新型烟碱类杀虫剂吡虫啉对印度本土蚯蚓Perionyx excavatus的协同毒性效应：生物标志物响应与基因表达谱解析

本研究针对全球广泛使用的烟碱类杀虫剂吡虫啉(imidacloprid)对印度本土蚯蚓Perionyx excavatus的生态毒性展开系统评估。研究人员通过急性毒性(LC50 =1.64 mg kg-1 )、回避行为(AC50 =0.23 mg kg-1 )、氧化应激及基因表达分析，首次揭示吡虫啉通过破坏抗氧化酶系统(SOD/CAT/GST)、诱导脂质过氧化(MDA)和DNA损伤，显著影响蚯蚓生物物理稳态。该成果为评估亚热带地区新烟碱类农药生态风险提供了重要科学依据。

　　

在当今农业生产中，烟碱类杀虫剂已成为全球使用量最大的农药类别，其中吡虫啉(imidacloprid)作为第一代新烟碱类农药，因其高效杀虫特性被广泛应用于种子包衣和土壤处理。然而，这种看似造福农业的化学武器却暗藏生态危机——高水溶性和低吸附性使其极易渗透至土壤深层，已在荷兰、美国加州和加拿大农业区检测到超标残留。更令人担忧的是，这类农药不仅靶向杀灭害虫，还可能对土壤生态系统的基础工程师——蚯蚓造成不可逆的伤害。

印度研究人员敏锐捕捉到这一环境健康隐患，针对本土特有的Perionyx excavatus蚯蚓展开深入研究。这种被称作"土壤生态系统工程师"的无脊椎动物，既是维持土壤健康的关键物种，也是评估污染物毒性的理想生物指示剂。既往研究多聚焦于模式生物赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)，而对亚热带地区本土蚯蚓的农药敏感性认知存在显著空白。

为破解这一科学难题，研究团队采用多维度评估策略：通过COI基因测序进行物种鉴定，参照OECD标准开展急性/慢性毒性实验，结合回避行为测试、氧化应激指标检测和功能基因表达分析。特别关注热休克蛋白(Hsp70)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和安内托辛(Ann)等关键基因的表达变化。

化学化合物
研究选用纯度98%的吡虫啉标准品，配套检测试剂包括硫代巴比妥酸(TBA)、硝基蓝四氮唑(NBT)等专业生化试剂，确保实验数据的可靠性。

遗传物种界定
通过407 bp的COI基因序列比对，确认实验蚯蚓与GenBank中多个Perionyx excavatus分离株具有高度同源性，为后续毒性研究奠定物种基础。

讨论
吡虫啉通过特异性结合烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)的α亚基，干扰神经信号传导。研究发现其毒性呈现典型剂量效应：低浓度(0.23 mg kg^-1
)即能诱发显著回避行为，1.64 mg kg^-1
的14天LC₅₀
值揭示其强急性毒性。更值得关注的是，吡虫啉通过破坏氧化还原平衡，导致超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶系统紊乱，引发活性氧(ROS)蓄积、脂质过氧化产物丙二醛(MDA)升高和DNA损伤。功能基因分析显示，Hsp70、GST等应激相关基因表达异常，直接影响蚯蚓的生理稳态和繁殖能力。

结论
该研究首次系统阐明吡虫啉对印度本土蚯蚓的多层次毒性机制：从行为回避到氧化损伤，从DNA断裂到基因表达失调。1.64 mg kg^-1
的致死阈值和0.23 mg kg^-1
的行为影响浓度，均显著低于部分农业区的实际残留水平，这对亚热带农业区的生态风险评估具有警示意义。研究不仅填补了本土物种毒性数据空白，更为新烟碱类农药的环境监管提供了科学依据，提示亟需建立基于本土生物的农药安全评价体系。

数据可用性
研究数据可通过通讯作者获取，资助信息显示其受印度生物技术部BioCaRE计划和大学拨款委员会NFST奖学金支持。Velu Manikandan等作者声明无利益冲突，确保研究的客观性。这项发表在《Environmental Toxicology and Pharmacology》的成果，为全球新烟碱类农药生态风险研究提供了亚热带地区的重要案例。