基于有害结局路径研究农药类污染物对不同水生生物间毒性相关性

Pesticides refer to the synthetic chemicals or natural synthetic agents used for the prevention, eradication or control of diseases, insects, grasses and other pests in agriculture and forestry. They are also used for regulating the growth of plants and insects. Pesticides can pollute the environment in the production, sale, transportation, use, storage and disposal, especially in the usage in the agriculture. They can directly or indirectly contaminate the surface water or groundwater through the air drift, rainfall, river drainage or accidental spill. Although the pesticides can effectively control crop diseases and insect pests, at the same time they have harmful effects towards other organisms in the environment. In this project, the interactions between pesticide compounds and bio-macromolecules, such as DNA and proteins, in target sites of different aquatic organisms will be investigated basing on the adverse outcome pathway. The investigations will be also carried out on the relationship between toxicities to cells and toxic effects to different aquatic organisms, the effect of physiological structure on the toxic effects, and the relationship between molecular structure and toxic effects of pesticide compounds. The purposes of this project are to reveal the toxic mechanisms of pesticide compounds for different aquatic organisms in different trophic level and establish the interspecies correlations of toxicity. The research results are not only valuable for the risk evaluation of pesticide compounds in aquatic environment, but also provide scientific basis for the development of environmental criteria for pesticide compounds.

农药是指用于预防、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物，以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成物或天然合成剂。农药在生产、销售、运输、使用、储存和废弃等各个环节都会对环境造成污染，尤其在使用过程中，由于空气飘移、降雨、流域排水或偶然溢出而直接或间接地污染地表水或地下水。在利用农药有效控制作物病虫害的同时，对环境中的其它生物产生较大的危害。本课题以有害结局路径为基础，研究农药类污染物与不同水生生物受体靶位分子（DNA、蛋白质）间的相互作用，细胞效应与毒性效应间的关系，生物结构差异对毒性效应的影响，探讨农药类污染物分子结构与毒性效应间的因果关系，揭示农药类污染物对不同营养级水环境生物生态毒理学机制，建立种间毒性相关方程。研究成果不仅仅为农药类污染物在水环境中的危险性评价提供科学基础，具有理论意义，还为农药类污染物在水环境基准值的制定提供科学依据，具有很好的应用价值。

农药是指用于预防、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物，以及有目的地调节植物、昆虫生长的化学合成物或天然合成剂。但是农药类化合物对不同物种的种间毒性相关性的研究没有系统报道。本课题以有害结局路径为基础，研究了农药类污染物与不同水生生物受体靶位分子间的相互作用，细胞效应与毒性效应间的关系，生物结构差异对毒性效应的影响，探讨了农药类污染物分子结构与毒性效应间的因果关系，揭示农药类污染物对不同营养级水环境生物生态毒理学机制，建立了种间毒性相关方程。研究成果为农药类污染物在水环境中的危险性评价提供科学基础。. 具体研究成果如下：（1）在理论上揭示了不同营养级水生生物种间相关性机理，建立了不同生物剩余毒性的判别标准。（2）发现农药对鱼和胚胎具有相似的毒性作用模式，生物可用性、离子化率等因素，可以影响毒性作用模式的判别。（3）发现蝌蚪的毒性与鱼的毒性具有相近的毒性值和良好的种间相关性，在农药类化合物的危险性评价中蝌蚪和鱼可以互为替代生物。（4）发现惰性化合物的体内临界浓度（CBR）值接近一个常数，而农药类化合物的CBR值具有较大的变化范围。杀虫剂和杀菌剂对大型溞的毒性作用机制不同。（5）建立了农药类污染物体内毒性与体外毒性的理论关系，引入疏水性参数、离子化参数、酸性参数和肠道富集参数可以改善体外细胞毒性与人的毒性或鱼的毒性的相关性。（6）建立了吡唑醚菌酯、肟菌酯、醚菌酯和嘧菌酯的淡水水质基准。（7）建立了警示结构用于怕判断细胞毒性活性物质，揭示了农药等不同类型化合物细胞毒性作用模式。（8）线粒体是细胞毒性的重要靶标之一，许多化合物可引起线粒体功能障碍，从而导致生物体的细胞凋亡。（9）建立了雌激素受体的激活或抑制物质二项式QSAR模型，建立了结构警示判别雌激素受体的活性化合物。（10）发现线粒体呼吸功能损伤能够改变细胞凋亡相关基因的表达水平，多巴胺系统是它们引发神经毒性的重要靶位。