吡虫啉和噻虫啉对非靶标土壤生物白符跳虫的毒性评价

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新烟碱类杀虫剂是20世纪80年代研发出来的一类氯化烟酰杀虫剂,吡虫啉是第一种商业化的新烟碱类杀虫剂化合物(1991年)。作为是世界上使用最广泛的杀虫剂之一,新烟碱类杀虫剂通过作用于突触后膜上的烟碱乙酰胆碱受体(nAChR)来影响昆虫中枢神经系统中特定的神经通路。独特的作用方式使它们能够有效地作用于刺吸式口器害虫,如粉虱、螨类和蚜虫。吡虫啉和噻虫啉在不同农业种植系统中广泛使用,在稻田中也是具有代表性且广泛使用的新烟碱类杀虫剂。白符跳虫(Folsomia candida)是一种土壤栖息节肢动物,它通过促进有机物分解和养分循环,在生态系统中起着至关重要的作用。它们是常见且广泛存在于世界各地土壤中的节肢动物,栖息在肥沃的土壤和叶凋落物层中。在本研究中,我们检测了吡虫啉和噻虫啉对白符跳虫的急性和慢性毒性以及亚致死效应,包括对白符跳虫的存活、繁殖、解毒酶活性和转录组学水平的影响。实验结果如下:1.吡虫啉和噻虫啉对白符跳虫的急性毒性。使用9-12天龄期白符跳虫幼虫进行两种杀虫剂的急性毒性测定。处理后14天记录数据。这两种农药对白符跳虫都具有致死效应,吡虫啉和噻虫啉在土壤干重下对其的LC50分别为2.17 mg a.i.kg-1和17.63 mg a.i.kg-1。2.吡虫啉和噻虫啉对白符跳虫的慢性毒性。使用9-12天龄期的白符跳虫幼虫进行两种杀虫剂的慢性毒性测定。处理后28天记录数据。吡虫啉和噻虫啉对白符跳虫幼虫在土壤干重下的慢性LC50,LC30,LC10分别为0.42、0.19、0.022 mg a.i.kg-1和1.32、0.27、0.022 mg a.i.kg-1。此外,吡虫啉和噻虫啉在土壤干重下,对繁殖力的EC50、EC30、EC10分别为0.42、0.053、0.0019mg a.i.kg-1和0.34、0.08、0.0082 mg a.i.kg-1。这些结果表明,长期接触两种杀虫剂对白符跳虫的存活和繁殖都有不利影响。3.在亚致死剂量下,吡虫啉和噻虫啉对解毒酶活性的影响。本研究测定了两种杀虫剂亚致死剂量对白符跳虫解毒酶如细胞色素P450(CYP450),羧酸酯酶(CarEs)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)等的影响。用EC10和EC30剂量处理20天日龄的白符跳虫成虫,用丙酮作为对照。收集处理后24小时、48小时和72小时下存活的成虫,检测解毒酶活性。结果表明:与对照相比,吡虫啉和噻虫啉EC10和EC30处理后24、48和72h时,GST活性显着降低。吡虫啉和噻虫啉EC30处理后72小时,GST活性最低,分别为9.50μmol?min-1?mg-1 protein和5.75μmol?min-1?mg-1 protein。吡虫啉和噻虫啉EC10和EC30处理后72小时观察到CYP450和CarE酶活性有降低趋势。因此可以推论:新烟碱类杀虫剂能导致白符跳虫解毒酶活性降低,解毒酶活性可用作评价新烟碱类化合物对白符跳虫的亚致死效应的生物指标。4.吡虫啉和噻虫啉对转录组谱的亚致死效应。将20天日龄的白符跳虫成虫暴露于吡虫啉或噻虫啉的EC30剂量下,并使用丙酮作为对照。在处理后72小时收集活的成虫用于高通量RNA测序。结果表明:转录组测序之后,得到的unigene中,21815个unigenes可以在数据库中成功注释。在这些成功注释的unigenes中,NCBI NR数据库中有21294个,Swissprot中有17490个,GO中有14549个,KOG数据库中有11550个,KEGG数据库中有3315个。吡虫啉处理之后,与对照相比,得到1845个差异表达基因(DEG),包括960个上调基因和885个下调基因。在噻虫啉处理之后,得到1408个差异表达基因,包括893个上调基因和515个下调基因。吡虫啉处理后,1个AChE基因下调,1个CYP450基因上调,6个CYP450基因下调、5个EST基因下调、2个GST基因下调和1个UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UGT)基因上调,4个UGT基因下调;噻虫啉处理后,11个CYP450基因下调,2个EST基因上调,6个EST基因下调,1个GST基因上调和10个GST基因下调。此外,GO分析表明:吡虫啉和噻虫啉处理后,在下调的基因中,主要由细胞、细胞组分、细胞进程、结合和催化活性途径的相关基因组成。KEGG分析结果表明:涉及细胞色素、类固醇激素生物合成、药物代谢-细胞色素P450、视黄醇代谢、亚油酸代谢和酪氨酸代谢途径的基因均下调。最后,通过定量PCR(qPCR)验证了部分转录组测序结果。总之,本研究从不同侧面评价了吡虫啉和噻虫啉对白符跳虫的毒性,对丰富新型杀虫剂对白符跳虫的毒性评价指标具有指导意义。
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