新煙堿類殺蟲劑對幾種環(huán)境生物的安全性評價(jià)

吳若函　丁悅　嚴(yán)海娟　辛星　郭曉瑜　余向陽　宋雯

摘要：為明確新煙堿類殺蟲劑對多種環(huán)境生物的安全性，測定了吡蟲啉、烯啶蟲胺、噻蟲嗪、呋蟲胺對6種非靶標(biāo)生物（日本鵪鶉、意大利工蜂、家蠶、斑馬魚、大型潘、赤子愛勝蚓）的急性毒性。結(jié)果表明，吡蟲啉對日本鵪鶉的急性經(jīng)口毒性為高毒，噻蟲嗪為中毒，烯啶蟲胺、呋蟲胺為低毒；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；吡蟲啉、噻蟲嗪對家蠶的急性毒性為劇毒，烯啶蟲胺、呋蟲胺為高毒；吡蟲啉、烯啶蟲胺、噻蟲嗪、呋蟲胺對斑馬魚和大型溞的毒性均為低毒；吡蟲啉、烯啶蟲胺、呋蟲胺對蚯蚓的急性毒性均為中毒，噻蟲嗪為低毒。

關(guān)鍵詞：新煙堿類；非靶標(biāo)生物；毒性

中圖分類號：TQ450.2⁺6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002—1302（2016）01—0295—03

新煙堿類殺蟲劑是近些年來發(fā)展非常迅速的殺蟲劑。該類殺蟲劑具有獨(dú)特的殺蟲機(jī)制，與常規(guī)的殺蟲劑沒有交互抗性，具有良好的根部內(nèi)吸性、胃毒和觸殺作用。新煙堿類殺蟲劑的殺蟲譜比較廣，對同翅目、鞘翅目、纓翅目、半翅目、雙翅目、鱗翅目、線蟲、螨蟲等均具有較好的效果，且具有較長的持效性。同時(shí)，新煙堿類化合物對昆蟲的乙酰膽堿有較高的選擇性，而且對哺乳動(dòng)物毒性較低。因此，新煙堿類殺蟲劑作為一類高效、安全、高選擇性的新型殺蟲劑，已經(jīng)成為全球市場占有份額最大的一類植物源殺蟲劑。鳥類、蜜蜂、蠶、魚類等是非常重要的環(huán)境生物，農(nóng)藥對它們的毒性大小在一定程度上反映了該農(nóng)藥的環(huán)境安全性。作為生物源農(nóng)藥，新煙堿類殺蟲劑通常被認(rèn)為對非靶標(biāo)生物安全，但是已有研究表明新煙堿類農(nóng)藥對蜜蜂、家蠶不安全。有證據(jù)顯示，新煙堿類農(nóng)藥對蜜蜂等授粉昆蟲生存造成威脅，并導(dǎo)致蜜蜂種群數(shù)量和聚居地的減少。隨著歐盟在2013年5月對3種新煙堿類種子處理農(nóng)藥采取限制使用的措施，新煙堿類殺蟲劑的生態(tài)安全問題得到了越來越多的重視。開展農(nóng)藥對環(huán)境生物的生態(tài)安全性評價(jià)，指導(dǎo)科學(xué)合理地使用化學(xué)農(nóng)藥，避免或者減輕農(nóng)藥對環(huán)境生物產(chǎn)生不良影響很有必要。根據(jù)《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則》，本研究測定了4種新煙堿類殺蟲劑——吡蟲啉、烯啶蟲胺、噻蟲嗪、呋蟲胺對6種非靶標(biāo)生物（日本鵪鶉、意大利工蜂、家蠶、斑馬魚、大型溞、赤子愛勝蚓）的急性毒性，并進(jìn)行了安全性評價(jià)，以期為新煙堿類殺蟲劑對環(huán)境生物的影響提供數(shù)據(jù)支撐。

1材料與方法

1.1供試生物

日本鵪鶉（Coturnix coturnix japonica），由南京金國家禽養(yǎng)殖場提供。飼養(yǎng)至約30 d，選擇體質(zhì)量（100±10）g、健康、活潑、雌雄各半的鵪鶉用于試驗(yàn)。

意大利蜜蜂（Apis mellifera L.），成年工蜂，由南京市金蜂蜜蜂種王養(yǎng)殖場提供。試驗(yàn)時(shí)選擇健康、大小一致的工蜂。

家蠶（Bombyx mori），蠶種為菁松×皓月，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鎮(zhèn)江蠶業(yè)研究所提供。在溫度25℃、濕度80%條件下，放置9～10 d孵化，飼養(yǎng)至二齡起，選擇大小一致的家蠶用于試驗(yàn)。

斑馬魚（Brachydonio rerio），由南京市明海養(yǎng)殖場提供。斑馬魚在23～25℃下預(yù)養(yǎng)7 d以上，預(yù)養(yǎng)期間斑馬魚死亡率應(yīng)≤5%，選擇體長（2.0±1.0）cm.健康無病的斑馬魚用于試驗(yàn)。

大型溞（Daphnia magna），由環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所提供，在筆者所在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)。保持良好的培養(yǎng)條件，以小球藻和斜生柵藻的混合液飼喂，使大型溞的繁殖處于孤雌生殖狀態(tài)。選用實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)3代以上、出生6～24 h、健康、活潑的幼溞用于試驗(yàn)。

赤子愛勝蚓（Eisenia foetida），由筆者所在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)提供。選擇體質(zhì)量0.3～0.6 g、充滿活力的蚯蚓用于試驗(yàn)。

1.2供試藥劑

350 g/L吡蟲啉懸浮劑（安徽東盛制藥有限公司）；60%烯啶蟲胺可濕性粉劑（江蘇豐山集團(tuán)有限公司）；25%噻蟲嗪水分散粒劑（江蘇寶靈化工股份有限公司）；20%呋蟲胺懸浮劑（江蘇華農(nóng)生物化學(xué)有限公司）。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1鳥類急性經(jīng)口毒性試驗(yàn) 采用經(jīng)口一次灌注法，按100 g體質(zhì)量給藥1.0 mL，每羽稱質(zhì)量，分別給藥。設(shè)置5～6個(gè)劑量組，并設(shè)空白對照組，每組10羽雌雄各半的健康活潑鵪鶉。供試鵪鶉給藥后，按常規(guī)方法飼養(yǎng)。處理后，觀察并記錄鵪鶉飼養(yǎng)7 d內(nèi)的死亡情況，應(yīng)用DPS 7.05（浙江大學(xué)）分析和計(jì)算飼養(yǎng)7 d的LDso（半數(shù)致死劑量）及其95%置信限。

1.3.2蜜蜂急性接觸毒性試驗(yàn) 供試農(nóng)藥用丙酮溶解，配制成不同濃度的藥液；供試蜜蜂冷凍麻醉。對準(zhǔn)蜜蜂中胸背板處，用微量點(diǎn)滴儀分別點(diǎn)滴5～6個(gè)濃度組的供試藥液1 μL，待藥液晾干后轉(zhuǎn)入試驗(yàn)籠中，用脫脂棉浸泡適量的蔗糖溶液飼喂。試驗(yàn)組和對照組均設(shè)3個(gè)平行，每個(gè)平行10頭蜜蜂。處理后，觀察并記錄蜜蜂在48 h內(nèi)的死亡情況，應(yīng)用DPS7.05（浙江大學(xué)）分析和計(jì)算48 h的LD₅₀及其95%置信限。

1.3.3家蠶急性毒性試驗(yàn) 采用食下毒葉法，用不同濃度的藥液完全浸漬桑葉10 s，晾干后供家蠶食用，整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)飼喂處理桑葉。試驗(yàn)組和對照組均設(shè)3個(gè)平行，每個(gè)平行20頭蠶。處理后，觀察并記錄家蠶在96 h內(nèi)的死亡情況，應(yīng)用DPS 7.05（浙江大學(xué)）計(jì)算96 h的LC₅₀及其95%置信限。

1.3.4魚類急性毒性試驗(yàn) 采用半靜態(tài)法，每24 h更換藥液。試驗(yàn)時(shí)，將預(yù)養(yǎng)后的斑馬魚放入試驗(yàn)缸內(nèi)，每缸10尾，試驗(yàn)組和空白對照組各設(shè)2個(gè)平行。試驗(yàn)用水溶解氧值不低于7.0 mg/L，pH值在7.0～8.0之間。處理后，觀察并記錄斑馬魚在96 h內(nèi)的死亡情況，應(yīng)用DPS 7.05（浙江大學(xué)）分析和計(jì)算96 h的LC⁵⁰（半數(shù)致死濃度）及其95%置信限。

1.3.5溞類急性活動(dòng)抑制試驗(yàn) 試驗(yàn)時(shí)，在燒杯中裝入不同濃度的藥液，將幼潘放人燒杯內(nèi)，每燒杯5頭，試驗(yàn)組和空白對照組各設(shè)4個(gè)平行。試驗(yàn)用水溶解氧值不低于7.0 mg/L，pH值在7.0～8.0之間。處理后，觀察并記錄大型溞在48 h內(nèi)的受抑制情況，應(yīng)用DPS 7.05（浙江大學(xué)）分析和計(jì)算48 h的EC₅₀（半數(shù)抑制濃度）及其95%置信限。

1.3.6蚯蚓急性毒性試驗(yàn) 將供試農(nóng)藥配制成5～6個(gè)濃度梯度，拌入500 g土壤，攪拌均勻，分別置于標(biāo)本瓶內(nèi)，每個(gè)標(biāo)本瓶接人10條蚯蚓，調(diào)節(jié)土壤含水量至30%，放人人工氣候箱中。于第14天倒出瓶內(nèi)土壤，觀察記錄蚯蚓的死亡數(shù)，應(yīng)用DPS 7.05（浙江大學(xué)）分析和計(jì)算14 d的LC₅₀及其95%置信限。

3結(jié)論與討論

新煙堿類殺蟲劑對水生生物的毒性較低，吡蟲啉、烯啶蟲胺、噻蟲嗪和呋蟲胺對斑馬魚和大型潘的毒性均為低毒。若按規(guī)定的劑量在田間使用這幾種農(nóng)藥，不會(huì)對魚類、潘類造成危害性的影響。

新煙堿類殺蟲劑對蚯蚓表現(xiàn)出一定程度的急性毒性。吡蟲啉、烯啶蟲胺、呋蟲胺對蚯蚓的急性毒性均為中毒，噻蟲嗪為低毒。噻蟲嗪與其他新煙堿類農(nóng)藥對蚯蚓的急性毒性差異很大，其原因有待進(jìn)一步研究。新煙堿類殺蟲劑對鵪鶉也表現(xiàn)出了一定程度的急性毒性。吡蟲啉對日本鵪鶉的急性經(jīng)口毒性為高毒，噻蟲嗪為中毒，烯啶蟲胺、呋蟲胺為低毒。各個(gè)新煙堿類農(nóng)藥對鵪鶉的急性毒性表現(xiàn)出了較大的差異性。

新煙堿類殺蟲劑對蜜蜂、家蠶均有較高的急性毒性。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，吡蟲啉、噻蟲嗪對家蠶的急性毒性為劇毒，烯啶蟲胺、呋蟲胺對家蠶的急性毒性為高毒。由于新煙堿類殺蟲劑對害蟲具有觸殺、胃毒、內(nèi)吸等多重作用，它們對蜜蜂、家蠶等非靶標(biāo)昆蟲也具有相似的毒害作用，使得蜜蜂、家蠶的生存環(huán)境面臨著巨大的威脅。吡蟲啉、烯啶蟲胺、噻蟲嗪、呋蟲胺都應(yīng)嚴(yán)禁在蜜源植物開花授粉期施用。在桑園周邊農(nóng)田中防治其他作物害蟲時(shí)，應(yīng)根據(jù)天氣狀況適時(shí)適量施藥，減少農(nóng)藥隨空氣擴(kuò)散的影響；在蠶期采用其他低毒性的農(nóng)藥防治桑園害蟲。

總體來說，新煙堿類殺蟲劑對水生生物毒性較低，對鵪鶉、蚯蚓表現(xiàn)出一定的毒性，對蜜蜂、家蠶等昆蟲類的非靶標(biāo)生物毒性較強(qiáng)。此外，在這4種新煙堿類殺蟲劑中，吡蟲啉對鵪鶉、蜜蜂、家蠶、蚯蚓等非靶標(biāo)生物均表現(xiàn)出較高的毒性，今后在施用過程中，可考慮使用其他新煙堿類農(nóng)藥代替，或者選擇毒性較低的劑型。

新煙堿類殺蟲劑的作用機(jī)制主要是通過激動(dòng)乙酰膽堿受體來進(jìn)行的。昆蟲的乙酰膽堿受體廣泛分布于中央神經(jīng)系統(tǒng)中，它不僅能夠刺激神經(jīng)傳遞信號，還是殺蟲劑作用于昆蟲上的一個(gè)重要靶標(biāo)。新煙堿類殺蟲劑能夠模擬乙酰膽堿的作用方式，競爭性地結(jié)合乙酰膽堿的結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制乙酰膽堿與乙酰膽堿受體的結(jié)合，并且新煙堿類殺蟲劑能夠不停地刺激乙酰膽堿受體，使得神經(jīng)沖動(dòng)持續(xù)傳輸，破壞神經(jīng)系統(tǒng)信號的正常傳輸，起到殺蟲的作用。

新煙堿類殺蟲劑的安全性和有效性歸因于它們對昆蟲的乙酰膽堿的高選擇性，以及能夠快速滲透到昆蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，但最重要的是目標(biāo)位點(diǎn)相互作用的差異。新煙堿類殺蟲劑是煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）的激動(dòng)劑。脊椎動(dòng)物nAChRs有17種亞單位，亞單位的類型和組合形式變化非常大。由于昆蟲、魚類、鳥類、環(huán)節(jié)動(dòng)物等在nAChRs的亞型表達(dá)上有一定差異，結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生變化，這些微小的結(jié)構(gòu)改變造成新煙堿類殺蟲劑作用時(shí)的亞型選擇性。因此，新煙堿類農(nóng)藥對不同種類脊椎動(dòng)物的毒性有較大差異，對昆蟲具有較高的選擇性。此外，不同新煙堿類化合物的微小構(gòu)型變化也會(huì)影響該類化合物對nAChRs亞型的選擇性。這也可以解釋不同的新煙堿類化合物對同一種生物的毒性往往表現(xiàn)出一定差異，如噻蟲嗪對蚯蚓的急性毒性為低毒，而吡蟲啉、烯啶蟲胺和呋蟲胺均為中毒。

有研究表明，褐飛虱對吡蟲啉已產(chǎn)生了極高水平抗性。隨著新煙堿類農(nóng)藥的大規(guī)模使用，非靶標(biāo)生物的安全將面臨著更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)，如何科學(xué)地用藥、使用合適的農(nóng)藥劑型與施用量將是今后農(nóng)藥安全管控的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn)。此外，本試驗(yàn)僅研究了單一新煙堿類農(nóng)藥對幾種環(huán)境生物的急性毒性效應(yīng)，由于實(shí)際環(huán)境中復(fù)合污染較為普遍，新煙堿類農(nóng)藥與其他農(nóng)藥對環(huán)境生物的聯(lián)合作用還有待進(jìn)一步研究。