禾草酸與HCH異構(gòu)體對銅綠微囊藻和擬南芥的結(jié)構(gòu)選擇性毒性和致毒機理研究.pdf

1、在正在逐年增加的農(nóng)藥使用過程中，含有同分異構(gòu)體和對映異構(gòu)體的農(nóng)藥使用量也在上升，而對它們環(huán)境安全的研究一直是環(huán)境毒理學(xué)的研究熱點。禾草靈(diclofopmethyl，DM)是現(xiàn)在仍然大量使用的一種芳氧苯氧丙酸類(Aryloxyphenoxypropionates，AOPP)除草劑。雖然對于它在環(huán)境中的遷移降解及生態(tài)毒性的研究較多，但是對它的主要代謝產(chǎn)物禾草酸(diclofopacid，DC)的環(huán)境行為的報道卻非常有限。而在環(huán)境中，脂形

2、式的DM在一天之內(nèi)就會水解為它相應(yīng)的酸形式——DC。持久性有機氯污染物六六六(Hexachlorocyclohexane，HCH)是二戰(zhàn)后大量使用的一種殺蟲劑，它在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，公共衛(wèi)生和寄生蟲控制方面取得了顯著成效。但由于其較長的半衰期和較高的生物富集性，給生態(tài)系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的風(fēng)險。另外，DC是由一對對映異構(gòu)體組成的而HCH因氯原子在苯環(huán)上的不同取代位包含八種不同的異構(gòu)體。當(dāng)前，關(guān)于這兩種農(nóng)藥的毒理學(xué)研究主要集中在動物或細(xì)胞領(lǐng)域，較少涉及

3、植物領(lǐng)域，特別是它們的結(jié)構(gòu)選擇性植物毒性的研究則更加匱乏。本論文選用了水華藍藻銅綠微囊藻（Microcystisaeruginosa）和模式植物擬南芥（Arabidopsisthaliana），探討在這些過去或現(xiàn)在正在大量施用的農(nóng)藥作用下，對處在生物鏈最底層的這兩種植物正常生長和繁殖的影響以及造成這些影響的可能原因。我們的研究內(nèi)容和結(jié)果具體說來分為以下幾個方面:
　　 (1)禾草酸對模式植物擬南芥的毒性存在顯著的對映體選擇性。無

4、論是植株的表觀形態(tài)還是葉片的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，DC的R型對映體的毒性都要顯著的高于S型。對于造成這種選擇性毒性差異的原因，本論文從擬南芥的酶促抗氧化系統(tǒng)和DC可能的靶標(biāo)酶——乙酰輔酶A羧化酶(ACCase)兩個方面去闡釋。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DC對擬南芥的抗氧化酶的活性和ACCase相關(guān)基因的表達量的影響都存在顯著的對映體差異。另外，還利用分子對接的方法模擬了DC與ACCase的靶標(biāo)位點β-CT功能域的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)DC與其靶標(biāo)酶結(jié)合位點的親和力較強可能是

5、R-DC對擬南芥毒性較強的原因之一。
　　 (2)DC對銅綠微囊藻的96h急性毒性也存在輕微的對映體選擇性。R-DC的毒性略強于S-DC。除了生物量反映的急性毒性之外，對微囊藻的非酶抗氧化系統(tǒng)也進行了研究，發(fā)現(xiàn)即使等毒性當(dāng)量的加藥，R-DC對該系統(tǒng)的影響也要強于S-DC。另外，我們引入了一種環(huán)境研究中的熱點化合物——壬基酚(nonylphenol，NP)，首次研究了它與DC的聯(lián)合毒性以及它對手性DC暴露下微囊藻的重要的非酶抗氧化

6、解毒系統(tǒng)對映體選擇性行為的影響。結(jié)果表明，壬基酚與DC之間的聯(lián)合毒性屬于協(xié)同作用范疇，而且壬基酚的添加改變了手性DC對銅綠微囊藻的非酶抗氧化解毒系統(tǒng)的對映體選擇性行為。
　　 (3)本研究選擇了HCH同分異構(gòu)體中最常見的α-，β-，γ-，δ-HCH四種異構(gòu)體，對其誘導(dǎo)的擬南芥毒性進行了研究。結(jié)果表明，δ-HCH對擬南芥的毒性要顯著高于其它幾種。我們從擬南芥的抗氧化酶系統(tǒng)和植株的光合系統(tǒng)效率兩個方面更深入的探討了存在結(jié)構(gòu)選擇性毒性

7、的原因。發(fā)現(xiàn):δ-HCH毒性最大的原因是它對擬南芥氧化還原體系的動態(tài)平衡的干擾效應(yīng)最強，暴露于δ-HCH的植株脂質(zhì)過氧化水平最高，且它對光合效率的影響也最大。
　　 光合植物是我們生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它們的正常生長和繁殖對整個生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響不可小覷。然而，當(dāng)前對各種有機污染物植物毒理學(xué)方面的研究經(jīng)常是毒理學(xué)中忽視的一環(huán)，尤其是在對映體或者異構(gòu)體層面的研究，往往出現(xiàn)空白。無論是否是靶標(biāo)植物，如HCH這樣的持久性污染物還是會通過根或

8、者葉片進入植物并累積，再通過食物鏈向上傳遞。另外，環(huán)境中的污染物并非單一一種，聯(lián)合毒性的研究具有重要環(huán)境意義。特別是像NP和DC這樣，在環(huán)境中檢出率都較高且極有可能在水體中共同存在的化合物之間的聯(lián)合作用更值得我們思考。總之，植物毒理學(xué)的研究可為更加全面的評估DM和HCH這兩種農(nóng)藥的環(huán)境歸趨和潛在風(fēng)險提供技術(shù)支持;對它們致毒機理的探討可以為預(yù)防農(nóng)藥污染，找到合適的安全的農(nóng)藥替代品提供新的思路;另外，對于目前報道較多的植物監(jiān)測和植物修復(fù)技術(shù)