擬除蟲(chóng)菊酯類化合物高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶的毒性評(píng)估＊

王星懿，郭禧倩，王升飛，卞丹丹，李 兵，孫海娜

（蘇州大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，江蘇 蘇州 215123）

家蠶（Bombyx mori）屬鱗翅目蠶蛾科，在我國(guó)已有5000多年的馴化史，是以桑葉為食料而吐絲結(jié)繭的重要經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)。蠶桑產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，繭絲產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的78%以上。然而，由于長(zhǎng)期室內(nèi)馴化，家蠶對(duì)農(nóng)藥尤其是以害蟲(chóng)為靶標(biāo)的殺蟲(chóng)劑十分敏感［1～3］。由農(nóng)林害蟲(chóng)防治導(dǎo)致的桑園農(nóng)藥污染事件頻發(fā)，這給蠶業(yè)的安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的隱患［4～6］。因此，明確環(huán)境中農(nóng)藥暴露對(duì)家蠶的毒性具有重要的意義。

擬除蟲(chóng)菊酯類殺蟲(chóng)劑具有活性高、殺蟲(chóng)譜廣、藥效快、對(duì)人和動(dòng)物低毒等特點(diǎn)，其市場(chǎng)份額已占全球農(nóng)藥市場(chǎng)的四分之一［7］。高效氯氟氰菊酯作為擬除蟲(chóng)菊酯類殺蟲(chóng)劑的代表，被廣泛應(yīng)用于多種農(nóng)林害蟲(chóng)的防治，特別是對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)具有顯著的田間防治效果。高效氯氟氰菊酯的使用可能對(duì)許多非靶標(biāo)生物造成嚴(yán)重的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［8，9］。因此，明確該農(nóng)藥的毒性特征將有助于預(yù)防和減少其對(duì)非靶標(biāo)生物的危害。

本文采用浸葉法，測(cè)定了高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡家蠶的急性毒性，并通過(guò)亞致死濃度LC10添毒統(tǒng)計(jì)家蠶生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)，評(píng)估環(huán)境中高效氯氟氰菊酯殘留對(duì)家蠶的慢性毒性，為該農(nóng)藥的安全合理使用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試品種

供試家蠶品種為“菁松×皓月”，由江蘇省東臺(tái)市蠶種場(chǎng)提供。

1.2 供試藥劑

高效氯氟氰菊酯（λ-cyhalothrin，100%）原藥購(gòu)于美國(guó)Sigma-Aldrich公司。色譜純級(jí)丙酮購(gòu)于Sig?ma-Aldrich。非離子型表面活性劑吐溫80購(gòu)于上海麥克林生化有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

稱取適量高效氯氟氰菊酯原藥溶于丙酮中，加入與丙酮等體積的表面活性劑吐溫80，配置濃度為1 mg/mL的母液。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在死亡率為0～100%的有效濃度范圍區(qū)間，用蒸餾水將母液稀釋為0.125 mg/L，0.25 mg/L，0.5 mg/L，1 mg/L和2 mg/L的5個(gè)系列梯度濃度的供試液。對(duì)照組為1‰丙酮+吐溫80（體積比為1∶1）水溶液。采摘桑葉大小均勻的成熟葉片，將葉片完全浸潤(rùn)于供試液20 s，取出后自然晾干。每個(gè)處理組各設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)20頭蠶，分別放入25 cm×15 cm×10 cm的養(yǎng)蟲(chóng)盒內(nèi)。桑葉添毒24 h后，調(diào)查死亡和存活家蠶頭數(shù)。

用亞致死濃度（LC10）高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3 d家蠶連續(xù)添毒至上蔟結(jié)繭，對(duì)照組和LC10處理組各設(shè)三個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)30頭蠶。每24 h稱量并記錄蠶體重，5頭/組，每個(gè)重復(fù)各統(tǒng)計(jì)3組。記錄死亡和結(jié)繭情況，并對(duì)死亡率和結(jié)繭率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。家蠶農(nóng)藥添毒試驗(yàn)的環(huán)境條件為：溫度25±1℃，相對(duì)濕度60%～75%。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

測(cè)定數(shù)據(jù)用Finney標(biāo)準(zhǔn)概率分析法以及Abbott法計(jì)算校正死亡率［10，11］，采用R腳本（https：//github.com/JuanSilva89/Probit-analysis）計(jì)算高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3天家蠶的半致死濃度LC50（24 h）和95%置信區(qū)間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示，差異顯著性分析采用單因素方差分析法，其中P＜0.05即達(dá)到顯著水平。采用origin 9.1（OriginLab Corporation，Northampton，MA，USA）繪圖軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3天家蠶的急性毒性

高效氯氟氰菊酯浸葉添毒5齡第3天家蠶24 h后，家蠶死亡數(shù)量隨添毒濃度的升高而增大（表1），并呈現(xiàn)出明顯的劑量與效應(yīng)關(guān)系（圖1）。采用概率分析法計(jì)算得出高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3 d家蠶的LC50（24 h）為0.449 mg/L，95%置信區(qū)間為0.416 mg/L～0.484 mg/L；毒力回歸方程為Y=3.875X+6.348，P值為0.554。參照2014版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T31270.11《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則第11部分：家蠶急性毒性試驗(yàn)》附錄A“農(nóng)藥對(duì)家蠶的毒性等級(jí)劃分”［12］，表明高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶5齡幼蟲(chóng)具有劇毒（LC50＜0.5 mg/L），具有強(qiáng)致死作用，并且風(fēng)險(xiǎn)性極高。

圖1 不同濃度高效氯氟氰菊酯處理5齡家蠶24 h的死亡率曲線Fig.1 The Death Curve of the Fifth Instar Larvae After Exposed to λ-cyhalothrin for 24 h

表1 不同濃度高效氯氟氰菊酯添毒5齡家蠶24 h的死亡情況Table 1 The Death of the Fifth Instar Larvae of Silkworm after Exposed to λ-cyhalothrin for 24 h

2.2 亞致死濃度（LC10）高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶的慢性毒性

根據(jù)毒力回歸方程計(jì)算得出，高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3天家蠶的24 h亞致死濃度LC10為0.210 mg/L。用LC10的高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3 d家蠶進(jìn)行連續(xù)添毒試驗(yàn)，其對(duì)家蠶體重的影響如圖2所示。從圖2可以看出，對(duì)照組家蠶在0 h、24 h、48 h、72 h和96 h的體重平均值分別為2.141、2.962、3.588、4.052、4.218 g/頭，96 h體重增長(zhǎng)率為97.01%，而LC10的高效氯氟氰菊酯連續(xù)喂毒組家蠶在0 h、24 h、48 h、72 h和96 h的體重平均值分別為2.127、2.231、2.114、2.199、2.345 g/頭，96 h體重增長(zhǎng)率僅為10.25%；LC10的高效氯氟氰菊酯連續(xù)喂毒組熟蠶體重為1.808 g/頭，與對(duì)照組相比顯著降低，僅為對(duì)照組熟蠶體重的51.28%。結(jié)果表明，LC10濃度高效氯氟氰菊酯添毒顯著抑制了家蠶體重的增長(zhǎng)。

圖2 LC10高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶體重的影響Fig 2 The Effects of Sublethal Concentration of λ-cyhalothrin LC10on the Body Weight of SilkwormA代表0～96 h家蠶體重變化；B代表熟蠶體重A indicates the body weight changes at 0～96 h；B indicates the matured larvae weight

LC10的高效氯氟氰菊酯添毒對(duì)家蠶化蛹及死籠率的影響如圖3所示。圖3顯示，LC10的高效氯氟氰菊酯顯著抑制了家蠶的化蛹，其化蛹率僅為55.56%，而對(duì)照組蠶化蛹率為96.67%；LC10的高效氯氟氰菊酯添毒組家蠶死籠率高達(dá)32.27%，而對(duì)照組僅為2.30%。結(jié)果表明，LC10的高效氯氟氰菊酯可嚴(yán)重影響家蠶的正常生長(zhǎng)發(fā)育，微量農(nóng)藥殘留即可對(duì)蠶業(yè)的安全生產(chǎn)造成極大的隱患。

圖3 LC10高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶化蛹率和死籠率的影響Fig.3 The Effects of Sublethal Concentration of λ-cyhalothrin LC10on the Cocooning Rate and Rate of Dead Worm Cocoons of SilkwormA代表化蛹率；B代表死籠率A indicates cocooning rate；Bindicates rate of dead worm cocoons

3 討論

近年來(lái)，由于農(nóng)藥污染導(dǎo)致的家蠶中毒事件時(shí)常發(fā)生，給蠶農(nóng)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，已成為影響蠶桑產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素之一。高效氯氟氰菊酯作為擬除蟲(chóng)菊酯類殺蟲(chóng)劑的典型代表，具有殺蟲(chóng)譜廣、藥效快、對(duì)哺乳動(dòng)物和人類低毒等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林害蟲(chóng)防治。然而，其對(duì)家蠶的毒性特征尚不明確。本研究采用浸葉法，測(cè)定高效氯氟氰菊酯對(duì)5齡第3天家蠶的24 h急性毒性（LC50）為0.449 mg/L。參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局制定的《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則》［12］，高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶的毒性等級(jí)為劇毒，顯示具有極高風(fēng)險(xiǎn)性，一旦桑葉受到該農(nóng)藥污染，家蠶就會(huì)出現(xiàn)中毒死亡。為此，建議蠶區(qū)及周邊在養(yǎng)蠶期間禁止使用高效氯氟氰菊酯進(jìn)行害蟲(chóng)防治。

環(huán)境中的殺蟲(chóng)劑殘留可能對(duì)非靶標(biāo)物種造成不可逆的影響。已有研究表明，在植物花粉中已發(fā)現(xiàn)高效氯氟氰菊酯的殘留，并且亞致死濃度的高效氯氟氰菊酯對(duì)意大利蜜蜂（Aphismellifera）中腸、下咽腺和大腦均有嚴(yán)重?fù)p傷［13］，表明非靶標(biāo)昆蟲(chóng)已受到自然環(huán)境中攝入殺蟲(chóng)劑的影響。此外，暴露于亞致死濃度的高效氯氟氰菊酯，可降低辣根猿葉甲（Phaedon cochleariae）雌成蟲(chóng)的取食并影響其生殖［14］，以及延長(zhǎng)凹唇壁蜂（Osmia excavata）幼蟲(chóng)發(fā)育時(shí)間及成蟲(chóng)羽化率［15］。本研究通過(guò)以亞致死濃度LC10連續(xù)添毒，評(píng)估高效氯氟氰菊酯對(duì)家蠶5齡幼蟲(chóng)的慢性毒性，發(fā)現(xiàn)處理組家蠶食桑量減少并出現(xiàn)明顯的拒食癥狀，同時(shí)家蠶發(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)，上蔟時(shí)間晚于對(duì)照組，體重增長(zhǎng)抑制，結(jié)繭率降低，死籠率升高，表明LC10的高效氯氟氰菊酯在家蠶幼蟲(chóng)發(fā)育和蛹變態(tài)過(guò)程中具有潛在的破壞性。因此，桑園及周邊作物中正確合理使用高效氯氟氰菊酯，對(duì)保障蠶業(yè)的健康和持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本試驗(yàn)研究結(jié)果也為揭示菊酯類農(nóng)藥對(duì)家蠶的毒性提供了理論依據(jù)，可為蠶區(qū)合理規(guī)范用藥提供參考。