Comparative Biochemistry and Physiology, Part C 194 (2017) 9–21

ScienceDirect提供的内容列表

比较生物化学和生理学，C部分

期刊主页: www. elsevier.com/locate/cbpc

对鱼类和两栖动物中苯脲类除草剂的生物反应：表征毒性机制的新方向

Vicki L. Marlatt a,⁎,1, Christopher J. Martyniuk b,c,1

a Department of Biological Sciences, Simon Fraser University, 8888 University Drive, Burnaby, British Columbia, Canada

b Department of Physiological Sciences and Center for Environmental and Human Toxicology, UF Genetics Institute, College of Veterinary Medicine, University of Florida, Gainesville, FL 326111, USA

c Canadian Rivers Institute, Canada

文 章 信 息

文章历史：

2016年8月18日收到

2017年1月11日收到修订后的表格2017年1月13日接受

2017年1月19日在线提供

关键词：

胚胎

鱼类

两栖动物

农业

比较转录组学

化学结构 - 功能关系

- 摘 要

基于尿素的除草剂用于农业以控制阔叶和草杂草，其作用是抑制光系统II（苯脲）的光合作用或抑制乙酰乳酸合酶乙酰羟酸合成酶（磺酰脲）。虽然尿素基除草剂有不同的化学式，但苯基脲是北美广泛使用的类，并且由于农业径流而在水生环境中被检测到。在这里，我们总结了文献的现状，综合了苯脲的数据及其在两种非目标动物（鱼类和两栖动物）中的生物学效应，主要关注敌草隆和利尿隆。尽管敌草隆在早期生命阶段的急性致死效应似乎是N 1 mg / L，但最近研究亚致死行为和发育终点的研究表明，敌草隆在较低的浓度下会产生不利影响（即b 0.1）。毫克/升）。两栖动物的毒性数据相当少，这是文献中的知识差距。在亚致死效应和作用方式（MOA）方面，linuron被证明在脊椎动物中具有抗雄激素作用，包括鱼类。然而，还有其他MOA在毒理学研究中未得到充分评估。为了鉴定其他潜在的MOA，我们对linuron和敌草隆进行了计算机分析，这些分析基于转录组研究和化学结构 - 功能关系（即ToxCasttrade;，物质活性谱的预测）。基于这些分析，我们认为类固醇生物合成，胆固醇代谢和孕烷X受体激活是共同的目标，并为将来研究非靶标

动物中苯脲类除草剂提供了一些新的终点。

。

copy; 2017 Elsevier Inc. All rights reserved.

1.目前在北美使用和存在苯脲除草剂

全球农药的广泛使用导致它们经常被检测为表面和饮用水中的污染物，并且更加关注人类和野生动物中农药暴露的生物累积，急性和慢性健康风险。 例如，在加拿大，N 500杀虫剂已经注册，与大多数国家一样，没有农药销售或使用数据的中央登记册。 然而，政府和同行评审的科学研究经常报告在农场中存在农药作为单独的化合物或混合物（布林布尔等，2005）。 在最近对加拿大地表水和地下水中的141种农药和转化产品进行的全国调查中，全国共检测到102种（加拿大环境部，2011年）。 通过北美地面和空中设备施用的一类广泛使用的除草剂，用于控制阔叶和禾本科杂草在出苗前和出苗后的作物生产过程中，尿素为基础的除草剂，其中利谷隆和敌草隆是本课程中最常用和研究的。敌草隆在加拿大注册为葡萄和芦笋作物的除草剂以及非作物区域（池塘，灌溉和排水沟），也存在于工业性质的非农药产品中（例如环氧树脂中的硬化剂，固化剂）环氧粘合剂，用于粘合金属试剂和运输工业中使用的工业产品）（加拿大卫生部和加拿大环境部，2011年）。

*通讯作者：西蒙弗雷泽大学生物科学系，8888 University Drive，Burnaby，BC V5A 1S6，Canada。

电子邮件地址：vicki.marlatt@sfu.ca（V.L。Marlatt）。

1这些作者对该研究的贡献相同。

在美国，敌草隆于1967年首次由美国环境保护局（USEPA;根据联邦杀虫剂，杀菌剂和杀鼠剂法案）注册，用于与加拿大相比更广泛的农作物和类似的非农业用途场所，并经常与其他除草剂和表面活性剂结合使用（USEPA，2003）。具体而言，在美国，敌草隆被用作芽前除草剂来控制作物中的杂草，例如苜蓿，朝鲜蓟，芦笋，香蕉，大麦，百慕大草牧场，蓝莓，蔓越莓，醋栗，玉米，棉花，葡萄，多年生草种子作物，木瓜，薄荷，菠萝，大蕉，高粱，甘蔗，小粒，以及一些水果和坚果树作物以及某些观赏植物（美国环保局，2003年）。在美国2001年至2007年间，使用敌草隆估计每年200万至600万磅，被列为最常用的常规农药活性成分之一（Grube等，2011）。另一方面，与敌草隆相比，利谷隆的使用受到的限制较少，但最近已被Health Can-ada重新评估，并且由于人类健康和环境健康问题而被逐步淘汰（Health Canada，2012）。在加拿大，加拿大卫生部根据“害虫控制产品法”注册了利谷隆，用于控制自20世纪90年代初以来的玉米，胡萝卜，马铃薯，果树，小麦燕麦和大麦等田间和园艺作物上的各种杂草（加拿大卫生部） ，2012）。

http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpc.2017.01.002

1532-0456/copy; 2017 Elsevier Inc. All rights reserved.

在美国，利谷隆于1966年首次注册了各种农作物（胡萝卜，芹菜，天竺葵，大豆，玉米，马铃薯）和非粮食作物农业用途（观赏植物，杨树，用于目前正在进行美国环保局的注册审查（美国环保局，1995年，2010年）。尽管植物是预期的目标并且对苯脲类除草剂的急性毒性作用最敏感，但在过去的二十年中，苯脲类除草剂的信息（例如毒性，归宿，分布，化学）得到了稳定的收集（平均60- 70个研究/年）在各种类群中（补充图1）。实际上，与植物，藻类和无脊椎动物相比，苯脲类除草剂在哺乳动物，鸟类和鱼类中的相对较低的急性毒性是显而易见的，但证明这些化合物在脊椎动物中的慢性毒性的研究正在增加(Hogan et al., 2012; Marlatt et al., 2013; Martyniuk et al., 2012; Pereira et al., 2015; Turner et al., 2003; Uren Webster et al., 2015; USEPA, 2015).然而，我们对某些动物，特别是鱼类和两栖动物的非目标效应的知识非常有限。事实上，研究这些除草剂在鱼类和两栖动物中的作用的研究只占这些化合物出版物总数的一小部分（补充图2）。因此，这里的目的是审查现有的科学文献，重点关注鱼类和两栖动物，并进行基于脊椎动物的苯基脲类除草剂的计算机分析，以确定鱼类和两栖动物的非目标不良反应的范围，以及这些环境污染物的潜在保守MOA。

2.化学结构

基于尿素的除草剂是一类广泛的除草剂，在有机化合物中含有尿素(CO(NH2)2) (Lanyi amp; Dinya, 2005).

基于尿素的除草剂包括磺酰脲类（R1-NH-C（O）-NH-SO2-的一般结构）（例如烟嘧磺隆，砜嘧磺隆），苯甲酰脲（BU）（R1-NH-C（O）的一般结构）。 -NH-CO-取代的苯基）（例如二氟苯脲，luferuron），噻二唑基脲除草剂（例如buthiuron，thiaza flron），三嗪基磺酰脲类（例如氯磺隆，异嘧磺隆，三嘧磺隆，苯磺隆）和苯脲（Niessen，2010）。苯基脲除草剂具有苯基-NH-C（O）-NR2的一般结构，因此存在两个通过羰基（C_O）官能团连接的氮基团，其中一个N-基团含有苯基（C6H5）和另一种由各种取代的部分组成（Morais等，2011）。基于N 20苯基脲的化学品用于植物控制（例如，茴香龙，chloroxuron，二氢呋喃，利谷隆，异丙隆，monuron，neburon，phenobenzuron，siduron，四氟脲等），以及由EMBL-生物化学实体编制的结构兴趣（ChEBI）显示存在许多化学取代，包括氟，氯和甲基以及其他部分（图1）。

如上所述，两种最广泛使用和研究的苯脲除草剂包括敌草隆和利尿隆（位于图1中的方框中）。敌草隆（CAS类型1名称：尿素，N - （3,4-二氯苯基）-N，N-二甲基 - ; CAS登记号330-54-1）和利谷隆（CAS类型1名称尿素，N - （3 ，4-二氯苯基）-N-甲氧基-N-甲基 - ; CAS登记号330-55-2）都具有两个与苯环相关的氯基团，但在不同的位置。两者之间的另一个区别是敌草隆在取代的氮上含有甲基，而利谷隆含有甲氧基。本综述着眼于敌草隆和利尿素，因为与其他尿素类除草剂相比，它们在农业中的应用相对丰富，并总结了它们在鱼类和两栖动物中的命运，分布和生物效应。

3.环境命运

表1总结了与敌草隆和利谷隆的环境归趋相关的一些关键物理/化学和持久性数据。 好氧和厌氧微生物代谢是土壤和水中敌草隆和淋漓的主要降解途径（表1; USEPA，2003; USEPA，1995; Jewett和Koper，2016）。 与陆地环境相比，水生环境中的降解速度更快（表1）。 的确，对于敌草隆实

验室的土壤微生物代谢

diuron (CHEBI:116509)

linuron (CHEBI:6482)

buturon (CHEBI:82199)

chlorbromuron(CHEBI:3608)

chlorotoluron(CHEBI:81981)

fenuronCHEBI:5013

fluometuron (CHEBI:82012)

isoproturon(CHEBI:6049)

monolinuron(CHEBI:81965)

monuron(CHEBI:38214)

siduron(CHEBI:81744) thidiazuron(CHEBI:81977)

Fig. 1. Examples of some phenyl-urea based chemicals, depicting the wide array of structures and substitutions. Structures were compiled from the EMBL-Chemical Entities of Biological Interest (ChEBI). Research has primarily focused on diuron and linuron for aquatic species.

表格1

所选择的物理/化学性质和在敌草隆和利谷隆的水和土壤中持久性的总结。