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丙硫菌唑及脱硫丙硫菌唑在丽斑麻蜥体内的行为及毒性研究

文献类型:学位论文

作者谢昀
答辩日期2021-06
文献子类博士
授予单位中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师李建中 ; 王会利
关键词丽斑麻蜥,丙硫菌唑,脱硫丙硫菌唑,毒代动力学,毒性 eremias Argus, Prothioconazole, Prothioconazole-desthio, Toxicokinetics, Toxicity
学位名称理学博士
学位专业环境科学
其他题名The behavior and toxicity of prothioconazole and prothioconazole-desthio in Eremias argus
英文摘要

      三唑类杀菌剂是第二个里程碑式杀菌剂,具有独特的 1,2,4-三唑环结构。上 世纪 80 年代以来,通过对取代基的适当调整,更多高效三唑类杀菌剂应运而生, 而其中最新、最具经济价值的莫过于拜耳公司研发的丙硫菌唑。这是一种主要用 于防治禾谷类、豆类、油菜、花生等作物众多病害的内吸性杀菌剂,其机理是抑 制真菌中甾醇的前体羊毛甾醇或 2,4-亚甲基二氢羊毛甾醇 14 位上的脱甲基化作 用。自 2004 年上市以来,丙硫菌唑以 25.13%的复合增长率迅速成为热门杀菌剂 产品,销售额位居拜耳公司杀菌剂大类第三,谷物杀菌剂第一。

       高销量意味着高使用率,同时带来的还有较高的环境残留风险,特别是在农 田及其周边,丙硫菌唑可能对陆地生态系统构成威胁。脱硫丙硫菌唑是丙硫菌唑 光解试验以及植物代谢试验的主要代谢物,也是丙硫菌唑在环境介质中存在的主 要形式。欧洲食品安全局报告显示,与母体相比脱硫丙硫菌唑在环境中持久性更 强,对哺乳动物生殖发育毒性更大。爬行动物是陆地生态系统的重要组成部分, 尽管其记录的种类逐渐增加,但是在我国很多地区爬行动物的数量正在减少,尤 其是环境污染严重的区域。因此关注爬行动物保护和毒理学研究,评估农药对爬 行动物的生态风险意义重大。本文以本土代表性蜥蜴品种丽斑麻蜥(Eremias argus) 为受试动物,研究并比较了丙硫菌唑和脱硫丙硫菌唑的吸收、分布和消除过程、 代谢途径,以及对肝脏和性腺的毒性损伤机制。

      首先,使用两种化合物分别对丽斑麻蜥进行单剂量(100 mg/kg bw)经口暴露, 测定其在各组织内的浓度,进而得到在组织中随时间的分布情况和毒代动力学参 数。毒代动力学参数表明,在大多数组织中,丙硫菌唑比脱硫丙硫菌唑吸收更快, 达到峰值的时间更短。但丙硫菌唑在蜥蜴体内的相对生物利用度低于脱硫丙硫菌 唑。与母体相比,脱硫丙硫菌唑优先积累,半衰期较长。在分布过程中,发现体 内产生的脱硫丙硫菌唑从其他组织转运并集中在皮和尾的现象,蜕皮和断尾可能 是蜥蜴独特的排出体内外源污染物的新陈代谢方式。对映选择性研究表明,两种 化合物均表现出 S 构型优先累积 R 构型优先排出的现象。

      肝脏是丙硫菌唑和脱硫丙硫菌唑的靶器官,也是丽斑麻蜥的主要代谢器官。 通过定性和半定量检测两种化合物在蜥蜴肝脏代谢产物发现,丙硫菌唑以羟基化、甲基化、酮基化等 I 相代谢为主,II 相代谢仅观察到葡萄糖醛酸结合反应。脱硫 丙硫菌唑在蜥蜴肝脏中稳定性比母体高,仅观察到苯环上的羟基化反应。这可能 是造成两者毒代动力学差异的原因。两种化合物暴露后 CYP 酶基因表达量显示, CYP1A5 和 CYP3A28 可能与丙硫菌唑和脱硫丙硫菌唑苯环上的羟基化和其他氧 化反应有关,而 CYP2K4 可能催化丙硫菌唑某些特有的代谢途径。

       已有研究发现,部分三唑类杀菌剂会导致氧化应激,且具有内分泌干扰效应。 暴露丙硫菌唑和脱硫丙硫菌唑于雄性丽斑麻蜥后,肝脏组织学切片结果显示,丙 硫菌唑使肝细胞发生气球样变,脱硫丙硫菌唑使肝细胞发生脂肪变性。血清中肝 损伤酶学标志物指标 AST、ALT 和 ALP 的升高映证了两种化合物造成的肝细胞 损伤。抗氧化应激系统 SOD、CAT、GPx 酶活的变化和脂质过氧化标志物 MDA 含量的升高表明两种化合物都能够引起氧化损伤,脱硫丙硫菌唑所引起的氧化损 伤可能更为严重。Bax 和 Bcl-2 的基因表达量显示,化合物通过影响促凋亡蛋白 和抗凋亡蛋白的比例激活效应 Caspase-3,介导线粒体途径的内源性细胞凋亡。 Caspase-3 基因表达量显示脱硫丙硫菌唑激活肝细胞凋亡的能力比母体更强。研 究结果表明氧化应激引起的细胞凋亡是两种化合物造成肝损伤的途径之一。

      丙硫菌唑、脱硫丙硫菌唑显著影响性腺的病理形态。丙硫菌唑处理组睾丸和 附睾结构损伤严重,且精子发生受抑制,而脱硫丙硫菌唑处理组只观察到轻微的 结构障碍。与之对应,血清中睾酮和雌二醇的比例在丙硫菌唑处理组显著上升, 而在脱硫丙硫菌唑处理组轻微失调,表明原药对雄性蜥蜴性腺损伤效应更严重。 完全不同的类固醇合成通路基因表达量模式显示,两种化合物通过差异的转录调 节机制影响雄性性腺生理功能。

      综上所述,本研究首次对丙硫菌唑和脱硫丙硫菌唑对丽斑麻蜥经口暴露的风 险进行了全面的评估和比较。发现脱硫丙硫菌唑比原药的残留情况更严重,对不 同靶器官的毒性虽强弱不一,但都表现出一定的损伤效应。提示脱硫丙硫菌唑是 丙硫菌唑风险评估中不可缺失的部分,应纳入评估体系。

页码146
源URL[https://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/47102]  
专题生态环境研究中心_中国科学院环境生物技术重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
谢昀. 丙硫菌唑及脱硫丙硫菌唑在丽斑麻蜥体内的行为及毒性研究[D]. 北京. 中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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