农药代谢物在水生环境及水生生物中的生成机制及健康效应研究

The research on environmental behavior of pesticides has mainly focused on the degradation of mother compounds, but few studies on the transformation products have been reported. The data of pesticide transform mechanisms in the environment and the environmental behavior, toxicity, toxicology and health effect of the pesticide transformation products are insufficient. In this project, nine representative pesticides’ metabolism in aquatic environment and aquatic organism (in vivo and in vitro) will be studied and the metabolites will be identified. The molecular biological transform mechanism by P450 isoenzyme will be systematically studied. Health effect like acute toxicity, neurotoxicity, endocrine disruption (high throughput analysis), cytotoxicity, oxidative damage and developmental toxicity on model organism will be studied after the synthesis of representative metabolites. The toxic difference of the enantiomers of chiral pesticides and their metabolites will be taken into consideration, and the selective mechanisms of enantiomers will also be studied using in vitro model evaluation system, high throughput analysis and so on. This project will contribute to the study of transform mechanisms in aquatic environment of the pesticides and their metabolites and thus comprehensively evaluate their health effect.

目前农药的环境行为研究多关注母体的降解消除等指标，而对分子转化产物的研究并不多，农药在多种基质中的分子转化机制及分子转化产物的环境行为、毒性毒理及健康效应方面的研究数据非常匮乏或不全面。本课题拟以甲基硫菌灵、嘧菌酯等广泛使用的9种典型农药为代表，研究在水生环境及水生生物体（体内、体外）中的代谢行为，鉴定代谢产物，系统研究P450同工酶超家族介导的农药分子生物转化的机制，通过合成制备20-30种代表性的农药代谢物标样进行健康效应评价，除了评价模式生物的急性毒性外，还进行神经毒性、内分泌干扰效应、细胞毒性和氧化损伤、发育毒性等方面的研究。另外对其中的手性农药及代谢物，研究对映体的代谢和毒性差异，以体外模型评价体系、高通量分析评价体系、小型鱼类成鱼评价体系等评价对映体选择性机制。本课题有助于揭示所研究农药在水生态环境中的分子转化机制，可全面评价相关母体农药及代谢物的健康效应。

农药残留对环境的污染不仅指农药母体本身，也包括相关杂质、代谢或降解产物，某些农药代谢物的残留期和毒性远远大于母体。目前农药的环境行为研究多关注母体的降解消除等指标，而对分子转化产物的研究并不多，农药在多种基质中的分子转化机制及分子转化产物的环境行为、毒性毒理及健康效应方面的研究数据非常匮乏或不全面。本项目围绕水生环境的农药污染问题，研究农药在水生环境及水生生物体内的降解、代谢、迁移转化行为，重点关注代谢物的生成、环境行为及毒性效应，进而进行风险效应评价。主要完成了如下工作：（1）建立了农药及代谢物在多种环境基质中的残留分析方法，完成了氟虫腈、乙虫腈、丁虫腈、乳氟禾草灵、噁唑禾草灵、吡丙醚、苯霜灵、丁硫克百威、DDT、六六六、三唑酮、己唑醇等农药在复杂水环境中的环境行为，考察了代谢物的生成规律，绘制了农药的代谢轮廓图。进行了典型农药在斑马鱼、河蚌、浮萍、青蛙、蝌蚪、颤蚓、泥鳅等水生生物体内的富集及代谢行为研究，鉴定了主要代谢产物。研究了典型手性农药及代谢物对映体的选择性降解、代谢行为。（2）合成了40余种农药代谢产物，优化了合成路线，对合成的代谢物进行了纯化、表征确证，得到了高纯度标准品。（3）测定了主要农药代谢物对水生生物急慢性毒性、内分泌干扰效应。结果表明，超过40%的农药代谢物具有比母体更强的毒性。研究了农药及代谢产物神经毒性分子机制、内分泌和发育毒机制性，构建了三元分类计算毒理学分析平台预测无法进行毒性评价的农药中间代谢产物的毒性。探索了典型手性农药分子致毒机制的对映体选择性差异。研究可阐明常用农药及代谢物对水生环境的迁移转化规律及致毒机制，可为农药的全面、准确环境风险评价提供科学、可靠的依据，也为农药污染治理提供一定的思路。在Microbiome，Environment International，Water Research，Environmental Science & Technology，Journal of Hazardous Materials等重要国际学术刊物上发表SCI收录研究论文90篇，五年影响因子大于5的文章共31篇，其中最高影响因子10.9。获得授权专利2项，在申请专利2项。已培养博士14人、硕士12人。