基于结构-活性关系的长期低剂量唑类杀菌剂混合物毒性和相互作用定量预测研究

The low doses co-exposure of azole fungicides and pyrethroids in the real environment produces additive and synergistic effects, whereas most existing studies were exposed at short-term and impractical high concentrations. At present, there is no practical method that can be used directly to predict long-term combined toxicity present at low doses (e.g., no observed effect concentration (NOEC) and 10-30% effect concentration) and quantitative predict synergistic and antagonistic effects at low doses. Therefore, the prediction of long-term combined effects and interactions of low dose pollutants is of great practical significance. The changes of joint toxicities and interactions between the azole fungicides and pyrethroids at low dose, environmental concentration, short-term and long-term exposures will be systematically studied The concentration threshold for synergistic effect will be determined. Based on experimental concentration-effect data and quantitative structure-activity relationship, the new prediction models for low dose time toxicity and interaction of mixtures will be established to predict the toxicities of synergistic and antagonistic mixtures at low dose, and to quantitative prediction of synergistic and antagonistic effects. This project will provide an important scientific basis for risk assessment of combined pollutions and water quality benchmark, and provide a reliable method for better and faster evaluate long-term combined effects of low dose mixtures.

实际环境中的低剂量唑类杀菌剂和拟除虫菊酯共暴露产生加和与协同作用，而现有大多数研究为不切实际的高浓度和短期暴露。但到目前为止，没有成熟的方法可直接用于预测低剂量长期共暴露下的联合毒性(如无观测效应浓度和10-30%效应浓度)及协同和拮抗作用。因此，低剂量复合污染物的长期联合效应与相互作用预测研究具有重要的现实意义。本项目将通过羊角月牙藻的96孔板毒性测试，获得唑类杀菌剂和拟除虫菊酯混合物在低剂量、环境浓度、短期和长期暴露下的浓度-效应关系，系统研究混合物联合毒性与相互作用变化规律，确定发生协同作用的浓度阈值；基于实验测定的浓度-效应关系，利用定量结构-活性相关构建混合物的时间毒性和相互作用新模型，实现低剂量、长期共暴露下的加和、协同和拮抗作用混合物毒性、混合物相互作用定量预测。本项目将为复合污染风险评估和水质基准提供重要的科学依据，为更好和更快地评估长期低剂量混合物效应提供可靠方法。

实际环境中唑类杀菌剂和拟除虫菊酯共暴露产生加和、协同作用，而杀菌剂的毒性相互作用规律未知，现有浓度加和与独立作用模型无法准确预测混合物联合毒性。本项目通过绿藻（羊角月牙藻、蛋白核小球藻）96孔板毒性测试，研究了单一杀菌剂及其混合物对绿藻的毒性及其变化规律，获得了22种唑类杀菌剂和拟除虫菊酯类杀虫剂及其539组混合物对绿藻的的浓度-效应数据。在唑类杀菌剂胁迫下，22种目标污染物的暴露均使绿藻体内超氧化物歧化酶与过氧化氢酶的活性出现不同程度的促进，总蛋白与叶绿素a含量均出现了不同程度的抑制，导致活性氧和丙二醛不断累积、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性不同程度的增强。539组唑类杀菌剂混合物的半数效应浓度负对数（pEC50）范围为从3.053到7.436，含有叶菌唑和麦穗宁的混合物的毒性最大，而含粉唑醇、土菌灵和噁霉灵的二元唑类混合物呈较小毒性，低于其单一物质的毒性；混合物的浓度、组分及其浓度比例是影响混合物毒性的主要因素。唑类杀菌剂混合物毒性相互作用规律表现为低浓度的以协同、加和作用为主，高浓度以加和作用、拮抗作用为主。随着污染物组分的增多，毒性相互作用具有减弱的趋势，以拮抗或加和作用为主。三个效应（EC10、EC30和EC50）水平下混合物产生协同作用的最大浓度分别为3.46×10-6mol·L-1、1.90×10-5mol·L-1和5.85×10-5mol·L-1；产生拮抗作用的最大浓度分别为3.18×10-6mol·L-1、1.82×10-5mol·L-1和5.81×10-5mol·L-1。构建混合物毒性QSAR模型均能够准确预测混合物的联合毒性，模型的确定系数（R2）为0.85-0.98，预测能力优于传统的加和模型（R2=0.77-0.80）。研究结果为复合污染风险评估和水质基准提供重要的科学依据。