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我校季晨阳博士在ES&T发文揭示了联苯菊酯在水生生物体内的不同发育阶段及物种间的手性代谢差异
作者:季晨阳  摄影: 编辑:学校办公室 时间:2021-06-16 点击数:

近日,我校交叉科学研究院季晨阳博士在American Chemical Society旗下环境领域TOP期刊Environmental Science & Technology发表了题为“Stage dependent enantioselective metabolism of bifenthrin in embryos of zebrafish (Danio rerio) and Japanese medaka (Oryzias latipes)”的研究成果,揭示了典型拟除虫菊酯农药联苯菊酯在水生生物体内的不同发育阶段及物种间的手性代谢差异。

联苯菊酯是一类典型的拟除虫菊酯杀虫剂,被广泛用于农业及室内害虫的控制。作为典型的手性农药,商用的联苯菊酯制剂包含了两种cis-型对映体。两种手性对映体具有相同的理化特征但在生化和生理方面的效应却存在手性差异。前期研究表明联苯菊酯对斑马鱼胚胎具有抗雌激素活性而对孵化后的幼鱼具有雌激素效应。因此需要评价联苯菊酯在斑马鱼胚胎不同发育阶段代谢的手性差异以确定内分泌干扰效应的差异是否源于胚胎发育后期更多活性代谢产物的生成。此外,还有研究报道联苯菊酯对成年青鳉鱼也具有雌激素活性。因此,本研究还对比了联苯菊酯在斑马鱼和青鳉鱼胚胎不同发育阶段的代谢情况。

本研究以胚胎肝脏发育情况界定胚胎发育的不同阶段,结合HPLC-UV和UPLC-MS/MS分析了联苯菊酯对映体在斑马鱼和青鳉鱼胚胎的代谢产物。研究发现,联苯菊酯在斑马鱼胚胎体内代谢成为羟基化代谢产物(4-羟基联苯菊酯),且肝脏发育后胚胎内的代谢产物显著多于肝脏发育前阶段。b-葡萄糖醛酸酶共处理实验表明,4-羟基联苯菊酯随后通过结合反应代谢;而CYP450抑制剂处理明显降低了代谢产物的生成。而且联苯菊酯的代谢明显呈现手性差异,1R-cis-BF对映体处理组的斑马鱼胚胎内代谢产物明显高于1S-cis-BF处理组。但是,不同发育阶段的青鳉鱼胚胎内均未检测到任何代谢产物。这一研究结果也提示我们需要继续深入研究联苯菊酯在青鳉鱼体内的代谢机制。

图1.不同发育阶段斑马鱼胚胎暴露联苯菊酯后代谢产物4-羟基联苯菊酯的生成情况


图2.UPLC-MS/MS鉴定代谢产物4-羟基联苯菊酯


总的来说,该研究揭示了联苯菊酯在斑马鱼胚胎不同发育阶段代谢的手性差异并初步研究了联苯菊酯代谢的物种差异。研究结果有助于解释联苯菊酯在斑马鱼胚胎不同发育阶段内分泌干扰效应方面的差异,并未科学的使用手性农药提供理论依据。

该研究得到了UCR/AES Research Support Allocation Program、the USDA Multistate Program (W-3045)和国家留学基金委资助。浙江树人大学交叉科学研究院季晨阳博士为第一及通讯作者。合作作者包括美国加州大学河滨分校Daniel Schlenk教授、Jay Gan教授、Jason T. Magnuson博士、博士生Philip Tanabe、史清扬、Victoria McGruer, 中国农业科学院茶叶研究所王新茹博士,中国农业大学钱乐博士,美国密西西比大学Rama S. Gadepalli博士和 John Rimoldi博士。


全文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.1c01663


(撰稿:季晨阳)

(消息来源:交叉科学研究院 )

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