在现代农业生产中，农药的推广使用极大提升了农作物品质和粮食产量，为 全球人口提供了物质基础。但长期大量的农药使用会导致环境中普遍存在农药残 留，而且农药其本身对大部分生物是有害的，这给生态系统安全带来极大威胁， 需要对农药进行严格全面的生态毒理学评价。目前，动物模型仍是评价农药毒性 的黄金标准，但动物实验方法成本高、周期长而且需要消耗大量实验动物，难以 满足快速高效评估农药风险的需求。近年来各种毒理数据库的建立以及计算方法 的进步，监管机构逐渐提倡使用计算方法辅助农药毒性风险评估工作，提高评估 效率。本探究以羊头鲦鱼(Cyprinodon variegatus)、糠虾(Americamysis bahia)、中 肋骨条藻 (Skeletonema costatum)三种典型咸水物种为研究对象，建立定量结构 效应关系(QSAR, Quantitative Structure-Activity Relationships)模型探讨农药对河 口、沿海等咸水生态系统的毒性风险。

      本文从毒理数据库 ECOTOX 和 OPP 农药生态毒理数据库收集农药针对三个 物种的急性毒性数据并进行相应的数据检查和清洗，从 PubChem, ChEBI 等收集 每种农药的化学相关信息并使用 PaDEL-Descriptor 软件计算农药的分子描述符， 为了降低模型计算复杂度和提高模型可解释性，仅选择相对简单且定义清晰的二 维描述符建立模型。采用遗传算法筛选分子描述符并基于多元线性回归方法建立 QSAR 模型，并对每个模型进行了标准的统计学分析、应用域分析和机制解读分 析。在深入探讨不同类型农药(杀虫剂、除草剂、杀菌剂)对生物毒性影响的基础 之上分析了一般类型农药对羊头鲦鱼、糠虾和硅藻的毒性影响。最终基于主成分 分析方法和多准则决策方法分析农药对单一物种毒性影响和农药整体水生毒性 的关系并定义农药的综合水生毒性指数对咸水生态环境的综合毒性影响，随后使 用多元线性回归方法建立农药综合毒性评估模型并进行毒性预测。

      多种严格的内部验证和外部验证结果表明，本文所得模型具有良好的拟合优 度、鲁棒性和预测能力，每个模型的应用域分析结果表明所得模型均具备良好的 使用范围。分析农药对羊头鲦鱼毒性模型中包含的描述符及其相对影响可知，农 药对鱼类的毒性与其亲脂性成正比，与分子极性和亲水性成反比，大多数电拓扑 状态描述符对农药毒性具有负贡献，拓扑结构相关分子描述符对农药毒性的影响 主要取决于其所编码的分子理化性质。而对于虾类模型，亲脂性和电拓扑状态分 子描述符对农药毒性影响与鱼类模型类似，而模型中包含的其他类型如自相关描 述符、Chi 系列描述符则表明农药毒性受多种因素影响。在中肋骨条藻模型中， 编码分子量和分子极化率的分子描述符对农药的毒性影响最显著，此外，与分子 拓扑结构和电荷状态的有关的电拓扑状态描述符与毒性负相关，这说明亲水性越 强的农药其藻类毒性越弱。综合毒性模型中的分子描述符表明农药的亲脂性对其 水生综合毒性影响最显著，且呈现正相关。此外，分子极性、连结性以及电拓扑 状态对其毒性也有显著影响。使用模型进行外部预测时可以覆盖数据集中超过90% 的农药，表现出良好的适用范围，农药综合毒性预测结果表明杀虫剂水生毒性普 遍强于杀菌剂和除草剂，尤其是菊酯类农药具有最强的综合水生毒性。

      综上，本文基于标准毒理数据库建立了符合规范的农药对咸水生物急性毒性 评价预测模型，且提出一种综合多物种毒理数据预测农药对咸水环境生态系统风 险的方法。本文工作探究了农药分子结构与其毒性之间的结构-效应关系，所得 模型可以填补数据空白，为农药毒性评估提供数据参考，降低实验成本，提高农 药风险评估效率。