土壤拟除虫菊酯低浓度长期暴露的毒性效应及致毒机理

The single and combined ecotoxicological effects of typical pyrethroid insecticides (cypermethrin, cyfluthrin, deltamethrin, fenvalerate, bifenthrin and knpmpathrin) on the earthworms with long exposure time will be investigated by the following techniques: atomic fluorescence spectroscopy (AFS), HPLC, LC-MS, the design of gene sequence primers and reverse transcription and Real-time PCR. The main work will be to study (1) the cocoon production of mother earthworm and the offspring earthworm and Annetocin gene expression; (2) the response of main Cytochrome P450 (CYP) isoenzyems (CYP1A1, CYP1A2, CYP2E1, CYP2C9, CYP3A4，CYP17) in worms; (3) the response of gene expression from the CYP1, CYP2, CYP3 subfamily. The objective of this work will be (1) to elucidate the possible toxic mechanisms of the above pesticides in the earthworms exposed to lower dosage with longer duration; (2) to screen the sensitive biomarkers and susceptibility gene in worms for monitoring pyrethroid insecticide-contaminated soil with low concentration. In sum, the present study will provide a large number of proof on revealing the mechansims of toxicity in worms exposed to low concentration of pyrethroid insecticides for long time in soil.

以土壤中6种典型的拟除虫菊酯类杀虫剂（氯氰菊酯、氟氯氰菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯、联苯菊酯和甲氰菊酯）为对象，以土壤无脊椎动物蚯蚓为受试实验生物，采用荧光光谱法、液相色谱法、液-质探针法、基因序列引物设计、定量反转录实时PCR等方法，进行土壤低浓度拟除虫菊酯类杀虫剂单一与复合长期暴露下的生态毒性效应及致毒机理研究。毒性效应指标主要包括：1）蚯蚓母体和子代产茧量，促排卵激素Annetocin基因表达量；2）细胞色素P450中CYP1、CYP2和CPY3族典型亚酶同工酶CYP1A1，CYP1A2、CYP2E1，CYP2C9、CYP3A4和CYP17活性的污染诱导响应；3）CYP1、CYP2和CYP3族相关基因的诱导表达响应。本研究旨在筛选敏感生物标记物和易感基因，使之与土壤低浓度拟除虫菊酯类污染毒性效应相匹配，并为揭示土壤低含量拟除虫菊酯长期暴露的致毒机理提供科学依据。

背景:土壤中拟除虫菊酯类农药的残留量较大且普遍。土壤是与水体-植物生态系统物质和能量交流的一个重要环节,持续低浓度的拟除虫菊酯暴 对生态系统及人类健康的潜在危害也备受专家质疑。敏感而有效的毒性实验方法是评价这些低剂量污染物及其代谢产物的生态危害风险的前提，也是当生态毒理学领域需要认真研究和应对的重要课题。.研究内容:选择蚯蚓急性毒性、慢性生长与繁殖毒性指标以及多种生物标记物,开展土壤中拟除虫菊酯生态毒性效应及机理研究；通过改进的SSD方法，并以US EPA水质基准指南为框架，利用数据库获取毒性数据，提出三种拟除虫菊酯地表水水体中的水体标准限值；通过SSD拟合、微宇宙试验结合与环境预测浓度，提出新创农药唑菌的风险值。.重要结果关键数据: 通过急性毒性、生长再生繁殖试验，获取了拟除虫菊酯在草甸棕壤中的LC50、对蚯蚓体重影响、蚯蚓产茧量及幼体数响应值；发现其量-效关系与浓度正相关；发现除虫菊酯对蚯蚓的毒性的蓄积性特征；通过P450亚族CYP3A4和EORD酶活性对拟除虫菊酯暴露的量-效关系发现， 在远低于LC50的浓度下，P450亚族的响应显著。P450亚族活力与供试化学品的倒U型量-效响应曲线表明拟除虫菊酯具有内分泌干扰毒性效应；通过以生物标记物指标毒性数据替代性输入改进的SSD方法。在US EPA水质基准制定指南框架基础上，利用数据库获取毒性数据，从多角度、多层次、多水平反映污染物的生态毒性效应，提出了中国地表水水体中三种拟除虫菊酯的水体标准限值CMC和基准连续浓度CCC；通过SSD、微宇宙试验与预测的唑菌酯环境浓度，给出了唑菌酯对水生无脊椎动物和初级生产者的风险商值(RQ>1)，提示其短期风险不可接受；基于获取的NOEAEC值 3 µg/L，RQ＜1，提示长期风险可接受。.科学意义：本项目研究为土壤和水体中拟除虫菊酯的生态毒性效应提供的基础试验数据，为环境中拟除虫菊酯的风险预测评价提供了科学依据，一定程度上填补了空白。