葡萄籽提取物对代森锰锌诱导的细胞和遗传毒性的定量酚类分析与保护作用研究

《Scientific Reports》：Quantitative phenolic profiling and protective effects of grape seed extract on mancozeb-induced cellular and genetic toxicity

本研究针对农用杀菌剂代森锰锌(Mancozeb)对非靶标生物洋葱(Allium cepa L.)的多层次毒性问题，系统评估了葡萄籽提取物(GSE)的保护效应。通过生理指标(发芽率、根伸长、生物量)、细胞遗传标记(有丝分裂指数MI、微核MN频率、染色体畸变CAs)、生化指标(MDA、脯氨酸、SOD、CAT、叶绿素)及彗星试验(Comet assay)等综合检测，发现150 mg/L代森锰锌可导致显著的氧化应激、DNA损伤和细胞结构破坏，而930 mg/L GSE共处理能有效缓解上述毒性。该研究为农药风险评估及天然植物化学物的生物保护剂应用提供了重要实验依据。

　　

在现代农业体系中，农药作为保障作物产量的重要工具，其使用量呈现持续增长态势。然而，这些化学物质在作用于目标病原体的同时，往往会对非靶标生物及生态环境产生不容忽视的负面影响。代森锰锌(Mancozeb)作为一种已使用超过70年的广谱杀菌剂，因其对400多种植物病原体的有效控制而被广泛应用。但越来越多的证据表明，代森锰锌及其代谢产物乙撑硫脲(Ethylenethiourea)可能对非靶标生物造成神经毒性、内分泌干扰、致畸性、致突变性和致癌性等多重危害。因此，深入探究其毒性机制并寻找有效的解毒策略，已成为环境毒理学和农业安全领域亟待解决的关键问题。

在此背景下，天然植物提取物因其丰富的生物活性成分和较低的环境负荷而受到广泛关注。葡萄籽提取物(Grape Seed Extract, GSE)作为葡萄加工过程中的副产品，富含多酚类物质（如儿茶素Catechin、表儿茶素Epicatechin、槲皮素Quercetin和白藜芦醇Resveratrol等），具有较强的抗氧化、抗炎和细胞保护活性。然而，GSE能否有效拮抗代森锰锌诱导的综合性毒性，尤其是在模式生物洋葱(Allium cepa)中从生理、细胞遗传、生化、解剖乃至基因毒性层面的系统保护效应，尚缺乏全面评估。

为此，研究人员在《Scientific Reports》上发表了题为“Quantitative phenolic profiling and protective effects of grape seed extract on mancozeb-induced cellular and genetic toxicity”的研究论文，旨在通过多端点生物检测体系，明确代森锰锌的毒性效应及GSE的干预作用。

本研究采用洋葱作为生物指示物，设定了六个实验组：阴性对照组（自来水）、两个GSE单独处理组（465 mg/L和930 mg/L）、代森锰锌单独处理组（150 mg/L）以及两个代森锰锌与GSE共处理组。研究团队运用高效液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS)对GSE中的酚类成分进行定量分析；通过测定发芽率、根长和鲜重增量评估生理毒性；采用醋酸洋红染色法观察有丝分裂指数(MI)、微核(MN)频率和染色体畸变(CAs)；通过彗星试验检测DNA损伤；测定丙二醛(MDA)含量、脯氨酸积累量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性以及叶绿素a和b含量作为氧化应激和光合作用指标；并利用显微镜观察根尖分生组织的解剖结构变化。

生理结果

代森锰锌处理导致洋葱发芽率下降49%，根长缩短约3.96倍，鲜重增量减少6.67倍。而GSE共处理（尤其是930 mg/L）使发芽率提高23%，根长和鲜重分别恢复至对照组的2.37倍和4.33倍，表明GSE能显著缓解代森锰锌对植物生长的抑制。

遗传毒性结果

代森锰锌使有丝分裂指数(MI)下降36.3%，彗星试验中头部DNA百分比降低66.9%，微核(MN)和各类染色体畸变(CAs)（包括染色体片段、粘性染色体、桥、染色质不均等分布、异常有丝分裂、定向障碍和双核细胞）显著增加。GSE共处理使MI提高17.4%，头部DNA百分比上升31.6%，MN频率下降约1.53倍，损伤指数从336±35.5降至258.4±29.8（930 mg/L GSE组），显示GSE对遗传物质具有显著保护作用。

生化结果

代森锰锌引起氧化应激标志物升高：MDA含量增加2.93倍，脯氨酸积累提高2.20倍，SOD和CAT活性分别增强2.17倍和2.76倍，而叶绿素a和b含量分别下降2.88倍和3.16倍。GSE共处理使MDA降低2.06倍，脯氨酸减少1.63倍，SOD和CAT活性分别下降1.39倍和1.55倍，叶绿素a和b含量恢复至接近对照组水平。

解剖学结果

代森锰锌导致根尖分生组织表皮和皮层细胞严重损伤、细胞核扁平化及导管组织增厚。GSE共处理显著减轻上述病变，其中930 mg/L GSE组几乎完全抑制了导管组织增厚。

GSE的保护作用机制

LC-MS/MS分析显示，GSE中含有16种酚类化合物，其中儿茶素(73.926 μg/g)和表儿茶素(26.376 μg/g)含量最高，其次为槲皮素(7.212 μg/g)、白藜芦醇(6.246 μg/g)等。这些成分通过其强大的自由基清除能力和抗氧化活性，有效中和代森锰锌诱导的活性氧(ROS)，从而减轻脂质过氧化、DNA损伤和细胞结构破坏。

本研究通过多层次毒性终点验证了GSE对代森锰锌毒性的显著缓解作用，不仅深化了对农药生态风险的认识，也为开发基于天然提取物的生物保护剂提供了科学依据。研究强调，在推广农药使用的同时，应加强其环境行为监测与剂量控制，并探索GSE等植物化学物作为膳食补充剂或农业助剂的潜在应用价值，以实现农业生产与生态安全的平衡。