10种杀菌剂对中华蜜蜂的急性毒性测定及风险评估
2017-03-16王雅珺高景林韩文素刘俊峰王玉洁符石成赵冬香
王雅珺,高景林,韩文素,刘俊峰,王玉洁,符石成,赵冬香
(1.海南大学环境与植物保护学院,海口 570228;2.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所,海口 571101; 3.中国热带农业科学院蜂业技术研究中心,海口 571101)
10种杀菌剂对中华蜜蜂的急性毒性测定及风险评估
王雅珺1,2,3,高景林2,3,韩文素2,3,刘俊峰2,3,王玉洁2,3,符石成1,赵冬香2,3*
(1.海南大学环境与植物保护学院,海口 570228;2.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所,海口 571101; 3.中国热带农业科学院蜂业技术研究中心,海口 571101)
明确80%代森锰锌可湿性粉剂、50%啶酰菌胺水分散型粒剂、50%腐霉利可湿性粉剂、50%烯酰吗啉可湿性粉剂、100 g/L氰霜唑悬浮剂、20%叶枯唑可湿性粉剂、2%春雷毒素水剂、12.50%腈菌唑乳油、25%丙环唑乳油和15%咪鲜胺微乳剂等10种杀菌剂对中华蜜蜂Apisceranacerana工蜂的急性毒性,并评价其对中华蜜蜂工蜂的风险性。在室内采用摄入法和点滴法测定10种杀菌剂对中华蜜蜂工蜂的急性经口和接触毒性。结果表明代森锰锌,啶酰菌胺,腐霉利等7种杀菌剂对中华蜜蜂的急性毒性均为低毒;腈菌唑和丙环唑对中华蜜蜂的急性经口毒性和急性接触毒性均为中毒,咪鲜胺对中华蜜蜂的急性经口毒性为高毒,急性接触毒性为中毒;这3种杀菌剂且均属于中等风险性。建议禁止咪鲜胺在蜜源作物开花授粉期施用,慎重选择中等毒性杀菌剂腈菌唑和丙环唑,尽量选择对蜜蜂低毒的杀菌剂,以保护中华蜜蜂的安全。
杀菌剂;中华蜜蜂;毒性测定;风险评估
中华蜜蜂Apisceranacerana是中国特有蜂种,是我国传统农业授粉的主要昆虫,对促进植物基因多样性和维持生态平衡具有重要的生态、社会和经济意义(郑火青和胡福良,2009)。近十年来,大量证据表明,人工饲养蜜蜂及野生传粉昆虫数量大幅减少,但减少的原因仍有争议(Goulsonetal.,2015)。影响蜜蜂生存的因素可能有许多种,包括气候变化、遗传、由于种植模式改变而引起的营养变化、寄生虫和病毒疾病等(Fairbrotheretal.,2014)。一些研究结果表明,大量使用杀虫剂可能增加蜜蜂的损失率(Cutleretal.,2014;Al Naggaretal.,2015a,2015b)。而Goulson等(2015)认为蜜蜂大量减少的原因是由于杀虫剂、杀菌剂以及寄生虫与生境丧失之间复杂的交互作用所致。蜜蜂群体数量锐减,必定会引发农作物授粉危机(Stokstad,2013;吴艳艳等,2013)这已引起社会各界的广泛关注。
除杀虫剂外,杀菌剂也是蜜蜂和其他传粉昆虫最常接触的一类化合物,因为杀菌剂常被喷在开花作物上,而这类作物对采集蜂常有极高吸引力(Legardetal.,2001)。Mullin等(2010)在蜂房和花粉等中发现高残留的杀菌剂如百菌清和丙环唑,虽然通常认为这些杀菌剂对蜜蜂没有剧毒,但蜜蜂接触的环境中会有不确定农药混合物的毒性(Krupkeetal.,2012), 当新烟碱类杀虫剂与某些杀菌剂或其他农药结合后,会有协同增效作用,杀菌剂氟菌唑及丙环唑使啶虫脒对意大利蜜蜂的毒性分别增加244倍和105倍、使噻虫啉对意蜂毒性增加1141倍和559倍(Iwasaetal.,2014)。此外,最近一项研究发现,残留在蜂箱中的杀菌剂与蜂群病毒之间具有显著相关性(Samsonetal.,2014)。
蜜蜂授粉是促进作物增产提质的重要措施。而人们往往为防治作物害虫而大量使用农药,由于蜜蜂对农药十分敏感,农药使用不当会影响蜜蜂授粉,甚至造成蜜蜂中毒,影响作物授粉工作的顺利进行,严重破坏农田生态平衡(安建东和陈文锋,2011)。据赵帅等(2011)研究表明,300种农药中86%以上的杀虫剂对蜜蜂具有中等以上毒性,而多数杀菌剂对蜜蜂相对安全,属于低毒,少数为剧毒。业内一致的看法认为作物花期一般要严禁使用杀虫剂,而对杀菌剂的使用则没有太多的关注,多数人认为杀菌剂对蜜蜂没有影响。近年来,在我们开展的设施作物蜜蜂授粉试验及技术推广服务期间,常发现为作物授粉的蜜蜂有不归巢甚至死亡现象,故开展了农药尤其是农作物花期使用的各种杀菌剂对蜜蜂毒性影响的研究。本文以设施瓜类作物常用的几种杀菌剂为研究对象,研究这些杀菌剂对中华蜜蜂的毒性影响,明确其对中华蜜蜂的急性经口和接触毒性,并进行了杀菌剂对中华蜜蜂的毒性风险评估。开展农药对蜜蜂毒性影响的研究,可以更好的指导授粉生产实践,也为进一步协调蜜蜂授粉与绿色防控技术体系的应用,更好地保护蜜蜂为农作物授粉安全提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 供试生物
试验蜂群是由中国热带农业科学院环境与植物保护研究所试验蜂场(N19°32′,E109°32′)提供的中华蜜蜂成年工蜂。供试蜜蜂在试验当天清晨收集,要求为健康、大小一致的个体。用于急性经口毒性试验的蜜蜂在试验前饥饿2 h。
1.1.2 供试物
试验用药:12.5%腈菌唑乳油(沈阳科创化学品有限公司);25%丙环唑乳油(海南博士威农用化学有限公司);15%咪鲜胺微乳剂(海南博士威农用化学有限公司);80%代森锰锌可湿性粉剂(美国陶氏益农公司);50%啶酰菌胺水分散型粒剂(德国巴斯夫有限公司);50%腐霉利可湿性粉剂(住友化学有限公司);50%烯酰吗啉可湿性粉剂(德国巴斯夫有限公司);100 g/L氰霜唑悬浮剂(日本石原产业株式会社);20%叶枯唑可湿性粉剂(江西禾益化工有限公司);2%春雷毒素水剂(日本北兴化学工业株式会社)。
试剂:75%乙醇、丙酮(广州化学试剂厂,化学纯),蔗糖(海南椰威糖业有限公司),超纯水(MING-CHE 24UV)。
1.1.3 仪器设备
试验蜂笼(13 cm×6 cm×10 cm 的长方体钢盒,正面为玻璃板,顶部有饲喂口,底部有通风孔,每次使用前经过75%乙醇消毒),台秤(广州香山横荣集团股份有限公司),电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司),人工气候室(面积3.8 m2),农药环境检测仪(浙江托普仪器有限公司),微量移液枪(Eppendorf,Genex Beta)及配套吸头,冰箱(青岛海尔股份有限公司,BCD-215KA DZ),容量瓶、量筒、烧杯(BOMEX),玻璃棒,定性滤纸(杭州沃华滤纸有限公司,中速定性滤纸,Φ-11 cm),饲喂器(15 mL离心管,底部设3个直径1 cm的饲喂孔),医用脱脂棉(曹县华鲁卫生材料有限公司)等。
1.1.4 试验条件
试验在温度25℃±2℃、相对湿度50%-70%、黑暗条件下进行。
1.2 试验方法
1.2.1 急性经口毒性
以下试验操作均参照《化学农药环境安全评价试验准则》第10部分:农药对蜜蜂急性毒性试验(SAC,2015)。通过预实验得出中华蜜蜂工蜂最高存活剂量与最低全致死剂量,得出剂量范围按一定比例间距(级差在2.2以内)设置5个处理组及1个空白对照组(若使用有机溶剂助溶的需设溶剂对照组)。每个处理10头蜜蜂,各组均重复3次。将工蜂低温麻醉后放入试验笼中,然后在饲喂器中加入100-200 μL含有不同浓度供试物的50%(质量浓度)蔗糖水溶液,一旦药液消耗完(通常需要3-4 h,最多延长至6 h),将饲喂器取出,换用不含供试物的蔗糖水进行饲喂(不限量),并对每组药液的消耗量进行测定(即测定该处理的食物残存的重量)。观察记录处理48 h后的中毒症状和死亡数。
1.2.2 急性接触毒性
通过预实验得出中华蜜蜂工蜂最高存活剂量与最低全致死剂量,得出剂量范围按一定比例间距(级差在2.2以内)设置5个处理组及1个空白对照组(若使用有机溶剂助溶则需设溶剂对照组)。每个处理10头蜜蜂,各组均重复3次。供试物用丙酮溶剂溶解,配制成不同浓度的药液。对准蜜蜂中胸背板处,用移液枪分别点滴各浓度供试药液1.0 μL,待蜂身晾干后转入试验笼,用50%(质量浓度)蔗糖水饲喂。观察记录处理48 h后中毒症状和死亡数。
试验开始后观察蜜蜂的行为活动情况,并记录48 h后蜜蜂死亡情况,描述死亡症状及其他异常行为,描述试验过程中与对照组相比不同的症状,如蜜蜂的身体蜷缩、双翅张开等。当蜜蜂身体完全不动时即可判定为死亡。
1.3 数据统计与分析
1.3.1 毒力评价
根据试验期间死亡数及死亡时间,采用SPSS 19.0软件计算48 h半致死剂量值(LD50)、95%置信限及相应的毒力回归方程。参照《化学农药环境安全评价试验准则》第10部分:农药对蜜蜂急性毒性试验,按照蜜蜂急性经口和接触的毒性半致死剂量LD50(48 h),将农药对蜜蜂的毒性分为四个等级:(1)LD50≤0.001 μg a.i./bee,为剧毒;(2)0.001 μg a.i./bee
1.3.2 风险评估
危害商值(Hazard Quotients,HQ)是经合组织(OECD,2005)、联合国粮农组织(FAO,1989)、欧洲和地中海植物保护组织(EPPO,2000)等许多国家和国际组织用以初步判断农药对蜜蜂生态风险的指标。就蜜蜂而言,其HQ值的计算公式为:HQ=AR/LD50,式中AR代表农药田间推荐用量(g/hm2),LD50是农药对蜜蜂的急性经口或触杀试验所得值(μg a.i./bee)。如果HQ值小于50,则农药对蜜蜂无害;反之,则认为该农药对蜜蜂存在风险(EPPO,2000),HQ值越高,化学农药对蜜蜂的风险性越高。HQ小于50时,农药对蜜蜂为低风险;HQ在50-2500时为中等风险;HQ大于2500时为高风险。本文采用急性经口及接触毒性试验LD50(48 h)计算HQ值。
2 结果与分析
2.1 10种杀菌剂对中华蜜蜂的急性毒性
从表1发现,80%代森锰锌可湿性粉剂、50%啶酰菌胺水分散型粒剂、50%腐霉利可湿性粉剂、50%烯酰吗啉可湿性粉剂、100 g/L氰霜唑悬浮剂、20%叶枯唑可湿性粉剂和2%春雷毒素水剂等7种杀菌剂对中华蜜蜂的急性经口毒性半致死剂量LD50(48 h)及急性接触毒性半致死剂量LD50(48 h)均大于11.0 μg a.i./bee,按照《化学农药环境安全评价试验准则》中农药对蜜蜂的毒性等级划分,对中华蜜蜂工蜂的毒性为低毒。
12.50%腈菌唑乳油、25%丙环唑乳油和15%咪鲜胺微乳剂等3种杀菌剂对中华蜜蜂的急性经口毒性LD50值(48 h)分别为2.154、5.176和1.817 μg a.i. /bee,接触毒性LD50值(48 h)分别为4.697、7.261和3.228 μg a.i. /bee。按照《化学农药环境安全评价试验准则》中农药对蜜蜂的毒性等级划分,腈菌唑及丙环唑对中华蜜蜂工蜂的急性经口毒性和急性接触毒性均为中毒,咪鲜胺对中华蜜蜂工蜂的急性经口毒性为高毒,急性接触毒性为中毒。3种药剂急性经口毒性半致死剂量LD50值都小于急性接触毒性半致死剂量LD50值,说明经口摄入这3种杀菌剂更易使中华蜜蜂中毒。
表1 10种杀菌剂对中华蜜蜂工蜂的急性经口毒性和接触毒性(48 h)
2.2 3种杀菌剂中毒症状
12.5%腈菌唑乳油、25%丙环唑乳油及15%咪鲜胺微乳剂引起中华蜜蜂中毒,起初表现为急躁乱飞,横冲直撞,后续中华蜜蜂出现身体翻转足朝上抽搐,并且有呕吐物出现,且农药剂量越高症状越明显。而对照组蜜蜂多数群聚安静的趴在蜂笼壁上。死亡中华蜜蜂症状表现为双翅张开、喙伸出、腹部收缩、身体逐渐发干并散发出刺鼻臭味等。
2.3 3种杀菌剂对中华蜜蜂的致死效果比较
依照上述急性毒性试验方法,分别测定了这3种杀菌剂对中华蜜蜂的急性经口毒性和急性接触毒性。图1-3所示为各供试杀菌剂对中华蜜蜂的平均死亡率,由各组试验结果可以得出,随着供试杀菌剂剂量的逐渐增加,各杀菌剂对中华蜜蜂的平均死亡率逐渐升高。
图1 12.50%腈菌唑乳油对中华蜜蜂急性毒性试验结果Fig.1 The acute toxicity of myclobutanil 125 EC on Apis cerana ceranaⅠ,急性经口毒性;Ⅱ,急性接触毒性。Ⅰ,the acute oral toxicity;Ⅱ,the acute contact toxicity.注:图中不同大写字母表示差异极显著水平(P<0.01),不同小写字母表示差异显著水平(P<0.05),下同。Note: Different capital letters mean significant differences at 0.01 level, different small letters mean significant differences at 0.05 level. The same below.
图 2 25%丙环唑乳油对中华蜜蜂急性毒性试验结果Fig.2 The acute toxicity of propiconazole 250 EC on Apis cerana cerana
图 3 15%咪鲜胺微乳剂对中华蜜蜂急性毒性试验结果Fig.3 The acute toxicity of prochloraz 150 ME on Apis cerana cerana
2.4 3种杀菌剂对中华蜜蜂的危害商值
供试的3种杀菌剂对中华蜜蜂的危害商值如表2示,中华蜜蜂急性经口或接触12.50%腈菌唑、25%丙环唑及15%咪鲜胺均为中等风险。3种杀菌剂的HQ顺序15%咪鲜胺>12.50%腈菌唑>25%丙环唑,即15%咪鲜胺对中华蜜蜂的风险性最高,其次是12.50%腈菌唑,25%丙环唑的风险性最低。
表2 3种杀菌剂对海南蜜蜂的危害商值
3 结论与讨论
近年来,农药对蜜蜂影响的研究引起了业界广泛的关注,据报道,许多杀虫剂对蜜蜂表现为高毒(赵帅等,2011;赵怡楠等,2014a,2014b),同时影响蜜蜂幼虫的生长发育(Krupkeetal.,2012),还影响蜜蜂的学习和记忆能力(Decourtyeetal.,2005;Aliouaneetal.,2009)、劳动分工(Krupkeetal.,2012)、以及采集行为(Decourtyeetal.,2004;Guezetal.,2005)等。而杀菌剂的蜜蜂毒性普遍没有引起足够的重视,甚至认为杀菌剂对蜜蜂没有影响。但在设施作物授粉生产实践中,由于作物花期使用了杀菌剂而导致蜜蜂群势衰弱或死亡的现象屡见不鲜。在过去十年中,为控制真菌爆发,农业杀菌剂的使用量急剧增加(USGS,2015)。而且杀菌剂被施用于种子处理和整个生长季节的植物植株,这增加了传粉昆虫接触杀菌剂的机会。虽然通常不认为杀菌剂对蜜蜂有剧毒,但最近一项研究发现高残留的杀菌剂增加了蜜蜂感染寄生病毒的概率(Pettisetal.,2013)。通常情况下,杀螨剂、杀菌剂和抗菌药物均以无毒浓度施用,但由于其间的交互作用可能使其对蜜蜂的毒性加剧(Pilling & Jepson,1993;Glavan &Božicˇ, 2013;Johnsonetal.,2013)。从而导致杀菌剂暴露率增加,减少生物多样性和传粉昆虫的数量及其为生态系统提供的授粉服务(Hladiketal.,2016)。
本文研究结果表明,12.50%腈菌唑乳油和25%丙环唑乳油和对中华蜜蜂的急性经口毒性和急性接触毒性均为中毒,15%咪鲜胺微乳剂对中华蜜蜂的急性经口毒性为高毒,急性接触毒性为中毒。其中,咪鲜胺为咪唑类脱甲基抑制剂,腈菌唑和丙环唑均为三唑类脱甲基抑制剂,均属于麦角甾醇生物合成抑制剂(Ergosterol Biosynthesis Inhibitors,E-BIs)。这类杀菌剂通过抑制甾醇生物合成C-14脱甲基化酶从而抑制病菌麦角甾醇的生物合成,使菌体细胞膜功能受到破坏,从而抑制或干扰菌体附着胞及吸器的发育、菌丝和孢子的形成,最终导致细胞死亡(周子燕等,2008)。贾变桃等(2015)研究表明氟硅唑对蜜蜂的接触毒性为高毒,丙环唑和咪鲜胺为中毒;丙环唑和抑霉唑对蜜蜂的经口毒性为中毒。郭晶等(2010)研究表明杀菌剂烯效唑、己唑醇、丙环唑、戊菌唑、腈菌唑以及氟环唑对斑马鱼为中等毒性。池艳艳等(2014)报道氟硅唑、烯效醇2种杀菌剂对家蚕2龄幼虫为中等毒性,具有高风险性。可见此类杀菌剂对非靶标有益昆虫具有一定的毒性风险,应谨慎使用。
本试验结果表明,10种杀菌剂对中华蜜蜂的急性接触毒性,咪鲜胺、腈菌唑和丙环唑为中毒,其余7种药剂均为低毒;10种杀菌剂对中华蜜蜂的急性经口毒性,咪鲜胺为高毒,腈菌唑和丙环唑为中毒,其余7种药剂均为低毒。因此,应该严格禁止咪鲜胺在蜜源作物花期施用,慎重选择中等毒性杀菌剂腈菌唑和丙环唑,尽量选择对蜜蜂低毒的杀菌剂,以保护中华蜜蜂的安全。
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WANG Ya-Jun1,2,3, GAO Jing-Lin2,3, HAN Wen-Su2,3, LIU Jun-Feng2,3, WANG Yu-Jie2,3, FU Shi-Cheng1,ZHAO Dong-Xiang2,3*
(1. Environment and Plant Protection College, Hainan University, Haikou 570228, China; 2. Environment and Plant Protection Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; 3.Bee Industry Technology Research Center, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China)
The experiments were carried out to determine the acute toxicity of 10 fungicides, namely mancozeb 800 WP, boscalid 500 WG, procymidone 500 WP, dimethomorph 500 WP, cyazofamid 100 g/L SC, bismerthiazol 200 WP, kasumin 20 AS, myclobutanil 125 EC, propiconazole 250 EC, prochloraz 150 ME, onApisceranaceranaworkers. The acute oral and contact toxicities of 10 fungicides onA.ceranaceranawere conducted by food intake method and drop method in laboratory. The results of virulence evaluation indicated that the acute toxicity of 7 kinds of fungicides, namely mancozeb, boscalid, procymidone, etc, on honey bees were low. The oral and contact toxicity of myclobutanil and propiconazole on honey bees were medium, the oral toxicity of prochloraz was high toxic and the contact toxicity was medium. The risk assessment results showed that these 3 fungicides were medium risk forA.ceranacerana. It is suggested that prochloraz should be forbidden to be applied on honey crops during the pollination period. Myclobutanil and propiconazole with medium toxicity should be cautiously used. In order to protect the safety ofA.ceranacerana, fungicides with low toxicity on honey bees should be chosed as far as possible.
Fungicides;Apisceranacerana;acute toxicity;hazard assessment
国家蜂产业技术体系建设专项(CARS-45-SYZ14,CARS-45-KXJ9);海南省重点项目(ZDXM2014050);基本科研业务费项目(2016hzs1j042)
王雅珺,女,1991年生,硕士研究生,研究方向为蜜蜂毒理学
*通讯作者 Author for correspondence, E-mail: dongxiangzh@163.com
Received:2016-09-19;接受日期 Accepted:2016-11-8
Q965.9;S89
A
1674-0858(2017)01-0126-08
王雅珺,高景林,韩文素,等.10种杀菌剂对中华蜜蜂的急性毒性测定及风险评估[J].环境昆虫学报,2017,39(1):126-133.