气候变化对农药水生毒性的对映体选择性影响机制探索

Climate change has become an important issue since the last decades. Based on such a backgroud, we study the effects of some typical environmental factors on the enantioselective aquatic toxicity of chiral pesticides. Organochlorine, organophosphate, pyrethroid insecticides and chloroacetamide herbicides are employed, as these pesticides are frequently detected and they have high bioconcentration factors and aquatic toxicity.Temperature, salinity and heavy metals are selected to be the key environmental factors. Zebrafish and its embryos are chosen to be the model organisms for the acute and chronic aquatic toxicity studies. Based on the effects of environmental factors on the enantioselective acute toxicity of chiral pesticides, the mechanisms of chronic toxicities are further studied. By combing the enantioselectivity in developmental toxicity, endocrine effects and immune toxicity, the inner biomolecule mechanisms are further considered. This project aims to clarify the mechanisms of effects of environmental fators on enantioselective aquatic toxicity of chiral pesticides, providing a scientific basis for the environmental safety assessment of chiral pesticides and a better preparation for the impact of climate change on agriculture.

近年来，气候变化对农业生态的影响已经日益引起公众的关注。本项目立足于气候变化背景下，围绕环境因素对手性农药水生毒性对映体选择性影响这一基础科学问题，选取有机氯、有机磷、拟除虫菊酯杀虫剂和酰胺类除草剂为目标化合物，针对其检出率高、生物富集强和水生毒性高等特点，研究在温度、盐度以及金属离子等几个关键环境因素影响下，它们在斑马鱼体内的对映体选择性累积和代谢变化特征；同时以斑马鱼及其胚胎为模型开展水生毒性研究，在揭示对映体选择性急性毒性变化特征的基础上，进一步探索慢性毒性对对映体选择性的影响规律；通过胚胎发育毒性、内分泌干扰效应和免疫毒性，在分子生物学水平上探索其影响机制和对映体选择性毒性变化的内在联系。本研究旨在阐明环境因素对手性农药对映体选择性水生毒性的影响规律和机理，为全面合理的评价手性农药环境安全提供科学依据，以期更好的应对气候变化对农业生态的影响。

目前，手性农药的生态毒理效应已经引起了广泛关注，但这当中的机制尚不十分清楚，尤其是在气候变化这一大背景下，更加剧了这一问题的复杂程度。在本项目中，我们选取了有机氯、拟除虫菊酯杀虫剂、酰胺类除草剂等手性农药为研究对象，考察了他们在模式生物斑马鱼中的对映体选择性毒性，同时围绕温度、盐度等几个关键环境因素，进一步探索了鱼体内的对映体选择性累积、毒性变化特征；重点围绕甲状腺干扰效应，研究了上述手性农药的毒性机理。结果表明，温度变化对拟除虫菊酯等农药的水生毒性有着十分显著的影响。随着温度的升高，一方面影响了它们的生物富集效应，另一方面显著增强了菊酯的急性毒性。类似的规律同样在盐度变化中发现。而手性农药的甲状腺干扰效应则随温度和盐度变化更为发杂，这既有温度特异性，也有对映体特异性。基于实际环境温度的野外增温实验更进一步证实了上述结论，即温度升高在加剧农药急性毒性的同时，使内分泌干扰等慢性毒性规律复杂化。同时，我们在上述实验结果的基础上，进一步从斑马鱼不同生命阶段和亲代-子代传递角度深入探讨了潜在的毒作用机制。研究表明，手性农药在斑马鱼的不同发育阶段其毒性存在显著差异，且这一差异同样体现出不同的对映体选择性毒性结果。手性农药对母代暴露产生的毒性效应，会进一步传递到子代当，这一传递伴不但随着农药本身浓度的传递，而且对甲状腺干扰效应分析表明，这一传递还来自内源性的影响。通过对外消旋体的对映体含量分析和单独对映体暴露的结果表明，这一过程中存在显著的对映体选择性效应。上述研究在一定程度上阐明了环境因素对手性农药对映体选择性水生毒性的影响规律和内在机理，为全面合理的评价手性农药环境安全提供科学依据，有助于更好的应对气候变化对生态环境的影响。