三種雙酰胺類殺蟲劑制劑對大型溞生長發育和繁殖的影響

林濤，游泳，林榮華，史夢竹，李建宇，趙建偉，陳藝欣，傅建煒,#，魏輝,*

1.福建省農業科學院植物保護研究所，福州350013

2.農業部農藥檢定所，北京100125

三種雙酰胺類殺蟲劑制劑對大型溞生長發育和繁殖的影響

林濤1，游泳1，林榮華2，史夢竹1，李建宇1，趙建偉1，陳藝欣1，傅建煒1,#，魏輝1,*

1.福建省農業科學院植物保護研究所，福州350013

2.農業部農藥檢定所，北京100125

為探索雙酰胺類殺蟲劑對大型溞的慢性毒性,本文采用氟蟲雙酰胺、氯蟲苯甲酰胺和溴氰蟲酰胺3種雙酰胺類殺蟲劑制劑,測定其對大型溞生長發育和繁殖的影響,明確其對大型溞的慢性毒性以及大型溞對該類殺蟲劑敏感的端點指標。結果表明,氟蟲雙酰胺、氯蟲苯甲酰胺和溴氰蟲酰胺3種制劑對大型溞的壽命、體長、蛻皮數、首胎時長、產胎數、單雌產溞數等端點指標具有不同程度的影響。3種殺蟲劑顯著減少大型溞蛻皮數的最低濃度分別為1.00×10-2mg·L-1、1.00×10-4mg·L-1、1.25× 10-3mg·L-1；顯著縮短壽命的最低濃度分別為5.00×10-3mg·L-1、1.00×10-4mg·L-1和1.25×10-3mg·L-1；顯著縮短體長的最低濃度分別為5.00×10-3mg·L-1、8.00×10-4mg·L-1和1.00×10-2mg·L-1；顯著減少產胎數的最低濃度分別為1.00×10-2mg·L-1、4.00× 10-4mg·L-1和1.00×10-2mg·L-1；顯著減少單雌產溞數的最低濃度分別為1.00×10-2mg·L-1、8.00×10-4mg·L-1和5.00×10-3mg·L-1；但是,除溴氰蟲酰胺外,其他2種殺蟲劑制劑對首胎時長卻沒有顯著影響。端點指標中對氟蟲雙酰胺的敏感性為壽命和體長＞蛻皮數、產胎數和單雌產溞數＞首胎時長；對氯蟲苯甲酰胺為蛻皮數和壽命＞產胎數＞體長和單雌產溞數＞首胎時長；對溴氰蟲酰胺為蛻皮數和壽命＞單雌產溞數＞體長、首胎時長和產胎數。研究結果說明,3種雙酰胺類殺蟲劑對大型溞的生長發育和繁殖具有不同程度的抑制作用,壽命是評價該類殺蟲劑制劑對大型溞慢性毒性的最敏感端點指標。

雙酰胺類；氟蟲雙酰胺；氯蟲苯甲酰胺；溴氰蟲酰胺；大型溞；生長發育；繁殖

雙酰胺類殺蟲劑(diamide insecticides)是一類新型廣譜殺蟲劑。該類殺蟲劑以魚尼丁受體(ryanodine receptors)為作用靶標,通過激活受體上鈣通道引起胞內Ca2+大量釋放,導致昆蟲因肌肉收縮、麻痹而死亡[1-2]。目前,該類殺蟲劑已上市應用的制劑主要有20%氟蟲雙酰胺水分散粒劑、200 g·L-1氯蟲苯甲酰胺懸浮劑和200 g·L-1溴氰蟲酰胺懸浮劑等3種。該類殺蟲劑制劑不僅能夠防治鱗翅目幼蟲,同時還能兼防蚜蟲類、葉蟬類、飛虱類以及部分鞘翅目和雙翅目害蟲[2],已被廣泛應用于防治水稻和蔬菜害蟲[3-4]。然而,隨著應用范圍的不斷擴大,雙酰胺類殺蟲劑對天敵昆蟲[5]、資源昆蟲[6]和捕食性螨類[7]的毒性風險逐步暴露。但是,該類殺蟲劑對水生生物的慢性毒性卻鮮有報道[8-9],尤其是對水生浮游動物慢性毒性的研究尚無報道。因此,研究水體殘留的雙酰胺類殺蟲劑對水生浮游動物生長發育和繁殖的影響,對于該類殺蟲劑的安全應用具有重要的意義。

溞類是甲殼綱的枝角類浮游動物,以藻類為食,同時又是魚類和無脊椎捕食動物的天然餌料,是水生生態系統中物質循環和能量流動的重要環節[10]。而大型溞(Daphnia magna)作為該類群的代表物種,廣泛分布于池塘、江河、稻田等水體環境中。由于其體型小、生活史短、繁殖快、對有毒物質敏感和易于培養等特點[11],成為世界各國化學品毒理學研究普遍應用的標準實驗動物,被廣泛應用于農業、環境、生態、醫學等領域的研究[10,12-13]。

本研究以大型溞為對象,采用壽命、體長、蛻皮數、首胎時長、產胎數、產溞數等端點指標測定氟蟲雙酰胺、氯蟲苯甲酰胺和溴氰蟲酰胺3種商品制劑對大型溞生長發育和繁殖的影響,明確大型溞對該類殺蟲劑敏感的端點指標,為評價該類殺蟲劑對大型溞的慢性毒性和指導田間用藥提供參考依據。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 大型溞的來源與培養

溞種最初購自中國科學院武漢水生生物研究所,后在實驗室內采用曝氣(24 h以上)自來水作為培養基單性保種培養3 y以上,培養基水質硬度控制在140～250mg·L-1之間(以CaCO3計),pH在6.0～8.5之間,溶解氧保持在5.8mg·L-1以上,每周換水3次。保種培養水溫為(20±2)℃,光周期L:D為16 h:8 h。每天投喂濃度為5×105個·mL-1的斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)藻液5～10 mL。

在試驗開始的前6個月,從保種種群中轉移出若干母溞單獨培養,并由曝氣自來水培養逐漸過渡替換為用Elendt M7培養基培養[14],以此作為試驗種群。從試驗種群中轉移30只同步發育的幼溞到1 L燒杯中,每天投喂斜生柵藻(濃度同上),取其在6～24 h內產下的幼溞(第三胎以后的幼溞)供試。試驗種群在人工氣候箱中培養,溫度為(20±1)℃,光周期L:D為16 h:8 h。

1.2 試驗藥劑

試驗選用20%氟蟲雙酰胺水分散粒劑(flubendiamide WG,日本農藥株式會社),200 g·L-1氯蟲苯甲酰胺懸浮劑(chlorantraniliprole SC,美國杜邦公司),200 g·L-1溴氰蟲酰胺懸浮劑(cyantraniliprole SC,美國杜邦公司)3種制劑,本文中對此3種制劑的敘述如無特別指出,則均分別簡稱為氟蟲雙酰胺、氯蟲苯甲酰胺和溴氰蟲酰胺。各藥劑試驗藥液的儲備液直接用Elendt M7培養基溶解配制,再按試驗濃度逐級稀釋,現配現用。

1.3 試驗方法

基于前期急性毒性試驗結果[14],每種殺蟲劑制劑各設置5個處理濃度,其中氟蟲雙酰胺為6.25× 10-4mg·L-1、1.25×10-3mg·L-1、2.50×10-3mg·L-1、5. 00×10-3mg·L-1、1.00×10-2mg·L-1；氯蟲苯甲酰胺為1.00×10-4mg·L-1、2.00×10-4mg·L-1、4.00×10-4mg·L-1、8.00×10-4mg·L-1、1.60×10-3mg·L-1；溴氰蟲酰胺為6.25×10-4mg·L-1、1.25×10-3mg·L-1、2.50×10-3mg·L-1、5.00×10-3mg·L-1、1.00×10-2mg·L-1,并設置一個無藥劑空白對照,每個處理濃度設置15個重復。大型溞毒性試驗方法采用半靜態法[15],并作出部分調整,即在100 mL的燒杯中加入配制好的藥液50 mL,以斜生柵藻(濃度為5×105個·mL-1)作為食物,然后轉移一只上述6～24 h內的雌性幼溞到燒杯中,每天定時更換1次藥液并記錄當天試驗溞的蛻皮數、產幼溞數、產胎數和死亡情況。在試驗開始后的第21天測量試驗溞的體長(未到21 d即死亡的個體測量死亡當天溞個體體長),體長指從大型溞溞體頭部到尾刺的長度[16]。試驗條件溫度(20±1)℃,光周期L:D=16 h:8 h,連續培養21 d。

1.4 數據統計和分析

實驗數據采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行統計分析,采用單因素方差分析(one-way ANOVA)比較不同殺蟲劑暴露濃度中大型溞蛻皮數、首胎時長、平均單雌產幼溞數、產胎數、壽命、體長等端點指標的均值差異,各端點值均為不同處理的所有大型溞個體的平均值。運用生存分析中的Kaplan-Meier分析各濃度組與空白對照組之間大型溞存活時間的差異顯著性[17]。

2 結果(Results)

2.1 20%氟蟲雙酰胺水分散粒劑對大型溞生長發育和繁殖的影響

從表1可以看出,不同濃度的氟蟲雙酰胺對大型溞的蛻皮數、壽命、體長和產胎數存在顯著影響(P＜0.05)。隨著濃度升高,大型溞蛻皮數、壽命、體長、產胎數和單雌產溞數呈減少(縮短)趨勢。試驗測試的5個濃度對大型溞首胎時長并沒有顯著影響,但當濃度達到5.00×10-3mg·L-1時,大型溞的體長顯著縮短,低于2.50×10-3mg·L-1則無顯著影響；濃度達到1.00×10-2mg·L-1時,大型溞的蛻皮數、產胎數和單雌產溞數均顯著減少,壽命顯著縮短,低于5.00× 10-3mg·L-1則無顯著影響。不同濃度氟蟲雙酰胺暴露下大型溞的存活時間顯著短于對照組(P＜0.05),隨著濃度升高,其存活率逐漸下降；同時,繁殖時間也沒有明顯縮短,繁殖率無明顯的高峰值,但波動幅度較大,日均后代數量不穩定(圖1)。

2.2 200 g·L-1氯蟲苯甲酰胺懸浮劑對大型溞生長發育和繁殖的影響

從表2可以看出,不同濃度的氯蟲苯甲酰胺對大型溞的蛻皮數、壽命、體長和產胎數存在顯著影響(P＜0.05)。試驗測試的5個濃度對大型溞首胎時長并沒有顯著影響,但對蛻皮數和壽命卻均有顯著影響。當濃度達到4.00×10-4mg·L-1時,大型溞的產胎數顯著減少,低于2.00×10-4mg·L-1則無顯著影響；當濃度達到8.00×10-4mg·L-1時,大型溞的體長顯著縮短,單雌產溞數顯著減少,低于4.00×10-4mg·L-1則無顯著影響。不同濃度氯蟲苯甲酰胺暴露下大型溞的存活時間顯著短于對照組(P＜0.05),隨著濃度升高,其存活率逐漸下降；同時,其繁殖率無明顯的高峰值,但繁殖時間卻逐漸縮短(圖1)。

2.3 200 g·L-1溴氰蟲酰胺懸浮劑對大型溞生長發育和繁殖的影響

從表3可以看出,不同濃度的溴氰蟲酰胺對大型溞的蛻皮數、壽命、體長、首胎時長和單雌產溞數存在顯著影響(P＜0.05)。當濃度達到1.25× 10-3mg·L-1時,大型溞的蛻皮數顯著減少,壽命顯著縮短,低于6.25×10-4mg·L-1則無顯著影響；當濃度達到5.00×10-3mg·L-1時,大型溞的單雌產溞數顯著減少,低于2.50×10-3mg·L-1則無顯著影響；當濃度達到1.00×10-2mg·L-1時,大型溞的體長和首胎時長顯著縮短,產胎數顯著減少,低于5.00×10-3mg·L-1則無顯著影響。不同濃度溴氰蟲酰胺暴露下大型溞的存活時間顯著短于對照組(P＜0.05),且隨著濃度升高,其存活率逐漸下降；同時,其繁殖率無明顯的高峰值,但繁殖時間卻逐漸縮短(圖1)。

表1 20%氟蟲雙酰胺水分散粒劑對大型溞生長發育和繁殖的影響Table 1 Development and fecundity ofD.magnaexposed to 20%flubendiamide WG in a 21-day life study

表2 200g·L-1氯蟲苯甲酰胺懸浮劑對大型溞生長發育和繁殖的影響Table 2 Development and fecundity ofD.magnaexposed to 200 g·L-1chlorantraniliprole SC in a 21-day life study

圖1 不同濃度殺蟲劑制劑暴露條件下大型溞的特定存活率和繁殖率注:第一、二、三、四行分別為20%氟蟲雙酰胺水分散粒劑、200 g·L-1氯蟲苯甲酰胺懸浮劑、200 g·L-1溴氰蟲酰胺懸浮劑和空白對照。Fig.1 Age-specific survivorship and fecundity ofD.magnaexposed to the different concentration of insecticide preparationsNote:Different row represent 20%flubendiamide WG,200 g·L-1chlorantraniliprole SC,200 g·L-1cyantraniliprole SC and blank control from top to bottom,respectively.

3 討論(Discussion)

蛻皮數、體長和產溞數等是目前國際上常用的監測與評價大型溞慢性毒性的主要端點指標。本試驗以大型溞的蛻皮數、壽命、體長、首胎時長、產胎數以及單雌產溞數等慢性毒性端點為指標,開展20%氟蟲雙酰胺水分散粒劑、200 g·L-1氯蟲苯甲酰胺懸浮劑、200 g·L-1溴氰蟲酰胺懸浮劑等3種雙酰胺類殺蟲劑制劑對大型溞生長發育和繁殖的影響研究。

研究結果表明,暴露在3種殺蟲劑制劑水溶液中的大型溞壽命顯著減短。個體壽命是評價殺蟲劑對溞類慢性毒性的敏感指標[18-20],也是評價生物種群增長的主要參數之一[21]。壽命縮短能夠導致種群內稟增長率的急劇下降,會給種群增長帶來副作用甚至產生更大的生態影響[22-23]。但是,就本試驗結果卻顯示,壽命縮短并不必然伴隨著大型溞產溞數的減少,在導致壽命減短的幾個處理中,大型溞仍然保持正常的產幼溞數(表2、表3)。這可能是由于大型溞通過在短時間內產生更多后代,來彌補由于壽命縮短而導致的不利影響。

大型溞體長也是評價農藥慢性毒性的重要指標。Toumi等[24]研究者通過試驗發現溴氰菊酯(deltamethrin)對2個不同品系大型溞的體長具有顯著影響,并認為體長是慢性毒性試驗的最敏感參數指標。類似結論,在Liu等[25]就噻嗪酮(buprofezin)對大型溞慢性毒性的相關研究中也得到證實。本研究的結果顯示3種殺蟲劑制劑可導致大型溞體長顯著縮短。同時,還伴隨著單雌產溞數的減少。這與一些研究者的觀點一致[26-28]。

在農藥慢性暴露試驗中,一些學者認為大型溞等溞類的繁殖能力是比壽命更加敏感的評價指標[16,29-30]。大型溞的繁殖能力通常是通過其首胎時長、產胎數和單雌產溞數等端點值來考察[16,28]。本試驗的研究結果表明氟蟲雙酰胺、氯蟲苯甲酰胺和溴氰蟲酰胺等3種殺蟲劑制劑對大型溞首胎時長、產胎數、單雌產溞數具有不同程度的影響。但與壽命和體長2個指標相比,產胎數和單雌產溞數不具敏感優勢。盡管首胎時長對敵稗(propanil)、毒死蜱(chlorpyrifos)、溴氰菊酯(deltamethrin)等幾種農藥的敏感性極高[16,24,30],但在本研究中卻表現低敏感度。

雙酰胺類殺蟲劑為非蛻皮激素類生長調節劑,其主要是通過生物魚尼丁受體起作用。目前也沒有證據表明該類殺蟲劑直接干擾蛻皮過程。因此,從本試驗結果可以看出大型溞蛻皮次數的減少可能與其壽命縮短有直接關系。由于枝角類浮游動物的蛻皮階段是對有毒物質的最敏感時期[31],暴露在化學農藥環境中的大型溞有可能通過減少蛻皮次數來提高抗逆性。同時,從本研究結果也可以看出大型溞的蛻皮與其繁殖相關,蛻皮次數的減少意味著繁殖能力的下降(氟蟲雙酰胺制劑處理尤其明顯),這與一些研究者的觀點相符合[24]。

雙酰胺類殺蟲劑是對非靶標生物和水生生物安全的一類新型殺蟲劑[2,32]。然而,本研究卻發現氟蟲雙酰胺、氯蟲苯甲酰胺和溴氰蟲酰胺3種殺蟲劑制劑在極低的濃度下即可顯著影響大型溞的生長發育和繁殖。因此,該類殺蟲劑制劑在田間,尤其是在水稻田及農田水源毗鄰區應當謹慎使用,其對水體環境生物的毒性影響應當引起人們足夠的重視。同時,從本研究的結果也可以看出,大型溞的蛻皮數、壽命和體長等生長發育指標比首胎時長、產胎數和單雌產溞數等繁殖指標更敏感,可以作為水體環境中該類殺蟲劑制劑污染程度的指示指標,為評估該類殺蟲劑的環境風險和控制水體環境污染提供科學依據。

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*共同通訊作者(Co-),E-mail:fjw9238@163.com

Effect of Three Diamide Insecticide Preparations on Development and Reproduction of Daphnia magna Straus

Lin Tao1,You Yong1,Lin Ronghua2,Shi Mengzhu1,Li Jianyu1,Zhao Jianwei1,Chen Yixin1,Fu Jianwei1,#,Wei Hui1,*
1.Institute of Plant Protection,Fujian Academy of Agriculture Sciences,Fuzhou 350013,China
2.Institute for the Control of Agrochemicals,Minstry of Agriculture,Beijing 100125,China

8 December 2015 accepted 5 February 2016

We aim to investigate the chronic toxicity of diamide insecticides toDaphnia magna.The effects of three diamide insecticides(flubendiamide,chlorantraniliprole and cyantraniliprole)on the development and reproduction ofD.magnawere tested.The results suggest that these insecticides have different degrees of influence on the lon-gevity,length,number of cumulative molts,days of first brood,number of broods and number of offspring ofD. magna.The lowest concentrations that could significantly decrease the number of cumulative molts were 1.00×10-2mg·L-1,1.00×10-4mg·L-1and 1.25×10-3mg·L-1for flubendiamide,chlorantraniliprole and cyantraniliprole,respectively.The lowest concentrations for the significantly decreasing the longevity were 5.00×10-3mg·L-1,1.00×10-4mg·L-1and 1.25×10-3mg·L-1,respectively.For the significantly decreased length,the lowest concentrations were 5.00×10-3mg·L-1,8.00×10-4mg·L-1and 1.00×10-2mg·L-1,respectively.Similarly,the lowest concentrations resulting in the decreased number of broods were 1.00×10-2mg·L-1,4.00×10-4mg·L-1and 1.00×10-2mg·L-1,respectively,and the decreased number of offspring were 1.00×10-2mg·L-1,8.00×10-4mg·L-1and 5.00×10-3mg·L-1,respectively.There was no significant reduction in the days of first brood inD.magna(except cyantraniliprole).For flubendiamide,arranged in descending order,the sensitive endpoint was longevity and length,number of cumulative molts and number of broods and number of offspring,days of first brood,respectively;for chlorantraniliprole was number of cumulative molts and longevity,number of broods,length and number of offspring,days of first brood,respectively;for cyantraniliprole was number of cumulative molts and longevity,number of offspring,length and days of first brood and number of broods,respectively.Therefore,different degrees of negative effects were demonstrated for three diamide insecticides on development and reproduction ofD.magna.For those insecticides, longevity was most sensitive endpoint for evaluating chronic toxicity ofD.magna.

diamide;flubendiamide;chlorantraniliprole;cyantraniliprole;Daphnia magna;development;reproduction

2015-12-08 錄用日期:2016-02-05

1673-5897(2016)1-306-07

X171.5

A

10.7524/AJE.1673-5897.20151208002

林濤,游泳,林榮華,等.三種雙酰胺類殺蟲劑制劑對大型溞生長發育和繁殖的影響[J].生態毒理學報,2016,11(1):306-312

Lin T,You Y,Lin R H,et al.Effect of three diamide insecticide preparations on development and reproduction ofDaphnia magnaStraus[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2016,11(1):306-312(in Chinese)

國家自然科學基金(31471803)；福建省省屬公益類科研院所專項(2014R1024-6)

林濤(1982-),男,助理研究員,碩士,研究方向為農藥環境毒理研究,E-mail:maludongzuo@163.com

),E-mail:weihui@faas.cn

簡介:魏輝(1972-)，男，博士，研究員，主要研究方向為農業昆蟲與害蟲防治。

傅建煒(1974-)，男，博士，研究員，主要研究方向為農藥學與生物安全。