苯氧丙酸类除草剂的对映选择性水生植物毒理及降解代谢

With the increased application of chiral pesticides in agriculture, the enantioselective ecoeffects and environmental fate of these chiral pesticides have received broad attention by environmental scientists in recent years. It has been confirmed that plenty of chiral pesticides pose enantioselective ecological risks on organisms in the environment. Based on the published results, we conjecture that chiral pesticides may pose physiological effects on cyanobacteria enantioselectively, and thereby cause environmental issues. In this program, chiral phenoxypropionic herbicides are chosen as research object. Cyanobacteria Microcystis aeruginusa and Microcystis viridis are chosen as model organisms. The two algae are the major producers of microsystins. The enantioselective physiological characteristics in cyanbacteria cells exposed to chiral phenoxypropionic herbicides will be investigated. Besides, the relationship between toxicity mechanism and microcystins release will be investigated. Further, the aquatic environmental fate of this kind of herbicide will be studied. The results will be a supplement in the environmental safety assessment of chiral propanoic acid herbicides, and such an investigation will provide a new idea in herbicide safety assessment.

手性农药的生态毒理与降解代谢日益受到关注。与植物相关的除草剂在生态毒性与环境行为方面的研究亟待加强。本项目基于苯氧丙酸类除草剂在水体中检出率高、难以降解、生态毒性广谱性大、与水生植物共存可能性大等特点，研究环境浓度水平下此类除草剂对产毒蓝藻的对映选择性毒性、藻毒素产生与释放规律、及其自身的降解代谢。项目拟选择目前国内水体中广泛存在的铜绿微囊藻与绿色微囊藻为生物模型，结合室内模拟湖泊装置与三角瓶研究法，利用细胞生物学方法研究藻细胞的对映选择性生理变化；利用化学分析方法检测藻毒素的产生与释放，并分析此类除草剂自身在水环境中的对映选择性降解代谢。在环境浓度水平下研究手性污染物对蓝藻的对映选择性生态毒性与环境行为，对手性除草剂更全面的安全评价具有重要的意义。同时，在实验室控制条件下探索蓝藻生理生态的变化，对水华蓝藻的了解提供了必不可少的资料积累。

有关苯氧丙酸类除草剂的对映体选择性生态毒理与环境风险的资料非常缺乏。本项目旨在减缓/控制农药残留物对环境的影响，并指导手性农药的合理使用。.本项目的主要研究内容为：手性异构体的拆分与制备；基于实验室模拟法与三角瓶培养法研究该类除草剂对蓝藻的毒性机制；对映体在实验室模拟与三角瓶培养中的降解。对映体对藻毒素产生与释放的影响。.通过该项目的研究，得到以下重要结果：.（1）禾草灵的两个异构体对铜绿微囊藻产生了明显的毒性差异，R异构体毒性强，很可能起到质子载体的作用，而S异构体则无此作用。R可以起到杀藻的作用，同时也是对靶标杂草高效的异构体，因此使用R异构体是推荐的。该项研究结果发表在本学科TOP期刊ES&T上，并得到了能源与环境领域的小诺贝尔奖“国际埃尼奖（Eni Award）”的邀请。.（2）进一步，发现禾草灵异构体对藻毒素的产生与释放产生了显著的效应差异。R异构体对铜绿微囊藻的毒性大于S异构体，R异构体引起的活性氧与MDA增加程度大于S异构体，并进一步引起更多藻毒素的释放。毒性机制可能在于：由活性氧引起的细胞损伤是毒性的关键因素，禾草灵瓦解细胞质膜电势，由自由基引起细胞膜的脂质过氧化，破坏细胞膜，导致细胞破裂坏死。研究结果发表在TOP期刊Aquatic Toxicology上。.（3）精喹禾灵、噁唑禾草灵、氟吡禾灵对铜绿微囊藻的生长起到不同的抑制作用。精噁唑禾草灵对铜绿微囊藻和绿色微囊藻的毒性不同，引起藻细胞不同程度的生长抑制和氧化损伤，影响藻毒素合成与释放，引发细胞凋亡。该项研究结果发表在Environmental Science and Pollution Research上。.（4）手性除草剂在水生植物铜绿微囊藻培养液体系中的降解不具有对映选择性，表明藻细胞对手性除草剂不存在对映体选择性吸收。.（5）此外，在本项目基础上进行扩展研究，发现草甘膦对铜绿微囊藻也产生一定毒性，研究结果发表在TOP期刊Aquatic Toxicology上。.本项目揭示了苯氧丙酸类除草剂的水生植物毒性机制，对除草剂全面的环境风险评价和筛选使用合理的异构体提供了参考依据。同时，对水华蓝藻也提供了资料积累。