单嘧磺隆、单嘧磺酯对固氮蓝藻的生态毒理学研究

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磺酰脲类除草剂作为一类高选择性、广谱、低毒的超高效除草剂在世界范围内已得到了广泛的应用,而单嘧磺隆、单嘧磺酯作为我国具原创研制开发成功的二种新磺酰脲类除草剂,以其超低用量、除草高效、安全,不仅显示了其重要的应用价值和广阔的发展前景,也是我国除草剂自主开发的一个新里程碑。固氮蓝藻是生态系统的初级生产者,也是天然的优质资源,对维持生态系统平衡具有重要作用。 为排除溶剂可能对实验结果的干扰,在实验中首先测定了有机溶剂及表面活性剂对藻类的毒性影响。 不同浓度的单嘧磺酯、单嘧磺隆对鱼腥藻的毒性以及不同种类鱼腥藻对单嘧磺酯、单嘧磺隆的敏感性不同。三种不同类型的鱼腥藻在低浓度(0.01~0.001mg/L)的单嘧磺隆及单嘧磺酯下对藻营养细胞形态结构及生长无显著影响,而在高浓度(10~100mg/L)的单嘧磺隆及单嘧磺酯下,则使藻丝断裂,藻细胞畸形,衣鞘被损,甚而细胞壁破坏,细胞死亡。单嘧磺隆、单嘧磺酯对藻生长的毒性呈现出明显的剂量——效应关系。 藻类对单嘧磺隆、单嘧磺酯二种除草剂具很强的富集能力。满江红鱼腥藻、水华鱼腥藻及固氮鱼腥藻对单嘧磺隆的BCF在72hr达到最大,随后迅速减少,其最大BCF分别为14000,12510和7102。而对于单嘧磺酯,则在48hr达到最大,其最大BCF分别为152900,120081及71030。满江红鱼腥藻、固氮鱼腥藻及水华鱼腥藻都能不同程度的降解单嘧磺隆、单嘧磺酯,其降解率大小顺序分别为:满江红鱼腥藻>固氮鱼腥藻>水华鱼腥藻;满江红鱼腥藻>水华鱼腥藻>固氮鱼腥藻。单嘧磺隆、单嘧磺酯对三种鱼腥藻的毒性大小顺序与藻类对单嘧磺隆、单嘧磺酯的富集能力大小顺序一致,说明单嘧磺隆、单嘧磺酯对三种鱼腥藻的毒性主要取决于单嘧磺隆、单嘧磺酯在藻类细胞内的富集量。 单嘧磺隆、单嘧磺酯对三种鱼腥藻的光合效应呈现出多样性。单嘧磺隆和单嘧磺酯不影响鱼腥藻细胞中的色素的种类,但其不同浓度会影响固氮鱼腥藻细胞内的色素的含量。两种除草剂对满江红鱼腥,水华鱼腥藻藻以及固氮鱼腥藻的净光合抑制随浓度增加而增加。 三种鱼腥藻在高浓度单嘧磺隆及单嘧磺酯(10mg/L)下,异形胞形成呈现被抑制作用,而随浓度进一步降低,则表现出不同程度的促进作用,但其促进作用因不同藻种而有所差异。 单嘧磺隆和单嘧磺酯能在低浓度下刺激鱼腥藻的蛋白质合成,但随浓度的提高,这种刺激效果逐渐减弱。在高浓度100mg/L时出现对鱼腥藻蛋白质合成的显著抑制作用。除了低浓度单嘧磺隆对固氮鱼腥藻及水华鱼腥藻的氨基酸合成有促进作用以外,各单嘧磺隆和单嘧磺酯浓度下鱼腥藻的氨基酸均呈现下降趋势,且随浓度增加其下降越显著。单嘧磺隆和单嘧磺酯能显著地改变这三种鱼腥藻的ALS酶活性,而且离体条件下比活体条件下更加明显。 本研究的创新点:(1)首次应用满江红鱼腥藻,固氮鱼腥藻及水华鱼腥藻这三种不同类型的固氮蓝藻,开展了除草剂的生态毒理学研究。 (2)通过从单嘧磺隆、单嘧磺酯对三种固氮的鱼腥藻的毒性及其鱼腥藻对两种除草剂的富集、降解动力学规律;以及两种新除草剂对三种鱼腥藻光合、固氮能力和细胞形态结构的影响及其作用的分子机理的研究,全方面地揭示了二种新磺酰脲类除草剂对固氮蓝藻的生态毒理学,为我国自主研制二种新磺酰脲类除草剂的应用提供了科学依据。 (3)通过分子生物技术,获得了固氮鱼腥藻靶标乙酰乳酸合成酶的DNA基因核苷酸序列特征。
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