拟除虫菊酯典型生态环境行为的定量构效关系研究

The use of chemical pesticides has resulted in residues of pesticides, quality degrading in agricultural products, environmental pollution and health risks, threatening food security, which has been the focus of attention in today's society. In the paper, degradation experiments of pyrethroid pesticides in typical soils and sediments were studied and molecular structure parameters were calculated by professional chemical software. The quantitative structure activity relationships (QSARs) models of pyrethroid pesticides were established on the optimum subset regression method by SPSS11.5 / VSMP1.0, which can search all the subset space systems. The obtained models clarified the environmental behavior mechanism of the pesticides and dynamic evolution process; The paper got the key molecular structure descriptors by inhibition of pyrethroid pesticides to the cholinesterase activity; and the constructed QSAR models can predict the behavior of unknown pyrethroid pesticides of soil environment and explain the degradation mechanism; Ecological risk assessment system can be used to discuss the security and restrictive factors of pyrethroid pesticides on food and forecast the marine ecosystems behavior and the poison mechanism. The results provided the theoretical basis for screening the appropriate evaluation index used to test the threats on food security, and the toxicity on soil/ water ecological environment of pyrethroid pesticides.

化学农药的使用导致农产品农药残留超标、品质下降，引起环境污染和健康风险等后果，威胁食品安全，成为当今社会普遍关注的焦点。本文以拟除虫菊酯农药为研究对象，以专业化学软件与统计软件为辅助工具，通过测试拟除虫菊酯在典型土壤与底泥沉积物中的降解实验，结合其分子结构参数，运用SPSS11.5/VSMP1.0统计软件，采用对全部子集空间系统搜索的最佳子集回归方法，构建拟除虫菊酯农药的结构－性质相关模型（QSARs），阐明该类农药环境行为机理与动态演变过程；通过拟除虫菊酯农药对乙酰胆碱酯酶活性测试，获取该农药关键分子结构描述符，构建QSAR模型进而预测未知拟除虫菊酯农药的生态毒理效应；通过生态风险评价体系，探讨拟除虫菊酯农药对食品安全与海洋生态系统保障与制约因素，实现预测预报该类农药的环境行为与致毒机理。研究结果为拟除虫菊酯农药威胁食品安全、污染土壤/水体生态环境毒性诊断筛选适宜评价指标提供理论依据。

拟除虫菊酯是一类低毒化学合成杀虫剂，广泛用于农业、园林及居室等环境。进入自然环境后，参与环境固液气三相界面的循环，并通过食物链传递进入生物体和人体，造成健康威胁。因此，研究拟除虫菊酯农药在环境中的残留水平、降解方式和迁移转化等具有重要意义。本项目通过专业化学办公软件，获得58种拟除虫菊酯农药的二维及三维图谱，计算出上千种结构参数，并运用SPSS11.5/VSMP1.0统计软件，构建了拟除虫菊酯农药对乙酰胆碱酯酶(AChE)活性的抑制模型，拟除虫菊酯农药在室内外环境中的降解模型；通过自行设计发明的紫外光降解仪与小生态培养箱，实施了拟除虫菊酯在土壤/沙子界面上的紫外光降解实验，以及在植株-沙子/土壤-下滤水间的迁移转化规律研究；通过采集青岛市莱西大田棕壤以及浮山松林土壤作为供试土壤，以油菜、菠菜、小白菜为供试作物，研究了不同条件下土壤中拟除虫菊酯农药的残留降解规律，并对其残留水平进行了风险评价；通过研究公开发表的文献的基础上，发现拟除虫菊酯农药在各种介质均有检出，其中沉积物中富集最多，水产品中的农药残留主要来自沉积物，氯菊酯等城市源菊酯在室内环境中的检出浓度和检出率最高，3-苯氧基苯甲酸（3-PBA）是人体中最常检出的代谢物。通过对江苏省海岸带典型柱状样中多环芳烃含量估算出江苏省海岸带多环芳烃通量，由此得出海岸带沉积物中埋藏的多环芳烃是海洋中多环芳烃的重要潜在来源。分析了胶州湾表层沉积物中喹诺酮类抗生素含量，发现污染处于较低水平，但是个别站点检出率高达90%以上。研究结果为有机化学品威胁食品安全、污染土壤/水体生态环境毒性诊断筛选适宜评价指标提供理论依据。依托该项目，发表SCI论文5篇，发表及待刊CSCD论文12篇，其他论文3篇，申报发明专利10项，获得授权2项，荣获2015年度山东省优秀学士学位论文与2017年度青岛大学优秀硕士学位论文，刘娜获得2016年度国家研究生奖学金，李亚平等多次获得校级奖学金。培养硕士研究生14名，本科生32名。项目经费投入与支出基本持平。