（环境工程专业论文）有机磷和菊酯类农药对小球藻的毒性作用研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne 嘶r o n m e n t a le n g i n 硎n g 川| i i i i f | l l l 川| | i f | y 18 4 2 5 9 7 r e s e a r c ho n t 1 0 x i c i t yo fo r g a n o p h o s p h o r u sa n d p y r e t h r o i dp e s t i c i d et o ( 砀砌陀矶z 幽励陀易k b yz h a n gx u c j i a o s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rj i a n gb i n h u i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i 坶 j u l y2 0 0 8 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 ，的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 ， 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：歌雪斌 日期： z 口d 万7 歹 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年渺 学位论文作者签名：吾k 雪暂 签字日期： z d d 7 7 3 导师签名： 签字日期： 羞1 髦 剐g 、 ) 、， 叶。 ， 东北大学硕士文摘要 有机磷和菊酯类农药对小球藻的毒性作用研究 摘要 农药对非靶标生物的影响以及农药残留导致环境污染，造成生态系统结构和 功能的破坏，早已受到了国内外学者的广泛关注。本研究以蛋白核小球藻为试验 藻种，研究了2 种常用农药( 对硫磷和溴氰菊酯) 对蛋白核小球藻的单一及联合 毒性效应。 实验确定了小球藻的最佳生长条件为：4 个灯管持续光照，三通连续曝气培 养9 6 h 。 2 种农药对小球藻单一毒性作用研究结果表明：在实验设定的浓度范围内， 低浓度的溴氰菊酯( 0 4 n l l ) 刺激小球藻生长，其生长速度明显高于对照组， 培养液中离子含量降低，m d a 含量变化趋势不明显；高浓度的溴氰菊酯( 0 8 m 班) 明显抑制小球藻生长，叶绿素含量显著降低，培养液中离子浓度降低缓 慢，m d a 含量有所升高。细胞出现质壁分离皱缩现象。溴氰菊酯对蛋白核小球 藻9 6 h 的半抑制效应浓度( 9 6 h e c 5 0 ) 为：o 8 0 5 m l 。对硫磷对蛋白核小球藻有不 同程度的抑制作用，表现为随着剂量的增加对小球藻的毒性增大，细胞密度降低， 叶绿素含量降低，培养液中离子含量变化不明显，m d a 含量有所增高，表明细 胞内氧自由基大量积累，引起细胞膜脂过氧化，从而导致整体膜的损伤。小球藻 细胞随着农药浓度的加大而出现质壁分离皱缩现象，且抑制程度与农药浓度呈正 相关。对硫磷对蛋白核小球藻9 6 h e c 5 0 为：4 8 6 4 m l 。 2 种农药对蛋白核小球藻的联合毒性表现为拮抗作用，2 种农药对蛋白核小 球藻9 6 h e c 5 0 为：2 3 4 6 m l 。按照农药对藻类的毒性分级标准划分等级：以蛋 白核小球藻为试验生物时，对硫磷为低毒性农药，溴氰菊酯为中毒性农药。2 种 农药的毒性随着作用时间的延长逐渐减小。 本研究的研究结果不仅为农药的毒性、危险性评价及农药对藻类作用机理的 进一步研究提供了基础数据，而且在受农药污染水体的生物监测方面有着重要的 应用价值。 关键词：农药溴氰菊酯对硫磷蛋白核小球藻单一毒性联合毒性 ，、fj 町，l，：， ，i ? 东北大学硕士文 a b s t r a c t i th 笛a h a d yb e 吼p u b l i cc o n c 锄e d 丽d e l yt 1 1 a tp 骼d c i d ea 艉c t s 珊d r o n e b i o l o g y 舭dp 韶t i c i d e 豫n a i 】眵p o l l m 豁翎析r o n m 锄：t ，w l l i 6 hb r e a kb i o l o 西c a l s y s t 锄a t i c a ls 咖m 鹏觚df i l n 嘶0 n i l l “sp a p c p 吵硼d 磁孵口i sm a d e 勰 e x p e r h n e m a la l g ni ss t i l d i e d 廿l a ts i l l 弭et o x i c i t ya n dj o i n tt o x i c i t ) ro ft w o d so f p e s t i c i d e ，p 雒a 吐l i o n 甜l dd e l m e m r i i l ，t o w a r dc 翮d 谢b 口口 1 k s 麟p 刊h e n tc o n f i m i e dm a tt l l eb e s tg r o w ms i t 明缸o nf o rc 拶陀理d 五如跚i s m d e rm ew a yo ff o u r - l 锄1 p - c o r n j n u a ll i 曲t i i l g 觚d l r e e p u i 】田p - c o n t j l m 融a e r a t i ，觚d 雠b e s t 删d l 瑚l i i s 9 6 h t h er e 跚l ti l l d i c a t e dm a ti nt l l es e tc o n c e n 仃a t i o n 珊嘴，w h m ed e l n l e 吐l l 妇 c o n c e n 眦i o nw 嬲n o tm o r em 觚o 4 m li i il o w - d o s a g eb a 地c 芦吵柳l d f 矗缸口w 嬲 s t i m u l a t 6 dt 0 印w ，o fw h ic _ h 戗l e g r o w t l l r a t e w 嬲0 b 访o u s l yh i g h c rm a nt l l e c o m p a r i s o nb a t c ：i l ，锄dh y d r o n u i n lc o n t i m ti nc u l t i v 埘0 nd c c r c a s e d ，觚dc h a i l 曲唱 慨do fm d ac o n t e n tw 嬲n o td i s t i n c t i v e t h cp i c t u r 豁o fc e l lg r 0 训hw e f eb e t t e r t l l 龃l ec 0 m p 撕s o n s w h m ed e l m e 廿1 r i nc o n c e n 似i o nw 勰n o tl 懿sm a i lo 8m g l i i lk g h - d o s a g eb a t c ：虬c 砂7 增拧d f d 瓠口w 嬲r e s t r a i n e dt 0g r o w ；b ，d j r o n u h nc o n t e n ti n c u l t i v a t i o nd e c r e 嬲e ds l o w l y ；m d ac o n t 饥ti n c r e a s e dt 0s 咖ee x t e n t ；c ) 怕p l 缀n s 印a r a t e d 丘0 mc 矿o d e r m ， 觚d c r i m p l e o c c ：1 1 】m 以t h es e l i l i - 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r e s 缸嘶ne 艉c t i v ec o n c 翎t r a 矗o nf o r9 6 hw 弱2 3 4 6 m g l t 0 x i c i 够i s 影浊l a t e dt 0 d i f f b f 饥tl e v e l sa c c 0 r d i i 培t 0a l g a c t e dt 0p e s t i c i d e ：c 刃忧刀d f 缸口嬲e x p 豳酬 i 东北大学硕士文 b i o l o g 蜘p a r a t l l i o nw 勰 l o w - t o x i cp e s t i c i d e ，a n dd e l m e m mw a sm e d i u m - t o x i c p e s t i c i d e t h et w ol 【i n d so fp e s t i c i d e s t o x i c i t yl o w e da l o n gw i lt i m e 1 1 1 i s 咖d yn o to m yo 行打sb 嬲i cd a t af o rt o x i c i t ya s s e s s m e i l t ，r i s ka p p r a i s e m e n to f p e s t i c i d e 觚d 璩f 弧e rs t i l d yo ft o x i c i 妙m e c h a i l i s m so fp e s t i c i d e ，b u ta l s oi tw 嬲 证l p o r t 雅ti nb i o t e s to n 廿l ew a t e r 即啊r o n m e n tp e s t i c i d ep o l l u t a n t ，o f f 打b 勰i cd a t a f o rp r o t e c t i o no fh y k o b i o l o g yr e s o u 托宅 ，w a t e r 既i v i r 0 埘 i l 吼t跹d s t a ：b i l i z a t i o n 嬲s 铬s m e n to fe c o s y s t e m k e y 、釉r d s ：d e l m e 廿1 r i n p 缸a n l i o n c 乃代珂d 耐钿口s i n 百et o x i c i t ) rj o i n tt o x i c i t ) ， t ；k 0 j i ，；硝v霉 东北大学硕士文目录 目录 独创性声明。i 摘要i f ! i 山j ；1 【：f i ：t i 第一章绪论l 1 1 有机磷农药简介2 1 1 1 有机磷农药的生产使用现状2 1 1 2 有机磷农药的危害2 1 1 3 对硫磷简介3 1 2 拟除虫菊酯类农药简介4 1 2 1 拟除虫菊酯类农药的生产使用现状4 1 2 2 拟除虫菊酯类农药的危害5 1 2 3 溴氰菊酯简介5 1 3 农药对藻类的毒性作用研究概况6 1 3 1 农药对生物膜的毒性作用机理6 1 3 2 农药抑制藻类光合作用的机理7 1 3 3 农药对藻类生化组分的影响8 1 3 4 农药对藻类的毒性效应研究现状。8 1 4 藻类抗毒性作用研究现状。9 1 4 1 藻类对农药的反应9 1 4 2 藻类对农药富集作用研究。1 0 1 4 3 藻类对农药的降解作用1 0 1 5 课题研究的意义和主要研究内容。1 l 1 5 1 课题研究意义1 l 1 5 2 论文研究的主要内容1 l 第二章实验材料和方法1 2 2 1 实验材料、药品与仪器_ 1 2 2 1 1 实验藻种“。1 2 2 1 2 实验药品：1 2 东北大学硕士文目录 2 1 3 实验仪器与设备。1 3 2 2 试剂的配制1 4 2 2 1 农药配制1 4 2 2 2 培养基配制。1 4 2 2 3o 2 m o 帆的磷酸盐缓冲液1 4 2 2 42 5 的戊二醛固定液1 4 2 2 51 8 m o l l 的蔗糖缓冲液l5 2 3 蛋白核小球藻最佳生长条件的确定1 5 2 3 1 小球藻最佳光照强度的确定一1 5 2 3 2 小球藻最佳曝气量的确定。1 5 2 3 3 小球藻最佳生长时间的确定1 5 2 4 农药对蛋白核小球藻生长影响的实验方法1 5 2 4 1 蛋白核小球藻预培养1 5 2 4 2 蛋白核小球藻生物量的测定1 6 2 4 3 农药毒性e c 5 0 的计算方法及农药联合毒性的评价方法1 7 2 4 4 叶绿素含量的测定1 8 2 4 5 植物组织中丙二醛含量的测定1 8 2 4 6 小球藻细胞膜选择透性的测定1 9 2 4 7 蛋白核小球藻扫描电镜的制样处理1 9 2 5 对硫磷紫外分光光度计检测厶2 0 2 6 溴氰菊酯紫外分光光度计检测2 l 第三章小球藻最佳生长条件确定2 2 3 1 小球藻最佳光照强度的确定2 2 3 2 小球藻最佳曝气量的确定2 2 3 3 小球藻最佳生长时间的确定2 3 第四章农药对蛋白核小球藻生长的影响2 5 4 1 溴氰菊酯对蛋白核小球藻生长的影响2 5 4 1 1 溴氰菊酯对蛋白核小球藻生物量的影响。2 5 4 1 2 溴氰菊酯对蛋白核小球藻的毒性9 6 l l e c 5 0 的确定2 6 4 1 3 溴氰菊酯对蛋白核小球藻叶绿素含量的影响2 7 4 1 4 溴氰菊酯对蛋白核小球藻m d a 含量的影响2 8 4 1 5 溴氰菊酯对蛋白核小球藻细胞膜选择透性的影响2 9 i i ，； ，；j，；霉 东北大学硕士文目录 4 2 对硫磷对蛋白核小球藻生长的影响3 0 4 2 1 对硫磷对蛋白核小球藻生物量的影响3 0 4 2 2 对硫磷对蛋白核小球藻的毒性9 6 衄c 的确定3 1 4 2 3 对硫磷对蛋白核小球藻叶绿素含量的影响3 3 4 2 4 对硫磷对蛋白核小球藻m d a 含量的影响3 3 4 2 5 对硫磷对蛋白核小球藻细胞膜选择透性的影响。3 4 4 2 6 对硫磷对蛋白核小球藻细胞形态的影响。3 5 4 32 种农药对蛋白核小球藻生长的影响3 6 4 3 12 种农药对蛋白核小球藻生物量的影响3 6 4 3 22 种农药对蛋白核小球藻的毒性9 6 l l e c 5 0 的确定3 7 4 3 32 种农药对蛋白核小球藻叶绿素含量的影响3 8 4 3 42 种农药对蛋白核小球藻m d a 含量的影响3 9 4 3 52 种农药对蛋白核小球藻细胞膜选择透性的影响矗4 0 4 3 62 种农药对蛋白核小球藻细胞形态的影响4 0 4 4 ，j 、结：4 1 4 4 1 低浓度的农药对藻类的生长效应4 l 4 4 2 较高浓度的农药对藻类生长的影响4 2 4 4 3 较高浓度污染物对藻类毒害的差异性4 2 第五章农药在光照、曝气条件下的降解作用研究4 3 5 1 对硫磷可降解性研究。4 3 5 1 1 紫外分光光度计法对硫磷最大吸收波长的确定和标准曲线。4 3 5 1 2 农药在光照、曝气条件下的降解作用研究。4 4 5 2 溴氰菊酯可降解性研究4 5 5 2 1 紫外分光光度计法溴氰菊酯最大吸收波长的确定和标准曲线4 5 5 2 2 溴氰菊酯在光照、曝气条件下的降解作用研究。4 7 第六章结论4 9 参考文献5 0 致 射5 3 ， ? 一 ，0jl 东北大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 化学农药，一般是指用于防治农、林牧业病、虫、草、鼠害和其它有害生物 以及调节植物生长的药物及加工制剂。世界农药年产量达2 0 0 多万吨，生产和使 用的主要农药原药达1 0 0 多种。在总产量中，大吨位的品种主要是有机氯、有机 磷、氨基甲酸酯类化合物。其中除草剂8 0 万吨，占4 0 ；杀虫剂7 0 万吨，占 3 5 ；杀菌剂4 0 万吨，占2 0 ；其它约1 0 万吨，占5 【l 】。 当前我国形成了年产2 0 余万吨药的生产能力，产量位居世界第二。我国是 农业大国。据农业部有关资料，我国每年平均发生病虫害余约2 7 2 8 亿亩次，施 用农药防治面积为2 3 亿亩次，挽回粮食损失2 0 0 3 0 0 亿k g ，棉花6 皿7 0 1 0 4 t 每年农药的产值一般在1 6 1 8 亿元，利润达1 6 1 8 亿元【2 1 。农药对我国农业生产 持续稳产、高产起了关键作用。 但我国农药品种分配存在着严重不合理和使用方法的不合理，以及滥用、乱 用和过分依赖化学农药的现象较为普遍。常期不合理使用化学农药给人类生产生 存环境和害虫综合治理带来隐患。 农药包括许多种类：除了最常见的杀虫剂外，还有除草剂、灭真菌剂、熏剂 和灭鼠剂等。造成环境污染并对人体有害的农药主要是一些有机氯农药和含铅、 砷、汞等重金属制剂，以及某些除莠剂。某些有机磷农药对牧畜和人体有剧毒， 施用不慎引起急性中毒【3 1 。 高毒农药仍占很大比例，而剧毒和高毒农药的甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、 久效磷、磷氨这5 种农药占到我国农药使用量的7 0 左右。不仅如此，这些剧毒 高毒农药还经常用在瓜果蔬菜上，造成蔬菜、水果中农药残留严重超标、品质下 降，食物中毒事件时有发生，严重污染了这些产品【4 】。 据统计，目前世界上生产和使用的农药有几千种我国生产和使用的农药有 几千种。每年用量达5 0 万6 0 万吨，其中约8 0 的农药直接进入环境，每年使用 农药的面积在2 8 亿h m2 以上【5 】这是一个令人触目惊心的数字。我国农药生产 主要集中在江苏、浙江、天津、山东等地，而使用量较大的是上海、浙江、山东、 江苏和广东。以小麦为主要农作物的北方干旱地区施药量小于南方水稻产区，蔬 菜、水果的用药量明显高于其他农作物。近年来农药使用量有增大的趋势，而这 些农药的利用率只有3 0 左右，随着使用量和使用年数的增加，农药残留逐渐增 加，残留地域逐渐扩大，产生了立体式污染【6 】。 东北大学硕士论文 第一章绪论 1 1 有机磷农药简介 1 1 1 有机磷农药的生产使用现状 从8 0 年代起，有机磷农药很快取代了有机氯农药，并在农业上广泛使用。 目前，世界上有机磷品种已达上百种。从销售额看，近年来一直维持在3 0 亿美 元以上，居各类农药之首。其占杀虫剂比例也一直保持在3 5 以上，如再加上有 机磷除草剂( 如草甘膦、草胺膦等) ，则更为引人注目【7 1 。可见，有机磷农药在 世界农药中具有举足轻重的地位。有机磷农药是含磷的有机化合物，有的也含硫、 氯元素，是为取代有机氯农药而发展起来的。其化学结构一般有c - p 键、c - s p 键或c _ 1 卜_ p 键，大部分是磷酸酯类或酰氨类化合物【8 】。一般有剧烈毒性， 但比较易于分解，在环境中残留时间短，在动植物体内，因受酶的作用，磷酸酯 进行分解不易蓄积，因此常被认为是较安全的一种农药【9 】。有机磷农药对昆虫及 哺乳类动物均具有毒性，破坏神经细胞分泌的乙酰胆碱，阻碍刺激传送机能等生 理作用，甚至使之致死。所以，有机磷农药的环境污染毒性仍是不可忽视的。近 年来许多研究报告表明，有机磷农药具有烷基化作用，可能会引起动物的致癌， 致突变等作用。 有机磷农药除少数品种为固体( 如乐果、敌百虫) 外，多数为油状液体，工 业品呈淡黄色至棕色，具有大蒜样特殊臭味。一般不溶于水，而溶于多种有机溶 剂及油中，稳定性较差，特别是在碱性中更不稳定，所以不宜与碱性药剂混用。 我国自1 9 8 2 年“六六六”、“d d t 相继停产、限用、禁用后，有机磷农药的比 重就更突出。我国的农药品种结构可用3 个“7 0 ”来形容，即我国农药结构中 高毒品种比例较多，其中杀虫剂占7 0 ，而杀虫剂中有机磷农药又占7 0 ，有 机磷农药中高毒品种占7 0 。可见有机磷农药的作用和地位【l o 】。有机磷农药对 于防治农业病虫草害具有经济、高效、方便等优点，在今后相当长一段时间内， 仍将被广泛使用。 1 1 2 有机磷农药的危害 农药是现代农业中防治病、虫、草害的有效植保措施之一，为我国以占世 界7 的耕地面积养活着世界2 2 的人口，作出了巨大贡献。据2 0 0 3 年统计， 以有机磷农药即甲胺磷、甲基对硫磷、乐果、马拉硫磷、敌百虫、敌敌畏、氧化 东北大学硕士论文第一章绪论 乐果、对硫磷等为代表的农药，仍然占据我国农药的主导市场。由于不合理的使 用，农药在为人类社会带来巨大经济效益的同时，也带来了环境污染和人畜中毒 等各种社会问题。目前我国农药使用技术水平较低，农药的利用率仅为2 0 ，而 8 0 或更多的农药施用后进入了水体、土壤和空气，对非靶标生物和各个生态因 子产生了严重的影响，最终导致农产品品质低劣和农药残留超标。有证据表明， 有机磷农药具有诱变性和致畸胎性，哺乳动物的神经和免疫系统疾病大多与有机 磷农药相关，这些疾病包括疯牛病、海湾战争终合症、帕金森综合症等【】。 有机磷农药的高效伴随着高毒和高残留。( 1 ) 毒性：有机磷农药( 有机磷酸 酯类农药) 在体内与胆碱酯酶形成磷酰化胆碱酯酶，胆碱酯酶活性受抑制，使酶不 能起分解乙酰胆碱的作用，致组织中乙酰胆碱过量蓄积，而乙酰胆碱可以使神经系 统过度兴奋并很快转入抑制和衰竭，引起毒草碱样、烟碱样和中枢神经系统症状。 磷酰化胆碱酶酯酶一般约经4 8 小时即”老化n ，不易复能【1 2 】。( 2 ) 残留性：据报道， 1 9 9 9 l - 2 0 0 1 年，对广西7 个主要城市的蔬菜市场的2 1 个蔬菜品种进行分析，有 近5 0 的样品有有机磷检测呈阳性反应【1 3 1 。并且施于农作物上的农药大部分进 入土壤圈和水圈，这些农药不仅对环境造成了污染而且最终会通过食物链进入人 体，对人体造成损害。有机磷农药造成的环境污染和食品污染已直接威胁到人类 的生存和可持续发展。表1 1 为有机磷农药在蔬菜中的最高残留标准( 国家标准) 。 表1 1 有机磷农药在蔬菜中的最高残留标准( 国标) t a b l e l - l1 1 1 e6 p t 叩n l d i 嬲l t a lo fp y r e t h i di nv e g 拍l e ( 9 0 v 踟瑚e n t 咖d a r d ) 1 1 3 对硫磷简介 对硫磷，化学名称为o ，0 二乙基o ( 对硝基苯基) 硫代磷酸酯，分子式为 c l o h l 4 n 0 5 p s ，俗称1 6 0 5 或乙基- 1 6 0 5 。结构式如下： 东北大学硕士论文 第一章绪论 c h 3 c h 2 0 c h 3 c h 2 0 0 一。一 一 图1 1 对硫磷的化学结构式 f i 9 1 1t h e c h e m i c a ls 协l c “鹏o fp a m i 纯品外观为几乎无色、无嗅的液体或白色针状晶体，工业品为棕色并有蒜臭 的液体。密度比水高，几乎不溶于水，易溶于除石油类以外的有机溶剂，如丙酮、 苯、二甲苯等。对紫外光与空气都不稳定，在中性或微酸性溶液中较为稳定，在 碱性溶液中易分解失效。遇明火、高温可燃，受热易分解。放出磷、硫的氧化物 等毒性气体【1 4 】。 对硫磷为农业用广谱杀虫剂，属高毒类，对温血动物毒性强烈。对硫磷自 1 9 4 4 年合成以来到目前仍被广泛使用，其属于内渗型有机磷类杀虫剂。这类杀 虫剂水溶性差而脂溶性强，其稳定性差异较大，但施药后在植物叶片上能持效数 天乃至数十天，因而又称作持效型触杀剂【1 5 1 。由于这类有机磷类杀虫剂亲脂性 强，可溶入叶片的蜡质层并作短距离扩散，有时甚至可渗到叶片背面。所以在喷 施此类农药短时间内不能进行农作物的采摘，以免食用后对人体造成伤害。对硫 磷属于高毒类农药，其在环境中的残留期为3 周，1 9 9 3 年对硫磷已被我国列入 环境优先污染物的农药品种名单，所以其对环境造成的影响不容忽视。 1 2 拟除虫菊酯类农药简介 1 2 1 拟除虫菊酯类农药的生产使用现状 拟除虫菊酯类农药是近几年发展起来的广谱杀虫剂，由于其具有杀虫谱广、 用药量少、高效、低残留和对人、畜毒性小而被广泛应用于农作物的除虫灭害。 拟除虫菊酯在国际农药市场中占1 9 的份额，在防治卫生害虫和农作物害虫中占 有重要地位。我国拟除虫菊酯类仅占杀虫剂消费市场的3 5 左右【l 卅。拟除虫 菊酯是一类合成的杀虫剂，是改变天然除虫菊酯的化学结构衍生的合成酯类。在 5 0 6 0 年代，生产出的合成拟除虫菊酯光照下易分解，只适用于做室内杀虫。 7 0 年代初，英国化学家m 埃利奥特等在结构改变中取得突破性的成功，合成了 4 东北大学硕士论文 第一章绪论 第一个光稳定性品种氯菊酯。此后不断出现的许多光稳定性品种，被称为第二代 拟除虫菊酯，其中还包括了不含三元环的氰戊菊酯。8 0 年代以来，结构改变的 研究仍在深入，并有了新的进展。例如结构中引入氟原子的品种兼具杀螨效能， 又如把酯键改为醚键后，可大大降低对鱼的毒性等。近几年，使用最广泛的品种 有氯氰菊酯、溴氰菊酯、氰戊菊酯和氟氯氰菊酯等f 1 7 1 。 1 2 2 拟除虫菊酯类农药的危害 拟除虫菊酯类农药在获得广泛使用的同时，也存在以下几个问题：( 1 ) 高鱼 毒性：绝大多数的拟除虫菊酯对鱼高毒，例如，溴氰菊酯对鱼的l c 5 0 约1 p 扎 这是由于拟除虫菊酯是一类亲脂很强的化合物，甚至在水中浓度很低时，也可被 鱼鳞强烈的吸收。拟除虫菊酯的高水生物毒性长期以来限制了其在水稻害虫防治 上的应用( 2 ) 易产生抗性：拟除虫菊酯属于高抗类杀虫剂，一般在使用3 5 年 后，害虫就会产生抗药性【3 1 。( 3 ) 低内吸性：拟除虫菊酯由于分子量大，亲脂性 强，因而缺乏内吸性【墙】。7 早期人们认为拟除虫菊酯类农药普遍具有对环境稳定，降解速度慢和在加工 中降解率低等点，然而近些年来，随着拟除虫菊酯农药使用的日益广泛和使用时 间的延长，有关菊酯类农药的污染问题及危害也日益暴露出来，引起科研工作者 和有关部门的高度重视。它主要应用于棉花、蔬菜、果树以及家庭中多种虫害的 防治，与人们的生活息息相关，虽然其毒性较其它类农药低，但对某些非目标生 物如蜜蜂、家蚕等及对鱼、虾、贝等水生生物毒性很大，大量使用会严重破坏生 态环埘1 9 】。 1 2 3 溴氰菊酯简介 溴氰菊酯( d e l t a m e 吐1 r i n ) 化学名称：( s ) 吨氰基3 苯氧基苄基( 1 r 3 r ) 一3 一 ( 2 ，2 一二溴乙烯基) - 2 ，2 二甲基环丙烷羧酸酯；其它名称：敌杀死，凯素灵。分 子式：c 2 2 h 1 9 b r 2 n 0 3 ，相对分子质量：5 0 5 3 ，结构式见图1 2 。 东北大学硕士论文 第一章绪论 b ，一c 一佃一c 基h 一亘一。一伽 c u | | b r c = = = c h c h c h c o c h ii o 图1 2 溴氰菊酯的化学结构式 f i 9 1 2t h ec h 锄l i c a ls 仇i c t u 托o f d e l t 锄e i l l i 证 溴氰菊酯的物化性质：纯品为白色斜方形针状结晶，熔点1 0 1 1 0 2 ，2 5 时蒸汽压2 o 妒a 。2 0 时溶解于丙酮及二甲苯等大多数芳香族溶剂，微溶于水。 在酸性介质中稳定；在碱性介质中易发生苄基碳的外消化，酯键断裂，发生皂化 反应；溴氰菊酯性质稳定，在阳光下消失缓慢，有较长的残留期。原药为无嗅白 色粉末，纯度一般为9 8 ，熔点9 8 。1 0 1 刚。 1 3 农药对藻类的毒性作用研究概况 农药对藻类的毒性性质和大小主要由农药的化学结构和理化性质决定，不同 农药对藻类的毒性不同。农药的化学结构决定农药的生理活性和毒性。有机磷农 药以p 中心，其生理活性和毒性可判断如下：( 1 ) 以p 中心的共价结合是o 还 是s ，如对硫磷中的s 被o 取代，毒性明显增大，可达1 0 0 卜1 0 0 0 0 倍。( 2 ) 与 磷酸基上。结合的r 1 和r 2 烷基情况及是否有焦磷酸基，r l 和r 2 烷基结构越 复杂毒性越大。( 3 ) r 3 烷基情况，为亚烷基时农药浸透性强易于作用于生物体， 产生毒性【2 1 1 。农药的辛醇水分配系数、溶解度、分子连接性指数、分子表面积、 摩尔体积和有机物相对保留时间是评价农药对环境危害的主要参数。这些参数不 仅可表示和预测其毒性，还可以表示和预测如吸附系数、生物富集因子( b f c ) 等一系列有机污染物的生态毒理学性质【勿。 1 3 1 农药对生物膜的毒性作用机理 藻类的生物膜包括细胞质膜、类囊体膜和线粒体膜等。因为生物膜主要是由 磷脂和蛋白质组成，因此脂溶性农药易于通过细胞质膜，而水溶性大分子农药则 难于通过细胞质膜。农药若破坏细胞质膜不仅直接损害藻细胞，而且使环境中的 其它有毒物质顺利进入细胞，从而加大了对藻的毒害。藻类的类囊体膜是藻进行 光合作用的场所，农药损害类囊体膜也会影响藻类光合作用。而线粒体是藻类合 东北大学硕士论文 第一章绪论 成能量的场所，线粒体功能的异常，会引起藻类的呼吸、生长等一系列的生理学改 变。农药作用于生物膜一般有三个途径：( 1 ) 与膜上蛋白质作用改变通透性；( 2 ) 通 过物理化学作用影响流动性；( 3 ) 直接改变膜所需的a 皿，影响膜的生物合成。 许多农药正是通过影响细胞生物膜的结构和功能，改变藻的生理生化过程，从而 毒害藻类细胞【2 3 1 。 1 3 2 农药抑制藻类光合作用的机理 许多农药能影响藻类的光合作用，这类农药中主要是除草剂如脲类、三嗪类、 酰亚胺类等，但不同农药作用于藻类的光合作用的部位不同，其作用机理也各异。 光合作用抑制型除草剂又可分为光合作用光系统i i ( p si i ) 抑制剂和光合作用光 系统i 一电子转移抑制剂。三嗪类除草剂被认为作用于光合作用p s 幽】。西玛 津、杀草快、d b m i b 、莠去津、除草定、敌草隆阻碍光合作用电子传递；西玛 津阻碍p si ih i l l 反应电子传递【2 习；杀草快被认为作用于光系统i 的电子传递过 程：d b m m 是质体醌的类似物，与质体醌相竞争，在低浓度下抑制质体醌的氧 化【2 6 】。在m 矾n en a e s s e i l s 等人的研究中发现，光合作用抑制剂是除草剂中对 藻类作用最敏感的一类，三氮苯类和苯脲类是非常典型光合作用抑制剂，他们与 p si i 中的q b 有高亲合性，与之作用阻断光合电子流，从而引起叶绿素a 的荧光 量上升。实验中的敌草隆、西玛津和阿特拉津证实了这一结论。草甘磷的叶绿素 a 的荧光量下降，因为草甘磷是一种e p s p 合成酶抑制剂，e p s p 合成酶在暗反应 中的氨基酸合成过程中起作用。这种荧光降低的现象可以解释为：因为缺少氨基 酸，色素合成降低，从而引起叶绿素a 运转体减少，导致叶绿素a 的荧光量下降 【2 7 】 o 杀虫剂也作用于藻类的光合作用。乐果可改变类囊体膜的流动性，抑制光合 作用电子传递，导致p si i 荧光值增加和光合作用碳固定的减，而有关其它杀虫 剂和杀菌剂对藻类光合作用影响的报导极少。农药对藻类光合作用的影响程度与 农药浓度具有复杂的相关性，低浓度的2 ，4 - d 和6 种有机磷杀虫剂可促进衣藻 的光合作用合成和叶绿素a 的合成，因而促进衣藻的生长，而在较高浓度时，藻 的生长、光合作用和叶绿素合成受到抑制【2 引。亚致死量的阿特拉津可促进小球 。藻的生长、光合作用和暗呼吸作用，而其蛋白的合成随浓度的加大而减少。 东北大学硕士论文第一章绪论 1 3 3 农药对藻类生化组分的影响 敌百虫在3 0 0 m g l 时，能使鱼腥藻p c c 7 1 1 9 的光合作用颗粒、叶绿素a 、藻 胆蛋白、蛋白质和核酸的含量减少。p e r o m 等发现乐果浓度为l o o i l 唱l 时，使叶 绿素a 、藻胆蛋白等主要生化组分稍有增加，而在更高浓度( 2 0 0 和3 0 0 l i l l ) 时，则 降低这些颗粒的含量【2 9 】。e 1 s h e e n 等研究了莠去津对藻类生长、光合作用、蛋 白质合成和脂肪酸组分的影响，发现减少蛋白质含量( 除了在5 m l 时回复外) ；总 脂肪酸、饱和及单饱和脂肪酸含量减少而多聚不饱和脂肪酸含量增加，这被认为 是莠去津介导脂肪酸延伸作用和去饱和酶的去饱和作用，增加饱和脂肪酸向不饱 和脂肪酸转换的结果【3 0 1 。s h a b 锄等报道g a r d o p r i m 和特丁净使灰色念珠藻叶绿 素的含量减少；糖的积累增加，但高浓度时抑制；g 抓1 0 p 血l 能增加蛋白质含量，而特 丁净只有在高浓度时对蛋白质含量稍有刺激【3 1 1 。唐学玺等指出久效磷对扁藻的 毒性可能在于久效磷使超氧化物歧化酶( s o d ) 和过氧化物酶( p o d ) 活性下降，活性 氧积累，导致藻细胞膜脂氧化，从而使膜通透性增加，毒害藻类【3 2 1 。 有人研究发现2 2 种除草剂都能减少藻类蛋白质和核酸的合成【3 3 】。也许可以 这样认为：在农药毒害的环境中，藻类通过改变生长和蛋白质合成模式来适应改 变了的环境。甲基对硫磷和杀草丹诱导灰色念珠藻核酸酶和蛋白酶活性，使核酸 和蛋白质含量下降瞰】。敌稗、马拉森和西维因也能迅速降低喜钙念珠藻的核酸 和蛋白质含量。丁草胺对林克氏念珠藻的毒性也认为可能是抑制了蛋白质的合成 【3 5 1 。有机氯杀虫剂狄氏剂对藻有毒性，使细胞破裂，即使是存活的细胞至少在4 个 世代内，细胞明显变小，这持续的细胞变小说明可能由于核酸的合成和复制受影 响。 1 3 4 农药对藻类的毒性效应研究现状 农药对水生生物有不利影响。当农药通过各种途径进入水体后，首当其冲的 受害者就是藻类生物。而藻类作为水体中的初级生产者，在水生态系统的食物链 中起着十分重要的作用。一旦藻类被污染，将影响到整个水生生态系统。因此， 从环境角度讲，研究农药对藻类的生长影响至关重要。农药对藻类的毒性表现为 对藻类的杀灭和生长的抑制作用，以其半数生物受影响的e c 5 0 表示，常常被用 来评价农药对环境安全性。其毒性分级参考标准【3 6 】为在9 6 l l e c 卯的大小：低毒性 e c 5 0 3 o m 胡；中毒性e c 5 0 3 0 0 3 m g l ；高毒性e c 5 0 林克氏 念珠藻( 双对栅藻) 【4 5 】。同时，研究也表明各种藻只有在农药非毒性浓度时才能降 解农药，否则农药对藻的毒害