《Aquatic Toxicology》：Glyphosate repercussions on
Danio rerio: Integrating behavioral crisis, biochemical imbalance and lipidomic changes
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本研究评估了草甘膦对斑马鱼幼鱼行为、生理及代谢的影响。在5、50、100 μg/L浓度下，强制和非强制暴露显示，低浓度即显著改变回避、定植及游泳行为，抑制神经毒性酶活性，引发脂质过氧化及脂肪酸谱紊乱。尽管环境持久性数据不足，但证实斑马鱼对草甘膦敏感，为水生态风险评价提供依据。
Safa BEJAOUI | Jaíne AMES | Dalya BELHASSEN | María úBEDA-MANAZANARO | Nejla SOUDANI | Cristiano V.M. ARAúJO
突尼斯大学埃尔-马纳尔分校理学院水生生物生态学、生物学和生理学实验室
摘要
草甘膦（GLY）是一种广泛使用的除草剂，是淡水生态系统的主要污染源，可能影响水生生物的生存、生长和繁殖。因此，研究其在淡水中的毒性对于评估生态毒性风险和识别相关的污染生物指标至关重要。本研究旨在评估草甘膦对Danio rerio幼体在强制和非强制暴露条件下的行为、生理和代谢参数的影响。鱼类被暴露于三种环境相关浓度的草甘膦（C1：5 μg/L、C2：50 μg/L 和 C3：100 μg/L）中，持续96小时。在非强制暴露条件下，使用HeMHAS系统分析了其回避和殖民行为；而在强制暴露条件下，则评估了生理、生化和行为反应（如运动能力、焦虑、社交行为、攻击性和捕食行为）。暴露于草甘膦的鱼类表现出显著的行为改变，包括殖民活动减少和回避行为增加。草甘膦还影响了鱼类的运动能力，导致绝对转向角度和最大速度下降。在50 μg/L和100 μg/L的浓度下，社交、捕食和攻击性行为受到干扰。从生化角度来看，观察到脂质过氧化和蛋白质氧化参数的变化，同时铁的抗氧化能力增强，这反映了草甘膦对氧化应激的浓度依赖性反应。草甘膦的神经毒性通过乙酰胆碱酯酶（AChE）和羧酯酶（CaE）活性的显著抑制得到了证实。脂质组分析显示脂肪酸谱发生了改变，必需脂肪酸（EPA、DHA和n-3 PUFA）减少，而促炎脂肪酸（如花生四烯酸（ARA）增加。然而，对这些结果的生态学解释必须考虑到当前草甘膦研究的局限性。关于其在水生环境中的持久性和半衰期的数据仍不确定且变化很大，取决于物理化学和生物条件，范围从几天到几周不等，这限制了将实验结果直接外推到自然生态系统的可能性。尽管存在这些不确定性，但本研究的结果突显了草甘膦的毒性潜力，即使在低浓度下也是如此，并证实了斑马鱼作为检测这种除草剂污染综合效应的相关模型的有效性。
引言
农药用于防止疾病媒介和农业中不需要的生物的繁殖（Hossain等人，2022年；Vijayanand等人，2025年）。虽然农药可能有利于农业活动，但这些产品（包括表面活性剂、助剂、代谢物和活性成分）可能会造成水污染（Rajmohan等人，2020年）。在全球范围内，受农药污染的水可能导致环境失衡，在极端情况下，会减少生物多样性并引发人类疾病（Alengebawy等人，2021年；Kamlesh等人，2024年）。其中，自1974年以来一直在农业中广泛使用的草甘膦（GLY，C?H?NO?P）特别值得关注，因为它已在包括土壤和水资源在内的各种环境介质中被检测到（Benbrook，2016年；Meftaul等人，2021年；Lima等人，2023年）。草甘膦是全球使用最广泛的除草剂，由于其对人体健康和水生生态系统的毒性而引发重大担忧（VanBruggen等人，2021年；Borggaard和Gimsing，2008年）。它在水体中的持久性很高，浓度范围从0.025 μg/L到450 μg/L不等（Coupe等人，2012年；Tang等人，2015年；Dahmeni等人，2014年；Castro等人，2018年；Demonte等人，2018年；Ames等人，2025年），这导致多个国家对其实施了限制或禁令（Klingelhofer等人，2021年），同时关于保护非目标生物的最大允许浓度（MPLs）的讨论仍在继续（Székàcs和Darvas，2018年）。尽管草甘膦被广泛使用，但其环境持久性和半衰期的信息仍然不确定，根据物理化学和生物条件的不同，半衰期可以从几天到几个月不等，这限制了将实验结果直接应用于自然生态系统的可能性。尽管存在这些不确定性，本研究的结果仍强调了草甘膦的毒性潜力，即使在低浓度下也是如此，并证实了斑马鱼作为检测这种除草剂污染综合效应的相关模型的有效性。
方法
农药用于防止疾病媒介和农业中不需要的生物的繁殖（Hossain等人，2022年；Vijayanand等人，2025年）。尽管农药可能有利于农业活动，但这些产品（包括表面活性剂、助剂、代谢物和活性成分）可能会造成水污染（Rajmohan等人，2020年）。在全球范围内，受农药污染的水可能导致环境失衡，在极端情况下，会减少生物多样性并引发人类疾病（Alengebawy等人，2021年；Kamlesh等人，2024年）。其中，自1974年以来一直在农业中广泛使用的草甘膦（GLY，C?H?NO?P）特别值得关注，因为它已在包括土壤和水资源在内的各种环境介质中被检测到（Benbrook，2016年；Meftaul等人，2021年；Lima等人，2023年）。草甘膦是全球使用最广泛的除草剂，由于其对人体健康和水生生态系统的毒性而引发重大担忧（VanBruggen等人，2021年；Borggaard和Gimsing，2008年）。它在水体中的持久性很高，浓度范围从0.025 μg/L到450 μg/L不等（Coupe等人，2012年；Tang等人，2015年；Dahmeni等人，2014年；Castro等人，2018年；Demonte等人，2018年；Ames等人，2025年），这导致多个国家对其实施了限制或禁令（Klingelhofer等人，2021年），同时关于保护非目标生物的最大允许浓度（MPLs）的讨论仍在继续（Székàcs和Darvas，2018年）。尽管草甘膦被广泛使用，但其环境持久性和半衰期的信息仍然不确定，据报道半衰期从几天到几个月不等，取决于水体的物理化学条件、有机物、微生物活动和沉积物吸附（Battaglin等人，2014年；EFSA，2015年）。这种不确定性阻碍了生态毒性风险的评估和将环境浓度外推到生物学相关暴露情景。草甘膦在水生系统中的频繁存在也引发了对其与生物多样性相互作用及其对生态系统动态潜在影响的担忧（Lozano和Pizarro，2024年）。草甘膦通过改变关键生物过程影响水生生物，包括能量产生、蛋白质合成和酶功能，尤其是在鱼类中（Zheng等人，2021年；Jia等人，2022年；Yan等人，2024年）。其对淡水鱼的不利影响已有大量文献记载，包括氧化应激、神经毒性、生殖和发育障碍，在严重情况下甚至会导致死亡（Nwani等人，2013年；Uren Webster等人，2015年；Roy等人，2016年）。鉴于其在环境中的频繁和持久存在，水生种群可能会经历长期和持续的暴露，这突显了使用斑马鱼（Danio rerio）等实验模型来评估草甘膦污染的功能后果的重要性，包括行为、生理和代谢反应（Brito等人，2022年；Braga等人，2024年）。从这个角度来看，行为参数是毒性和压力的早期和敏感指标，为研究长期暴露期间化学物质的影响提供了有效方法（Ivantsova等人，2022年）。特别是，已发表的研究表明草甘膦会导致斑马鱼幼体的行为改变，表现为活动增加和游泳水平提高，以及眼睛间距和进食表现下降（Zhang等人，2017年；Bridi等人，2017年）。作为行为效应的一部分，草甘膦被认为具有神经毒性影响，会导致鱼类的代谢改变和生理反应（Glusczak等人，2007年；Roy等人，2016年；Bawa等人，2017年；Lopes等人，2022年；Costas-Ferreira等人，2022年；Ames等人，2022年）。这一生理指标最近受到了越来越多的关注，因为它直接影响了水生生物的能量储备，主要是脂质，即使在可能被认为是低的环境浓度下也是如此（Gandhi等人，2021年）。近年来，一种新的评估方法侧重于污染物（特别是草甘膦）如何导致水生生物脂质谱的改变和修饰（Liu等人，2021年；Fadhlaoui等人，2021年）。
在最近关于水生生物对草甘膦污染反应的综述中，回避行为是鱼类中最敏感的反应之一，尽管一些生理指标也显示出高敏感性（Alcivar等人，2021年）。由于行为代表了环境条件和生理状态的结合，因此本文提出了一种综合的多层次方法，以更好地理解草甘膦暴露对鱼类种群的生物学影响。因此，本研究的主要目的是考察草甘膦对斑马鱼幼体（Danio rerio）的行为、生理和脂质代谢的影响。具体而言，本研究关注了几个行为方面，包括殖民、捕食、社交、攻击性、游泳速度的变化以及对草甘膦污染栖息地的回避反应。同时，评估了急性草甘膦暴露对生理过程的影响，重点关注脂质能量代谢和抗氧化机制的破坏。为了获得这些反应，我们使用了强制暴露（传统方法，即生物仅暴露于一种浓度）和非强制暴露（在多隔室系统中同时暴露于多种浓度）（Araújo等人，2014年；Araújo等人，2016年）。最后，将所有反应综合起来，以了解这些方法的组合可能对种群动态和生态系统内鱼类种群的适应性产生重要影响。
斑马鱼幼体（Danio rerio）的饲养
斑马鱼幼体（年龄约2-3个月，体长约1.5至2.0厘米，体重约0.1至1.5克）来自西班牙安达卢西亚发育生物学中心（CABD）（培养许可编号：#ES 410910088004），并进行了为期一周的适应期。鱼类被饲养在50升的恒温水族箱中，水中不含氯且持续充氧。为了减少压力，环境参数稳定在26 ± 2°C，光照时间为14小时，黑暗时间为10小时。
单鱼殖民和回避行为
在对照试验中，生物在所有隔室中均匀分布（图2A），表明没有偏好任何特定隔室。此外，不同时间条件下的反应没有显著差异（单因素方差分析；p = 0.0982）。
在殖民试验中（图2B），生物在含有最高浓度草甘膦的隔室中的殖民较少（单因素方差分析；p = 0.0246）。
讨论
总体而言，我们的结果表明，不同浓度的草甘膦会影响D. rerio幼体的行为。草甘膦的暴露及其暴露时间交互作用影响了回避、殖民、游泳和捕食行为。大多数这些效应与暴露浓度有关，这与以往的研究结果一致（Bridi等人，2017年）。然而，在当前研究中，特别有趣的是观察到，尽管鱼类在某些隔室中停留的时间更长……
结论
研究结果表明，短期暴露于草甘膦会严重破坏D. rerio幼体的行为、生理和生化功能。观察到的变化包括运动能力下降、空间分布改变（回避和殖民行为）、脂质谱紊乱以及神经毒性酶的抑制，这些都揭示了与草甘膦毒性相关的系统压力。多变量分析可能有助于进一步了解……
资金来源
本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何特定资助。
CRediT作者贡献声明
Safa BEJAOUI：概念化、撰写初稿、方法学、正式分析、审稿和编辑
Jaíne AMES：概念化、撰写初稿、方法学、正式分析、审稿和编辑
Dalya BELHASSEN：方法学、数据管理
María úBEDA-MANAZANARO：实验设计
Nejla SOUDANI：概念化、监督、审稿和编辑、验证
Cristiano V.M. ARAUJO：概念化、监督、审稿和编辑、验证
数据可用性
数据可应要求提供。
伦理批准声明
CRediT作者贡献声明
Safa BEJAOUI：概念化、撰写初稿、方法学、正式分析、审稿和编辑
Jaíne AMES：概念化、撰写初稿、方法学、正式分析、审稿和编辑
Dalya BELHASSEN：方法学、数据管理
María úBEDA-MANAZANARO：实验设计
Nejla SOUDANI：概念化、监督、审稿和编辑、验证
Cristiano V.M. ARAUJO：概念化、监督、审稿和编辑、验证
未引用参考文献
Benzie和Strain，1996年；Alcívar等人，2021年；Benzie，2017年；Castro Berman等人，2018年；Dahmeni等人，2024年；Draper和Hadley，1990年；Fadhlaoui和Lavoie，2021年；Klingelh?fer等人，2021年；Lowry Oliver等人，1951年；Araújo和Blasco，2019年；Ou和Wolff，1996年；Araújo等人，2020年；Shivanandappa和Santhoshkumar，1999年；Székács和Darvas，2018年
