌隆能富集到蚯蚓体内，而且富集浓度与土壤中溴敌隆浓度有关。溴敌隆在蚯蚓体内的生物富集因子(BSAFs)随着土壤中溴敌隆浓度的增加而减小。本研究结果表明，溴敌隆使用后蚯蚓不仅是潜在的中毒目标，而且是食虫动物和食腐动物二次暴露的来源。
　　氰戊菊酯是一种典型的手性拟除虫菊酯杀虫剂，其S型对映体即顺式氰戊菊酯为其有效活性成分。本研究比较了氰戊菊酯外消旋体与顺式氰戊菊酯对蚯蚓的毒性和生物富集的对映体选择性。研究结果表明，顺式氰戊菊酯对蚯蚓的毒性比氰戊菊酯毒性更大。研究还发现，随着暴露时间的延长，氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯的暴露会抑制蚯蚓的生长，而且顺式氰戊菊酯对蚯蚓生长的抑制作用更强。本实验中顺式氰戊菊酯对蚯蚓生长的抑制作用更强，可能是因为顺式氰戊菊酯对蚯蚓毒性更大，蚯蚓体内糖原和脂肪消耗以及蛋白质含量降低更多，从而导致顺式氰戊菊酯暴露下蚯蚓体重抑制作用更加明显。研究结果表明，暴露氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯后，蚯蚓体内抗氧化酶活性较为一致，即蚯蚓体内CAT活性先被抑制，后随着暴露时间的增加被显著诱导;蚯蚓体内SOD整体上均被显著诱导;蚯蚓体内MDA含量变化有较大差异。研究结果表明，对于氰戊菊酯，SOD是较敏感的生物标志物，而对于顺式氰戊菊酯，MDA是较敏感的生物标志物。研究发现，随着暴露时间的增加，氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯能富集到蚯蚓体内，而且毒性小的氰戊菊酯在暴露末期生物富集因子(BSAFs)更大。研究表明，在评价手性农药对生物的毒性和生物富集时应考虑对映体选择性。
　　哌虫啶是我国自主研制的新型创制农药，目前尚无其对蚯蚓的毒性评价数据。研究发现，哌虫啶属于低毒农药，而且比其他烟碱类杀虫剂的毒性低。土壤中哌虫啶浓度达到的50mg/kg就会对蚯蚓产生毒性作用。研究还发现，长时间暴露哌虫啶会抑制蚯蚓的生长。研究结果表明，哌虫啶暴露下，蚯蚓体内CAT和SOD均被显著诱导，而且CAT在最短暴露时间最低浓度0.1 mg/kg即有显著作用，表明CAT是对哌虫啶更为敏感的生物标志物。只有在高浓度和长时间暴露下，MDA含量有显著性变化，表明MDA对哌虫啶的暴露不敏感。
　　本研究丰富了蚯蚓作为模式生物的毒性数据，同时也为三种农药在土壤中的生态风险评价提供了更加有力的科学依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 抗凝血灭鼠剂

1．2．1 抗凝血灭鼠剂对非靶标生物的毒性作用

1．2．2 溴敌隆

1．3 拟除虫菊酯杀虫剂

1．3．1 拟除虫菊酯杀虫剂在环境中的残留水平

1．3．2 拟除虫菊酯杀虫剂毒性的对映体选择性

1．3．3 拟除虫菊酯杀虫剂生物富集的对映体选择性

1．3．4 氰戊菊酯

1．4 新型烟碱类杀虫剂

1．4．1 新型烟碱类杀虫剂在环境中的残留水平

1．4．2 新型烟碱类杀虫剂对非靶标生物的影响

1．4．3 哌虫啶

1．5 蚯蚓的生态毒理学研究

1．5．1 蚯蚓的生态毒理研究方法

1．5．2 农药对蚯蚓的生态毒理学研究现状

1．6 蚯蚓对农药的生物富集作用

1．7 研究目标、内容和拟解决的关键问题

1．8 研究技术路线

第二章 溴敌隆对蚯蚓的毒性和生物富集研究

2．1 前言

2．2 材料和方法

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 实验方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 溴敌隆对蚯蚓的急性毒性

2．3．2 溴敌隆对蚯蚓体重的影响

2．3．3 溴敌隆对蚯蚓抗氧化防御系统的影响

2．3．4 蚯蚓对溴敌隆的富集作用

2．4 小结与创新

第三章 氰戊菊酯及顺式氰戊菊酯对蚯蚓的毒性和生物富集研究

3．1 前言

3．2 材料和方法

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 实验方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯对蚯蚓的急性毒性

3．3．2 氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯对蚯蚓体重的影响

3．3．3 氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯对蚯蚓抗氧化防御系统的影响

3．3．4 蚯蚓对氰戊菊酯和顺式氰戊菊酯的富集作用

3．4 小结与创新

第四章 哌虫啶对蚯蚓的毒性评价

4．1 前言

4．2 材料和方法

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 实验方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 哌虫啶对蚯蚓的急性毒性

4．3．2 哌虫啶对蚯蚓体重的影响

4．3．3 哌虫啶对蚯蚓抗氧化防御系统的作用

4．4 小结与创新

第五章 主要研究结论与未来工作展望

5．1 主要研究结论

5．1．1 溴敌隆对蚯蚓的毒性和生物富集研究

5．1．2 氰戊菊酯及顺式氰戊菊酯对蚯蚓的毒性和生物富集的对映体选择性

5．1．3 哌虫啶对蚯蚓的毒性

5．2 未来工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢