有机杀虫剂对动物体毒性及其作用机制的研究进展

张静静，雷 忻，田鹏飞，戚珍珠，行文珍

(延安大学生命科学学院，陕西延安716000)

有机杀虫剂对动物体毒性及其作用机制的研究进展

张静静，雷 忻*，田鹏飞，戚珍珠，行文珍

(延安大学生命科学学院，陕西延安716000)

有机杀虫剂(Organic Pesticides)是人工合成对有害生物具有杀伤能力的有机化合物，近年来研究表明，有机杀虫剂可导致人体及动物体分子、细胞、组织等的水平发生病变，对神经细胞产生损伤，降低精子密度和精子活力等。本文根据国内外相关研究结果，对有机杀虫剂的发展、分类、毒性作用及其作用机制等方面进行综述，并对目前研究提出问题并展望。

有机杀虫剂；毒性；动物体

有机杀虫剂(Organic Pesticides)是继无机合成农药之后，由工业生产商品化的一类类型多、药效高、对作物安全、应用范围宽特点的有机农药。目前主要有有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类、拟除虫酯类等类型杀虫剂[1]。自20世纪40年代人工合成有机杀虫剂以来，其在控制鼠害和植物病虫害等方面发挥着不可替代的作用[2]。有机杀虫剂通过积累存在于土壤和水体中，在空气和光照的作用下形成新的化合物，对害虫及其天敌、水生物及土壤生物的生存造成影响，并通过农作物根、茎、叶、果实及种子对人体和牲畜的健康造成危害[3]。鉴于此，本文从有机杀虫剂的发展、分类、对动物体的毒性作用及其作用机制方面加以论述。

1 有机杀虫剂的发展

1939年瑞士Muelle合成的第一个有机氯杀虫剂(滴滴涕)，标志着农药进入有机合成时代。有机磷杀虫剂是在20世纪40年代出现的，它在病虫害防治过程中至今还发挥着非常重要的作用。60年代氨基甲酸酯类杀虫剂诞生，这类杀虫剂属于碳酸衍生物，具有易分解、易代谢、低毒的特点，在环境中不易积累。1973年，第一个对光照稳定的拟除虫菊酯苯醚菊酯研发成功，此类有机杀虫剂也是目前我国使用的较高效、低毒和低残留的农药之一，它是防治瓜果、蔬菜、谷物和烟草等虫害的良好药剂，对人畜毒性很低，使用较为安全。目前，人工合成的有机杀虫剂达到杀虫剂总用量90%以上[4]。

2 有机杀虫剂的分类

2.1 有机氯杀虫剂

有机氯杀虫剂(Organo-Chlorine Pesticides，OCPs)是一类组成成分中含有有机氯元素并用于防治植物病虫害的有机化合物。此类化合物物理化学性质稳定，难以降解，容易在环境中积累，具有长距离迁移能力，并可通过食物链在生物体内富集。Ben用DDT处理小鼠，发现小鼠睾丸重量减轻、附睾活动能力降低、精子比例降低，输精管管腔内精子显著减少，血清促黄体素和促卵泡素水平明显升高[5]，说明有机氯农药具有一定的雌激素效应，严重威胁人类健康与环境安全[6]。我国在1983年已经全面禁止有机氯杀虫剂的生产、销售和使用。

2.2 有机磷杀虫剂

有机磷杀虫剂(Organophosphate Pesticides，OPs)是德国科学家施拉德发现的具有杀虫活性的化合物，并将其率先引进德国市场。这类杀虫剂具有品种繁多(如乐果、敌百虫等)、药效高、低毒、易降解，在人体及动物体内不积累等优点，在农林业、公共卫生、医学治疗中长期大量使用[7，8]。据调查，喷施液体杀虫剂时，只有20%左右的农药可以附着在植物上，1%～4%作用于病虫害，其余40%～60%降落到土壤，5%～30%悬浮在空气中，因此会造成大气、土壤和水体的污染[9]。目前，有机磷杀虫剂引起的环境污染和人体健康问题，随着其大量、无节制的使用逐渐受到人们的关注。

2.3 氨基甲酸酯类杀虫剂

氨基甲酸酯类杀虫剂(Carbamate Pesticides)是参照卡立巴豆中毒性生物碱—毒扁豆碱(physostigimine)的类似物所研发的农药。其在酸性的条件下较稳定，遇碱、在空气和光照下易分解。目前我国合成的氨基甲酸酯类农药达到1000多种，其中用量较大的包括克百威(carbofuran)、叶蝉散(isoprocarb)和抗蚜威(pirimicarb)等。氨基甲酸酯类农药具有触杀和胃毒作用，毒理机制为抑制害虫的胆碱酯酶活性，且与胆碱酯酶的结合是不可逆的，因此毒性很高[10]。

2.4 拟除虫菊酯类杀虫剂

拟除虫菊酯类杀虫剂(Pyrethroid Pesticides)是一类模拟除虫菊中天然成分除虫菊素化学结构合成的农药。人工合成菊素克服了天然菊素对光照和空气的不稳定性[11]，被大量作为杀虫剂来应用。目前，全世界的拟除虫菊酯类杀虫剂在杀虫剂市场占到20%[12]，主要包括氰戊菊酯(速灭杀丁)、氯氰菊酯(灭百可)、溴氰菊酯(敌杀死)等，但由于绝大多数的拟除虫菊酯杀虫剂具有高亲脂性，在水体中被鱼类吸收，能直接进入鱼鳃和血液中，因而对鱼类可产生慢性蓄积中毒[13]。据调查，氰基类拟除虫菊酯类杀虫剂在我国食品中残留高达200 μg/ml[14]，严重危害人类健康。

3 毒性作用

3.1 “三致”作用

“三致”作用是化学药品对人体产生致突变(mutagenesis)、致畸(teratogenesis)、致癌(carcinogenesis)三方面的遗传毒性效应。有机杀虫剂可长期残留于环境中，通过食物链放大作用，最终经皮肤、呼吸道和消化道进入体内，在脂肪组织中贮存，可对人体产生致突变、致畸、致癌的“三致”作用。有机氯杀虫剂会对人体血红细胞和淋巴细胞的DNA造成损伤，诱导基因产生突变[15]。周好乐等用敌敌畏和乐果对小鼠骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核率和染色体畸变率进行检测，发现各染毒组微核率和染色体畸变率均显著高，提出低剂量有机磷农药可对小鼠骨髓细胞产生遗传毒性效应[16]。Sbrana等的研究表明，OPs会诱导癌基因和抑癌基因的表达，从而导致癌症发生[17]。张品等报道，氨基甲酸酯类农药分子一旦进入人体，会产生具有强烈致癌作用的亚硝基化合物[18]。于蓉蓉等研究发现灭百可、敌杀死等拟除虫菊酯类农药与人体或动物长期接触，会引起不良反应，甚至导致癌症[19]。上述研究表明，有机杀虫剂进入人体或动物体后可导致其分子、细胞、组织等的水平发生病变。

3.2 神经毒性效应

Grandjean等研究表明，7岁儿童尿样中的OPs代谢产物二烷基磷酸酯(DAP)水平升高可导致儿童简单反应时间延长[20]。Tran等研究发现，氯氰菊酯化合物可通过抑制c-fos基因的表达而促使神经细胞凋亡[21]。帕金森综合症是最常见的神经衰退性疾病之一，Richardson等研究发现，帕金森患者血清中狄氏剂含量比正常人的高很多，证实了狄氏剂是导致帕金森综合症的主要原因[22]。以上研究表明，有机杀虫剂在人体中可形成新的代谢产物，从而对人体神经细胞产生损伤，进而影响生命活动。

3.3 生殖毒性效应

对人群调查发现，男性因精子数量下降导致的不育与长期暴露于环境中的有机磷农药有一定关系[23]。Perry等证实，人的精子密度与其尿液中有机磷和拟除虫菊酯类农药代谢产物的浓度呈现负相关[24]，夏彦恺研究发现西维因暴露不仅可以引起精子的形态学缺陷，而且可通过引起精子发生过程中的染色体数目畸变或DNA链断裂造成相应的遗传毒性效应[25]。姚克京发现拟除虫菊酯类杀虫剂会降低精子密度和精子活力，造成畸形精子的数量增加，其毒性效应大小与暴露时间、剂量呈正相关[26]。但有机杀虫剂对精子的形态学缺陷研究尚不够具体，需进一步深入研究。

4 作用机制

4.1 膜受体机制

有研究表明，氧化乐果会缩短烟碱样乙酰胆碱受体(nAChR)离子通道开放的时间，降低肌细胞的兴奋和收缩频率[27]。正常钠离子通道的开启仅仅只有几毫秒，而在溴氰菊酯作用下钠离子通道将持续开启1秒甚至更长时间，从而引起兴奋过度[28]。Frigo等研究发现有机氯杀虫剂可引起应激介导的MAPK信号转导通路激活，导致转录激活因子AP-1的活化，从而调节细胞的增殖、分化及凋亡等[29]。由此可知，部分有机杀虫剂分子可识别细胞膜特定生物活性物质并与之结合，改变膜通透性，影响细胞的分子调控功能。

4.2 AChE活性中心机制

乙酰胆碱(acetylcholine，ACh)是一种重要的神经递质，过量的ACh会引起肌肉过度收缩，最终导致肌无力和麻痹。乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AChE)可催化ACh水解，防止ACh聚积。有机磷杀虫剂与氨基甲酸酯杀虫剂进入生物体后，与AChE活性中心结合致使AChE被磷酸化而失活，导致ACh积聚，从而产生肌肉持续激活和乙酰胆碱神经系统功能亢进的现象[30]。克百威通过甲酰化胆碱酯酶中心酯解部位上丝氨酸的羟基来抑制乙酰胆碱酯酶活性[31]。上述研究表明，有机磷杀虫剂和拟除虫菊酯类杀虫剂代谢产物小分子通过与AChE活性中心结合来改变其功能，引起生物体组织器官一系列中毒症状。

4.3 非共价结合机制

在生物体内，杀虫剂小分子可与生物大分子产生不可逆非共价结合，从而改变生物功能，引起生物毒性效应。有学者报道，敌敌畏对鸟嘌呤N-7位有烷基化作用，从而具有一定的致癌作用[32]。DDT的脱氧化氢产物DDE非共价结合于原癌基因(c-myc)，导致双螺旋结构的松散，甚至发生解链[33]。研究表明，有机杀虫剂分解产生的小分子物质与DNA之间主要以沟区结合、静电结合和嵌插结合方式进行非共价结合，当其嵌插到DNA碱基对之后，可以直接抑制DNA的复制和转录，甚至造成DNA链断裂受损。

5 展望

迄今为止，有机杀虫剂的应用历史已近80年，其在保护作物和控制人、畜疾病方面发挥着越来越重要的作用，但对环境、人类健康的损害也日趋严重[34]。许多研究专家对有机杀虫剂的毒性效应及作用机制进行了大量研究，但还存在一些不足。如：有机杀虫剂对胆碱酯酶作用机制已得到广泛认可，但这一机制并不能很好地解释动物体在有机杀虫剂中毒时产生的脑神经系统的变化；多种有机杀虫剂联合对雄性生殖毒性机制的研究很少，对男性生殖能力危害的估算还难以把握。应加大力度对这些方面的研究，以期为保护环境和人类健康提供理论依据。

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[责任编辑 李晓霞]

Research Progress of Organic Pesticides Impact On Animals Toxic Function

ZHANG Jing-jing,LEI XIN*,TIAN Peng-fei QI Zhen-zhu,XING Wen-zhen

(College of life Science,Yan′an Univerity,Yan′an 716000,China)

Organic pesticides are synthetic organic compounds that have the function of killing pests.In recent years,some studies have been shown that organic pesticides can lead to damages of molecules,cells and tissues levels of human and the animals,produce damage to nerve cells,reduce the sperm density and sperm vitality,etc.The objective of this review was to discuss the development, classification,the effects on animals and the mechanism of action of organic pesticides,posed some questions and did some prospects about present researches.

organic pesticides; toxicity; animals

2015-10-15

陕西省自然科学基础研究计划项目(2012JM3012)；国家大学生科技创新项目(201210719020)；陕西省高水平大学建设专项资金资助项目(2012SXTS03)；陕西省教育厅科学研究项目(2013JK0710)；延安市科学技术研究发展计划项目(2012KS-15)；延安大学博士科研启动项目(YD2007-112)；生态学陕西省重点学科专项资金建设项目

张静静(1991—)，女，陕西榆林人，延安大学硕士研究生。 *为通讯作者

Q955

A

1004-602X(2015)04-0088-04