手性有机磷农药及高毒代谢物对映体的环境行为、污染机制及风险性

The bioactivity, toxicity and environmental behavior of chiral pesticides are usually different and the enantioselectivity should be taken into account in risk assessment. Toxic metabolites should also be paid more attention which will give extra burden to the environment. In this project, the environmental behavior, risk assessment of malathion and phenthoate will be studied on an enantiomeric level, and the metabolites will be studied as well. First, chiral analysis and residue analysis method of the mother compounds and the metabolites in different matrix will be established. Based on that, the environmental behavior of malathion and phenthoate enantiomers in agricultural environment, crop and animal will be investigated, and the mechanisms will be studied. The metabolites will be monitored, and the enantioselectivity of the chiral metabolites will be investigated. At last, we will pay attention to the toxic effects of the metabolites, and the combined toxicity as well. The purpose of this project is to characterize the pollution behavior of chiral organophosphorus pesticides and make risk assessment on an enantiomeric level.

手性农药对映体的生物活性、毒性和环境行为通常存在差异，关注手性农药的污染风险性应重视对映体立体选择性。高毒及持久性的代谢物在农药的安全性评价中具有重要意义，而深入研究并未广泛开展。本课题拟以常用手性有机磷农药马拉硫磷、稻丰散等为研究目标，关注其主要代谢产物，在对映体水平上进行环境行为、污染机制及暴露风险性研究。首先建立母体及代谢物的残留分析方法，包括手性化合物的对映体分析方法，全面进行有机磷农药对映体在农业环境、农作物及动物体中的立体选择性降解代谢行为研究，监测高毒及长残效期代谢产物，确定代谢机制和污染规律，关注手性代谢产物对映体生成及降解行为；系统评价手性有机磷农药及代谢物的毒性效应，同时研究母体和代谢物的联合毒性，考察对映体毒性差异性。本课题有助于揭示相关有机磷农药的污染规律，提出降解代谢机制，在对映体水平上确认有机磷农药及代谢物的暴露风险，更准确进行风险评估，保障环境安全。

本项目围绕手性农药对映体立体选择性及代谢物环境风险问题，以马拉硫磷等农药为重点目标，在对映体水平上研究其环境行为及毒性风险，监测主要代谢产物，深入研究降解代谢机制，筛选高毒代谢产物，评价环境风险。首先建立了马拉硫磷等农药及多种相关代谢产物的分析方法及在土壤、农作物、动物组织器官等多种基质中的残留分析方法，针对手性化合物建立了对映体拆分方法及手性残留分析方法。通过色谱制备或有机合成获得了对映体单体及主要代谢物标准品，研究了马拉硫磷外消旋体及单体的生物活性，发现马拉硫磷在防治草地贪夜蛾、小菜蛾及棉蚜等害虫时展现了对映体协同效应，即外消旋体具有较好的防治效果，对红蜘蛛的防效S体表现出高于外消旋体2倍的生物活性。研究了马拉硫磷等农药对典型环境生物的毒性效应，结果表明马拉硫磷对斑马鱼表现急性低毒，对映体间具有一定差异性，S体的96小时急性毒性是R体的约1.4倍。慢性毒性显示可干扰胆碱酯酶、SOD、CAT、谷胱甘肽-S-转移酶的活性，引起显著脂质过氧化效应。代谢物中马拉氧磷表现出较高的毒性，对斑马鱼的毒性是马拉硫磷的32倍，在抑制乙酰胆碱酯酶方面约是马拉硫磷的130倍，同时展现出与母体的联合毒性效应。其他代谢物表现出较低的急性和慢性毒性。以鼠为模型探索了有机磷农药的健康风险，发现马拉硫磷暴露后可能引起体内代谢扰动，同时引起多种疾病相关基因水平的改变，毒死蜱暴露会影响肠道完整性和肠道菌群，引起代谢综合征。马拉硫磷在土壤环境、大鼠、斑马鱼、白菜、油菜、水稻等动植物体内降解速度非常快，半衰期较短，对映体具有一定立体选择性，氧化和水解为主要通路，生成的主要代谢物为二甲基硫代磷酸酯、马拉硫磷单羧酸、马拉硫磷二羧酸、二甲基二硫代磷酸酯，高毒代谢物马拉氧磷在各种基质中的残留量处于未检出或较低水平。本课题有助于揭示相关农药的污染规律，在对映体水平上确认有机磷农药及其代谢物的暴露风险，阐明降解代谢机制，保障环境安全。