噻虫嗪（thiamethoxam）对泥蟹（Scylla paramamosain）的系统性毒性：氧化应激、神经毒性及生长抑制

《Environmental Pollution》：Systemic toxicity of thiamethoxam in the mud crab ( Scylla paramamosain): Oxidative stress, neurotoxicity, and growth retardation

　　

摘要

噻虫嗪（TMX）是一种广泛使用的新烟碱类杀虫剂，对非目标水生生物构成潜在威胁。然而，针对具有经济价值的甲壳类动物的系统毒性评估仍然有限。本研究全面调查了噻虫嗪对沼蟹Scylla paramamosain的毒性效应及可能的机制。急性毒性测试显示，96小时半数致死浓度（LC₅₀）为8.78 mg/L，表明其具有中等毒性。在暴露于亚致死浓度（8.8、88和880 μg/L）21天后，噻虫嗪及其代谢物噻虫胺在沼蟹体内以组织和浓度依赖性方式积累，其中肠道中的浓度最高。虽然一个两相酶系统似乎有助于噻虫嗪的解毒，但在较高浓度和较长时间下，其效率可能会受到抑制。因此，尽管有迹象表明Nrf2介导的抗氧化反应被激活，噻虫嗪仍会以时间和浓度依赖性方式引起显著的氧化应激和肝胰腺损伤。值得注意的是，在880 μg/L的噻虫嗪浓度下，观察到神经行为变化，包括肢部卷曲和平衡能力受损。机制分析表明，这些缺陷可能与胸节神经节中的胆碱能信号传导紊乱和色氨酸代谢干扰有关，可能导致神经递质调节失调。在880 μg/L的噻虫嗪浓度下观察到的多种生理影响共同导致生长显著抑制，表现为存活率、蜕皮率和体重增长速率下降。相比之下，在测试条件下，两种与环境相关的浓度（8.8和88 μg/L）对沼蟹的实际生态风险相对较低。总体而言，在当前的环境水平下，噻虫嗪的风险可以忽略不计，但预计更高浓度可能会引起严重的毒性作用。

引言

新烟碱类是一类具有神经活性的合成硝基胍化合物，作为高效、低毒性的广谱杀虫剂（Nimako等人，2023年）。在过去十年中，新烟碱类占全球农业化学品市场的近30%（Jeschke等人，2013年）。其中，第二代新烟碱类噻虫嗪（TMX）是一种代表性化合物（Pan等人，2022年）。它通过特异性结合昆虫中枢神经系统中的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）来干扰神经递质过程，从而实现害虫控制（Saleem等人，2020年）。噻虫嗪被广泛用于水稻和蔬菜等作物的害虫管理（Zhou等人，2024年）。由于其高水溶性（4.1 g/L），且施用的活性成分仅有不到20%被目标作物吸收（Morrison等人，2022年），大量噻虫嗪通过喷雾漂移或径流进入水环境（Wang等人，2023年）。噻虫嗪在中性至酸性条件下相对稳定，半衰期在土壤中为7-72天，在水中光解为2.7-39.5天，在水解过程中为11.5天（Morrissey等人，2015年）。因此，世界各地的水体中经常检测到噻虫嗪，浓度范围从0.001到225 μg/L（Anderson等人，2013年；Mahai等人，2021年；Kar等人，2024年），这对水生生物构成潜在健康风险。

与内源性神经递质乙酰胆碱不同，噻虫嗪会不可逆地结合nAChRs（Hladik等人，2018年），从而可能在长期低剂量暴露下导致水生动物出现毒性积累以及致死和亚致死效应（Hasan等人，2022年；Ucar等人，2024年）。值得注意的是，甲壳类动物与昆虫同属于节肢动物门，具有类似的神经系统结构（Harzsch，2003年），使其成为噻虫嗪的潜在敏感目标。最近的研究发现，噻虫嗪暴露会引发红沼螯虾（Procambarus clarkii）的极端攻击性和死亡率增加（Barbee和Stout，2009年）。环境相关浓度（5 μg/L）的噻虫嗪已被报道会导致幼年黑虎虾（Penaeus monodon）组织积累并改变抗氧化酶和解毒酶的活性（Butcherine等人，2021年）。同时，63.07 μg/L的噻虫嗪暴露会引发太平洋白虾（Litopenaeus vannamei）的氧化应激并降低生长性能（Fu等人，2022年）。此外，510 μg/L的噻虫嗪暴露会损害中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）的免疫和代谢系统（Sun等人，2022年）。在哺乳动物、昆虫和植物中，噻虫嗪由I相解毒酶细胞色素P450代谢，生成主要中间产物噻虫胺（CLO）以及其他代谢物，如TMX-dm、CLO-dm和N-硝基或N-氨基胍衍生物（Nauen等人，2003年；Ford和Casida，2006年）。这些代谢物随后进行II相代谢反应，形成更极性的化合物，有助于解毒和排泄（Fan等人，2012年）。甲壳类动物也具有两相酶系统，并与III相转运蛋白协同作用来代谢和转运外来物质（Ren等人，2017年）。因此，甲壳类动物可能通过类似的途径解毒噻虫嗪。

部分片段

蟹类、杀虫剂和急性毒性测试

噻虫嗪（CAS编号153719-23-4；纯度≥95.0%）和噻虫胺（CAS编号210880-92-5；纯度≥98.0%）由Yuanye公司（中国上海）提供。二甲基亚砜（DMSO；Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.，纯度≥99.5%）用作噻虫嗪的共溶剂。所有处理组中的DMSO最终浓度均低于0.1 mL/L（Weyman等人，2012年）。

幼年沼蟹（约10克）来自中国浙江三门的一个当地水产养殖场。实验前，先将蟹类

噻虫嗪对蟹类的急性毒性

96小时的噻虫嗪急性毒性测试显示，幼年沼蟹的死亡率既受浓度影响也受时间影响（图1A–D）。具体而言，随着噻虫嗪浓度的升高和暴露时间的延长，死亡率逐渐增加。相应的24小时、48小时、72小时和96小时LC₅₀分别为96.54 mg/L、28.61 mg/L、11.63 mg/L和8.78 mg/L。根据这些结果，传统得出的安全

讨论

急性毒性测试是评估杀虫剂对非目标生物影响和评估环境风险的标准方法（Feng等人，2025年）。本研究确定噻虫嗪对幼年沼蟹的96小时LC₅₀为8.78 mg/L，根据GB/T 31270.21-2014（中华人民共和国标准化管理委员会，2014年）的毒性标准，噻虫嗪被归类为对幼年沼蟹具有中等毒性。这一结果表明

结论

本研究确定噻虫嗪对幼年沼蟹具有中等毒性，96小时LC₅₀值为8.78 mg/L。噻虫嗪的积累明显依赖于暴露浓度和组织类型。噻虫嗪在沼蟹体内代谢为噻虫胺（CLO），这两种化合物在肠道中的累积量最高。然而，肌肉、肝胰腺和血淋巴占体内总负担的最大部分。一个两相酶系统负责

CRediT作者贡献声明

王者楠：撰写——原始草稿、可视化、研究、正式分析、数据管理。孙晔：方法学、研究。罗凯明：可视化、数据管理。姚少林：可视化、数据管理。施策：撰写——审稿与编辑。穆长高：撰写——审稿与编辑。詹萍萍：撰写——审稿与编辑、资源管理、方法学。叶阳芳：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、方法学、资金支持

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到了宁波市公益研究计划关键项目（项目编号：2023S008）和宁波市国际合作项目（项目编号：2023H012）的资助。

王者楠|孙晔|罗凯明|姚少林|施策|穆长高|詹萍萍|叶阳芳中国宁波大学海洋科学学院，宁波，315832