甲氧基丙烯酸酯类农药生态毒理及其微生物降解

然而，化学农药使用是一把双刃剑。在我国，化学农药超剂量、超范围的使用和施药技术的落后，导致生态环境和农产品中农药残留问题日益突出，直接或间接地损害人类健康。已有文献陆续报道该类农药并不像先前人们所认为的对非靶标生物安全和环境友好，不会造成污染或中毒。相反，甲氧基丙烯酸酯类农药的大量、频繁使用已给生态环境和人类健康带来潜在的巨大威胁［6-7］。如何消除环境及农产品中的甲氧基丙烯酸酯类农药污染已成为科研工作者亟待解决的科研命题。目前国内外研究的农药残留降解方法主要有物理、化学和生物降解3个方面［8］。相对于比较成熟的物理和化学降解方法，生物降解方法具有高效、安全、无残留、无二次污染等优点，是消除和降解农药残留的一种安全、有效的方法［9］。

本文将介绍甲氧基丙烯酸酯类农药的发展历程、生态毒理及其微生物降解的研究现状，旨在为研究和开发微生物降解制剂产品去除该类农药残留污染提供理论和技术支撑。

1 甲氧基丙烯酸酯类农药的发展历程

1969年，捷克科学家Musilek等［10］在一种木腐担子菌——霉状小奥德蘑（Oudemansiella mucida）中发现有抗真菌活性的小奥德蘑素A（Oudemansin A），并制作成抗真菌软膏用于治疗人类的皮肤病。这是最早分离出来的β-甲氧基丙烯酸酯，后来称之为Strobilurin A。1977年，德国科学家Anke等［11］在另一种真菌——附胞球果菌（Strobilurus tenacellus）中发现了同类化合物嗜球果伞素A（Strobilurin A）。至此这类具有抗菌活性的天然化合物引起了许多科研工作者的注意，并分离鉴定出多种的天然β-甲氧基丙烯酸酯，如 Strobilurin B［12］，Strobilurin C［13］等。1996年，先正达、巴斯夫两家公司对这类化合物的结构进行优化改造，并先后成功研发出嘧菌酯和醚菌酯。随后一系列的以β-甲氧基丙烯酸酯衍生物为先导化合物的杀菌剂，即甲氧基丙烯酸酯类农药（部分品种结构如图1）被研发并投入生产使用［14］。

图1 部分甲氧基丙烯酸酯类农药品种的化学结构

2 生态毒理

甲氧基丙烯酸酯类农药的作用机制是真菌线粒体呼吸抑制剂。它们能特异地与作物病原真菌呼吸系统中的质子传递复合体Ⅲ的Qo位点键合，阻断了细胞色素b和c1之间的电子传递，干扰ATP产生，从而影响了病原真菌体内的能量循环，达到抑制真菌生长和杀菌的效果［15］。独特的作用机理使甲氧基丙烯酸酯类农药作为高效杀菌剂而被广泛应用于多种作物的真菌病害防治［16］。但是，随着其使用量与使用范围的不断增加，该类杀菌剂的残留问题和环境安全问题日益严重，引起世界各国对该类杀菌剂的生态毒理进行探讨研究的重视。

2.1 对水生生物的生态毒性

大型溞（Daphnia magna）被广泛地用于检测水体中植物检疫产品（如杀菌剂）残留物的生态毒性，其灵敏度要比费氏弧菌（Vibrio fisheri）高［17］。Cui等［18］研究发现，甲氧基丙烯酸酯类农药中的醚菌酯、吡唑醚菌酯和肟菌酯分别在20 μg/L、0.15 μg/L和0.2 μg/L浓度下对大型溞具有毒性，而这组浓度分别接近于各自在环境中的残留浓度，即环境中的醚菌酯、吡唑醚菌酯和肟菌酯足以对大型溞产生毒害。

嘧菌酯及其代谢物R在土壤中经过长期的沥滤后，随着地下水直接流往并大量地累积在地表水中［19］。而嘧菌酯被认为对水生生物具有很高的毒性，浓度小于1 mg/L就足以导致50%的鱼类死亡（EC50，96h）或对50%的藻类（EC50，72h）和无脊椎动物（EC50，48h）产生影响［20］。Olsvik 等［21］分析得到嘧菌酯通过干扰线粒体的呼吸作用机制对大西洋鲑鱼的幼鱼生长和繁殖产生不良的影响。Gustafsson［22］研究了嘧菌酯对咸水水域中群落结构和功能的影响，结果显示，嘧菌酯在相当低的浓度下对桡足类动物具有毒性，并会直接影响浮游动植物的群落结构。Garanzini［23］等研究发现，嘧菌酯明显地抑制绿狐尾藻的抗氧化酶系统，并使其产生明显的脂质过氧化损伤和DNA损伤。

总之，甲氧基丙烯酸酯类农药对水生生物均具有很高的毒害作用，农药进入水体生态环境后，直接影响水生生物的群落结构和生活环境，因此在实际生产中需合理规范地使用此类农药。另外，对于嘧菌酯的主要代谢物R，目前还没有相关文献关注它是否对水生生物具有毒性，但由于它长期暴露并大量累积在水体中，R始终是脆弱的水体环境和饮水资源的一个潜在威胁，应加以重视。

文章来源：《生态毒理学报》 网址: http://www.stdlxbzz.cn/qikandaodu/2021/0709/1570.html