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【农驰宝】农药登记中的的生态毒理 发布日期:2018-09-05 来源:未知


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生态毒理学是研究有毒有害因素对生态环境中非人类生物的损害作用及其机制的科学。他研究的是环境中的有毒有害因素对动物、植物及微生物,在分子、细胞、器官、个体、种群及群落等不同生命层次的损害作用,进而揭示有毒有害因素对生态系统影响的规律。

生态毒理学不同于环境毒理学。两者之间的主要区别在于研究目标和研究对象不同。环境毒理学是研究环境中有毒有害物质对人体和人群的生物学效应及其规律。主要研究对象是个人和人群。但是以人体威试验对象的研究工作有很大局限性,所以常常采用非人类的模式生物进行试验,如哺乳动物、实验植物、实验微生物等。而生态毒理学研究有害因素对动物、植物、微生物的个体和群体的生物学效应和健康损害及其规律,其主要研究对象是非人类的生物。

一、农药对土壤生物的影响

(一)农药对土壤微生物种群和数量的影响

微生物对土壤物质循环、土壤养分状况和土壤解毒能力等的重要性是勿庸置疑的。研究发现,农药引起微生物数量的变化因农药种类和微生物类别不同而异。如用3ppm二嗪磷处理土壤180天后细菌和真菌数量没有变化,而放线菌增加300倍。用4ppm莠去津处理,虽然细菌总数与对照比无明显差异,但固氮菌增加一倍,反硝化细菌和纤维素分解菌分别减少80%和90%。土壤微生物数量的改变与自身的耐药性有关,长期单用某种农药会导致土壤中微生物种群的单一化。这是值得注意的。

(二)农药对土壤非目标无脊椎动物的影响

除微生物外,土壤无脊椎动物如蚯蚓、土壤腐生昆虫等对动植物残体的分解代谢也起很大作用。他们往往负责第一步的分解代谢,然后才由微生物起作用。有些农药对蚯蚓一般无杀伤力,如艾氏剂、六六六、DDT、狄氏剂等,有些农药如毒虫畏、乙拌磷对蚯蚓略有毒性,地虫磷、丰索磷和甲拌磷对蚯蚓有毒。多数氨基甲酸酯类杀虫剂对蚯蚓毒性都很大,如甲萘威、虫螨威。

(三)农药对土壤生化过程的影响

1、对氨化作用的影响

土壤有机氮的矿质化过程一般分两个阶段。第一个阶段是在微生物酶作用下把复杂的含氮有机物质产生一系列逐级水解(降解)成简单的含氨基的有机化合物(各种氨基酸)。第二阶段就是氨化作用。即在在微生物酶作用下把简单氨基酸进一步分解成氨(又称脱氨基作用)。产生的氨遇水形成铵离子(NH4+)。铵离子可以被植物直接吸收利用,又可以被土壤胶体固定而保存。参与氨化作用的微生物种类很多,包括多种细菌、真菌和放线菌。

一般地,除草剂和杀虫剂对氨化作用没有影响,但熏蒸消毒和施用杀菌剂可导致土壤氨态氮增加。如对草块、2,4-D、茅草枯、2甲4氯丙酸、2甲4氯、2,4-D丙酸、五氯酚钠、氟乐灵、丁草胺、禾大壮等对土壤氨化作用影响不大。杀菌机如克菌丹、福美双、有机汞等可增加土壤铵离子浓度。土壤经熏蒸消毒后氨态氮增加最显著。

2、对硝化作用的影响

硝化作用是在微生物酶作用下把氨、铵离子、酰胺等氧化转变成亚硝酸根并进而成硝酸根的过程。

参与硝化的微生物种类很多,包括多种细菌、真菌和放线菌。研究表明,按田间常规用量施用的大多数除草剂和杀虫剂对硝化作用没有明显影响。Domsch和Paul (1974)用经验和数学模型模拟的方法观察35种除草剂对硝化作用的影响,结果表明按田间常规剂量施用时,大多数除草剂对硝化的影响可忽略。抑制作用常出现于pH低于7的土壤。

杀菌剂是强的硝化抑制剂。杀菌机和熏蒸剂比除草剂或杀虫剂对硝化作用通常具有更大的初期效应和较长的后效。这里的杀菌剂是指广谱非内吸性杀菌剂(如代森类),内吸杀菌剂对硝化作用的影响微弱。

3、对呼吸作用的影响

土壤的呼吸作用是表示土壤微生物整体功能的一个指标。通过测定氧的吸收量或二氧化碳的释放量,或加入氨基酸或蛋白质测定氨生成量测定呼吸强度。农药对土壤呼吸作用的影响是明显的,多数情况下都是抑制呼吸作用。

二、农药对水生生物的影响

(一)鱼、贝类对水和沉积物中农药的吸收

鱼、贝类对水和沉积物中农药的吸收作用强度与农药的理化性质,鱼贝喜爱的栖息地、取食行为和生物学特性等有关。能溶于水(freely water soluble)但又有些脂溶性的化合物可以通过多种鱼贝类的鳃吸收,同样也容易通过鳃排泄出体外。水溶性化合物(water soluble)在鱼贝类体内的富集能力很小。 与沉积物和水柱中颗粒物缔合的脂溶性化合物最容易被滤食性动物如软体动物所吸收。所以栖息在污染环境中的软体动物可以富集很高浓度的脂溶性化合物如DDT、林丹等。取食软体动物的鱼贝类则可通过取食活动间接吸收或直接吸收溶解态或悬浮态脂溶性化合物。脂溶性化合物的代谢物若仍有脂溶性,也可能被鱼贝类从水中吸收或从食料中摄取。表1给出了各种动物对农药的摄取途径。

表1  水生动物对农药的吸收途径

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 (二)初级(Phase 1)生物转化

所谓初级生物转化(初级代谢)是指农药作为底物在各种酶的作用下被引进活性基团或极性基团的代谢反应。下面几种酶促反应是最常见的初级代谢反应,发生在微生物、植物或动物体内。

1. P450

2. FAD-monooxygenase(FMO,黄素腺嘌呤二核苷酸-单氧加氧酶)

含有亲核元素如S、N、P的农药如二硫代有机磷酸酯类和含硫醚的农药都可以作为P450和FMO的底物。

3. 水解酶

3.1酯酶和酰胺水解酶

含有酯键的农药如有机磷酸酯类、氨基甲酸酯类和菊酯类等可以发生水解(毒死蜱、涕灭威和氯氰菊酯)。总体而言,水生动物的酯酶活性比哺乳动物低。

3.2 环氧化水解酶

有几种农药是环氧化水解酶的可能底物。包括有机氯农药(狄氏剂、异狄氏剂、HEOM、环氧七氯),保幼激素酯类似物。在该酶催化下将水分子加到环氧环上。表2列出了常见酶对农药的初级代谢作用。

表2  在农药初级代谢中的重要酶

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(三)次级生物转化(Phase 2 )

所谓次级生物转化(次级代谢)是指农药分子经过初级代谢之后转变为极性较强或活性较强的化合物(初级代谢产物),这些初级代谢产品可以和生物体内的内源活性物质如谷胱甘肽、硫酸酯、氨基乙酸、葡萄糖醛酸等发生结合或轭合反应,这种轭合反应呗成为次级代谢。主要有如下几种类型:

1. 与谷胱甘肽轭合

含有亲电原子的农药分子与内源谷胱甘肽(GSH)的-SH形成硫醚键,该反应可在非酶催化下进行也可以在GSH-S-转移酶作用下进行。

2. 与碳水化合物和硫酸酯轭和

很多农药含有亲核基团,可与葡糖醛酸或葡萄糖轭合。常见的亲核基团有脂族和芳族羟基,羧酸,亲核碳原子,胺基和硫醇基等。

3. 乙酰化

含有氨基的农药易被乙酰化。已经发现,它是鳟鱼体对含氨基的环境化合物的重要生物降解途径。所以也希望能证明农药在鳟鱼体内能发生这种轭合反应。

4. 与牛磺酸轭合

含有羧基的农药易与氨基酸轭合。其中,牛磺酸是在水生生物体内唯一确实发现的有这种轭合作用的氨基酸。2,4-D和2,4,5-T等酸性农药就可以与之发生轭合反应。

表3  重要的农药次级代谢

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(四)鱼贝类对农药及其代谢产物的移除(排泄)作用

农药在生物体内经过初级和次级代谢作用之后还可以进一步被生物体修饰和排泄(这个过程也被称为三级代谢(phase III))。表4给出了一些水声动物对农药代谢产物的排泄作用。

表4 水生生物对农药的主要移除途径


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一、农药对土壤生物的影响

(一)农药对土壤微生物种群和数量的影响

微生物对土壤物质循环、土壤养分状况和土壤解毒能力等的重要性是勿庸置疑的。研究发现,农药引起微生物数量的变化因农药种类和微生物类别不同而异。如用3ppm二嗪磷处理土壤180天后细菌和真菌数量没有变化,而放线菌增加300倍。用4ppm莠去津处理,虽然细菌总数与对照比无明显差异,但固氮菌增加一倍,反硝化细菌和纤维素分解菌分别减少80%和90%。土壤微生物数量的改变与自身的耐药性有关,长期单用某种农药会导致土壤中微生物种群的单一化。这是值得注意的。

(二)农药对土壤非目标无脊椎动物的影响

除微生物外,土壤无脊椎动物如蚯蚓、土壤腐生昆虫等对动植物残体的分解代谢也起很大作用。他们往往负责第一步的分解代谢,然后才由微生物起作用。有些农药对蚯蚓一般无杀伤力,如艾氏剂、六六六、DDT、狄氏剂等,有些农药如毒虫畏、乙拌磷对蚯蚓略有毒性,地虫磷、丰索磷和甲拌磷对蚯蚓有毒。多数氨基甲酸酯类杀虫剂对蚯蚓毒性都很大,如甲萘威、虫螨威。

(三)农药对土壤生化过程的影响

1、对氨化作用的影响

土壤有机氮的矿质化过程一般分两个阶段。第一个阶段是在微生物酶作用下把复杂的含氮有机物质产生一系列逐级水解(降解)成简单的含氨基的有机化合物(各种氨基酸)。第二阶段就是氨化作用。即在在微生物酶作用下把简单氨基酸进一步分解成氨(又称脱氨基作用)。产生的氨遇水形成铵离子(NH4+)。铵离子可以被植物直接吸收利用,又可以被土壤胶体固定而保存。参与氨化作用的微生物种类很多,包括多种细菌、真菌和放线菌。

一般地,除草剂和杀虫剂对氨化作用没有影响,但熏蒸消毒和施用杀菌剂可导致土壤氨态氮增加。如对草块、2,4-D、茅草枯、2甲4氯丙酸、2甲4氯、2,4-D丙酸、五氯酚钠、氟乐灵、丁草胺、禾大壮等对土壤氨化作用影响不大。杀菌机如克菌丹、福美双、有机汞等可增加土壤铵离子浓度。土壤经熏蒸消毒后氨态氮增加最显著。

2、对硝化作用的影响

硝化作用是在微生物酶作用下把氨、铵离子、酰胺等氧化转变成亚硝酸根并进而成硝酸根的过程。

参与硝化的微生物种类很多,包括多种细菌、真菌和放线菌。研究表明,按田间常规用量施用的大多数除草剂和杀虫剂对硝化作用没有明显影响。Domsch和Paul (1974)用经验和数学模型模拟的方法观察35种除草剂对硝化作用的影响,结果表明按田间常规剂量施用时,大多数除草剂对硝化的影响可忽略。抑制作用常出现于pH低于7的土壤。

杀菌剂是强的硝化抑制剂。杀菌机和熏蒸剂比除草剂或杀虫剂对硝化作用通常具有更大的初期效应和较长的后效。这里的杀菌剂是指广谱非内吸性杀菌剂(如代森类),内吸杀菌剂对硝化作用的影响微弱。

3、对呼吸作用的影响

土壤的呼吸作用是表示土壤微生物整体功能的一个指标。通过测定氧的吸收量或二氧化碳的释放量,或加入氨基酸或蛋白质测定氨生成量测定呼吸强度。农药对土壤呼吸作用的影响是明显的,多数情况下都是抑制呼吸作用。

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