海岸带生态系统中药剂非靶标毒性效应：除草剂Imazapyr对盐地碱蓬的多组学毒性机制研究

《Marine Pollution Bulletin》：Assessment of the non-target toxicity effects of the herbicide imazapyr on Suaeda salsa in coastal ecosystems

本研究针对海岸带入侵植物互花米草防治中广泛使用的除草剂Imazapyr，通过多组学技术系统评估其对非靶标植物盐地碱蓬的生态毒性效应。研究发现Imazapyr通过抑制光合作用关键基因表达、破坏一氧化氮（NO）信号转导、干扰类苯丙烷代谢通路，导致防御能力衰竭，最终造成植物倒伏死亡，揭示了该除草剂对沿海原生植物的潜在生态风险。

　　

在海岸带生态系统中，一种名为互花米草（Spartina alterniflora）的入侵植物正以前所未有的速度蔓延，严重威胁着沿海湿地的生物多样性。这种原产于北美东海岸的盐沼植物，凭借其强大的繁殖能力和环境适应性，迅速侵占着我国沿海滩涂，与芦苇（Phragmites australis）、盐地碱蓬（Suaeda salsa）等本土植物争夺生存空间。为控制其扩散，化学除草剂成为最常用的治理手段，其中Imazapyr因其高效、经济的特点被广泛应用。然而，这种广谱性除草剂在消灭入侵物种的同时，是否会对生态位相邻的非靶标生物产生"误伤"？这一问题尚未得到系统解答。

盐地碱蓬作为我国北方盐碱地的先锋植物，在维持海岸带生态平衡方面发挥着重要作用。它不仅能够改良盐渍土壤，还为众多野生动物提供栖息地，具有显著的生态和经济价值。由于与互花米草共享高潮滩栖息地，在喷洒除草剂防治入侵植物时，盐地碱蓬很可能成为"无辜的受害者"。尽管已有研究证实Imazapyr对互花米草具有良好防效，但其对盐地碱蓬等非靶标生物的生态安全性评估仍存在空白。

为解答这一科学问题，烟台大学的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》上发表了最新研究成果。他们采用田间喷施实验，从生理、转录组和解毒代谢三个层面，系统揭示了推荐浓度下Imazapyr对盐地碱蓬的毒性效应机制。研究通过叶绿素荧光成像、转录组测序和代谢物检测等技术手段，动态监测了施药后1-21天内植物的生理和分子响应。

关键技术方法包括：在沿海湿地设置对照和处理组的田间实验设计，使用成像脉冲振幅调制叶绿素荧光仪监测光合参数，通过转录组测序分析基因表达变化，采用液相色谱-质谱联用技术检测除草剂残留。

研究结果揭示了一个清晰的毒性发展时序：

光合效率影响方面，施药后1天即观察到光系统II（PSII）最大电子传输速率（rETR_max）显著下降，表明光合作用受到抑制。同时，类苯丙烷代谢途径和次级代谢相关基因表达上调，植物启动早期防御机制。

信号转导调控显示，至7天时一氧化氮合酶基因表达下调，伴随NO水平降低，破坏了应激反应的早期信号转导。光合相关基因及类胡萝卜素、木质素、黄酮类生物合成通路均出现下调，表明代谢物耗竭和防御能力受损。

形态结构变化方面，10天时植株出现明显倒伏现象，与光合作用、苯丙烷和独脚金内酯通路基因下调相关，能量代谢和防御能力严重受损。

除草剂残留检测发现，14天时Imazapyr在植物体内积累达到毒性诱导水平（299.358 ng/g），同时出现广泛失绿现象。

研究结论表明，Imazapyr通过抑制光合作用、破坏防御相关代谢网络，对盐地碱蓬造成不可逆损伤。这一发现强调了在海岸带生态系统管理中，需要审慎评估除草剂使用的生态风险，为制定更精准的环境管理策略提供了科学依据。该研究不仅填补了Imazapyr非靶标毒性效应的研究空白，也为海岸带入侵植物综合治理提供了重要参考。