噻虫胺与全氟辛酸联合暴露对环毛蚓的毒性效应：基于行为、生化和分子水平的评估

《Environmental Pollution》：Toxic effects of combined exposure to tebuconazole and perfluorooctanoic acid on Eisenia fetida: an assessment based on behavioral, biochemical, and molecular levels

　　**摘要**随着现代农业生产活动和工业化的加剧，土壤环境中农药和持久性有机污染物的存在已成为一项全球性生态挑战。然而，农药与持久性有机污染物（POPs）联合暴露对非目标土壤生物的毒理学效应尚未得到全面认识。本研究采用行为学、生化分析和分子动力学分析相结合的三重研究框架，探讨噻虫嗪与全氟辛酸（PFOA）联合毒性对赤子爱胜蚓（*Eisenia fetida*）的潜在机制。结果表明，单独暴露于噻虫嗪以及噻虫嗪与PFOA联合暴露均显著影响了赤子爱胜蚓的行为，抑制了生长发育，并改变了运动模式。在生化水平上，抗氧化防御系统表现出功能代偿，而解毒和神经传导途径则出现了系统性损伤。PFOA浓度的增加增强了联合暴露条件下的多种毒性反应。同时，分子动力学模拟进一步表明，噻虫嗪和PFOA能够通过疏水作用和独特的卤键与包括超氧化物歧化酶、乙酰胆碱酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶以及肌动蛋白在内的目标蛋白活性位点发生相互作用。这些相互作用与蛋白构象动力学的改变相关，提示其可能参与抗氧化防御、解毒过程、神经传导及运动相关功能的调控。综上所述，本研究结果为化合物与蛋白的相互作用提供了分子层面的证据，增强了在慢性暴露条件下土壤生物农药-POPs联合暴露相关毒理学反应的理解。**引言**众所周知，农药的持续使用对于维持现代农业生产、满足全球日益增长的粮食需求至关重要（Zhu等，2024）。然而，这种依赖也带来了严峻的环境挑战（Karunasena等，2025）。土壤作为农业生态系统的核心组成部分，不仅是农药施用的直接受体，也是各种环境污染物的蓄积库（Mohd Ghazi等，2023）。由于农药的大量使用和环境持久性，其残留对目标生物和公共健康的潜在威胁在环境科学领域引发了广泛关注（Wang等，2025）。在杀菌剂中，三唑类杀菌剂因其高效广谱的抗真菌活性，被广泛应用于谷物、水果和园艺作物的病害防治（Xing等，2023b）。作为代表性的三唑类杀菌剂，噻虫嗪已被相关研究证实可在土壤中持久存在，并对环境生物产生毒性效应，包括内分泌干扰、遗传毒性和代谢紊乱（Cui等，2018；Liao等，2023；Sharma和Pandey，2025）。然而，农业生产环境中的土壤极少暴露于单一污染物（Halawani和Aloufi，2023；Kelbrick等，2023）。随着工业化的加速，农田土壤面临着传统农药与新兴污染物共存所导致的复合污染挑战（Fu等，2023；Wang等，2023a；Zhang等，2015）。近年来，全氟烷基物质（PFASs）因其碳氟键的独特稳定性以及在纺织、电子、消防等领域的广泛应用，在全球范围内被广泛检测到（Balan等，2024；Messmer等，2024；Ritscher等，2018；Stecconi等，2024）。全氟辛酸（PFOA）作为典型的PFASs，可通过大气沉降、污水灌溉、污泥农用等途径进入土壤并持久积累（Fernandez-Marcos，2024；Loos等，2010；Mahreen等，2025；Shi等，2024）。尽管已有研究分别调查了噻虫嗪和PFOA的个体毒性，但由于这两种污染物具有不同的理化性质，目前对它们与土壤介质之间的相互作用及其对土壤生态系统的联合效应的了解仍然极为有限（Klimkowicz-Pawlas等，2019；Sun等，2016；Sun等，2024；Zheng等，2019）。作为土壤生态系统的生态工程师，赤子爱胜蚓（*Eisenia fetida*，简称*E. fetida*）通过土壤摄入和皮肤接触直接暴露于复杂污染物中，已被公认为评估土壤环境质量的模式生物（Chen等，2025）。传统的生态毒理学评估通常侧重于死亡率等宏观终点，而对神经损伤和代谢紊乱等亚致死性损伤关注较少（Li等，2025b；Tang等，2025）。因此，迫切需要识别能够敏感反映神经系统和代谢稳态损伤的早期预警信号（Li等，2025a）。近年来，行为生态毒理学得到了快速发展（Siddiqui等，2022）。运动活动、空间探索模式和轨迹分形维度的改变已被证明比传统生化指标更为敏感，因为它们直接反映了神经肌肉系统的功能状态（Liu等，2024；Murata等，2018；Quilgars等，2025）。然而，运动行为的变化仅仅是污染物毒性效应的宏观表现，其内在机制仍有待阐明（Yang等，2025；Zhuo等，2024）。尽管综合生物标志物响应（IBR）指数能够有效整合与氧化应激、解毒代谢和神经传导相关的多维生化数据，但它仍然无法解释污染物与生物大分子之间相互作用的微观本质（Huang等，2020；Mukherjee等，2022；Samanta等，2018）。为了解决这一局限，一项多维度验证的实验方法已被建立，该方法将分子层面的效应与生物体层面的结果联系起来（Meng等，2009；Moujaes等，2024）。通过运用计算毒理学方法，分子对接和分子动力学模拟技术已被用于阐明配体-受体在分子尺度上的相互作用（Aziz等，2023；Li等，2025b）。这些方法不仅可以预测污染物在关键酶活性位点的结合模式，还能动态模拟这些相互作用诱导的蛋白构象变化，从而揭示其毒性的结构基础（Zhang等，2025）。本研究旨在构建一个整合行为学、生化和分子维度的三重综合评估框架，用于评价农药与污染物联合暴露的毒性，以阐明噻虫嗪和PFOA联合暴露对*E. fetida*的毒性效应及内在机制。首先，采用视频追踪技术表征*E. fetida*在联合暴露条件下的行为反应，并使用IBR指数对包括抗氧化防御、解毒代谢和神经传导在内的多种生理指标进行定量评价。此外，运用分子对接和分子动力学模拟全面探索污染物与关键目标蛋白之间的结合特征和结合位点，以及在这些大分子中诱导的构象损伤机制。本研究评估了土壤环境中农药与持久性有机污染物联合暴露的生态效应，为联合暴露相关毒性反应提供了见解，有助于理解受污染土壤的生态风险。**章节摘要****试剂和化学品**噻虫嗪（C₁₆H₂₂ClN₃O，CAS号107534-96-3，纯度98.0%）和全氟辛酸（C₈F₁₅O₂H，CAS号335-67-1，纯度98.0%）购自阿拉丁试剂有限公司（中国上海），其化学结构见图S1。检测试剂盒购自南京建成生物工程研究所。其余所有化学品均为分析纯。**土壤和蚯蚓**人工土壤按照OECD 222标准制备（Aderjan等，2023）。*E. fetida*购自**噻虫嗪和PFOA联合暴露对*E. fetida*生长发育的影响**在28天的暴露期内，各处理组均未观察到死亡。作为土壤生态系统健康的直接指标，*E. fetida*生物量的动态变化不仅反映了外源污染物的毒性，还深刻揭示了生物在胁迫环境下的能量分配模式（Vivek-Ananth等，2022）。本研究结果表明，噻虫嗪和PFOA联合暴露诱导了显著的生理毒性**结论**结果表明，噻虫嗪和PFOA联合暴露调控了*E. fetida*的毒性反应。从宏观层面来看，它在*E. fetida*中诱导了生理和神经行为改变。在PFOA-TEB联合暴露下，体重呈浓度和时间依赖性下降，提示在化学胁迫下可能存在能量重新分配。视频追踪进一步表明行为损伤呈进行性发展，包括运动减少、趋壁性减弱**作者贡献声明****张慧迪：** 撰写——审阅与编辑、方法学、数据整理。**刘鹏：** 撰写——初稿撰写、方法学、形式分析。**刘寻越：** 撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。**孙建强：** 撰写——审阅与编辑、调查研究、概念构思。**何文泽：** 撰写——审阅与编辑。**饶琼：** 撰写——审阅与编辑、概念构思。**蔡佳航：** 撰写——审阅与编辑、可视化、调查研究。**未引用参考文献**Li等，2025；Wang等，2023；Xing等，2023；Xu等，2021。**利益冲突声明**作者声明不存在已知可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。**环境意义**本研究证明，在慢性联合暴露条件下，PFOA能够调控噻虫嗪在*Eisenia fetida*中诱导的毒性，突显了在土壤毒性评估中考虑持久性有机污染物与农药之间相互作用的重要性。研究结果为混合物诱导的毒性反应提供了机制见解，有助于更好地理解土壤非目标生物化学联合暴露的潜在危害。**竞争性利益声明**? 作者声明以下可能被视为潜在竞争性利益的经济利益/个人关系：刘寻越报告了由国家自然科学基金提供的资助。如有其他作者，他们声明不存在已知可能影响本论文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**本研究得到了国家自然科学基金的资助（项目编号：42530713、42377371）。刘鹏 | 张慧迪 | 蔡佳航 | 饶琼 | 何文泽 | 孙建强 | 刘寻越浙江省作物病原物与昆虫有害生物及其生态调控生物学重点实验室，浙江农林大学现代农业科学学院，杭州 311300，中国