《Journal of Environmental Sciences》：Multilevel assessment of sub-lethal toxicity of 2, 4-D dimethylammonium in nile tilapia and hybrid catfish
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本研究探讨2,4-D dimethylammonium对尼罗 tilapia和杂交猫鱼的亚致死毒性，通过行为学、血液学、生化及组织学分析发现，28天暴露导致鱼类行为异常、血细胞形态改变、红细胞/白细胞减少、血红蛋白浓度下降、总蛋白和AChE活性降低，免疫组化证实AChE在鳃肝定位，OCT技术实时观测组织病变，氨基酸组成改变提示蛋白质代谢受损，凸显环境监测对水生生物及食品安全的重要性。
作者：Chutima Thanomsit、Suriya Udduang、Sugunya Kumla、Sudthidol Piyadeatsoontorn、Phochit Nanthanawat、Jakkaphun Nanuam、Panomsak Meemon
泰国素林府拉贾曼加拉技术大学伊桑校区农业与技术学院渔业系，素林32000
摘要
水生环境中除草剂的污染日益受到关注，因为它们可能对水生生物多样性和食品安全产生潜在影响。2,4-D二甲基铵是一种广泛使用的系统性除草剂，可以在水体中持续存在，并对非目标生物产生亚致死毒性。本研究调查了2,4-D二甲基铵在28天暴露期间对尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）和杂交鲶鱼（Clarias macrocephalus × Clarias gariepinus）的亚致死效应。观察到了时间依赖性的行为异常，同时血液学参数也显著下降，包括红细胞和白细胞计数、血红蛋白浓度和血细胞比容，以及血细胞的形态变化。尼罗罗非鱼中异常血细胞的比例约为1%–3%，杂交鲶鱼中约为1%–2.5%。生化分析显示总蛋白浓度和乙酰胆碱酯酶（AChE）活性逐渐降低。通过SDS-PAGE和Western blot鉴定出AChE的分子量为约71 kDa，其在尼罗罗非鱼中的活性从11.41 ± 1.45 nmol/(mg·min)下降到8.56 ± 0.45 nmol/(mg·min)，在杂交鲶鱼中从12.41 ± 0.54 nmol/(mg·min)下降到8.86 ± 0.26 nmol/(mg·min)。总蛋白浓度分别从18.78 ± 0.62 mg/mL下降到15.43 ± 0.62 mg/mL，以及从17.18 ± 0.56 mg/mL下降到14.42 ± 0.63 mg/mL。免疫组化证实AChE位于鳃和肝脏组织中。光学相干断层扫描（OCT）技术实现了无标记、高分辨率、实时的切除鳃和肝脏组织的可视化。此外，暴露还改变了肌肉组织中的必需和非必需氨基酸谱型。这些发现证明了2,4-D二甲基铵的系统性毒性，并强调了进行环境监测以保护水生健康和食品安全的必要性。
引言
2,4-D二甲基铵属于氯苯氧乙酸类除草剂，全球广泛用于农业、草坪管理和公共空间中的阔叶杂草控制。它通过模拟植物激素生长素起作用，主要影响双子叶植物。这种激素模拟作用会导致细胞过度生长，最终导致植物死亡（Thanomsit等，2025年）。由于其成本效益高、作用范围广且与多种种植系统兼容，2,4-D成为使用最广泛的除草剂之一（Cantawon等，2024年）。
其广泛应用促使许多国家加强了环境监测和监管。例如，在泰国，除草剂的进口量持续增加。2024年，最常见的进口除草剂是2,4-D钠（95%）、2,4-D钠与diuron和DSMA的混合物（16.5% + 6.3% + 74.5%，m/V）以及2,4-D二甲基铵（84%，m/V）（泰国农业监管办公室，2024年）。这一趋势反映了全球向化学除草控制的转变，因为其成本低于手动或机械方法。
然而，农药尤其是除草剂的广泛使用引发了人们对环境污染的日益关注。Thanomsit等人（2020年）报告称，除草剂残留物可以在生态系统中持续存在，影响非目标生物并通过食物网积累。某些化合物会发生生物放大作用，对人类健康构成风险，特别是通过食用受污染的水生生物。
2,4-D二甲基铵常用于谷物作物、公共公园、草坪和高尔夫球场，同时也作为植物生长调节剂来提高双子叶作物的产量。商业上，它有酸形式、盐形式和酯形式，既可以单独使用，也可以与其他活性物质结合使用。毒理学研究表明，它对水生生物有不良影响。例如，Sarikaya和Yilmaz（2003年）报告了其对普通鲤鱼（Cyprinus carpio）的高毒性，而Okogwu等人（2015年）观察到非洲鲶鱼（Clarias batrachus）的行为、血液学和组织学变化。在尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）中，亚致死暴露会导致行为和形态变化，具体取决于暴露时间（Khanchanasal等，2022年；Thanomsit等，2024a）。乙酰胆碱酯酶（AChE）是大脑、鳃和肌肉中的关键酶，在长期暴露后其表达量减少。组织病理学评估显示，鳃出现上皮层脱离、层状融合、水肿、组织紊乱和血液淤积，肌肉纤维扩张、束分裂和血管淤积，这些症状会随时间恶化。除了鱼类外，2,4-D二甲基铵的亚致死毒性也在其他水生生物中得到记录，如稻田蟹、淡水虾和苹果螺，表明其具有更广泛的生态风险（Kumla等，2025b，2025a；Thanomsit等，2024b）。
鉴于鱼类作为膳食蛋白质来源的营养重要性，水生环境中的除草剂污染是一个严重的公共卫生问题。鱼蛋白由20种氨基酸组成的多肽链构成（Urich，1994年），主要由碳、氢、氮和氧组成，其中两种氨基酸还含有硫。环境毒素会干扰氨基酸组成，从而损害蛋白质合成并影响鱼类组织功能。此外，这种生化变化可能导致蛋白质质量下降，并可能在人类体内积累，尤其是在依赖淡水鱼作为主要蛋白质来源的社区中（Thanomsit等，2020b）。因此，本研究进行了氨基酸分析，以评估2,4-D二甲基铵对蛋白质代谢的亚致死效应，并评估其对食品安全和生态系统健康的更广泛影响。
环境监测研究表明，2,4-D残留物经常出现在地表水、沉积物和农业径流中，浓度从几微克到几毫克/升不等，具体取决于与处理过的田地的距离和季节性降雨量。在东南亚，特别是在水稻种植区，灌溉渠道和排水沟中的2,4-D浓度在0.3至4.2 mg/L之间，而在收获后施用除草剂的池塘和水库中观察到的浓度接近5 mg/L（Dehnert等，2021年）。这些发现表明，本研究中使用的亚致死浓度（5 mg/L）在环境中是现实的，并代表了农业流域中的污染水平，确保结果与生态和食品安全风险评估直接相关。
尽管人们对除草剂污染的认识不断提高，但对于2,4-D二甲基铵在鱼类中的多级亚致死效应仍存在重要认识空白。大多数先前的研究集中在急性毒性上，对行为、生理、生化和成像端点的整合有限。因此，本研究旨在全面评估2,4-D二甲基铵在尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）和杂交鲶鱼（Clarias macrocephalus × Clarias gariepinus）中的亚致死毒性，这两种物种在东南亚具有重要的经济价值。我们采用了一种综合方法，结合行为观察、血液学、血细胞形态学、蛋白质和AChE检测、组织学、免疫组化、氨基酸分析和高分辨率光学相干断层扫描（OCT）。通过将OCT纳入毒理学评估框架，本研究探索了其作为无标记成像技术的潜力，可实现实时采集和显示，用于评估暴露于除草剂的切除鳃和肝脏样本的组织变化。这种多级评估提供了对除草剂引起的病理生理效应的更全面理解，并支持改进水生食品安全的环境监测。
伦理批准
所有涉及动物的程序均按照拉贾曼加拉技术大学伊桑校区农业与技术学院制定的伦理指南进行，并获得了泰国素林校区动物实验委员会的批准（动物使用许可证编号：Ul-00393–2558）。
维护和适应
成年尼罗罗非鱼和杂交鲶鱼在实验室条件下于500升混凝土水箱中适应了14天。适应后，鱼被随机分配到...
行为变化
图1显示了尼罗罗非鱼和杂交鲶鱼在暴露于亚致死浓度（5 mg/L）的2,4-D二甲基铵0天、7天、14天、21天和28天时的行为反应。评估了六个行为参数：游动异常、快速鳃盖运动、气泡释放、频繁浮出水面、失去平衡和静止。
在尼罗罗非鱼中，行为变化明显依赖于时间。从第14天开始，快速鳃盖运动显著增加（p < 0.05）
讨论
除草剂在农业实践中的广泛使用引发了对其在水生生态系统中持续存在和生物积累的严重担忧。由于其化学稳定性和流动性，2,4-D二甲基铵是最常用的系统性除草剂之一，可以在水体中积累并通过食物链放大，对水生生物和人类食品安全构成风险。鱼类和贝类是人类消费的主要暴露途径（
结论
本研究调查了除草剂2,4-D二甲基铵在尼罗罗非鱼和杂交鲶鱼中的亚致死效应，这两种物种在商业上非常重要。暴露时间为0天、7天、14天、21天和28天。行为评估显示六个指标出现时间依赖性的异常：游动异常、快速鳃盖运动、气泡释放、频繁浮出水面、失去平衡和静止。血液学分析显示红细胞和白细胞数量显著下降
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来协助起草、语法校正和科学文本的完善。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。
未引用的参考文献
Thanomsit等，2020a
CRediT作者贡献声明
Chutima Thanomsit：撰写——原始草稿、可视化、验证、项目管理、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。
Suriya Udduang：可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理。
Sugunya Kumla：可视化、调查、正式分析、数据管理。
Sudthidol Piyadeatsoontorn：软件、方法论、正式分析、数据管理。
Phochit Nanthanawat：撰写——审阅与编辑、验证、方法论
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了素拉纳里技术大学SUT研究与发展基金的支持。
