咪唑啉酮类除草剂在水生微宇宙系统中对映选择性环境行为和毒性效应

Investigation of ecotoxicity and behaviors of chiral pesticide with enantioselective methods are great significance to provide a basis for its scientific use and evaluation. Previous research on imidazolinone herbicides has shown that these pesticides may pose a high risk to human health and the aquatic environment safety because of their high persistence and strong mobility in soils. Hence, three typical extensive used imidazolinone herbicides were selected in this study and their enantiomers were employed to evaluate enantioselective toxicity to non-target aquatic organisms. A program was put forward to explore enantioselective bioaccumulation of the herbicides in the algae-daphnia-fish food chain. The bioaccumulation, distribution, biotransformation and degradation dynamics of these imidazolinone herbicides in aquatic microcosm will be evaluated by using chiral LC-QTOF-MS and UPLC-MS-MS methods. Based on an established level IV fugacity model, it will be simulated the distribution and fate of these herbicides in aquatic microcosm. The enantioselective behaviors of these herbicides in aquatic microcosm will be elucidated. The results will provide useful data for food and environmental risk assessment of chiral imidazolinone herbicides.

在对映水平上开展手性农药的生态毒理和环境行为研究对指导其合理使用和安全评价具有重要意义。前期研究发现咪唑啉酮类除草剂在土壤中残留期较长、移动性强，易污染水体环境，给水生生态环境和人类健康带来重大威胁。鉴于此，本项目在前期基础上，以大量使用的三种咪唑啉酮类农药为研究对象，研究供试农药不同对映体对非靶标水生生物的毒性效应；明确其在藻-溞-鱼食物链传递过程中选择性生物富集和降解行为；利用LC-QTOF-MS及UPLC-MS-MS等分析供试药剂不同对映体在水生微宇宙中沉积物、水体、生物体不同分配相的含量、相对比值、分布、代谢和降解行为的时间变化动态过程；建立多介质Ⅳ逸度模型，结合数学模型初步揭示不同对映体选择性归宿行为规律。研究结果不仅揭示供试农药不同对映体在水生微宇宙环境中的行为归趋内在机制和毒性效应，且为该类手性农药在水生生态系统中的风险评估和污染控制提供基础数据和理论依据。

咪唑啉酮类除草剂是一类在土壤中残留期较长、移动性强，具有易污染水体环境风险的手性除草剂。目前，有关在对映体水平上研究咪唑啉酮类除草剂在水生环境中的行为和毒性效应的报道还非常少。鉴于此，本项目研究了甲氧咪草烟对映体及其主要代谢物羟甲基甲氧咪草烟对非靶标水生生物浮萍等生长、靶标酶、抗氧化系统等的影响，明确了甲氧咪草烟对浮萍具有对映选择性毒性，R-对映体对浮萍的毒性是S-对映体的5.8倍。初步解析了甲氧咪草烟对映异构体对浮萍的对映选择毒性效应的生理生化机制，阐明了其对映体对浮萍主要代谢通路的影响具有差异性。其次，对映体水平上开展了甲氧咪草烟在小球藻和斑马鱼中的毒性、富集和清除行为研究，初步探明了其在斑马鱼等生物中的富集和清除规律，甲氧咪草烟在小球藻和斑马鱼等水生生物中具有低富集特性。最后，开展了沉积物和微塑料对甲基咪草烟、甲氧咪草烟和咪唑乙烟酸三种除草剂吸附和降解行为研究，吸附模型结果表明沉积物对三种除草剂的吸附既有物理吸附，又有化学键的作用。解析了沉积物和微塑料对三种除草剂的吸附机制，供试除草剂主要是被有机质中的非晶体物质则所吸附。在对映体水平上明确了三种咪唑啉酮类除草剂在水生微宇宙生态系统中的归趋规律，三种除草剂在水和沉积物中的降解行为未表现出明显对映选择性，在水和沉积物中的消解半衰期分别为86.6天～231天和63天～99天；咪唑啉酮类除草剂在水生环境中的降解主要是依靠沉积物中微生物作用，沉积物是该类除草剂在水生生态系统中的归趋地。本项目结果将为完善咪唑啉酮类除草剂的环境风险评估提供科学依据，也为其污染控制和合理使用奠定了基础。