伊维菌素对毛翅目昆虫Chaetopteryx villosa生活史策略的影响

《Aquatic Toxicology》：Ivermectin impacts the life history strategy of Chaetopteryx villosa

　　

淡水生态系统暴露于多种污染物，包括兽用药物。其中，伊维菌素作为一种抗寄生虫化合物，因其高生态毒性（即使在亚ng/L浓度范围也报道有影响）而在过去几十年中受到越来越多的关注。虽然已对多个昆虫目进行了伊维菌素敏感性的研究，但毛翅目（Trichoptera）这一物种丰富且具有重要生态意义的昆虫目在很大程度上被忽视了。在此，研究人员评估了伊维菌素对中欧常见毛翅目物种Chaetopteryx villosa的急性（7天）和亚慢性（5周）影响，包括死亡率、摄食率、生长和脂肪酸（FA）谱。急性毒性试验的伊维菌素浓度范围为10至10,000 ng/L，亚慢性毒性试验为75至2,400 ng/L。LC₅₀值从暴露7天后的2.81 μg/L下降至5周后的0.74 μg/L。此外，伊维菌素暴露导致以干重变化评估的生长呈现强烈的浓度依赖性降低（与无伊维菌素对照相比，300 ng/L时降低60%，600 ng/L时降低54%，1,200 ng/L时降低100%），这一观察结果可能由摄食活动显著减少所驱动。此外，在300和600 ng/L浓度下，C. villosa幼虫体内各脂肪酸浓度显著降低，而较低浓度则倾向于增加若干脂肪酸的浓度。类似地，伊维菌素显著影响脂肪酸谱以及饱和、单不饱和和多不饱和脂肪酸的相对贡献。总体而言，研究结果表明伊维菌素对C. villosa的关键生活史性状产生浓度和时间依赖性影响，并可能通过脂肪酸谱的改变对水生食物网产生影响。

**伊维菌素对Chaetopteryx villosa生活史策略的影响：研究解读**

**1. 研究背景与目的**

淡水生态系统承受着多种人为压力，其中化学污染物已被确定为驱动大型无脊椎动物生物多样性丧失的重要因素。兽用药物，特别是抗寄生虫剂伊维菌素，因其在亚ng/L浓度即表现出高生态毒性而受到关注。伊维菌素在水环境中的预测浓度范围从亚ng/L到数百ng/L，实测最高浓度可达6,570 ng/L。尽管已有研究报道伊维菌素对多种水生无脊椎动物（如甲壳类、蜉蝣、石蝇等）的毒性效应，但毛翅目（Trichoptera）昆虫的敏感性数据几乎空白。毛翅目是淡水生态系统中丰度高、作为猎物重要且参与落叶分解等关键生态服务的重要类群，同时其对作用于γ-氨基丁酸（GABA）神经递质系统的物质高度敏感，而伊维菌素恰好作用于GABA受体。本研究旨在填补这一知识空白，以中欧常见毛翅目物种Chaetopteryx villosa为模型，评估伊维菌素对其急性及亚慢性毒性效应，并假设低浓度即可产生负面影响。

**2. 研究方法**

研究人员从德国Eu?erthal附近的Sauerbach溪流采集C. villosa幼虫（发育阶段III–V），在实验室内以SAM-5S培养基驯化。采用半静态试验设计：（1）7天范围探索试验，设置6个浓度梯度（10–10,000 ng/L）以确定致死与亚致死响应阈值；（2）5周亚慢性暴露试验，设置6个浓度（75–2,400 ng/L），每个处理15个重复，每个重复含1只幼虫及4个预先调理的叶碟作为食物，每周更换培养基。对照组设置空白对照和溶剂对照（乙醇，0.0012% v/v）。采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）测定实际暴露浓度。评估终点包括死亡率（计算LC₅₀）、摄食率（叶碟灰分干重损失）、生长（头部宽度和干重变化）以及脂肪酸谱（气相色谱-火焰离子化检测，GC-FID）。统计方法包括浓度-响应建模（AIC选择最优模型）、Kaplan-Meier生存分析、Kruskal-Wallis检验、Dunn检验、PERMANOVA和SIMPER分析。

**3. 研究结果**

**3.1 致死响应**
急性毒性试验中，48 h LC₅₀为6.9 μg/L（95%置信区间：2.54–11.28 μg/L），96 h和7天降至2.81 μg/L（1.41–4.22 μg/L）。亚慢性暴露中，21天LC₅₀为1.35 μg/L（0.80–1.91 μg/L），5周后降至0.74 μg/L（0.43–1.05 μg/L）。Kaplan-Meier生存曲线显示，1,200 ng/L及以上浓度处理组的存活率显著低于≤300 ng/L组（p < 0.01）。

**3.2 生长与摄食**
5周暴露后，头部宽度增长在各处理间无显著差异（p > 0.05），但干重增长在300、600、1,200 ng/L处理组分别降低约60%、54%和100%，而150 ng/L处理组干重增长增加约25%，但差异均未达统计显著（p > 0.05）。每日摄食率受到伊维菌素的显著影响（p < 0.001）。1,200 ng/L处理组在整个5周内摄食率均显著降低（效应量-65%至-119%）；2,400 ng/L处理组在第1–3周显著降低（-80%至-123%）；600 ng/L处理组在第2周和第5周显著降低（-64%和-68%）；300 ng/L处理组在第5周显著降低（-63%）。

**3.3 脂肪酸谱**
伊维菌素暴露显著改变了C. villosa幼虫的脂肪酸谱，绝对和相对脂肪酸浓度均存在显著差异（p ≤ 0.001）。PERMANOVA分析显示，伊维菌素暴露解释了约36%的绝对浓度变异和44%的相对组成变异。SIMPER分析表明，75和150 ng/L处理组中多种脂肪酸浓度显著高于对照组，其中α-亚麻酸（ALA, C18:3 (cis 9,12,15)）、棕榈酸（PA, C16:0）、十七烷酸（C17:0）和棕榈油酸（POA, C16:1）贡献最大；而在300和600 ng/L处理组，模式反转，对照组浓度较高，主要差异由硬脂酸（SA, C18:0）和二十碳二烯酸（EDA, C20:2 (cis 11,14)）驱动。分组分析显示，饱和脂肪酸（SAFA, p ≤ 0.001, R2≈50%）、单不饱和脂肪酸（MUFA, p < 0.01, R2≈36%）和多不饱和脂肪酸（PUFA, p < 0.05, R2≈27%）均随处理浓度显著变化。

**4. 讨论要点**

C. villosa对伊维菌素的急性敏感性高于多数已测试水生无脊椎动物，与其他高敏感物种（如大型蚤Daphnia magna和钩虾Gammarus pulex）相当或更高。物种敏感度分布显示HC5（影响5%物种的危害浓度）为488 ng/L，表明该物种处于敏感端。亚慢性效应方面，摄食减少是生长抑制的重要驱动因素，这与伊维菌素作用于GABA受体导致神经麻痹和行为异常一致。低浓度（150 ng/L）下观察到的生长和摄食轻微增加可能代表兴奋效应（hormesis），这一现象也在其他昆虫中有报道。脂肪酸谱的变化与摄食活动改变和代谢干扰密切相关，同时解毒过程也可能导致脂肪酸代谢紊乱。由于PUFA中的必需脂肪酸必须通过食物获得，摄食减少直接降低了其供应。此外，伊维菌素对生物膜的过度极化可能抑制脂质摄取。

**5. 研究结论**

原文结论（翻译）：“伊维菌素暴露对C. villosa的生活史产生浓度和时间依赖性影响。虽然死亡率和摄食率受到伊维菌素的显著影响，但生长虽具有生物学相关效应量却未达统计显著。亚致死效应表现为幼虫脂肪酸谱的显著改变。此外，随着伊维菌素浓度升高，出现非线性效应，表现为兴奋效应的迹象，即生长、摄食和脂肪酸浓度略有增加。尽管如此，在相对较低的浓度下就观察到有害效应，表明C. villosa对伊维菌素高度敏感。鉴于C. villosa幼虫在水生态系统中发育数月，结合伊维菌素的蓄积性和生物累积特性，预计石蛾种群可能下降且幼虫体内可能富集伊维菌素。特别是本研究中观察到的伊维菌素在水生昆虫体内的生物累积以及脂肪酸谱的变化，可能影响水生及陆地食物网，后者在昆虫羽化后产生效应。”

本研究首次报道了伊维菌素对毛翅目昆虫的急性和亚慢性毒性效应，揭示了该物种的高敏感性及非单调浓度-响应关系，为淡水生态系统中伊维菌素的生态风险评估提供了关键数据，并强调了脂肪酸谱作为亚致死效应指标的重要性。