有機(jī)磷農(nóng)藥毒死蜱對水生動物毒性的研究進(jìn)展

馬萬里 安鵬 強(qiáng)曉鳴 王萌 管融資 程棟 雷忻

摘 要：毒死蜱是世界衛(wèi)生組織（WHO）Class II中度危害殺蟲劑，屬于有機(jī)磷農(nóng)藥。在中國，毒死蜱作為高效廣譜的有機(jī)磷殺蟲劑被廣泛使用。由于毒死蜱的對生態(tài)環(huán)境的危害越來越嚴(yán)重，我國自2017年開始限制毒死蜱在農(nóng)業(yè)中的使用。近年來，毒死蜱對水生動物的研究多集中在環(huán)境積累、生態(tài)毒性及其作用機(jī)制等方面。該文結(jié)合近年來國內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)到毒死蜱的環(huán)境行為、水生動物毒性作用及其作用機(jī)制等方面進(jìn)行了綜述，旨在為有機(jī)磷農(nóng)藥對水生動物毒性效應(yīng)相關(guān)研究提供理論參考。

關(guān)鍵詞：有機(jī)磷農(nóng)藥；毒死蜱；水生動物；毒性作用

中圖分類號 Q955 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）18-0070-03

Research Progress on Toxicity of Organophosphorus Pesticide Chlorpyrifos to Aquatic Animals

Ma Wanli1，2 et al.

（1College of Life Sciences，Yanan University，Yan'an 716000，China；2Key Laboratory of Ecological Restoration in Yan'an 716000，China）

Abstract：Chlorpyrifos is a moderate hazard insecticide of WHO（WHO）Class II and belongs to organophosphorus pesticide. Chlorpyrifos is widely used as an efficient and broad-spectrum organophosphorus insecticide in China.In recent years，chlorpyrifos have been increasingly harmful to the ecological environment. The use of Chlorpyrifos in agriculture has been restricted in China since 2017. In recent years，the research of chlorpyrifos on aquatic animals is mainly focused on environmental accumulation，ecological toxicity and its mechanism. In this paper，the environmental behavior of chlorpyrifos，toxicity and mechanism of chlorpyrifos were reviewed in recent years. The purpose of this study was to provide a reference for the related research on the toxicity of organophosphorus pesticides to aquatic animals.

Key words：Organophosphorus pesticides；Chlorpyrifos；Aquatic animal；Toxicity

毒死蜱（Chlorpyrifos），又名氯吡硫磷，是世界衛(wèi)生組織Class II中度危害殺蟲劑[1-2]，屬于有機(jī)磷農(nóng)藥。毒死蜱為白色或灰白色顆粒狀晶體，易溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑。作為一種廣譜殺蟲劑和殺螨劑，在土壤、大氣、水體等環(huán)境中均可以檢測到它的殘留，大量實(shí)驗(yàn)表明毒死蜱對于多數(shù)水生生物具有高毒性[3-4]。我國農(nóng)業(yè)部公告（第2032號）已經(jīng)將毒死蜱列入國家禁用和限用農(nóng)藥，已經(jīng)被禁止使用在蔬菜上，但仍被大量的使用在核桃樹等其他經(jīng)濟(jì)作物上。

1 毒死蜱的環(huán)境行為

1.1 生態(tài)積累 毒死蜱在田間噴灑后容易在植物表面殘留，并向植物體內(nèi)積累，通過食物鏈向下一營養(yǎng)級流動。大量的野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，植物表面殘留的毒死蜱經(jīng)過雨水的沖刷并通過地表徑流輸送到水環(huán)境中。已有文獻(xiàn)報(bào)道，毒死蜱廣泛存在于湖泊、河流等水體中，對水生生物產(chǎn)生危害[8-9]。根據(jù)Bonderenko和Gan的研究發(fā)現(xiàn)，毒死蜱的降解受到環(huán)境中氧氣濃度的影響，其半衰期在厭氧和好氧條件下區(qū)別顯著且厭氧條件下的半衰期是好氧條件下的10倍[5-7]。因而毒死蜱在水體和底泥環(huán)境中更容易大量累積，并通過生物積累和生物放大作用后對水體食物鏈產(chǎn)生影響，例如魚類所捕食的甲殼類動物中如果已經(jīng)積累了相當(dāng)量的毒死蜱，這部分毒死蜱最終也會積累在魚類體內(nèi)[10-11]。自然條件中毒死蜱會通過食物鏈向高營養(yǎng)級的生物不斷富集，最終會使水體的正常物質(zhì)循環(huán)失常[12]。

1.2 在水中的降解 常見的農(nóng)藥降解方式有水解、微生物降解、光化學(xué)降解等，其中光化學(xué)降解非常重要的一種途徑是揮發(fā)。吳祥為[13]在研究毒死蜱的水中光化學(xué)降解時(shí)發(fā)現(xiàn)，毒死蜱在水中減少的主要途徑為揮發(fā)。由于水環(huán)境復(fù)雜多變，如pH值、溫度、水質(zhì)、表面活性劑等都能影響到毒死蜱的降解，這使得其降解充滿復(fù)雜性和不確定性。微生物降解也是一種途徑，但是水環(huán)境的復(fù)雜性也會讓這些微生物處于不利于降解毒死蜱的狀態(tài)，因此微生物降解效率并不高[14]。

2 毒死蜱對水生動物的毒性作用

毒死蜱作為中毒類有機(jī)磷殺蟲劑的代表，由于廣泛的使用對環(huán)境的影響日益顯著，已經(jīng)可以在自然水體中檢測到含量不等的毒死蜱，不少學(xué)者已經(jīng)著手研究環(huán)境中的毒死蜱對水生動物的危害。

2.1 對魚類的毒性作用 毒死蜱對水生動物的毒性研究主要是以魚類為對象。如余向陽等[15]以斑馬魚為實(shí)驗(yàn)材料，將其在一定濃度下的毒死蜱藥液中飼養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)毒死蜱會對斑馬魚頭部乙酰膽堿酯酶（Acetyl cholinesterase，AchE）活性有所影響，并呈現(xiàn)出對斑馬魚的較高毒性。研究指出，當(dāng)斑馬魚卵暴露于一定濃度的毒死蜱環(huán)境中，會使孵化后幼魚的空間辨識能力以及游泳能力減弱，根據(jù)觀察這些幼魚在成年后還會出現(xiàn)類似情況[16]。侯方浩等[17]以錦鯽為實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)毒死蜱在魚體內(nèi)富集后對錦鯽的精巢發(fā)育會有一定延遲的效果，并且由于肌肉中缺少相關(guān)解毒酶類，使得毒死蜱在肌肉中富集量相對穩(wěn)定，而肝臟處的毒死蜱降解迅速；丁正峰等[18]在河川沙塘鱧幼魚急性毒性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，一定時(shí)間內(nèi)，河川沙塘鱧幼魚的死亡率隨著毒死蜱濃度和染毒時(shí)間的增加而上升，并可對過氧化氫酶（catalase，CAT）和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活性產(chǎn)生影響。趙穎等[19]采用物種敏感性分布超氧化物歧化酶對毒死蜱的毒性進(jìn)行評價(jià)，得出純水體環(huán)境體系中的毒死蜱對魚類的毒性明顯大于水—沉積物體系，沉積物的吸附作用使得水體中毒死蜱濃度迅速降低，而沉積物中毒死蜱因?yàn)殡y以降解長期積累后導(dǎo)致濃度上升，這將導(dǎo)致底棲類水生動物更容易的對毒死蜱進(jìn)行富集。

在實(shí)驗(yàn)中，魚類最先接觸毒死蜱的是其呼吸系統(tǒng)，由于直接接觸污染源，解毒能力差，故其所受的損傷也最明顯。在實(shí)驗(yàn)中鰓絲和鰓小片的病變可以明確的佐證這一觀點(diǎn)。其次，肝臟作為主要的解毒器官，長期受到毒性作用時(shí)會引發(fā)肝臟的一系列病變。除了常見的魚類，毒死蜱對于其他水生動物也有明確毒性，徐吉洋等[20]以3種溞類、介形蟲、劍水蚤和花翅搖蚊幼蟲共計(jì)6種淡水節(jié)肢體動物為實(shí)驗(yàn)材料，在急性毒性實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)毒死蜱對上述6種動物均為劇毒，且毒性大小不同。大量實(shí)驗(yàn)表明毒死蜱對與水生動物的毒性作用較為廣泛，但各類水生動物對其毒性的耐受性和中毒癥狀都不盡相同。

2.2 聯(lián)合毒性 在實(shí)際生活中，毒死蜱往往會與其他農(nóng)藥及環(huán)境污染物同時(shí)出現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境中，對動物產(chǎn)生聯(lián)合毒性效應(yīng)。

2.2.1 毒死蜱與其他農(nóng)藥的聯(lián)合毒性 Wacksman以4種脊椎動物為實(shí)驗(yàn)材料，研究了4種動物在毒死蜱和阿特拉津（除草劑）共同作用下的毒性作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)阿特拉津濃度為1mg/L時(shí)，毒死蜱對蟾賒的毒性顯著加重[21]。毒死蜱與其降解產(chǎn)物三氯苯酚（trichlorophenol，TCP）也會產(chǎn)生聯(lián)合毒性，Ceresa認(rèn)為復(fù)雜的水環(huán)境條件導(dǎo)致聯(lián)合毒性大小也具有不確定性[22]。因此在復(fù)雜多變的環(huán)境中，不同的環(huán)境變量會直接影響毒死蜱的毒性效應(yīng)，從而增加了研究難度。

2.2.2 毒死蜱與重金屬的聯(lián)合毒性 重金屬污染在全球范圍內(nèi)頻發(fā)，我國作為發(fā)展中國家，重金屬污染尤為突出，環(huán)境中的重金屬含量大幅度上升[23-24]。高曉莉等[25]在多種重金屬與毒死蜱的聯(lián)合毒性研究中，發(fā)現(xiàn)重金屬離子與毒死蜱的聯(lián)合毒性大多表現(xiàn)為協(xié)同作用，但在某些情況下會出現(xiàn)拮抗作用。

目前環(huán)境污染物種類越來越多，不同污染物之間相互作用而產(chǎn)生的聯(lián)合毒性作用是難以規(guī)避的，因而需要在聯(lián)合毒性方面做大量深入的研究。

3 毒死蜱的毒性作用機(jī)制

毒死蜱毒性作用的相關(guān)研究已有很多，現(xiàn)有文獻(xiàn)表明毒死蜱除了可以產(chǎn)生急性毒性以外，還可以阻斷動物的神經(jīng)系統(tǒng)。毒死蜱主要毒性為神經(jīng)發(fā)育毒性，并且會導(dǎo)致神經(jīng)毒性和生殖毒性，影響胚胎的生長發(fā)育[26-27]。毒死蜱的毒理學(xué)機(jī)制復(fù)雜，主要通過抑制標(biāo)靶生物的骨骼肌突觸及肌肉神經(jīng)接點(diǎn)的乙酰膽堿酯酶（Acetyl cholinesterase，AchE）活性，干擾乙酰膽堿酯酶降解乙酰膽堿，使得神經(jīng)遞質(zhì)對突觸后膜的興奮作用無法被終止，讓神經(jīng)纖維一直處于興奮狀態(tài)，并進(jìn)一步引起神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，誘發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)中毒癥狀、毒覃樣和煙堿樣作用[28]。此外，毒死蜱的毒性機(jī)制還涉及非膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)變化、DNA與蛋白質(zhì)合成抑制及對重要信號通路的影響等多方面因素[29-31]。有機(jī)磷殺蟲劑毒性作用的直接標(biāo)靶是AchE，在低劑量暴露且在不抑制AchE活性的情況下也會造成神經(jīng)毒性，這就表示有機(jī)磷殺蟲劑可以通過其他方式對生物體產(chǎn)生毒性作用。

4 結(jié)語

毒死蜱作為世界范圍內(nèi)大量使用的有機(jī)磷類殺蟲劑，由于其過量的使用，對生態(tài)環(huán)境影響較大。目前的研究表明，毒死蜱對多數(shù)水生動物存在較高的毒性，對水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡和人類健康造成了很大威脅。目前從組織觀察和相關(guān)酶活性分析毒死蜱對水生動物的毒性已有較多研究，但毒死蜱對水生動物的遺傳毒性和生殖毒卻鮮有詳細(xì)報(bào)道，這也是對毒死蜱毒性作用進(jìn)行深入研究的重要方向。

參考文獻(xiàn)

[1]WTO.The WHO recommended classification of pesticides by hazard and guidelines to classification：2009 [M].Stuttgart，Germany：Wissenchaftliche Verlagsgesellschaft mbH，2009：24-26.

[2]Pamela D W，Joseph R B.Tadpole size cholinesterase activity，and swim speed in four frog species after exposure to sub-lethal concentrations of chlorpyrifos[J].Aquat Toxicol，2008，88：9-18.

[3]余向陽，趙余丁，王冬蘭，等.毒死蜱與三唑磷對斑馬魚頭部AChE活性影響及在魚體內(nèi)的富集[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（6）：2452-2455.

[4]劉豐茂.農(nóng)藥使用對地表水、地下水（飲用水）、雨水的污染檢測研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2000.

[5]Crawford K D，Weinstein J E，Hemingway R E，et al.A survey of metal and pesticide levels in stormwater retention pond sediments in coastal south Carolina[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology，2010，58：9-23.

[6]Bonderenko S G J.Degradation and sorption of selected organophosphate and carbamate insecticides in urban stream Sediments[J].Environmental Toxicology and Chemistry，2004，23：1809-1814.

[7]Echols K R，Brumbaugh W G，Orazio C E，et al.Distribution of pesticides，PAHs，PCBs，and bioavailable metals in depositional sediments of the lower Missouri River，USA[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology，2008，55：161-172.