《Journal of Hazardous Materials》：Pyraclostrobin-induced reproductive and intergenerational developmental toxicity in zebrafish: modulatory effects of microplastics
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本研究评估了吡虫啉（PYR）与聚乙烯微塑料（PE-MPs）单用及共暴露对斑马鱼繁殖性能及后代发育的影响，发现PYR在肠道和肝脏高度富集，共暴露显著改变其组织分布，并导致繁殖抑制及F1代发育异常，但老化MPs的毒性效应减弱。
陈志宏|马超凡|王阳|郭银萍|陈晓蕾|景媛|梁洪武
内蒙古自治区大学生态与环境学院环境污染控制与废弃物资源化利用重点实验室，中国呼和浩特市，010021
摘要
醌类化合物（QoI）杀菌剂因高效广谱的特性在农业中得到广泛应用，但这也引发了生态学上的担忧。作为代表性QoI杀菌剂的吡唑醚菌酯（PYR）的生殖毒性和代际毒性，尤其是在与微塑料（MPs）等新兴污染物共存的情况下，目前仍缺乏充分研究。本研究利用成年斑马鱼（Danio rerio）评估了PYR在单独暴露及与聚乙烯微塑料（PE-MPs）联合暴露下的生殖毒性和母体传递潜力。研究发现，PYR在组织中存在特异性积累，其中肠道和肝脏中的浓度最高，其次是鳃、大脑、生殖腺和肌肉。值得注意的是，与PE-MPs共存会改变PYR的分布，使其在肠道和鳃中的积累增加，而在肝脏、大脑和生殖腺中的浓度降低，且这种变化与浓度呈正相关。PYR及其与PE-MPs的联合暴露显著影响了生殖能力和代际适应性，这种影响甚至可延续至F1代。有趣的是，PYR与PE-MPs的联合暴露部分缓解了单独暴露时出现的毒性效应，而老化的PE-MPs（1.0 mg/L）引起的转录紊乱程度低于新鲜PE-MPs。这项综合分析为QoI杀菌剂及其与水生生态系统中微塑料污染物的相互作用提供了重要的生态风险评估依据。
引言
吡唑醚菌酯（PYR）是由巴斯夫公司开发的第二代苯并呋喃酮类（QoI）杀菌剂，2001年获得注册许可。由于其广谱杀虫效果和促进植物健康的特性，PYR被广泛使用[1]、[2]。由于在农业中的广泛应用，PYR在水生环境中频繁被检测到。例如，在澳大利亚东南部的溪流中，PYR的最大检测浓度为0.1 μg/L[3]；在内布拉斯加州雨水盆地收集的92个湿地水样中，检测频率达到32.6%，最大浓度为1.61 μg/L[4]；在印第安纳州的农业流域中，检测浓度高达13.7 μg/L[5]；在中国的长江和东江生态系统中，检测频率达到100%[6]、[7]；在南京的稻田水中，PYR在施用后三天内的浓度达到17.24 μg/L[8]。这些监测数据表明，水生生物可能在多种环境条件下反复接触PYR[9]、[10]。
QoI杀菌剂通过与线粒体复合体III（Qo位点）结合，抑制电子传递和ATP生成，从而引发氧化应激[11]、[12]、[13]。尽管这种作用机制对真菌非常有效，但它不具备生物选择性，可能威胁非目标水生生物，尤其是鱼类[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。关于PYR的急性毒性数据表明，其对斑马鱼的96小时LC50值在29–61 μg/L范围内[8]、[20]、[21]。值得注意的是，即使是亚致死剂量，PYR也会对鱼类造成多种不良影响，包括氧化应激、基因毒性反应、抗氧化防御系统紊乱、免疫相关转录扰动、神经毒性相关生物标志物以及发育毒性（如畸形和孵化/生长性能改变），即使在低浓度下也是如此[8]、[20]、[22]、[23]。无脊椎动物的生殖相关指标也表现出高度敏感性；例如，低至0.15 μg/L的PYR暴露就显著干扰了Daphnia magna的繁殖，延迟了第一代后代的出生并减少了后代数量[24]。总体而言，现有证据表明，PYR暴露在环境相关浓度下可引起多系统毒性；然而，其在脊椎动物中的生殖危害和内分泌相关机制仍需进一步研究。
一个特别重要的未解问题是，长期低剂量PYR暴露是否通过内分泌失调影响鱼类繁殖。繁殖能力是种群可持续性的关键决定因素，下丘脑-垂体-生殖腺（HPG）轴将环境信号整合到类固醇生成、配子生成和繁殖结果中[25]、[26]、[27]。虽然一些QoI杀菌剂已被证实会导致生殖内分泌紊乱，但关于PYR在鱼类中的直接证据仍然有限[28]、[29]、[30]、[31]。因此，需要建立一个评估框架，将体内暴露（组织负担）与HPG轴紊乱和生殖损伤联系起来，以明确观察到的生物积累变化是否会导致内分泌和生殖后果[32]、[33]。
除了亲代繁殖外，PYR的潜在代际影响也是其生态风险的一个重要方面。在鱼类中，亲代暴露可能通过母体传递和早期生命阶段的敏感性影响下一代[34]、[35]、[36]、[37]。这种亲代对后代的传递效应已在疏水性污染物和农药中得到证实，亲代暴露与F1代后代的孵化动态、生长轨迹、氧化还原平衡和免疫相关指标的改变有关[38]、[39]。从物理化学角度来看，PYR具有疏水性（log Kow≈ 3.99）[40]，这表明它可能富集在脂质丰富的组织中，并可能通过卵子进行传递；然而，这种传递是否发生在实际可测量的水平上，以及是否会导致未暴露F1代后代的发育或氧化/免疫紊乱，目前尚不清楚[41]。解决这一问题很重要，因为忽视代际效应可能会低估在现实环境中反复暴露的长期种群影响。
微塑料（MPs）在水生环境中广泛存在，其小尺寸和大比表面积使其容易被摄入，并能吸附共存的污染物，从而改变化学混合物的环境命运和生物效应[42]、[43]、[44]。越来越多的证据表明，MPs的共存可能会增强、减弱或对化学毒性的影响，具体取决于聚合物类型、颗粒特性和共污染物的物理化学性质[45]、[46]。然而，关于MPs是否改变PYR的毒代动力学，以及由此导致的鱼类内分泌介导的生殖和代际后果的证据仍然非常有限。
聚乙烯（PE）是水生环境中最常见的MP聚合物之一，常被用作MP-污染物研究的模型聚合物；其非极性、疏水性表面对疏水性有机化合物具有很强的吸附能力[47]、[48]、[49]。重要的是，环境老化会显著改变MP表面的粗糙度、电荷和官能团，从而改变吸附/解吸行为，可能使混合物的毒性模式与原始颗粒不同。环境中的MPs大多处于老化状态；因此，研究老化微塑料具有更高的环境相关性[50]、[51]、[52]、[53]、[54]。
鉴于PYR的高检出率和MPs的普遍分布，它们在水生生态系统中的共存是极有可能的，但新鲜PE-MPs与老化PE-MPs如何改变PYR的毒代动力学和鱼类的生殖/内分泌结果仍不清楚。我们假设PE-MPs（新鲜与老化）可以改变PYR的生物可利用部分和体内分布，从而影响HPG轴的调节、生殖性能和F1代的代际结果。为此，我们将成年斑马鱼（Danio rerio）暴露于PYR（1 μg/L）单独或与新鲜或老化PE-MPs（两种浓度）联合暴露，并量化了组织特异性PYR负担、生殖指标以及F1代的发育和生化反应。这项工作为水生系统中农药-微塑料混合物的生态风险评估提供了机制依据。
化学物质和试剂
本研究使用的主要化学物质和试剂包括：吡唑醚菌酯（98.9%，上海农药研究所，中国），聚乙烯微塑料（PE-MPs；5 μm，中国石化公司），乙腈（色谱级，Thermo Fisher Scientific，美国），甲酸（质谱级，Thermo Fisher Scientific，美国），丙酮（分析级，中国药业集团），无水乙醇（分析级，Thermo Fisher Scientific，美国），磷酸盐缓冲液（Biosharp，中国）
PYR在PE-MPs上的吸附特性
吸附动力学分析证实了PYR与PE-MPs之间的强结合亲和力。吸附过程在48小时内达到平衡，最佳描述为伪二级动力学模型（R2>0.96，补充信息表S4），表明这是一种化学吸附机制。值得注意的是，在相同浓度下，老化MPs（APE）的平衡吸附能力（Qe）高于新鲜MPs（VPE）（补充信息图S3）。这种强吸附
组织特异性生物积累及微塑料的影响
本研究首先建立了PYR在成年斑马鱼中的毒代动力学基础。我们发现PYR的分布梯度为：肠道 ≈ 肝脏 > 鳃 > 大脑 > 生殖腺 > 肌肉。这一模式与之前关于水生环境中疏水性有机污染物（HOCs）的毒代动力学研究结果一致，这些研究一致认为肝脏和胃肠道是主要积累库，因为它们通过饮食摄入和肝脏代谢进行积累[20]、[21]。PYR的浓度在
结论
本研究表明，长期暴露于环境相关浓度的吡唑醚菌酯（PYR）会导致斑马鱼出现显著的生殖毒性和代际发育障碍。观察到的不良后果，包括卵子产量减少、受精率降低以及F1代后代的畸形，与PYR的系统性生物积累有关，这种积累破坏了性类固醇的稳态并抑制了关键的HPG轴基因
环境意义
吡唑醚菌酯（PYR）是一种广泛使用的QoI杀菌剂，而微塑料（MPs）是常见的新兴污染物，两者在水生环境中共存。PYR对非目标水生生物具有高急性毒性，并具有生殖毒性。然而，MPs（尤其是新鲜和老化的聚乙烯MPs）对PYR的环境行为、生物积累和毒性的影响，特别是在生殖损伤和代际效应方面，目前了解不足。CRediT作者贡献声明
梁洪武：指导、概念设计。景媛：数据整理。陈晓蕾：软件处理。郭银萍：验证、实验研究。王阳：实验研究、数据分析。马超凡：数据可视化、资源管理、方法学设计、实验研究。陈志宏：撰写、审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金[项目编号42267035]、内蒙古自治区高等学校青年科技人才支持[项目编号NJYT23042]和内蒙古自治区自然科学基金[项目编号2024MS03008]的资助。
