阿维菌素在水产养殖生态系统中降解、毒性及其生态风险分析.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 18 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.18,No.3 Jun.2023 基金项目:上海市科技兴农重点攻关项目(2018-02-08-00-07-F01549);中国水产科学研究院基本科研业务费资助项目(2020TD41)第一作者:向阳(1999),男,硕士研究生,研究方向为水产动物药理学,E-mail:; *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220712002向阳,王元,李乐天,等.阿维菌素在水产养殖生态系统中降解、毒性及其生态风险分析J.生态毒理学报,2023,18(3):248-259Xiang Y,Wang Y,Li L T,et al.Degradation,toxicity and ecological risk analysis of avermectin in aquaculture ecosystem J.Asian Journal of Ecotoxicol-ogy,2023,18(3):248-259(in Chinese)阿维菌素在水产养殖生态系统中降解、毒性及其生态风险分析向阳1,2,王元1,李乐天1,2,张卫卫1,胡鲲2,房文红1,*1.中国水产科学研究院东海水产研究所,农业农村部东海渔业资源开发利用重点实验室,上海 2000902.上海海洋大学水产与生命学院,上海 201306收稿日期:2022-07-12 录用日期:2022-09-15摘要:阿维菌素是一种具有杀虫驱虫作用的十六元大环内酯类聚酮化合物,广谱、高效、低毒,广泛应用于种植业、畜牧业的寄生虫防治,对水生动物的多种寄生虫具有良好的杀虫和驱虫效果。水产养殖环境中阿维菌素主要来源于种植业灌溉排水、畜牧业废水和水产养殖用药;水环境中阿维菌素降解受光解、水解、植物降解、微生物降解和土壤吸附等多重因素影响,光解是阿维菌素降解的主要途径。阿维菌素对鱼类的毒性存在着种属差异,对不同类别水生生物的急性毒性也存在着明显的差异。对水生节肢动物中的枝角类毒性最大,而对克氏原螯虾、日本沼虾等的毒性相对较小。因此,在使用阿维菌素驱杀靶标寄生虫的同时更要关注其对非养殖动物非靶标生物的安全性。从阿维菌素理化性质、危害来源、降解途径,以及水环境生态归趋和对水产动物毒性进行分析,评价了阿维菌素在水产养殖环境中生态风险,为指导阿维菌素在水产养殖中科学使用提供理论依据。关键词:阿维菌素;水产养殖;毒性;降解;生态风险评价文章编号:1673-5897(2023)3-248-12 中图分类号:X171.5 文献标识码:ADegradation,Toxicity and Ecological Risk Analysis of Avermectin in Aq-uaculture EcosystemXiang Yang1,2,Wang Yuan1,Li Letian1,2,Zhang Weiwei1,Hu Kun2,Fang Wenhong1,*1.East China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Key Laboratory of East China Sea FisheryResources Exploitation,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Shanghai 200090,China2.College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,ChinaReceived 12 July 2022 accepted 15 September 2022Abstract:Avermectin,which is a kind of 16-membered ring macrolide polyketone compound,has insecticidal andrepellent activities.Because of its broad spectrum,high efficiency and low toxicity,avermectin is not only widelyused in the control of parasites in crop farming and animal husbandry,but also has good insecticidal and anthelmin-tic effects on various parasites of aquatic animals.Avermectin in the water environment mainly comes from irriga-tion drainage of crop farming,animal husbandry wastewater and aquaculture drug input.The degradation of aver-mectin in the water environment is affected by multiple factors such as photodegradation,hydrolysis,phytoremedi-第 3 期向阳等:阿维菌素在水产养殖生态系统中降解、毒性及其生态风险分析249 ation,micro-biological degradation and soil adsorption.Photodegradation is the main way of avermectin degrada-tion.There are species differences in the toxicity of avermectin to different fishes.And there are also obviousdifferences in the acute toxicity of avermectin to different types of aquatic organisms.The acute toxicity of aver-mectin to cladocerans was the highest among aquatic arthropods,while it is relatively less toxic toProcambarusclarkiaandMacrobrachium nipponense.Therefore,when using avermectin to kill target parasites,more attention?should be paid to its safety against non-farmed animals and non-target organisms.This review analyzes the physicaland chemical properties,hazard sources,degradation pathways of avermectin,and its toxicity to aquatic animals andits ecological fate in the aquatic environment,evaluates the ecological risk of avermectin in aquaculture environ-ment,which provides theoretical basis for guiding scientific use of avermectin in aquaculture.Keywords:avermectin;aquaculture;toxicity;degradation;ecological risk assessment 阿维菌素(avermectin,AVM)是一类十六元大环内酯类聚酮化合物,具有杀虫、杀螨、杀线虫等活性,是广泛应用的生物型农药和兽药1-3,在我国种植业和畜牧业害虫防治体系发挥了重要作用。AVM 因其广谱、低毒、高效等优点,曾被应用于水产养殖动物的寄生虫病防治,对鱼类体内外寄生虫如中华鳋、锚头鳋、鱼虱等4-5,以及虾蟹体表寄生虫等6有较好的驱杀效果。水产养殖中 AVM 多是以全池泼洒方式施用,在驱杀靶标寄生虫的同时,对养殖动物、环境生物等非目标生物存在着潜在的毒副作用;施用后 AVM 与水中颗粒物的结合,在水和沉积物中的稳定性,以及水环境中的降解途径及其影响因素,是决定 AVM 素活性的重要因素。本文收集整理了相关文献对上述问题进行了分析和评价,以期为AVM 在水产养殖中的应用提供理论依据。1阿维菌素分子结构及药理特性(Molecularstructure and pharmacological properties of aver-mectin)1.1 阿维菌素分子结构AVM 为阿维链霉菌(Streptomyces avermitilis)发?酵产生的次级代谢产物7,天然 AVM 中包含 8 个组分,有 4 个较多的组分(A1a、A2a、B1a 和 B2a),其总含量80%,还有 4 个较少的组分(A1b、A2b、B1b和 B2b)(图 1),其总含量20%。AVM 中 B1a 和B1b 为主要药效成分,其中 B1a 不低于 90%、B1b不超过 5%,原料药中以 B1a 来标定8-9。1.2 阿维菌素的作用机理作为一种绿色生物型农药兽药,AVM 与线虫和节肢动物体内的特异位点结合产生一系列的电生理和生物化学反应,从而发挥杀虫驱虫等生物活性。作用于-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GA-BA)介导的神经系统调节是 AVM 作用机理的最初解释。AVM 作为 GABA 激动剂,促使神经末梢GABA 大量释放,可导致由 GABA 介导的中枢神经及神经肌肉间传导受阻,产生长时间高强度抑制效应,使寄生虫麻痹致死,达到驱虫或杀虫效果10。在正常使用剂量下,由于哺乳动物的血脑屏障作用,导致药物在中枢神经系统的分布浓度很低,不足以引起 GABA 的释放。因此,AVM 在哺乳动物中使用是相对安全的。AVM 的另一个作用机理是,可以引起与 GABA系统无关的谷氨酸门控氯离子通道的开放,该通道广泛存在于线虫、节肢动物等体内11。AVM 进入机体神经元突触后与原本由谷氨酸控制的谷氨酸门控氯离子通道结合,结合后会延长氯离子通道的开放,导致大量的氯离子由突触间隙进入运动神经元末端,引起神经元休止电位的超极化,使正常的动作电位不能释放,阻断神经信号传递,最终引起虫体麻痹或死亡12。然而,吸虫和绦虫体内由于缺少受谷氨酸控制的氯离子通道,导致 AVM 对吸虫和绦虫无效13;在哺乳动物体内同样未发现受谷氨酸控制的氯离子通道14。AVM 8 个同系物对细菌、真菌和原生动物没有抑制作用,但是对牲畜体内的寄生线虫、昆虫和螨类却具有很高的活性,其中 B1 杀虫活性最高,杀虫谱最广,B2 次之,且对哺乳动物最安全。2 水产养殖环境中阿维菌素的主要来源及迁移转化(Major sources,migration and transformationof avermectin in aquaculture environments)2.1 阿维菌素的来源水产养殖环境中 AVM 的来源主要有水源带入和水产养殖用药两部分,其中水源 AVM 污染主要来自种植业排放水、畜牧业养殖废水,以及工厂(药厂)废水等。农作物喷洒 AVM 农药,吸附在植物体和土壤250 生态毒理学报第 18 卷图 1 阿维菌素异构体结构式图8Fig.1 S