氟虫腈在水-沉积物系统中的急性及亚慢性风险：从生物反应角度进行的系统研究

《Journal of Hazardous Materials》：The fate, acute and subchronic risks of momfluorothrin in the water-sediment system: A systematic study from the biological responses perspective

本研究探究新型拟除虫菊酯农药 Momfluorothrin在水-沉积物系统中的环境行为及生态风险。结果表明Momfluorothrin在水中快速降解，但在沉积物中显著累积；对水生生物具有高急性毒性（LC50 0.049-0.132 mg/L），长期暴露诱导zebrafish抗氧化、代谢及神经毒性响应，并通过多组学分析与分子对接揭示SLC2A9L和SLC22A6L蛋白可能参与其生物体内分布与排泄机制。为安全使用提供理论依据。

　　

郑宇飞|刘彤|田国|严赛红|郑磊|王俊|王秀国

中国农业科学院烟草研究所，中国青岛，266101

摘要

拟除虫菊酯类农药在杀虫剂市场中占据重要地位。作为一种新型拟除虫菊酯，momfluorothrin具有广泛的应用潜力，因此有必要对其环境安全性进行评估。本研究探讨了momfluorothrin在水-沉积物系统中的命运和风险。结果表明，momfluorothrin在水中迅速消散，但在沉积物中趋于积累。该物质对水-沉积物生态系统中的生物具有较高的急性毒性，LC50值为0.049-0.132 mg/L。低浓度momfluorothrin暴露会导致斑马鱼行为异常、抗氧化能力下降、解毒过程受阻以及神经系统功能受损。随着暴露时间的延长，斑马鱼体内momfluorothrin的消除速率逐渐增加，从0.07 mg/L/h增加到0.204 mg/L/h。此外，与运输、免疫和代谢过程相关的差异表达基因和代谢产物的数量也随暴露时间延长而增加。相关性分析显示，斑马鱼上调了SLC家族基因和免疫相关基因的表达，这增强了体内momfluorothrin的分布和排泄，并提高了其免疫能力，从而降低了其毒性。AlphaFold2预测和分子对接分析表明，SLC2A9L和SLC22A6L蛋白对momfluorothrin具有较高的亲和力，结合能分别为-7.6 kcal/mol和-8.3 kcal/mol。这表明这两种蛋白可能在斑马鱼体内momfluorothrin的分布和排泄中起重要作用。本研究阐明了momfluorothrin在水-沉积物系统中的命运、风险及其生物响应机制，对其安全合理使用具有重要意义。

引言

拟除虫菊酯是一类常用的杀虫剂，广泛应用于农业和住宅区，早在2015年就占据了全球杀虫剂市场的约38% [1]、[2]、[3]。Momfluorothrin是一种新型拟除虫菊酯，以其广谱杀虫效果而著称，能有效控制飞行、爬行和叮咬性节肢动物 [4]。该物质通过作用于昆虫神经膜中的电压门控钠通道发挥神经毒性 [5]，导致通道长时间开放，引发神经元过度兴奋、抽搐、麻痹甚至死亡 [5]。这些优异特性使其具有广泛的应用前景，并已在多个国家获得注册。

由于momfluorothrin的广泛使用，其释放到环境中是不可避免的 [6]。然而，目前关于该物质在环境中的实际浓度数据尚缺乏。以往对其他拟除虫菊酯的研究表明，其在水或土壤中的背景浓度范围为0.054-0.235 mg/kg [1]、[7]、[8]，半衰期为28至1950天 [3]、[9]。这些发现表明拟除虫菊酯具有持久性，难以自然降解，可能对环境构成潜在风险。拟除虫菊酯的长期存在不仅会对水生生物和土壤微生物产生直接毒性影响，还可能通过食物链累积，对整个生态系统构成威胁。因此，研究momfluorothrin的命运和风险至关重要。

水-沉积物系统是水生生态系统的重要组成部分 [10]、[11]、[12]。斑马鱼、Daphnia magna 和 Chironomus kiiensis 幼虫等不同营养级的生物在维持生态系统稳定中起着关键作用 [13]、[14]、[15]。由于这些物种对污染物高度敏感，研究人员常使用它们进行环境风险评估 [13]、[14]、[15]。因此，研究momfluorothrin在水-沉积物系统中的命运、风险和生物效应对于评估其环境安全性和生物地球化学循环具有重要意义。

本研究探讨了momfluorothrin在水-沉积物系统中的命运及其急性和亚慢性毒性。本研究的新颖之处在于补充了关于该物质在该系统中环境命运和风险的数据，并利用多组学技术和AlphaFold2技术揭示了生物对低浓度momfluorothrin暴露的响应机制，为其安全合理使用和污染治理提供了理论依据。

材料

Momfluorothrin（纯度99%）购自德国奥格斯堡的Dr. Ehrenstorfer GmbH公司。

斑马鱼（Danio rerio）、D. magna 和 C. kiiensis 来自中国青岛的当地水族馆。斑马鱼的平均体重为0.35 ± 0.02 g，体长为0.40 ± 0.05 cm。C. kiiensis 幼虫和 D. magna 的敏感性符合ISO标准（ISO, 1984, 2012, 2015）。这三种水-沉积物生物在实验室中预培养了2周。

momfluorothrin在水-沉积物系统中的命运

研究环境介质中的污染物残留对于评估其环境风险至关重要 [20]。在静态水实验中，90%以上的momfluorothrin浓度在14天内降解（图1A）。相反，momfluorothrin在沉积物中迅速积累（图1B），第3天达到峰值后趋于稳定。从第28天开始，浓度急剧下降，第42天时减少了50%。

结论

本研究探讨了momfluorothrin在水-沉积物系统中的环境命运和风险，以及水生生物对其暴露的响应机制。研究发现，momfluorothrin在水中迅速消散，但在沉积物中趋于积累。尽管如此，其高急性毒性表明它可能对水生生态系统构成重大风险。通过斑马鱼模型进行的亚慢性毒性研究进一步证实了这一观点。

环境意义

作为一种新型拟除虫菊酯，momfluorothrin具有广泛的应用潜力，因此需要对其环境安全性进行评估。本研究采用高效色谱分析、传统生物学方法和高通量测序技术阐明了其在水-沉积物系统中的命运和风险。更重要的是，通过多组学测序、AlphaFold2和分子对接技术揭示了其加速降解的分子机制。

未引用的参考文献

[67], [68], [69], [70], [71], [72]

CRediT作者贡献声明

王秀国：项目管理和资金申请。郑磊：写作、审稿与编辑。王俊：写作、审稿与编辑、监督。严赛红：写作、审稿与编辑。刘彤：写作、审稿与编辑、验证、实验设计、资金申请。田国：验证、数据管理。郑宇飞：初稿撰写、方法学设计、实验设计。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国农业科学院青年创新项目（Y2023QC35）的支持，同时获得了山东省自然科学基金（项目编号ZR2024MD035）和国家自然科学基金（项目编号42277473和41977134）的资助。

注释

作者声明没有财务利益冲突。

补充材料

残留分析方法的详细信息、参数和验证结果（文本S1，表格S3-S5）；测试样品的物理化学性质