【摘 要】
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三嗪类除草剂嗪草酮在世界范围内受到广泛的使用,作为一种传导选择性除草剂,其施入到土壤中,不仅会对目标植物产生抑制作用,达到控制杂草的目的,也会不可避免的对土壤中的非靶向生物造成一定的影响。蚯蚓是陆地生态系统物质循环中不可或缺的一环,在农业生产中有着举足轻重的作用,同时也被作为模式生物用来评估污染物对土壤生物的风险程度。本文以嗪草酮为目标污染物,土壤生态毒理学研究中常用非靶生物-蚯蚓为研究对象,首先
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三嗪类除草剂嗪草酮在世界范围内受到广泛的使用,作为一种传导选择性除草剂,其施入到土壤中,不仅会对目标植物产生抑制作用,达到控制杂草的目的,也会不可避免的对土壤中的非靶向生物造成一定的影响。蚯蚓是陆地生态系统物质循环中不可或缺的一环,在农业生产中有着举足轻重的作用,同时也被作为模式生物用来评估污染物对土壤生物的风险程度。本文以嗪草酮为目标污染物,土壤生态毒理学研究中常用非靶生物-蚯蚓为研究对象,首先考察了嗪草酮胁迫对蚯蚓的急性毒性和亚急性毒性作用;在此基础上,分析了嗪草酮胁迫对蚯蚓氧化应激作用和DNA损伤情况;最后,利用代谢组学分析嗪草酮胁迫对蚯蚓体内代谢物质以及代谢通路干扰的相关机理机制。主要结果如下:(1)由嗪草酮胁迫的急性毒性试验结果可知,滤纸接触法蚯蚓的24 h-LC50和48 h-LC50分别为28.33μg·cm-2和18.00μg·cm-2,人工土壤中法蚯蚓的7 d-LC50和14 d-LC50分别为213.90mg·kg-1和181.28 mg·kg-1,结果说明嗪草酮对于蚯蚓急性毒性属于低毒级。嗪草酮能够抑制蚯蚓的生长,导致其体重降低,当嗪草酮浓度达到20 mg·kg-1时,抑制率为41.10%。回避反应行为试验结果表明,随着嗪草酮胁迫浓度的增加,蚯蚓回避行为逐渐增加,当嗪草酮浓度达到20 mg·kg-1时,蚯蚓出现明显的回避反应,回避率达到83.00%。(2)通过人工土壤法在组织水平和分子水平从氧化损伤和遗传毒性角度评价了嗪草酮对蚯蚓的毒性效应。结果表明,嗪草酮能抑制蚯蚓的抗氧化防御系统,使SOD酶、CAT酶、POD酶活性降低,胁迫28 d时,20 mg·kg-1处理组SOD酶、CAT酶、POD酶活性与空白处理相比分别降低43.92%、41.93%和26.63%;对蚯蚓造成氧化损伤,从而导致蚯蚓体内ROS含量升高,在体内过量积累并刺激机体产生脂质过氧化反应,使体内MDA含量升高,破坏蚯蚓的细胞膜结构,胁迫21 d和28 d的20 mg·kg-1嗪草酮的蚯蚓体内MDA含量分别是对照组的1.60倍和1.61倍。同时能够促使蚯蚓体内的8-OHd G含量升高,造成蚯蚓的DNA损伤。在此基础上,采用综合生物标志物指数(Integrated biomarker response,IBRv2)来计算综合生物标志物的响应程度,结果表明,嗪草酮胁迫对蚯蚓体内生物标志物产生,并筛选出MDA作为生物标志物指示指标。(3)采用代谢组学(Metabolomics)研究嗪草酮胁迫条件下蚯蚓自身代谢物质和代谢水平变化情况,并对相关代谢通路进行分析。本研究中我们共筛选出81种差异代谢物,其中34种上调代谢物,47种下调代谢物,说明嗪草酮胁迫会对蚯蚓的代谢水平造成干扰。在此基础上,筛选出12条差异代谢通路,其中嘌呤代谢紊乱结果表明,嗪草酮胁迫会对蚯蚓的核苷酸代谢产生抑制作用,进而导致嗪草酮可能会对蚯蚓造成DNA损伤。同时,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢通路受干扰表明氨基酸代谢通路受到干扰,导致蚯蚓体内氨基酸合成被扰乱,说明蚯蚓体内的蛋白质合成受到阻碍。
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