（环境工程专业论文）三唑类杀菌剂水生生物定量结构毒性关系研究.pdf

1l、i1l】rr 学位论文的主要创新点 一、研究了1 7 种三唑类杀菌剂对多种环境生物的毒性效应，为 全面评价该类化合物对水生环境的生态风险提供依据。 二、利用2 d q s a r 方法对三唑类杀菌剂致毒机制进行了初步研 究，探求污染物与环境间的相互作用规律以及对生物体的毒性作用机 理，从而为发展污染物控制和阻断技术提供理论指导。 l lr l-ilr -_，-_11、j 11i， 摘要 i l l l l i i l li ii i i y 1 7 7 j 0 9 1 1 。 三唑类杀菌剂因其高效、广谱、低毒以及长效性正广泛地应用于农业生产中， 但在大量施用的同时该类农药会因为降雨、土壤转运、大气传输等原因最终进入水 体，生活在其中的微生物、植物和动物，作为生产者和消费者，对环境的微小改变 非常灵敏，可以表现出各种生物反应，因此可以通过观测它们对农药的生理生化反 应得出农药对水生生物的影响作用，从而为合理使用农药，防止农药对水体的污染 和对水生生物的危害提供科学依据。 本论文主要以三唑类杀菌剂为研究对象，测定了其对大型潘、蛋白核小球藻以 及明亮发光杆菌的急性毒性，并通过引入2 d 。q s a r 方法，初步分析了该类农药对 大型潘、蛋白核小球藻以及明亮发光杆菌的致毒机制，建立了相应2 d q s a r 预测 模型。结合之前该类农药对斑马鱼致毒机制2 d q s a r 研究结果，发现三唑类杀菌 剂对斑马鱼、大型涵和蛋白核小球藻急性毒性均包含有害、有毒以及剧毒三个等级， 对四种水生生物而言，均为粉唑醇毒性最小，氟硅唑毒性最大。该类化合物对这四 种生物产生毒性效应可能为化合物首先穿过细胞膜在生物体内积聚，由疏水性参数 ( c l o g p ) 和分子拓扑指数( s h p c 和d i a ) 控制；接着与生物大分子问发生亲核取 代反应或发生氢键、疏水作用等，可用电性参数( e l u m o 、q c i 和e q n i ) 描述。而三 唑类杀菌剂与发光菌作用时，可能提供电子与氧分子作用，阻碍正常发光反应过程 中电子的转移，从而抑制发光菌发光强度，与其余三种生物致毒机制略有不同。 关键词：三哗类杀菌剂，定量构效关系，大型潘，蛋白核小球藻，明亮发光杆菌 i r i，lr lyi a b s t r a c t t r i a z o l ef u n g i c i d e s ，w h i c ha r eo fh i g he f f i c i e n c y , b r o a d s p e c t r u m ，l o wt o x i c i t ya n d l o n g - l a s t i n g , a r ew i d e l yu s e di na g r i c u l t u r a li n d u s t r y b u tt h ea p p l i c a t i o no ft r i a z o l e f u n g i c i d e sc a nr e s u l ti nt h ep o l l u t i o no fw a t e rb o d yt h r o u g hr a i n f a l l ，s o i lt r a n s p o r t a t i o n ， a n da i rt r a n s p o r t a t i o n a st h ep r o d u c e r sa n dc o n s u m e r s ，m i c r o o r g a n i s m s ，p l a n t s ，a n d a n i m a l sl i v i n gi nt h ew a t e ra r ev e r ys e n s i t i v et ot h ee n v i r o n m e n t a lc h a n g e s ，a n de x h i b i t a c c o r d i n g l yb i o l o g i c a lr e s p o n s e s t h e r e f o r e ，t h ef e e d b a c k sc a nb eu s e dt oi n d i c a t ea n d e x a m i n et h er a t i o n a lu s eo fp e s t i c i d e s ，a n db eb e n e f i c i a li nt h e ，c o n t r o lo ft h ep e s t i c i d e c o n t a m i n a t i o n i nt h i sp a p e r , 17t r i a z o l ef u n g i c i d e sw e r es t u d i e dt od e t e r m i n et h ea c u t et o x i c i t yt o d a p h n i am a g n a ，c h l o r e l l ap h r e n o i d o s aa n dp h o t o b a c t e r i u mp h o s p h o r e u m t h em o d e l s o ft w od i m e n s i o n a l q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p s ( 2 d q s a r ) w e r e p e r f o r m e dt op r e l i m i n a r i l ya n a l y z et h em e c h a n i s m so ft o x i c i t y t h ep r e d i c t i o nm o d e l s w e r ee s t a b l i s h e da sw e l l b yt h ec o m p a r i s o no ft h em e c h a n i s ma n a l y s i sw i t h2 d q s a r m o d e lf o rz e b r a f i s h ( d a n i or e r i o ) ，t h et o x i c i t yo ft r i a z o l ef u n g i c i d e st od r e r i o ，d m a g n a , cp h r e n o i d o s aa n d 尸p h o s p h o r e u mc a nb ec l a s s i f i e da sh a r m f u l ，t o x i c i t ya n dv e r y t o x i c i t y , t h er e s u l ts h o w st h a tt h ef l u t r i a f o lh a st h el o w e s tt o x i c i t y , a n df l u s i l a z o l eh a st h e h i g h e s tt o x i c i t y t ot h i sf o u ra q u a t i co r g a n i s m s 2 d - q s a rr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e p o l l u t a n t sf i r s t l ym i g h ta c c u m u l a t ei nl i v i n gc r e a t u r et h r o u g h t h em e m b r a n e t h ep r o c e s s c o u l db ec o n t r o l l e db yt h eh y d r o p h o b i cp a r a m e t e r s ( c l o g p ) a n dm o l e c u l a rt o p o l o g i c a l i n d i c e s ( s h p ca n dd i a ) t h e n ，t h ep o l l u t a n t sc o u l dc h a n g en u c l e o p h i l i c a l l yd i s p l a c e ，o r h y d r o g e nb o n d i n ga n dh y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o nw i t ht h eb i o l o g i c a lm a c r o m o l e c u l e sw h i c h c o u l db ea f f e c t e db yt h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e r s ( e l u m o ，q c la n de q n i ) t h em e c h a n i s m o fp p h o s p h o r e u mi ss p e c i f i cd u et oi t ss i m p l em o l e c u l a rs t r u c t u r e ，a n dl o wf a tc o n t e n t s t h ee l e c t r o n sp r o v i d e dc a nr e a c tw i t ht h eo x y g e nm o l e c u l e sa n di n d u c et h ee l e c t r o n t r a n s p o r t a t i o ni n h i b i t i o na n dt h el o w l u m i n o u si n t e n s i t y k e y w o r d ：t r i a z o l e f u n g i c i d e s ，t w o d i m e n s i o n a l q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e - a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p ，d m a g n a ，cp h r e n o i d o s a ，pp h o s p h o r e u m 2 一，jl， 目录 第一章绪论1 1 1 三唑类杀菌剂简介l 1 1 1 三唑类杀菌剂在农业生产中应用现状一2 1 1 2 三唑类杀菌剂杀菌作用机理一2 1 2 定量结构活性相关方法研究现状3 1 2 1q s a r 方法在农药分子设计领域的应用4 1 2 2q s a r 在环境毒理学方面应用5 1 3 三唑类杀菌剂毒性效应研究进展一6 1 3 1 三唑类杀菌剂对陆生生物毒性影响研究进展6 1 3 2 三唑类杀菌剂对水生生物毒性影响研究进展一7 1 4 国内外研究中存在的问题1 0 1 5 本研究内容、意义以及技术路线1 1 1 5 1 研究内容一1 l 1 5 2 研究意义1 l 1 5 3 技术路线l2 第二章三唑类杀菌剂对大型潘急性运动抑制毒性与2 d q s a r 研究1 3 2 1 引言13 2 2 三唑类杀菌剂对大型潘急性运动抑制毒性研究13 2 2 1 材料与方法1 3 2 2 2 急性运动抑制毒性实验方法1 7 2 2 3 统计分析18 2 3 三唑类杀菌剂对大型潘急性运动抑制毒性2 d q s a r 研究18 2 3 1 模型参数计算1 8 2 3 22 d q s a r 研究一19 2 4 结果与讨论1 9 2 4 1 急性运动抑制毒性结果1 9 2 4 22 d q s a r 研究一2 2 2 5 本章小结。2 9 第三章三哗类杀菌剂对蛋白核小球藻急性生长抑制毒性与2 d q s a r 研究3l 3 1 引言3l 3 2 三唑类杀菌剂对蛋白核小球藻急性生长抑制毒性研究3 l 3 2 1 材料与方法3 1 3 2 2 急性生长抑制毒性实验方法3 2 3 3 三唑类杀菌剂对小球藻急性生长抑制毒性2 d q s a r 研究3 5 3 3 1 模型参数计算3 5 3 3 22 d q s a r 研究一3 5 3 4 结果与讨论3 6 3 4 1 急性生长抑制毒性结果3 6 3 4 22 d q s a r 研究。3 8 3 5 本章小结4 3 第四章三唑类杀菌剂对发光菌急性发光抑制毒性与2 d q s a r 研究4 5 4 1 引言。4 5 4 2 三唑类杀菌剂对发光菌急性发光抑制毒性研究4 5 4 2 1 材料与方法4 5 4 2 2 急性发光抑制毒性实验方法4 6 4 2 3 统计分析4 7 4 3 三唑类杀菌剂对发光菌急性发光抑制毒性2 d q s a r 研究4 8 4 3 1 模型参数计算4 8 4 3 22 d q s a r 研究一4 8 4 4 结果与讨论4 8 4 4 1 急性发光抑制毒性结果4 8 4 4 22 d q s a r 研究一4 9 4 5 本章小节5 4 第五章三唑杀菌剂对水生生物致毒机理比较5 5 5 1 三唑类杀菌剂对斑马鱼毒性2 d q s a r 研究5 5 5 2 比较分析5 6 5 3 总结5 8 _、11-l，、l 第六章总结与展望二5 9 6 1 主要结论5 9 6 2 展望6 0 参考文献6 3 攻读硕士期间发表论文和参加科研情况说明7 l 附蜀乏7 3 致谢7 5 r i，厂，lii厂 l v 第一章绪论 1 1 三唑类杀菌剂简介 第一章绪论弟一早珀t 匕 三唑类杀菌剂是7 0 年代以来发展较快的一类高效农药，为目前世界公认的最 有效、最有前途的杀菌剂，因其高效、广谱的杀菌效果和植物生长调节活性【】而广 受关注。三唑类杀菌剂( t r i a z o l ef u n g i c i d e s ) 为有机杂环类化合物，是甾醇生物合成 c 1 4 脱甲基化酶抑制剂，对植物体内麦角甾醇合成具有抑制作用，属于麦角甾醇生 物合成抑制剂( e r g o s t e r o lb i o s y n t h e s i s ，i h i b i t o r s ，e b i s ) ，可以使菌体细胞膜功能受到 破坏，进而抑制或干扰菌体附着胞以及吸器的发育、菌丝和孢子的形成【5 1 。史建荣 等1 6 j 研究发现，三唑类杀菌剂通过破坏细胞膜结构，致使膜渗漏加剧，从而降低原 菌致病力。三唑类杀菌剂具有高效、广谱、低残留、持效期长、内吸性强的特点， 兼有保护、治疗、铲除和熏蒸作用的同时，人们还发现有些三唑类杀菌剂有极强的 调节植物生长、提高植物抵抗不良环境伤害的生理效应。它是内吸性杀菌剂，如使 用不当易引起药害，但在一定的剂量内，可以协调植物地上部分和地下部分、营养 生长和生殖生长的关系，有利于提高栽培群体的经济产量。多效唑作为一种植物生 长调节剂，喷施到玉米、小麦、大豆、番茄、油菜、棉花等1 3 种主要农作物及某 些蔬菜上，发现作物的株高受到显著抑制，抗倒伏能力得到提高，并可以调节植物 营养生长与生殖生长对养分的需求，指导光合产物流向，促进结实器官的形成【7 1 。 三唑酮、烯唑醇、丙环唑3 种三唑类杀菌剂对麦苗生长也有良好的调节作用，能促 进根的伸长，提高幼苗根冠比，增强根系活力。其中丙环唑的调节作用最强，其根 长比对照增加5 1 ，根系活力比对照增强4 7 3 t 引。 基于以上优点，三唑类杀菌剂己成为目前应用范围广、使用方法灵活、防治效 果好、最具开发应用潜力的一类农药。近2 0 年来，已相继开发出的三唑类杀菌剂 包括三唑酮、三唑醇、双苯三哗醇、丙环唑、三环唑、氟硅唑、戊唑醇、亚胺唑、 腈菌唑、烯唑醇、多效唑、烯效唑、羟菌唑等，它们大多为美国杜邦公司、德国拜 耳公司研制。 ，厂i，r 天津工业大学硕士学位论文 1 1 1 三唑类杀菌剂在农业生产中应用现状 三唑类杀菌剂的杀菌谱较广，可用于担子菌、子囊菌及半知菌三大菌纲真菌引 起的多种病害的防治。三唑酮可防治蔬菜、谷类、甜菜、苹果、梨、柑橘、葡萄、 花卉等的白粉病、锈病，用于拌种能防治冬、春小麦的白粉病、枯茎病，春大麦黑 穗病、白粉病。烯唑醇对小麦锈病、白粉病、黑粉病、纹枯病、黑穗病及醋栗白粉 病、芦笋茎枯病、甜菜褐斑病、玉米丝黑穗病、甜瓜白粉病、花生叶斑病均有效。 三唑醇可用于真菌引起的谷物种子传染的病害和叶面病害，如咯黑穗病、散黑穗病、 网星黑穗病、白粉病、条纹病、锈病、麦苗绵腐病及小麦根腐病。双苯三唑醇除有 很好的保护作用外，还有治疗作用和铲除作用，主要用于防治节果、梨的黑星病、 腐烂病、锈病，香蕉、花生、棉花、甜菜、大豆、菜豆、白菜及菊花、石竹葵、蔷 薇等观赏植物的叶斑病、白粉病、锈病。戊唑醇主要可防治白粉菌属、柄锈菌属、 喙孢属、核腔菌属和壳针孢属引起的病害，是防治香蕉尾孢菌引发的叶斑病的一种 高效药剂1 9 1 。氟硅唑对子囊菌、担子菌和半知菌所致病害有效，对梨黑星病有特效， 并有兼治梨赤星病的作用。腈菌唑对于种子表面消毒处理具有良好的效果，但对于 种子内部寄藏的病原菌效果较差，对子囊菌、担子菌均有较好的防治效梨j 。多效 唑对水稻稻瘟病、棉花红腐病、黑麦叶斑病、谷类黑穗病、麦类及其他作物的锈病， 麦类、瓜类、苹果白粉病、花生褐斑病等均有效；对柑橘绿霉病菌、青霉病菌、香 蕉炭疽病等有杀菌作用，可作为水果防腐剂。丙环唑对小麦赤霉病、纹枯病菌，水 稻的稻瘟、恶苗病菌，黄瓜炭疽病菌，蔬菜灰霉病菌等都有较好的抑制作用，丙环 唑对黄瓜炭疽病菌、蔬菜的灰霉病菌的抑制活性很高。 1 1 2 三唑类杀菌剂杀菌作用机理 三唑类杀菌剂中含氮杂环中的氮原子能够与细胞色素p 4 5 0 的铁离子结合，从 而显示抗菌活性和植物生长调节活性。w i g g i n s 用鼠肝微粒体和酵母细胞色素p - 4 5 0 研究了三唑类化合物作为生长调节剂阻碍植物中赤霉素的生物合成，在抑制生长的 同时，有抗菌活性，化合物与细胞色素p - 4 5 0 的结合程度与杀菌活性和抑制脱甲基 活性一致，这表明化合物分子中的三哗环的4 位氮原子与卟啉的铁离子结合。三唑 杀菌剂与细胞色素p - 4 5 0 可能的相互作用见图1 1 。 -1-1j_，、 第一章绪论 图1 - 1 三唑杀菌剂与细胞色素p - 4 5 0 相互作用 f i g 1 - 1i n t e r a c t i o nb e t w e e nt r a i z o l ef u n g i c i d e sa n dc ”o 曲m ep - 4 5 0 三唑类化合物降低了植物中的赤霉素的活性，添加赤霉素可恢复其生长抑制作 用。另外，发现经三唑类化合物处理的植物中有甲基甾醇的蓄集。由此来看，三唑 类化合物阻碍植物的赤霉素和 醇的生物合成，抑制其生长【】。另外，腈菌唑可以 抑制病原菌的麦角甾醇的生物合成，导致细胞膜不能形成，从而杀死病菌【1 2 】。 1 2 定量结构活性相关方法研究现状 定量构效关系( q s a r ，q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p s ) 源于药理学， 是指利用理论计算和统计分析工具来研究系列化合物结构与其效应之间的定量关 系，即借助结构参数构建数学模型来描述化合物结构与活性之间的关烈b 】。随着对 药效及其有害副作用的深入探讨，逐渐衍生出一个以研究外源化学物质对机体的有 害效应为主要目的的新分支。现今这个分支已成为现代毒理学的一个重要组成部分 1 1 4 o q s a r 研究的核心是建立有机污染物结构与活性之间的函数关系a = f ( s ) t ”】。环 境科学领域中，a 可以代表污染物的环境活性，s 代表基于污染物的结构参数。结 构参数的表达形式多种多样，因而在具体研究中采取合适的结构参数对q s a r 模型 的成功建立具有举足轻重的作用。尽管q s a r 研究方法形式多样，但都符合相同的 原理，其研究程序包括5 个主要步骤：选择合适的待试数据资料，建立待试数据 ，l尸lrf 天津工业大学硕十学位论文 库，要求数据准确可靠；从数据库中选择合适的分子结构参数及欲研究的活性参 数；选择合适的方法建立结构参数与活性参数之间的定量关系模型；模型检验， 选择更好的结构参数或建模方法，使模型最优化，同时给出模型的约束条件和误差 范围；实际应用于有机污染物活性的预测和预报【1 胡。 1 2 1q s a r 方法在农药分子设计领域的应用 农药研究的中心问题之一是怎样设计出对植物病虫害、杂草、细菌或病毒具有 特异药理作用的农药分子f l6 】。随着受体对传统农药抗药性的增强以及人类对农药环 保要求的提高使得研制新农药的难度加大。如果仍采用传统方法不仅效率低、研制 周期长而且浪费资源。随着化合物结构和活性数据的日益积累，农药化合物结构活 性关系的研究同趋活跃。q s a r 在农药研究中的正确运用能够帮助人们筛选具有新结 构的活性药物分子，预测新农药的生物活性，指导高效农药合成，避免盲目合成过 多的化合物，并指导农药的合理使用，对其生态安全性进行合理的评价。 陈海掣 】等人合成了一系列含氟化合物，并通过比较分子场分析( c o m p a r a t i v e m o l e c u l a rf i e l da n a l y s i s ，c o m f a ) 方法进行三维定量结构活性( t h r e e d i m e n s i o n a l q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s ，3 d q s a r ) 研究，构建了具有较高预测能力 的3 d q s a r 模型，并在此基础上筛选出一系列结构新颖具有抗小麦赤霉病能力的新 农药化合物。拟除虫菊酯类农药是一类高效、安全的新型杀虫剂，其对环境的毒性 因分子结构的不同而相差很大。刘兴泉等【l8 】利用c o m f a 方法建立了该类化合物结构 毒性相关的q s a r 模型，研究发现立体场和静电场是影响其对油菜除草活性的主要结 构参数，从而为开发新型高效低毒的拟除虫菊酯类农药提供指导。柳爱平等【l9 】合成 了一系列全新结构的含硫( 氧) 肟醚化合物，并对这些化合物的杀虫活性进行了 c o m f a 研究，建立了3 d q s a r 模型，为该类化合物的结构优化从而获得更高杀虫活 性提供了理论依据。苏华庆掣2 0 】利用c o m f a 法对2 0 种嘧啶( 氧) 苯甲酸类化合物进 行t 3 d q s a r 研究，得到了具有较强预测能力的q s a r 模型，通过立体场、静电场 等三维值线图分析了不同区域内取代基体积对a l s 酶活性的影响，并且设计合成了 具有更高活性的化合物。杨光富等【2 1 】采用量子药理学分析以及q s a r 分析方法，从空 间构象、电子结构和物理化学性能等三个方面系统地研究了磺酰脲类和稠杂磺酰胺 类除草剂的结构与活性关系，提出了磺酰脲类和稠杂磺酰胺类除草剂与乙酰乳酸合 成酶( a l s ) 的初级作用模型，这对于设计合成新型a l s 抑制剂具有重要指导意义。 氯喹酸类除草剂对植物具有刺激性，杨蕾和王鹏f 2 2 】加以改进，合成了1 2 种氯喹酸酯 1-一j1j 类除草 喹酸酯 1 2 2 近 境的污染物和尚未进入市场的新型化合物的毒性、暴露程度与人类健康的关注意识 逐渐增强，q s a r 研究由于具有花费小、耗时少等优点而在环境科学领域得到了广泛 的应用，并成功地对许多有机化合物的暴露水平、生物毒性等参数进行了预测、评 价和筛选【2 3 ；2 4 。 水体是化学品进入环境后的一个重要的归宿地，利用q s a r 方法，将化合物的 毒性与结构参数之间建立关系，对研究和预测污染物对水生生物所带来的危害很有 意义。 王划2 5 】等测定了1 1 4 种苯及其衍生物对鱼的半致死浓度，并对6 9 个分子结构 参数与毒性之间的关系进行了研究，发现分子连接性路径价指数、c h 3 、一c i 、o 、 - n h 2 原子集团电拓扑学指数以及修正的k a p p a 指数对此类化合物毒性产生显著影 响。于瑞莲【2 6 】测定了不同取代基及位置的苯甲酸类化合物对发光茵的毒性，并进行 了q s a r 研究，他指出，对于一元取代苯甲酸，毒性随取代基不同而不同，当取代 基相同时，毒性与取代位置有关。早在1 9 9 4 年陈声明等研究专家【2 7 】就采用发光菌 发光抑制毒性测定方法测定了几十种芳烃类物质的毒性，同样也证明了不同取代基 或不同取代位置的芳烃毒性不同。王琼等【2 8 】建立了1 0 0 个苯衍生物对发光菌半数有 效浓度q s a r 模型，研究发现，分子折射率、分子连接性指数、分子最高占据轨道 能级等因素是影响此类化合物对发光菌毒性的主要因素。胡海英和卢晓霞【2 9 】据4 0 个多氯联苯在鱼体内的生物富集因子的实测数据建立了分子连接性指数q s a r 模 型。韩香云【3 0 j 利用密度泛函理论方法研究了有机磷农药对海洋扁藻毒性的构效关 系，计算了1 1 个有机磷农药的化合物结构参数，发现极化率、最j 下氢原子电荷以 及分子最负的原子静电荷是影响此类化合物毒性大小的主要因素。刘新会等【3 1 l 测定 了5 6 种苯砜基乙酸酯类化合物对发光菌的急性毒性，并建立了3 d q s a r 模型，发 现该类化合物对发光菌急性毒性效应与化合物的空间场和静电场具有显著的相关 性。 综上所述，化学品进入环境后会对生态系统造成影响，q s a r 方法在研究和预 测污染物对环境生物的毒性作用中得到了大量的应用，主要有两方面功能：一，能 天津工业人学硕十学位论文 够根据q s a r 预测模型，对未知化合物的环境行为和生态毒性进行预测、评价和筛 选，为进一步的完全评价提供基础数据；二，根据q s a r 研究结果，探求污染物与 环境间的相互作用规律以及对生物体的毒性作用机理，从而为发展污染物控制和阻 断技术提供理论指导。 1 3 三唑类杀菌剂毒性效应研究进展 1 3 1 三唑类杀菌剂对陆生生物毒性影响研究进展 目前对三唑类杀菌剂的毒性效应研究主要集中在神经毒性、遗传毒性以及细胞 方面。 c r o f l o n 3 2 】研究了1 6 种三唑类杀菌剂的结构一神经毒性关系，实验以大鼠为研究对 象，利用经口染毒方式进行研究。实验表明，1 6 种三唑类杀菌剂中，只有三唑酮及 其代谢产物三唑醇能诱导小鼠极度活跃( 机能亢进) ，即具有神经毒性。作者推测， 醚氧可能是引起小鼠机能亢进的重要位点。 基冈表达谱分析有助于三唑类杀菌剂毒理学机制的研究。t u l l y 等【3 3 j 研究了丙环 唑、氟康唑、三唑酮和腈菌唑对细胞色素p 4 5 0 ( c y t o c h r o m ep 4 5 0 ，c y p ) 的影响以及其 对哺乳动物c y p 基因表达和酶功能的修饰作用。结果表明，四种杀菌剂对一些基因有 类似影响，如c e s 2 和u d p g t r 2 。因此推测，这四种三唑类杀菌剂可能存在相同的致毒 机制。c h a n 掣3 4 j 研究表明，双苯三唑醇能诱导大鼠体内p 4 5 0 酶系中c y p i a l ，c y p 2 b ， c y p 3 a 和增加结合酶活性。另外，大鼠肝、肾和肺体外实验表明，双苯三唑醇能够 抑制微粒体c y p i a 单加氧酶活性。另外，长期暴露在腈菌哗下，能够诱发小鼠肝以 及甲状腺毒性及转录变化1 3 5 ；3 6 。 三唑类杀菌剂对哺乳动物有一定的致畸作用。体外实验表明，氟硅唑对大鼠胚 胎的腮弓有致畸作用，对腮间叶细胞有致死作用【3 玎；氟硅唑、环唑醇、三唑酮、三 唑醇以及双苯三唑醇对啮齿类动物胚胎咽部形态有一定影响，有致畸作用；氟硅唑、 三唑酮、三唑醇能够通过改变正常后脑发育模式使小鼠胚胎发生严重畸形【3 8 】。 t r 6 s k e n 等【3 9 】测定了9 种三唑杀菌剂对人类和白色念珠菌羊毛甾醇1 4 a 一去甲基化 酶( c y p 5 1 ) 的抑制作用( i c 5 0 ) ，推测该类杀菌剂可能为环境内分泌干扰物，在环境中 残留有可能会对人体的类固醇生物合成产生一定的影响。 曾有人提出c y p 2 d 6 酶调节神经递质，如多巴胺及5 羟色胺的代谢过程，因此 第一章绪论 可能在决定个体的精神状态及个性中有一定的作用【4 0 j 。综上所述，三唑类杀菌剂对 哺乳动物的影响主要在于其抑制了c y p 4 5 0 酶系的基因表达，从而影响生物体正常 的生理功能。 1 3 2 三唑类杀菌剂对水生生物毒性影响研究进展 农药施用后，会因为降雨、土壤转运、大气传输等原因最终进入水体，从而给 生活在水环境中的生物带来各种影响。生活在其中的各种生物，作为生产者和消费 者，对环境的微小改变非常灵敏，可以表现出各种生物反应，因此可以通过观测它 们对农药的生理生化反应得出农药对水生生物的影响作用，从而为合理使用农药， 防止农药对水体的污染和对水生生物的危害提供科学依据。因此评价水环境中三唑 类杀菌剂对水生生物的影响是全面了解其毒性的一个重要环节。 1 3 2 1 三唑类杀菌剂对发光菌毒性研究 水体中包含有大量的细菌，其中，发光菌以其独特的生理特性成为微生物毒性 测试的首选，特别是明亮发光杆菌( p h o t o b a c t e r i u mp h o s p h o r e u m ) 在环境污染检测 方面的应用研究，取得了一些令人鼓舞的结果【4 1 ；4 2 j 。中科院南京土壤研究所长期来 一直推广改进该测试方法，并设计制造了专用的发光测定仪( g d j 系列) 。由于发 光菌可以应用于水体生态环境监测，美国环境保护署( e n v i r o n x n e n t a lp r o t e e t i o n a g e n e y ，e p a ) 一直在进行并不断追加资金投入来进一步研究这种的生物监测方法 1 4 3 1 ，我国也建立了发光菌法测定水质急性毒性的国家标准【删。 刘辉等f 4 5 】人测定了六种三唑类杀菌剂对发光菌的毒性，并进行了q s a r 研究， 发现发光菌的毒性与污染物熵和氢原子电荷有密切关系。目前关于三唑类杀菌剂对 发光菌的毒性研究较少，但是由于这种检测方法成本低，迅速以及简便，并随着 m i c r o t o x 生物毒性检测仪的丌发使用，逐渐发展成为一种经济、快速的急性毒性测 试体系，且得到广泛的应用【4 6 1 。与传统的生物检测法( 如鱼、涵) 相比，该法具有 快速、简便、灵敏、廉价和应用广泛等特点，因而倍受重视。另据研究，化合物对 发光菌的毒性与对其他生物的毒性数据有一定的相关性，因此，该法对有毒化学品 的筛选和评价具有重要意义，也可为研究污染物对其他生物的毒性提供基础数据 1 2 6 o 1 3 2 2 三唑类杀菌剂对藻类毒性研究 天津t 业大学顸一t 学位论文 藻类是水生生态系统的初级生产者，能通过光合作用为水中其他生物提供0 2 和食物，其种类的多样性和初级生产量直接影响水生生态系统的结构和功能。常用 来进行水生急性毒性测试的藻类主要有：四联藻( t e t r a d e s m u sw i s c o n s i n e n s e ) 、蛋白 核小球藻( c h l o r e l l a 砂愆n o i d o s a ) 、斜生栅藻( s c e n e d e s m u so b 幼u u s ) 等。其中， 蛋白核小球藻对污染物敏感、个体小、繁殖快、培养方便，在较短的时间内可得到 化学物质对其多世代及种群水平的影响评价，是一种常用的测试生物。1 9 9 0 年我国 将蛋白核小球藻规定为藻类生长抑制实验的标准测试生物【47 1 。经济合作发展组织 ( o r g a n i z a t i o nf o r e c o n o m i cc o o p e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，o e c d ) 标准方法体系中 也将蛋白核小球藻列为标准测试藻种之一【4 引。对藻类的毒性实验一般主要集中在测 定污染物对叶绿素含量的影响和藻类生长速度影响上。 研究表吲4 9 1 ，低浓度多效唑对海洋微藻光合色素和可溶性糖含量有促进作用， 说明低浓度多效唑能提高某些海洋微藻的光合速率，从而促进微藻的生长，可以作 为微藻生长的调节剂；相反，高浓度多效唑呈现抑制作用，说明高浓度多效唑降低 了微藻细胞的光合速率，从而抑制微藻细胞的增殖。金洪钧【5 0 】测定了多效唑对斜生 栅藻9 6 小时的半数抑制浓度( m e d i a ni n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o n ，i c 5 0 ) 、大型泾4 8 小 时有效浓度( m e d i a ne f f e c tc o n c e n t r a t i o n ，e c s o ) 以及草鱼9 6 小时半数致死浓度 ( m e d i a nl e t h a lc o n c e n t r a t i o n ，l c 5 0 ) ，发现多效唑对水生生物而言是一种危害较小 的农药，建议关注其慢性毒性及长期积累效应。黄诚【5 l 】研究了2 5 种农药( 包括己 唑醇、丙环唑) 对椭圆小球藻和螺旋鱼腥藻的急性和中长期毒性，发现对这两种藻 类而言，各浓度的中长期毒性呈现先逐渐增大，至最大毒性后再逐渐减小，并且在 低浓度下对藻类生长有一定的促进作用。小球藻生长的前期，苯醚甲环哗低浓度时 对于生长的影响不明显，但是到了生长后期，小球藻的生长量明显高于对照，表现 为促进作用p 2 。 农药对藻类致毒机理的研究表明，农药对藻类的毒性因农药品种和藻类的不同 而不同，归纳起来主要包括对藻类细胞生物膜、光合作用、呼吸作用和藻类生化成 分4 个方面的影响。因此开展三唑类杀菌剂对藻类毒性的研究，不仅可以深入了解 该类农药对单种藻类和藻类群落的毒性效应，而且对于认识农药对生态系统结构和 功能的整体效应、揭示其在生态系统中的迁移和转化规律、维护生态系统的健康进 而维护人类健康，也有重大理论意义和现实意义。 第一章绪论 1 3 2 3 三唑类杀菌剂对大型泾毒性研究 大型涵( d m a g n a ) 生活于自然水域，是世界种。它具有生活周期短、繁殖快、 经济、方便易得、对污染物敏感和易于在实验室培养等优点，加上它们在水域生态 系统中的重要性，因而得到众多国家的应用，已成为一种标准实验生物，广泛地用 于水生生物毒理实验。许多环保组织或国家已经将化学品对蚤类和鱼的急慢性毒性 作为评价污染物对水生环境危害程度的指标。蚤类毒性实验中常用的大型潘( d m a g n a ，甲壳纲枝角目) 是各种国际组织普遍采用的标准毒性实验生物。美国环保 署在1 9 7 8 年就将大型涵定为毒性实验的必测项目，并建立了大型涵毒性实验标准 方法【5 3 1 。化学污染物对蚤类的损伤主要表现在蚤类生殖和生长过程中【5 4 1 及对后代性 别发育的干扰上1 5 5 ；5 6 。 大型淹毒理实验不仅可以评价工业废水、农药、化学毒品和水中沉积物对水环 境的污染，为制定各种水质标准提供科学依据，而且可以作为监测手段控制水环境 的污染。该实验方法已受到国内外重视，具有广泛的技术前剽，7 1 。 目前三唑类杀菌剂对大型涵的毒性研究主要集中在急性毒性、慢性毒性以及遗 传毒性上。文献报道，多效唑【矧、三唑醇【5 8 】、环唑醇5 9 】对大型潘均属于有害农药， 双苯三唑醇【删对大型涵毒性为有毒。杨赓【6 1 】测定了多效唑对大型溢的慢性毒性，在 大型涵生存无效应剂量浓度染毒2 1 d 后f l 、f 2 代的死亡率高达6 3 3 ，并且各浓度组 对母代的生长发育均存在较强的抑制性，实验期间随浓度的增加，大型涵怀初卵时 间、产头胎的时间明显延后，繁殖期明显减短，头窝数、总窝数、产蚤总数明显减 少。尹大强1 6 2 j 研究表明，多效唑与烯效唑对大型涵繁殖与发育均有明显的慢性作用， 导致大型涵繁殖能力下降，发育迟缓，生存能力降低，其影响程度均表现为f l 代 母代。 1 3 2 4 三唑类杀菌剂对鱼类毒性研究 鱼类也是国际上常用于测试化学品毒性的物种。目前，已有许多环境污染物对 斑马鱼的毒性效应报道，并将环境污染物对鱼的毒性进行q s a r 研究，讨论污染物 的致毒机制【6 引。国际上常用于测试化学品毒性的鱼类主要有：斑马鱼、黑头呆鱼、 鲤鱼、稻鱼、孔雀鱼、翻车鱼和虹鳟鱼。农药方面研究较多的是拟除虫菊酯类农药， 因为这类农药绝大多数属于高亲脂性，在水中能直接进入到鱼鳃和血液中，而鱼类 对它们转化能力和排泄能力较低，容易引起鱼类的行为紊乱和生理病变。拟除虫菊 酯能作用于神经膜钠通道，干扰神经传导功能，作用于鳃组织而引起鳃组织病变， 天津t 业大学硕上学位论文 并抑制鳃组织n a + ，k + a t p a s e 的活力。 三唑类杀菌剂对鱼类的胚胎具有毒性畔】，1 0 6 m o l l 以上的戊菌唑和烯唑醇均会 对斑马鱼胚胎产生明显的致死、致畸、抑制发育等不良影响，并且呈现一定的时间 剂量依赖性。多效唑对斑马鱼胚胎毒性研究发现【6 5 1 ，高浓度处理组，鱼卵在发育期 就会停止发育并死亡，并且孵出仔鱼的畸形率随浓度的增加而增大。金洪钧掣5 0 j 测 定了多效唑对草鱼的毒性，指出其长期慢性毒性和积累效应不容忽视。d i n g 等t 6 6 1 研 究了多效唑对斑马鱼酶活性的影响，发现多效唑对斑马鱼肝脏中的超氧化物歧化酶 以及过氧化氢酶的活性均产生影响，表现出明显的“污染物兴奋效应”。但浓度超过 一定范围后，表现为抑制作用。 水生生物的毒性指标尤其是蚤类，与高级动物( 包括人和其他哺乳动物、海洋 生物和鸟类) 的毒性有直接的相关性【6 7 】，因此污染物对水生生物的毒性实验有着重 大意义。目前关于系统研究三唑类杀菌剂对水生生物毒性的相关报道较少，该类农 药对水生生物致毒作用的q s a r 模型亟待建立，此模型为研究该类农药对水生生物 的致毒机理，寻找更好的生化指标，早期预测三哗类杀菌剂对水生生物种群的影响 提供依据。 1 4 国内外研究中存在的问题 目前，已有少量三唑类杀菌剂对环境毒性效应研究的文献报道，但大多集中在 对啮齿类动物的研究上面。农药由于降雨、土壤转运、大气传输等原因最终进入水 体，许多农药在环境水体中均存在残留现象。三唑类杀菌剂对水生