两种新烟碱类杀虫剂对秀丽隐杆线虫的毒性效应研究

作     者：何雪珠 

作者单位：华东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林匡飞

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：新烟碱类杀虫剂 吡虫啉和呋虫胺 毒性效应 秀丽隐杆线虫 相关基因转录水平 

摘      要：新烟碱类杀虫剂是目前全球增长最快,使用最广泛的内吸性杀虫剂,可以与昆虫神经系统后突触乙酰胆碱受体(nAChRs)结合,阻断中枢神经正常传导,进而导致昆虫麻痹、死亡。新烟碱类杀虫剂导致其他非靶标生物的负面影响的报道,引起了人们对其潜在生态危害的关注。目前,我国对于这类农药的生态毒性研究主要集中在蜜蜂等传粉性昆虫,而对其他土壤非靶标生物的毒性作用却知之甚少。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)作为土壤中自由生长的线虫,具有生命周期短,便于实验室培养,对外部环境变化敏感,全基因组已知等特点,是毒理学研究中推荐的模式生物。本研究中将秀丽隐杆线虫分别暴露于两种代表性的新烟碱类杀虫剂,吡虫啉和呋虫胺24 h,从近环境浓度1μg/L至100mg/L,探究秀丽隐杆线虫的生理水平、生化水平以及相关基因转录水平的毒性效应。(1)在生理指标水平,秀丽隐杆线虫的生长发育(体长)、运动行为(身体弯曲频率和头部摆动频率)和摄食行为都受到了两种新烟碱类杀虫剂的抑制作用,存在随着浓度增加抑制作用增强的剂量效应关系。秀丽隐杆线虫的头部摆动频率是较为敏感的运动行为,10 μg/L吡虫啉和100 μg/L呋虫胺暴露水平时,秀丽隐杆线虫头部摆动频率相较于对照组有显著减少(p摄食体长(吡虫啉)和摄食体长身体弯曲(呋虫胺)。两种新烟碱类杀虫剂对不同指标的抑制程度不同,吡虫啉对运动行为指标影响更大,而呋虫胺则对体长和摄食行为指标的影响更大。运动行为指标和摄食行为指标都可用于秀丽隐杆线虫神经毒性效应的定量评价,其抑制效应可以反映两种新烟碱类杀虫剂对秀丽隐杆线虫的神经毒性效应。(2)在生化指标水平上,秀丽隐杆线虫的脂褐素累积水平、细胞凋亡程度和乙酰胆碱酶活性都用于两种新烟碱类杀虫剂的毒性评价。高于1 mg/L吡虫啉和100 μg/L呋虫胺的暴露,对秀丽隐杆线虫的细胞凋亡程度和乙酰胆碱酶活性均有显著影响,而脂褐素累积水平仅在最高浓度时有较大的增加。在这三项指标中,呋虫胺造成的影响都高于吡虫啉。结果表明,两种新烟碱类杀虫剂对秀丽隐杆线虫的毒性效应尤其体现在对其乙酰胆碱酶活性的影响上。(3)在基因转录水平上,吡虫啉和呋虫胺暴露后,hsp-16.48和ace-1,ace-3和ace-4基因的转录水平都有上升,hsp-16.2,ace-2和ape-1基因的转录水平则下降,mtl-1和mtl-2基因则在吡虫啉和呋虫胺之间表现不同的变化趋势,吡虫啉导致两个基因转录水平的下降,而呋虫胺则引起了转录水平的上升。hsp-16.48基因转录水平的升高表明秀丽隐杆线虫遭受外界污染物的应激和防御反应;ace基因的变化影响了神经递质功能调节中起重要作用的乙酰胆碱酶,最终导致秀丽隐杆线虫运动及摄食行为的改变;ape-1基因也与细胞凋亡有着密切关系,表明了两种新烟碱类杀虫剂对线虫细胞凋亡的影响。综上所述,吡虫啉和呋虫胺不仅对秀丽隐杆线虫生理、生化水平指标水平产生了影响,同时从分子水平上对相关基因的转录水平造成影响。而选取的指标中,运动行为、摄食行为、乙酰胆碱酶活性等指标的抑制作用都表明了新烟碱类杀虫剂对非靶标生物秀丽隐杆线虫的神经毒性作用。吡虫啉和呋虫胺作为代表性的新烟碱类杀虫剂都对秀丽隐杆线虫具有相似的神经毒性作用,表明了两种新烟碱类杀虫剂对秀丽隐杆线虫具有的毒性效应。