新型二酰胺类杀虫剂cyclaniliprole对大型溞的生态风险多层级解析：从急性毒性到分子机制

《Environmental Pollution》：The ecological risk of diamide insecticide cyclaniliprole to Daphnia magna: A multi-level comprehensive analysis

本研究针对新型二酰胺类杀虫剂cyclaniliprole对水生模式生物大型溞(Daphnia magna)的生态风险展开多层级综合评估。研究发现cyclaniliprole对大型溞具有高急性毒性(LC50为0.081 mg/L)，显著抑制其摄食和跳跃行为，诱导氧化应激和神经毒性。通过转录组学和分子对接技术，揭示其通过靶向鱼尼丁受体(RyR)干扰钙信号通路，导致细胞内钙失衡。该研究为新型杀虫剂的环境风险评估提供了重要基线数据和方法学参考。

　　

随着全球农业害虫防治需求的不断增加，二酰胺类(diamide)杀虫剂已发展成为全球第三大杀虫剂类别。这类杀虫剂通过作用于昆虫体内的鱼尼丁受体(ryanodine receptor, RyR)，维持其持续激活状态，导致细胞内钙离子过度释放，最终引起昆虫肌肉麻痹和死亡。然而，在高效杀虫的同时，这类农药对水生生态系统，特别是甲壳类水生生物的潜在风险日益引起关注。

在二酰胺类杀虫剂家族中，cyclaniliprole作为一种新型成员，由日本石原产业株式会社开发，其化学结构虽与氯虫苯甲酰胺(chlorantraniliprole)相似，但作用位点存在差异，能够作用于RyR的变体，对鳞翅目、鞘翅目、双翅目和缨翅目等多种害虫具有广谱杀虫活性。值得注意的是，cyclaniliprole在水-沉积物系统中具有较高的持久性，在黑暗条件下的半衰期可达468-656天，这增加了其对水生态环境的潜在风险。

大型溞(Daphnia magna)作为淡水生态系统中重要的初级消费者，在能量传递中扮演关键角色，同时因其对环境污染物具有敏感的生理和行为响应，被广泛认为是生态毒理学研究的模式生物。鉴于cyclaniliprole的大规模应用前景，系统评估其对水生生物的生态风险具有重要理论和实践意义。

本研究采用多学科技术方法，包括急性毒性试验、多代繁殖实验、行为学观察、生化指标检测、高通量转录组测序、AlphaFold结构预测和分子对接等技术，系统评估了cyclaniliprole对大型溞的生态毒性效应及其分子机制。研究使用的溞种来源于实验室长期培养的群体，并通过重铬酸钾法进行敏感性验证，确保实验材料的可靠性。

急性毒性

研究结果显示，cyclaniliprole对大型溞表现出高急性毒性，其48小时半致死浓度(LC₅₀)值为0.081 ± 0.004 mg/L。随着暴露浓度的增加，大型溞的死亡率逐渐升高，在0.005 mg/L浓度下未观察到死亡个体，而从0.05 mg/L开始死亡率显著上升，特别是在0.10 mg/L浓度处死亡率增长最为明显。

多代繁殖影响

在繁殖毒性方面，研究发现0.025 mg/L的cyclaniliprole能够抑制F₀代大型溞的繁殖能力，但对F₁和F₃代的繁殖能力未产生明显抑制，表明该杀虫剂不具有明显的遗传毒性。

行为学影响

在亚致死浓度下，cyclaniliprole显著抑制了大型溞的摄食行为和跳跃活动，这些行为变化直接影响了生物的能量获取和逃避捕食能力，可能对种群动态产生深远影响。

生理生化响应

研究还发现cyclaniliprole诱导大型溞产生氧化应激反应和神经毒性效应。在分子水平上，高通量转录组测序结果显示，差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)的数量随着cyclaniliprole浓度的增加而增加，这些基因显著富集在淀粉/蔗糖代谢和谷胱甘肽代谢通路中。

分子机制解析

进一步的分析表明，cyclaniliprole通过靶向鱼尼丁受体(RyR)干扰钙信号通路，导致细胞内钙离子平衡失调，进而影响运动功能和神经系统正常功能。分子对接实验证实了cyclaniliprole与RyR具有强结合亲和力，从结构层面解释了其作用机制。

本研究通过多层级综合分析方法，首次系统阐明了cyclaniliprole对大型溞的生态风险及其作用机制。研究结果不仅为新型二酰胺类杀虫剂的环境风险评估提供了重要基线数据，而且为生态毒理学研究提供了方法学参考。考虑到其他二酰胺类杀虫剂在环境中的背景浓度较高，本研究对预测和评估cyclaniliprole大规模使用后的生态风险具有重要预警意义。研究成果强调在推广新型农药时，需要全面评估其对非靶标生物的潜在影响，为制定科学合理的农药使用策略和环境保护政策提供了理论依据。