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农药和重金属是水体生态系统中两类重要的污染物。拟除虫菊酯农药是一种广谱、高效的新型仿生农药,对哺乳类和鸟类低毒,但对水生生物具有很高的毒性。近年来,由于用量的不断增加,拟除虫菊酯农药在水体中被广泛检出,给水生生物的生存和健康带来严重威胁。拟除虫菊酯农药按照结构可以划分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅱ型菊酯农药具有更高的杀虫活性和光稳定性,在一些拟除虫菊酯农药污染的水体中,Ⅰ型和Ⅱ型菊酯农药共存,研究两种不同类型菊酯农药对水生生物的联合毒性具有重要的环境意义。重金属是水体环境中另一种重要的污染物,重金属很容易在生物体内富集,这类污染物对水生生物的毒性作用也备受关注。在一些工农业较为集中区域水体环境中,拟除虫菊酯农药和重金属有潜在共存性,研究两种污染物对水生生物的复合毒性效应是非常必要的。此外,拟除虫菊酯农药是一种典型的手性污染物,通常含有1-3个手性中心。拟除虫菊酯农药对映体的转化、代谢和毒性等生物学效应可能会受到其他共存污染物的干扰,例如重金属等。因此,研究重金属对手性拟除虫菊酯农药生物学效应的影响也是颇具环境意义的课题。本论文取得的主要研究成果如下(1)Ⅰ型拟除虫菊酯农药氯菊酯(Permethrin, PM)和Ⅱ型拟除虫菊酯农药氯氰菊酯(Cypermethrin, CP)在较低浓度范围内(PM≤300 μg/L, CP≤30μg/L)单独暴露不会引起斑马鱼胚胎畸形及痉挛反应的发生。但联合暴露于亚致死剂量的PM和CP的二元混合物导致斑马鱼胚胎畸形及躯体痉挛发生率显著增加。钠离子通道的特异性阻断剂MS-222能够减缓PM、CP及两者联合暴露引发的躯体弯曲和躯体痉挛的产生,表明PM和CP引发的胚胎早期发育毒性部分是通过钠离子通道介导的。基因表达检测数据表明,联合暴露于PM和CP显著抑制了神经元发育相关基因的表达水平。PM和CP单独暴露对超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性没有影响,而联合暴露诱导了SOD酶活性。CP单独暴露及联合暴露对过氧化氢酶(catalase, CAT)活性都有诱导作用。本章研究结果表明,与相同浓度条件下的单个农药暴露相比,PM和CP联合暴露的斑马鱼胚胎体内形态学畸形和躯体痉挛发生率增加,神经元发育基因表达下降,氧化应激反应增强,因此水体环境中低剂量Ⅰ型和Ⅱ型菊酯农药共存有可能增加对鱼类等水生生物的毒性风险。(2)镉(Cd)和氯氰菊酯(cypermethrin, CP)单独暴露均可引发斑马鱼早期胚胎发育躯体弯曲、心包囊肿和游囊皱缩等形态学畸形。CP还可以引起胚胎躯体痉挛的发生,而Cd不能引发这种神经行为毒性。联合暴露于CP和Cd导致斑马鱼胚胎畸形发生率增加,而且Cd的加入显著增强了CP引发的胚胎躯体痉挛反应。联合暴露还导致胚胎体内氧化损伤程度增加及成年斑马鱼死亡率增加。在胚胎及成鱼体内,CP对细胞色素P450(CYP)酶基因表达和酶活性的诱导被Cd显著抑制。体外代谢实验数据表明,Cd阻断了大鼠CYP1 A1对CP的降解代谢。斑马鱼体内CP残留分析数据显示,联合暴露组鱼体内CP残留量显著高于CP单独暴露组。本章研究表明,CP和Cd联合暴露毒性的增强可能是由于Cd干扰了鱼体内CYP酶,使CP在鱼体内代谢受阻,导致CP残留增加,最终使联合毒性增强。本章研究提示,重金属会干扰拟除虫菊酯农药对水生生物的毒性作用,有必要评价重金属和拟除虫菊酯农药联合暴露对水生生物的健康风险效应。(3) Cis-BF是目前用量最广泛的拟除虫菊酯农药之一。外消旋体cis-BF (rac-cis-BF)包括R型(R-cis-BF)和S型(S-cis-B F)两个对映异构体。在接近环境浓度水平,Cd、Cu和Pb(10μg/L)分别与顺式联苯菊酯(cis-bifenthrin, cis-BF) rac-cis-BF (1μg/L)或R型异构体(R-cis-BF,1μg/L)联合暴露导致成年斑马鱼72 h致死率增加。对斑马鱼体内对映体残留量和对映体分数(enantiomer fraction, EF值)的检测发现,ac-cis-BF单独暴露组鱼体内R-cis-BF残留比例增加(EF=0.482),同时,S-cis-BF和R-cis-BF单独暴露组鱼体内都检测到另外一个对映体残留,表明BF对映体在鱼体内有异构化和外消旋化的趋势。Rac-cis-BF+Cd/Cu/?b联合暴露组鱼体内EF值显著小于rac-cis-BF单独暴露组；与R-cis-BF单独暴露相比,R-cis-BF+Cd联合暴露组鱼体内EF值减小,而R-cis-BF+Cu/Pb联合暴露组EF值没有显著变化；与S-cis-BF单独暴露相比,S-cis-BF+Cu/Pb联合暴露组EF值显著减小,而S-cis-BF+Cd联合暴露组EF值没有变化。研究结果表明,三种重金属的加入使鱼体内毒性较强的R-cis-BF残留比例增加,这可能是导致BF与重金属对斑马鱼联合毒性增强的内在机制之一。本章研究提示,环境中其他物质可能会干扰手性拟除虫菊酯农药的毒性,评价手性拟除虫菊酯农药毒性对映体差异时,其他污染物的干扰作用是一个不可忽视的因素。