《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Oral uptake of a glyphosate-based herbicide causes lethal and sublethal effects in two ant species
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为解决草甘膦基除草剂（GBH）通过口服暴露途径对非靶标节肢动物（NTA）潜在风险认知不足的问题，研究人员以Camponotus maculatus和Cardiocondyla obscurior两种蚂蚁为模型，开展了为期21天的口服GBH（ETISSO?）暴露实验。研究发现，超过7.2 g/L（C. maculatus）和3.6 g/L（C. obscurior）的GBH浓度会显著降低工蚁摄食率，导致饥饿与毒性协同作用下的死亡率上升；而在更低浓度下，C. maculatus幼虫出现蛹畸形、缺失茧壳等发育障碍，C. obscurior工蚁则表现出形态稳健性改变。该研究首次证明，GBH亚致死暴露可通过工蚁影响幼虫发育，对蚂蚁等社会性昆虫的群体维持与生存构成潜在长期风险，挑战了“GBH对陆生节肢物无毒”的普遍假设，并强调了在农药风险评估中纳入口服暴露途径及社会性昆虫的必要性。
草甘膦自1974年商业化以来，已成为全球使用最广泛的除草剂。其常与表面活性剂等助剂复配形成草甘膦基除草剂（Glyphosate-based herbicide, GBH），广泛应用于农业、林业乃至城市景观。尽管使用量巨大且环境残留普遍，但针对GBH对非靶标节肢动物（Non-target arthropod, NTA）的生态毒理学评估，特别是通过口服途径暴露的研究，仍然十分有限。长期以来，基于其作用机制——通过抑制仅存在于植物和部分微生物中的5-烯醇丙酮酸莽草酸-3-磷酸合酶（5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase, EPSPS）来阻断莽草酸途径（shikimate pathway），草甘膦被认为对动物和人类无害。然而，许多节肢动物的肠道微生物群也含有该途径，GBH暴露可能破坏其微生物平衡，进而对宿主产生多方面的负面影响。蚂蚁作为许多陆地生态系统的关键物种，扮演着捕食者、食草者和分解者的重要角色，且常因摄食受污染的食物而面临农药暴露风险。令人担忧的是，目前农药或转基因（Genetically modified, GM）作物的生态毒性测试并未将蚂蚁纳入。此外，现行风险评估通常仅依赖急性接触（如体表喷洒）测试，而口服暴露这一在田间场景中常见且生态相关的途径却被忽视。这种认知空白可能导致对GBH环境风险的低估，尤其对于像蚂蚁这样的社会性昆虫，其幼虫通过工蚁饲喂（交哺作用）可能面临累积暴露效应，而幼虫可能比成虫更敏感。因此，阐明GBH通过口服途径对蚂蚁的致死和亚致死影响，对于全面评估其生态风险、保护生物多样性和生态系统功能至关重要。
为了填补这一知识空白，并挑战“GBH对陆生节肢动物无毒”的普遍假设，由Marius Pohl、Esther van den Bos、Lukas Franke、Lotta M?rch、Jürgen Gadau和Mathias Otto组成的研究团队，在德国明斯特大学进化与生物多样性研究所开展了一项研究。他们以两种代表不同亚科（蚁亚科Formicinae和切叶蚁亚科Myrmicinae）和生活史的蚂蚁——Camponotus maculatus（木匠蚁）和Cardiocondyla obscurior（心结蚁）为模型，探究了商业GBH制剂ETISSO?通过口服暴露产生的效应。该研究成果发表在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》期刊上。
研究人员为开展此项研究，主要采用了以下几个关键技术方法：首先，建立了包含工蚁和幼虫的亚群体（sub-colony）实验体系，模拟了社会性昆虫的群体结构。其次，设计了一套为期21天的口服暴露方案，将不同浓度的GBH（ETISSO?）与蜂蜜水溶液混合，作为唯一的糖分来源提供给蚂蚁，并通过称重法（C. maculatus）或行为观察与染料示踪法（C. obscurior）精确监测摄食量，以评估其接受度。实验所用C. maculatus的建群蚁后采集自科特迪瓦的科莫埃国家公园，C. obscurior则来自实验室保种的巴西品系。再者，研究系统评估了多个终点指标，包括工蚁每日死亡率、幼虫的化蛹率或羽化率。此外，对C. maculatus，他们观察并记录了“裸蛹”（缺失茧壳的蛹）的出现及其形态畸形情况，并测量了蛹重；对C. obscurior，则对羽化工蚁进行了详细的形态计量学分析，测量了包括最大垂直头长（HL）、最大眼距（ED）在内的五个关键形态特征，并采用主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）来评估形态变异程度。最后，所有数据均使用R语言进行了严格的统计分析，包括广义线性混合模型（Generalized Linear Mixed Model, GLMM）、Cox比例风险混合效应模型、方差分析（ANOVA）以及多元方差分析（MANOVA）等。
研究结果
3.1. 测试溶液接受度
工蚁对GBH溶液的接受度存在浓度阈值。C. maculatus工蚁在GBH浓度超过7.2 g/L时，每日个体摄食量显著下降。C. obscurior工蚁的摄食活性（通过定时观察计数评估）在GBH浓度高于0.36 g/L时即显著降低。同时，使用蓝色食用染料定性证实了工蚁和幼虫确实摄入了测试溶液，但在高浓度组（7.2和36 g/L）中几乎观察不到染色的个体。
3.2. 对工蚁的影响
对于C. maculatus，仅在最高浓度（36 g/L）下，工蚁21天后的死亡率（61%）显著高于对照组（21%）。在1.8至12 g/L的浓度范围内，死亡率在3%到23%之间波动，未显示出明显的剂量-反应关系，因此无法计算半数致死浓度（LC50）。对于C. obscurior，工蚁死亡率随GBH浓度增加而稳步上升，暴露于浓度≥7.2 g/L的GBH时，其死亡率显著高于对照组。虽然通过概率分析计算出了21天的LC50为6.42 g/L，但由于置信区间无法确定且回归斜率不显著，该值的可靠性较低。
3.3. 对幼虫的影响
3.3.1. 对C. maculatus化蛹的影响
C. maculatus幼虫的存活率（以化蛹率衡量）表现出与工蚁相似的模式。化蛹率随GBH浓度增加而呈线性下降，在36 g/L时从对照组的56%降至8%。除了直接死亡，研究还观察到一个关键的亚致死发育缺陷：在所有GBH处理组中均出现了“裸蛹”，即幼虫在化蛹时未能构建保护性的茧壳。这些裸蛹通常体重显著轻于正常蛹，且常伴随不同程度的形态畸形（如附肢缺失、头胸部分节不清）。畸形严重程度随着幼虫阶段暴露时间的延长而增加。值得注意的是，裸蛹一旦出现，通常会在24小时内被工蚁取食，因此这本身构成了一种间接的致死发育终点。裸蛹的发生频率并未呈现显著的浓度依赖性，但在低至1.8 g/L的浓度下即可出现，表明发育过程在亚致死剂量下已受到干扰。
3.3.2. C. obscurior工蚁的形态分化
对C. obscurior羽化工蚁的形态计量学PCA分析显示，所有五个测量性状均与代表体型大小的第一主成分相关。尽管各处理组的形态在PCA空间中并未发生显著的整体偏移，但表征组内形态变异范围的椭圆面积（70%置信区间）显著增大。与对照组相比，0.36、3.6、7.2和36 g/L处理组的椭圆面积分别增加了8%、37.7%、70%和26.5%。这表明，在幼虫阶段暴露于GBH，导致了成年工蚁形态稳健性（developmental buffering）的丧失，即压力诱导的去渠化（decanalization），表现为形态变异的增加。
研究结论与讨论
本研究首次证明，口服暴露于商业GBH制剂ETISSO?，可在两种蚂蚁物种中引起显著的致死和亚致死效应。研究发现，蚂蚁工蚁能够检测并规避高浓度的GBH，导致摄食减少和饥饿，这与直接的毒性效应共同促成了高浓度下的高死亡率。然而，更具生态学意义的是在较低、亚致死浓度下观察到的发育影响。C. maculatus幼虫出现了蛹茧缺失和形态畸形，而C. obscurior幼虫则在发育后表现为工蚁形态变异性增加。这些结果表明，蚂蚁幼虫比成年工蚁对GBH暴露更为敏感。
这尤其值得关注，因为社会性昆虫的幼虫通过工蚁的持续饲喂（交哺作用）可能面临累积暴露。因此，仅测试成年工蚁的毒性可能会严重误导对整个蚂蚁群体乃至社会性昆虫的风险评估。本研究的发现与在蜜蜂、草蛉等其他昆虫中报道的GBH亚致死暴露导致的发育障碍、繁殖力下降等现象相一致，共同形成了一个日益清晰的模式：GBH，尤其是其复配制剂，对非靶标节肢动物的发育过程构成普遍威胁。其作用机制可能是多方面的，包括GBH配方（草甘膦及助剂）的直接毒性作用，以及通过破坏对宿主发育至关重要的肠道微生物组平衡而产生的间接影响。
综上所述，这项研究挑战了“GBH对陆生节肢动物无毒”的广泛假设。它强调，当前农药风险评估中忽视口服暴露途径以及缺乏对社会性昆虫（尤其是其幼虫阶段）的测试，可能导致对GBH环境风险的低估。蚂蚁作为生态系统的关键指示生物和广泛存在的类群，应被纳入未来的生态毒理学测试框架。研究呼吁重新评估常见的农药测试方案，并提高对GBH配方中“惰性”助剂潜在毒性的认识。考虑到草甘膦与转基因作物的广泛结合使用及其在非农环境中的应用，将口服暴露途径整合到监管安全测试中，对于更有效地保护生物多样性和生态系统完整性显得愈发迫切。
