《Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening》：Combined effects of thermal variability and chlorpyrifos exposure on the physiology and immunity of the African clawed frog (
Xenopus laevis)
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气候变化加剧水体温度波动和农药毒性对蛙类生理的影响。本研究通过暴露非洲爪蟾于恒定（23℃）和波动（23±7℃）水温及低浓度毒死蜱（1μg/L）环境，发现农药单独作用显著抑制活动能力、代谢率和抗氧化酶活性，同时与热变率协同作用加剧氧化应激和免疫紊乱。热变率通过非线性体温效应放大农药毒性，揭示环境胁迫叠加效应的生态风险。
迭戈·兰达埃塔（Diego Landaeta）|费利佩·阿尔瓦雷斯-韦加拉（Felipe álvarez-Vergara）|胡安·卡洛斯·桑切斯-埃尔南德斯（Juan Carlos Sanchez-Hernandez）|巴勃罗·萨巴特（Pablo Sabat）
智利大学科学学院生态科学系，智利圣地亚哥纽诺阿市7750000
摘要
气候变化正在全球范围内提高水生环境的平均温度和温度变异性，这可能加剧了人为污染物的毒性。由于两栖动物具有复杂的生命周期、通透的皮肤以及变温的特性，它们对这些压力因素特别敏感，从而导致其自然种群的持续减少。然而，农药暴露与水生环境温度变异性的综合影响——这两种因素都由人类活动驱动——对两栖动物生理的影响仍缺乏研究。本研究评估了非洲爪蟾（Xenopus laevis）在两种温度条件下的生理、生化和免疫反应：恒定温度（23°C）和可变温度（23±7°C）。实验中将动物暴露于无农药的水中（0 μg/L）或1 μg/L的氯吡硫磷（Chlorpyrifos，简称P）环境中，持续14天。研究结果表明，农药暴露是导致生理功能受损的主要因素，显著降低了运动能力、代谢率、抗氧化防御机制以及丁酰胆碱酯酶的活性。此外，在温度变异性和农药暴露的共同作用下，与免疫和氧化应激相关的指标也有所升高。这些发现强调了在评估农药影响时考虑环境温度变异性的重要性，因为温度的升高和波动都会加剧农药对青蛙和蟾蜍的负面影响。
引言
气候变化和人为干扰正在导致全球生物多样性的丧失（Bahl等人，2024年；Bozinovic和Cavieres，2019年）。在受影响最严重的物种中，两栖动物的数量正在全球范围内减少——目前有超过40%的物种面临灭绝威胁（Proki?等人，2026年）——这突显了了解新兴环境压力因素如何影响其生理和行为表现的重要性。由于两栖动物具有复杂的生命周期和高度通透的皮肤，它们对这些压力因素特别敏感，皮肤几乎无法阻挡污染物的吸收（Sinai等人，2024年）。虽然栖息地破碎化和农药被认为是导致种群减少的主要因素（Mestre等人，2019年；Santos等人，2025年），但这些因素会损害它们的免疫力、运动能力并影响生存（Boualit等人，2023年；Sparling和Fellers，2009年；Souza-Ferreira等人，2025年），而温度压力与污染物之间的相互作用可能会引发“调节过载”，从而减少用于解毒的能量（Sinai等人，2024年）。尽管已经有很多关于单一因素影响的研究（Arambourou和Stoks，2015年；Quiroga等人，2019年），但温度变异性和污染物的综合影响仍严重不足（Wu等人，2025年），因为大多数研究仍然只关注孤立的因素（Sinai等人，2024年）。
变温动物的温度响应遵循非线性的温度性能曲线（TPCs）（Bozinovic等人，2013年；Cavieres等人，2020年；Vasseur等人，2014年）。根据Jensen不等式，仅凭平均温度无法预测在波动环境中的生理速率（Bernhardt等人，2018年）。温度变异性可能会根据波动是处于TPC的加速阶段还是下降阶段而增强或削弱动物的性能（álvarez-Duhart等人，2024年；Estay等人，2014年；Stocker等人，2024年）。由于每日温度波动正在加剧（Stoks等人，2017年），这些非线性动态可能通过加速代谢或热应激来调节污染物的毒性（Stocker等人，2024年）。虽然一些研究表明温度波动可以通过提供恢复期来减轻农药的毒性（Op de Beeck等人，2017年；Delnat等人，2021年），但也有研究指出温度波动会加剧应激反应（Verheyen和Stoks，2019年；Willming等人，2013年），因此需要进一步探讨温度变异性与化学压力因素之间的相互作用（Verheyen等人，2019年）。
氯吡硫磷（Chlorpyrifos，简称CPF）是一种广泛使用的有机磷（OP）农药（John和Shaike，2015年），它作用于害虫和非目标脊椎动物的胆碱能系统（Arambourou和Stoks，2015年；Narváez等人，2022年），包括两栖动物（Attademo等人，2015年；Lajmanovich等人，2018年）。进入生物体后，CPF在细胞色素P450酶的作用下被生物活化为氯吡硫磷-氧酮（Chlorpyrifos-oxon），这种代谢物对丝氨酸酯酶的活性位点具有高亲和力（Chambers等人，2011年）。这种代谢物会不可逆地抑制乙酰胆碱酯酶（AChE），导致神经肌肉过度兴奋和麻痹（Lionetto等人，2013年；Sandoval-Herrera等人，2019年）。因此，测量AChE的活性以及丁酰胆碱酯酶（BChE）和羧基酯酶（CbE）等替代酯酶的活性至关重要（Lionetto等人，2013年），因为这些酶作为化学计量清除剂，可以结合氧酮并保护突触中的AChE（álvarez-Vergara等人，2022年；Maxwell，1992年）。由于这些生理紊乱会影响到生物体的功能，运动能力是评估农药暴露影响的关键行为生物标志物（Cortes等人，2016年；Quiroga等人，2019年；Sandoval-Herrera等人，2019年；Souza-Ferreira等人，2025年）。
除了神经毒性外，CPF暴露还会引起氧化应激，因为其生物活化过程会产生活性氧（ROS）作为副产物（Livingstone等人，1993年；Silvestre，2020年），这些活性氧可能会超出细胞的防御能力。此外，温度可以影响调节活性氧产生的代谢过程，从而可能导致两栖动物发生氧化应激（Petrovi?等人，2023年）。如果活性氧的积累超过了抗氧化酶和非酶清除剂的中和能力，就会导致氧化损伤（Livingstone等人，1993年）。因此，激活抗氧化系统是一种补偿机制，用于抵消这些负面影响并维持细胞稳态（David等人，2012年；Labrada-Martagón等人，2024年）。CPF还会扰乱生物能量代谢；低浓度暴露可能会由于解毒需求而增加代谢率（Narváez等人，2022年），但高浓度或同时存在的其他压力因素通常会抑制代谢（Weis和Candelmo，2012年），主要是通过损害线粒体和将能量从生长和维持过程重新分配来实现（Thosapornvichai等人，2022年）。因此，代谢率是衡量农药暴露生理代价的综合生物标志物（Bech等人，2020年；Narváez等人，2016年）。
除了代谢效应外，农药引起的应激还会破坏免疫功能（Davis和Maney，2018年）。尽管CPF的免疫毒性机制尚未完全阐明，但活性氧对白细胞的损伤（Marchand等人，2017年）以及与糖皮质激素释放相关的内分泌紊乱（Ubaid Ur Rahman等人，2021年）被认为会改变免疫状态。因此，白细胞计数的变化和中性粒细胞/淋巴细胞（N/L）比例的变化可以提供有关生物体系统应激水平和疾病易感性的宝贵信息（Davis和Maney，2018年；Mestre等人，2019年）。尽管这些反应在生态学上具有重要意义，但关于温度-农药相互作用的研究主要集中在水生无脊椎动物（Willming等人，2013年；Verheyen和Stoks，2019年）或幼体阶段（Rumschlag等人，2014年）。成年两栖动物既生活在水中也生活在陆地上，其生命周期中会面临多种相互作用的压力因素；然而，这些压力因素如何共同影响综合生理特征——包括生物能量代谢、解毒能力、免疫状态和运动能力——仍然研究不足。
为了解决这一空白，我们评估了非洲爪蟾（Xenopus laevis）在温度变化环境中同时暴露于CPF时的生理反应。我们假设这些综合压力因素会带来更高的稳态成本，因为能量需要从关键功能中转移出来，以支持昂贵的解毒和应激反应。我们预测，双重压力下的动物会：（i）表现出较低的解毒能力和抗氧化防御能力，从而增加氧化损伤的易感性；（ii）由于能量限制和/或神经毒性效应，代谢率和运动能力下降；（iii）显示升高的N/L比例，表明存在慢性系统应激。理解这些机制相互作用对于预测两栖动物种群在气候不稳定和农业污染双重威胁下的恢复能力至关重要。
部分内容摘录
动物与捕获
Xenopus laevis被选为一个标准化的生态毒理学模型（Souza-Ferreira等人，2025年），其生理灵活性已被充分研究（Sabat等人，2005年）。这种水生生活方式确保了它们持续暴露于水传播的压力因素中（Qin和Xu，2006年），从而排除了行为回避的可能性，并使得量化两栖动物对慢性环境压力的代谢和氧化代谢权衡成为可能（álvarez-Vergara等人，2022年）。
收集了20只成年雌性
体型与运动能力
初始体重在各处理组之间没有差异（温度组：F(1, 16) = 0.154，p = 0.700；农药组：F(1, 16) = 0.529，p = 0.477；交互作用组：F(1, 16) = 1.114，p = 0.307，表明起始体型相当。同样，14天后的最终体重也没有受到温度处理（F(1, 16) = 0.102，p = 0.753）、农药暴露（F(1, 16) = 0.409，p = 0.532）或它们之间的交互作用（F(1, 16) = 0.893，p = 0.359的影响（表1）。相比之下，运动能力（翻正反应频率）
对综合压力因素的整合响应
本研究评估了成年水生无尾目动物在温度变异性和农药暴露下的综合生理成本，超出了以往主要针对无脊椎动物（例如Willming等人，2013年；Verheyen和Stoks，2019年）或幼体阶段（Rumschlag等人，2014年）的研究范围。通过使用X. laevis，我们在持续暴露于水传播压力因素的条件下量化了这些成本，这些因素阻止了行为回避。我们的多生物标志物结果支持了气候变化对毒素影响的观点
CRediT作者贡献声明
迭戈·兰达埃塔（Diego Landaeta）：撰写——初稿、方法论、研究设计、数据分析、概念构建。费利佩·阿尔瓦雷斯-韦加拉（Felipe álvarez-Vergara）：撰写——审稿与编辑、方法论、研究设计、数据分析、概念构建。胡安·卡洛斯·桑切斯-埃尔南德斯（Juan Carlos Sanchez-Hernandez）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论、研究设计、概念构建。巴勃罗·萨巴特（Pablo Sabat）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论
致谢
我们感谢Andrés Sazo在野外采样和实验室中照顾青蛙方面的帮助。应用生态学中心（Elab）对用于动物容器的水进行了化学分析。我们还要感谢智利大学有机与环境化学实验室的Fallon Nacaratte博士和Sebastian Ortiz女士使用HPLC方法对氯吡硫磷进行了化学分析。本研究得到了
