蔡鑫 常菊花 黃浩

摘要 目前新煙堿類殺蟲劑已經(jīng)成為全球使用最廣泛的一類殺蟲劑。白符跳蟲（Folsomia candida）是多年來國內(nèi)外土壤生態(tài)安全評估中普遍使用物種之一。國內(nèi)有關(guān)新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲毒性的研究報道甚少，國外已有部分關(guān)于新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲毒性的研究報道，從新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲的急性毒性、慢性毒性、繁殖毒性等方面進(jìn)行闡述，為新煙堿類殺蟲劑污染的生態(tài)風(fēng)險評價提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 新煙堿類殺蟲劑;白符跳蟲;急性毒性;慢性毒性;繁殖毒性

Abstract Neonicotinoid insecticides have become the most widely used type of insecticides in the world. Folsomia candida is one of the most commonly used species in the assessment of soil ecological safety at home and abroad for many years. No research on the toxicity of neonicotinoid insecticides to F. candida had been reported in China. Some studies had been reported on the toxicity of neonicotinoid insecticides to F. candida. The acute toxicity， chronic toxicity and reproductive toxicity of neonicotinoids insecticides on population dynamics on F. candida were reviewed in this paper， which provided a theoretical basis for the evaluation of ecological risk of neonicotinoid insecticides.

Key words Neonicotinoid insecticides;Folsomia candida;Acute toxicity;Chronic toxicity;Reproductive toxicity

農(nóng)藥作為植物保護(hù)的一種最廣泛的使用手段對農(nóng)作物的增產(chǎn)增收發(fā)揮著不可替代的作用，但是隨著農(nóng)藥的大量使用，施藥后帶來的土壤污染不可小覷。研究表明農(nóng)藥使用后，80%～90%的農(nóng)藥會最終進(jìn)入到土壤中。土壤被農(nóng)藥污染后，其性能會發(fā)生改變，土壤中的節(jié)肢動物、原生動物、環(huán)節(jié)動物和微生物的生長發(fā)育都會受到影響。白符跳蟲（Folsomia candida）是國內(nèi)外土壤生態(tài)安全評估中普遍使用物種之一[1]。白符跳蟲經(jīng)常被用于生態(tài)毒理試驗，包括繁殖試驗[2]、重金屬暴露試驗[3]和急性毒性試驗[4]。該研究擬調(diào)查新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲的急性毒性、慢性毒性、繁殖毒性，為新煙堿類殺蟲劑污染的生態(tài)風(fēng)險評價提供理論依據(jù)。

1 新煙堿類殺蟲劑研究現(xiàn)狀

新煙堿類殺蟲劑目前已經(jīng)成為全球使用最廣泛的一類殺蟲劑[5]。新煙堿類殺蟲劑是從1991年開始進(jìn)入市場的，以吡蟲啉為代表[6]。新煙堿類殺蟲劑的作用機理是其作為煙堿乙酰膽堿受體（nAChRs）激動劑與乙酰膽堿受體選擇性結(jié)合，與昆蟲乙酰膽堿（ACh）產(chǎn)生競爭，阻斷中樞神經(jīng)正常傳導(dǎo)，進(jìn)而導(dǎo)致昆蟲麻痹、死亡[7]。新煙堿類殺蟲劑具有觸殺、胃毒、拒食和驅(qū)避作用，受到農(nóng)化市場的青睞[8]。該類殺蟲劑既可有效地防治蔬菜、水稻和果樹等重要經(jīng)濟(jì)作物上的蚜蟲、粉虱、葉蟬、飛虱、薊馬和蝽等刺吸式害蟲，也可用于寄生蟲和衛(wèi)生害蟲，如蜚蠊、蒼蠅和白蟻的防治[9]。所有的新煙堿殺蟲劑根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為3類：第一類是N-硝基胍[包括吡蟲啉（imidacloprid）、噻蟲嗪（thiamethoxam）、噻蟲胺（clothianidin）、呋蟲胺（dinotefuran）];第2類是硝基甲基[包括烯啶蟲胺（nitenpyram）和硝蟲噻嗪（nithiazine）];第3類是氰胺[包括啶蟲脒（acetamiprid）和噻蟲啉（thiacloprid）][10]。90%的新煙堿類殺蟲劑可能會殘留于土壤中，從而對非靶標(biāo)生物產(chǎn)生潛在的風(fēng)險[11-12]。

新煙堿類殺蟲劑雖為煙堿激動劑，但與煙堿型乙酰膽堿受體的作用方式與煙堿不同，造成了其對哺乳動物和昆蟲之間的選擇性。新煙堿類殺蟲劑一般對鳥類、魚類、哺乳動物毒性低，但是其對非靶標(biāo)生物的毒性不盡相同。蚯蚓是土壤生態(tài)系統(tǒng)中一種重要的污染指示監(jiān)測動物。王凱[13]研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓對噻蟲胺、噻蟲啉、啶蟲脒和烯啶蟲胺非常敏感，暴露14 d后半致死濃度LC50分別為0.93、2.68、2.69、4.34 mg/kg。李二蘭等[14]研究發(fā)現(xiàn)家蠶添食不同濃度吡蟲啉藥液后的慢性中毒過程中，蠶體的生長發(fā)育、取食行為、對食物的利用和消化吸收等均發(fā)生了顯著變化。鄧麗等[15]研究4種新煙堿類殺蟲劑對大型溞急性活動抑制的影響，結(jié)果表明噻蟲嗪、吡蟲啉、噻蟲胺和烯啶蟲胺對大型溞的急性毒性分別為劇毒、高毒、中毒和低毒。Saber[16]研究發(fā)現(xiàn)吡蟲啉對卷蛾赤眼蜂（Trichogramma cacaoeciae）成蜂具有較高毒性風(fēng)險。新煙堿類殺蟲劑雖然有非常良好的市場開發(fā)背景，但是又面臨著其對蜜蜂等傳粉昆蟲的危害所引起世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注[17]。大量研究發(fā)現(xiàn)新煙堿類殺蟲劑可導(dǎo)致蜜蜂取食、筑巢、回巢等行為發(fā)生改變，是誘發(fā)蜂群崩潰綜合征（colony collapse disorder，CCD）的關(guān)鍵因素[18]。吳遲等[19]研究發(fā)現(xiàn)吡蟲啉、烯啶蟲胺、噻蟲嗪、呋蟲胺對蜜蜂的急性接觸毒性均為高毒。

2 白符跳蟲研究進(jìn)展

跳蟲有很長的進(jìn)化史，是土壤中分布最廣泛的節(jié)肢動物之一。跳蟲主要取食真菌、細(xì)菌以及動植物殘體。在全球分布極廣，種群密度很大，在雨林中尤其豐富，是土壤中最重要的分解者之一[20]。作為土壤生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，對各種土壤污染物敏感的跳蟲，其豐度和多樣性被廣泛應(yīng)用于評價土壤污染物的環(huán)境影響。生態(tài)毒理學(xué)研究推薦一種無脊椎動物——白符跳蟲（Folsomia candida）為模式生物（圖1）。白符跳蟲世代周期短，具有很高的繁殖率，而且很容易飼養(yǎng)，所以它非常適合實驗室測試[21]。白符跳蟲的基因組是二倍體，由7對染色體組成[22]。白符跳蟲屬于彈尾綱，廣泛分布于世界各地的土壤和落葉層中。白符跳蟲對土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能具有重要意義，它們有助于分解有機物質(zhì)，通過微生物的作用加速有機物的降解，從而刺激營養(yǎng)素的循環(huán)[23]。白符跳蟲能在干旱、寒冷、缺氧等環(huán)境中，通過調(diào)節(jié)自身滲透壓、脂肪酸和心臟收縮率等機能適應(yīng)環(huán)境變化，但其是對化學(xué)物質(zhì)最敏感的一種跳蟲[24]。白符跳蟲在取食過程中，其體表、腹管以及腸道等部位都會接觸到有毒物質(zhì)，任何化學(xué)污染物以及外界的干擾都會對白符跳蟲產(chǎn)生一定的影響，因而白符跳蟲是多年來國內(nèi)外土壤生態(tài)安全評估中普遍使用物種之一。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1999年出版了一套針對白符跳生態(tài)毒性測試的準(zhǔn)則，對死亡率和繁殖毒性試驗進(jìn)行了具體規(guī)范[25]。常用的研究方法是將這種跳蟲暴露于污染土壤中，進(jìn)行一系列成套測試來檢測各種污染物在土壤中的生物累積、對其的行為影響等[2]。這些測試評估一系列有機和無機污染物的毒性，并進(jìn)行生物測定，來評價被土壤的污染及污染的修復(fù)情況。

3 新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲的急性毒性

Akeju[26]研究了啶蟲脒和噻蟲啉對4種土壤無脊椎動物（白符跳蟲、蚯蚓、捕食螨、白色蚯蚓）的毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比其他3種無脊椎動物，白符跳蟲對新煙堿類殺蟲劑最為敏感。急性毒性試驗觀察指標(biāo)是死亡率來計算LC50，Alves等[27]測定了一種噻蟲嗪制劑（有效成分含量是35%）對白符跳蟲的急性毒性，結(jié)果表明LC50>1 000 mg/kg干土，為低毒。比較存活率和生殖率，發(fā)現(xiàn)噻蟲嗪毒性（LC50是0.32～0.35 mg/kg干土）與吡蟲啉毒性（LC50是0.44～0.47 mg/kg干土）相當(dāng)[28]。噻蟲嗪在昆蟲乙酰膽堿受體nAChRs上的結(jié)合位點有些與吡蟲啉的相同，這也部分解釋了它們的毒性，但是噻蟲嗪也具有一些自己獨特的結(jié)合位點[29]。在植物或昆蟲體內(nèi)，噻蟲嗪可以代謝成噻蟲胺[30]，但是噻蟲嗪和乙酰膽堿受體nAChRs亞基上的結(jié)合位點與噻蟲胺的結(jié)合位點不相同[31]。另外，實驗室條件比如溫度和光周期（光/暗）都可能會影響白符跳蟲的新陳代謝，導(dǎo)致不同報道中測定的吡蟲啉的毒性不相同[4]。不能根據(jù)新煙堿類殺蟲劑短期的實驗室毒性測定結(jié)果來推測長期的田間防效[32]，原因目前還不清楚。

4 新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲的慢性毒性

化合物對白符跳蟲的慢性毒性一般通過28 d（從幼蟲到成蟲，到后代1～2周大?。┒拘栽囼瀬頊y定[2]。盡管28 d毒性試驗包括重要階段和敏感階段，但是無法確定后代暴露在這種化合物下的潛在風(fēng)險（比如亞致死效應(yīng)）。實際上，農(nóng)藥污染土壤是一種長期暴露，所以短期毒性試驗可能不足以評估農(nóng)藥的長期接觸影響。吡蟲啉和噻蟲啉在田間的施藥量分別是活性成分5～400 g/hm2和144～216 g/hm2，這主要取決于作物的不同[33]。吡蟲啉在實驗室土壤中的降解半衰期是106～293 d，在歐洲田間的降解半衰期是40～288 d[34]，田間重復(fù)使用新煙堿類殺蟲劑可能導(dǎo)致新煙堿類殺蟲劑在土壤中的殘留濃度逐漸增加，從而對土壤無脊椎動物產(chǎn)生潛在的長期影響。Tennekes等[35]研究表明吡蟲啉和噻蟲嗪具有延遲毒性，所以這些化合物的累積效應(yīng)需要進(jìn)行長時間的暴露試驗來評估。慢性毒性觀察指標(biāo)一般用生殖率或者對生長發(fā)育的影響，或者NOEC（最大無作用濃度）和LOEC（最低觀察效應(yīng)濃度）。生殖的慢性毒性試驗測的噻蟲嗪NOEC為1 mg/kg[28]。

5 新煙堿類殺蟲劑對白符跳蟲的繁殖毒性

目前，已經(jīng)有很多關(guān)于吡蟲啉和噻蟲啉對白符跳蟲的繁殖毒性效應(yīng)的研究報道。對吡蟲啉和噻蟲啉對白符跳蟲3代毒性效應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，吡蟲啉對白符跳蟲F0代的毒性[LC50=0.44 mg/kg（干土），EC50=0.29 mg/kg（干土）]比噻蟲啉[LC50=9.0 mg/kg（干土），EC50=1.5 mg/kg（干土）]的毒性更大;噻蟲啉LC50/EC50比吡蟲啉的更大，說明噻蟲啉更容易影響白符跳蟲的繁殖;試驗一開始時在土壤中加入吡蟲啉藥劑，3代試驗結(jié)果表明：白符跳蟲持續(xù)暴露在吡蟲啉中3代，吡蟲啉對白符跳蟲每代存活率和繁殖率的影響保持不變，這可能是因為吡蟲啉在土壤中的殘效期比較長;但是噻蟲啉恢復(fù)了，這可能是因為噻蟲啉在土壤中很快被降解[36]。De等[6]通過3代（P，F(xiàn)1和F2）白符跳蟲來評估土壤中新煙堿類殺蟲劑噻蟲嗪原藥和制劑Actara（25%的有效成分）對白符跳蟲的毒性，結(jié)果表明，對于親本（P）來說，噻蟲嗪原藥對白符跳蟲的毒性與制劑Actara比較不存在顯著性差異;對于F1和F2代來說，噻蟲嗪原藥和制劑Actara對白符跳蟲的LC50>0.37 mg/kg干土;對于F1來說，噻蟲嗪制劑Actara的繁殖毒性[EC50=0.16 mg/kg（干土）]比原藥[EC50=0.23 mg/kg（干土）]的毒性更大;對于F2來說，噻蟲嗪原藥[EC50=0.30 mg/kg（干土）]和制劑Actara[EC50>0.37 mg/kg（干土）]對白符跳蟲的繁殖毒性不存在顯著性差異。多代試驗結(jié)果表明，噻蟲嗪的毒性略有下降;噻蟲嗪原藥和制劑Actara的毒性類似，說明制劑Actara中的添加成分不會增加其毒性。

多代試驗更適合用來評估化合物的亞致死效應(yīng)和種群恢復(fù)的潛能。根據(jù)研究目標(biāo)不同，多代毒性試驗的設(shè)計可以不相同：比如土壤中加入有毒污染物一次，然后每代更新有毒土壤以便繼續(xù)暴露，或者暴露后轉(zhuǎn)移到清潔土壤上面，以便暴露后去污等[11，37]。多代測試試驗，只在試驗開始時在土壤中加入污染物，中間不更換土壤，目的是研究測試化合物的降解性和測試生物種群的恢復(fù)情況。Van等[11]研究表明白符跳蟲暴露于噻蟲啉，三代之后白符跳蟲的種群具有恢復(fù)的潛能。新煙堿類殺蟲劑不僅會導(dǎo)致昆蟲死亡，還會改變昆蟲的行為或者繁殖率下降，最終導(dǎo)致種群數(shù)量下降[30]。Kreutzweiser等[38]報道了亞致死劑量的吡蟲啉可能對非靶標(biāo)生物無脊椎動物產(chǎn)生不利影響。

6 展望

新煙堿類殺蟲劑自問世以來，為農(nóng)業(yè)作出了很大的貢獻(xiàn)，新煙堿類殺蟲劑能夠防治對常規(guī)殺蟲劑產(chǎn)生抗性的害蟲，且持效性好，對刺吸式口器害蟲防效好。但是，自從發(fā)現(xiàn)此類藥劑對蜜蜂毒性影響之后，人們開始普遍關(guān)注，為此歐盟于2013年起暫停新煙堿類殺蟲劑使用3年。所以，要積極開展科學(xué)研究，通過結(jié)構(gòu)改造或修飾、劑型研究、施藥時間選擇、使用方法等方面的研究，盡可能地降低此類藥劑對蜜蜂的不良影響。

農(nóng)藥的毒性效應(yīng)與農(nóng)藥的吸收、分布、代謝、排泄等密切相關(guān)，所以測定農(nóng)藥的毒性需要考慮生物體的暴露途徑，比如暴露在水中還是土中。OECD推薦的標(biāo)準(zhǔn)毒性試驗中所使用的人工土壤和天然土壤還是有區(qū)別的，區(qū)別主要在于含有不同類型的有機質(zhì)和黏土含量不同，OECD推薦的人工土壤中含有65%的黏土，比天然土壤中含量大，所以黏土對藥劑的吸附性不能忽視。

在開展新煙堿類殺蟲劑毒性試驗時，需要考慮以下幾個問題：①什么濃度導(dǎo)致白符跳蟲死亡;②什么濃度導(dǎo)致白符跳蟲生殖力下降;③不同飼養(yǎng)方式或不同生命階段，白符跳蟲致死情況等;④長期毒性試驗中濃度選擇要考慮這種藥劑在田間實際殘留濃度，將來應(yīng)該更加接近田間的實際情況來開展試驗;⑤從生理生化和分子生物學(xué)等方面來深入評價白符跳蟲對新煙堿類殺蟲劑的攝入、代謝和中毒機制;⑥研究新煙堿類殺蟲劑和其他藥劑聯(lián)合使用時的毒性效應(yīng)。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年

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