第一作者：张兰兰（江南大学 环境与生态学院）
通讯作者：张程 研究员（江南大学 环境与生态学院）
论文DOI：10.1016/j.jhazmat.2024.135911
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近日，江南大学环境与生态学院张程研究员团队在Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Fluxapyroxad induced toxicity of earthworms: Insights from multi-level experiments and molecular simulation studies”的研究论文。浙江省农科院王彦华研究员、匹兹堡大学高鹏教授、山东农业大学朱鲁生教授、王军教授共同参与了该项研究。该研究以赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）作为模式生物，基于多维实验和分子模拟共同探讨了新型烟酰胺类杀菌剂氟唑菌酰胺暴露诱发蚯蚓的毒性以及潜在分子机制和途径。
氟唑菌酰胺作为一种新型的杀菌剂，在农业生产中具有广阔的应用前景。有文献报道，氟唑菌酰胺在土壤中的DT50值为183-1000天，表明氟唑菌酰胺在土壤中具有持久性。土壤中残留的氟唑菌酰胺可能直接接触土壤动物，对土壤动物蚯蚓造成不良影响。本研究通过56 d体内实验和分子模拟，系统研究了氟唑菌酰胺对Eisenia fetida健康的影响。本研究旨在探明：（1）氟唑菌酰胺对Eisenia fetida氧化应激、消化系统和神经系统的影响，并通过综合生物标志物响应指数定量评价其综合毒性；（2）氟唑菌酰胺是否对蚯蚓表皮及肠道病理组织造成损伤；（3）通过分子对接和动力学模拟，探讨氟唑菌酰胺与蚯蚓氧化应激、神经系统和消化系统相关酶相互作用的潜在机制。本研究为揭示氟唑菌酰胺对土壤动物的毒性提供了新的策略，对明确氟唑菌酰胺对土壤生态安全的潜在影响具有重要意义。
在所测试的指标中，丙二醛含量和8-OHdG含量受氟唑菌酰胺的影响最大（图1），这表明氟唑菌酰胺具有诱导Eisenia fetida产生氧化损伤和遗传毒性潜力。此外，与神经毒性相关的生物标志物，包括Na+K+-ATPase、Ca2+-ATPase和AChE，在氟唑菌酰胺胁迫条件下处于抑制状态，特别是在较高剂量和较长暴露时间，这表明氟唑菌酰胺暴露可以对蚯蚓的神经系统产生负面影响，导致神经毒性。
图1 0.01-1 mg kg−1氟唑菌酰胺在染毒后14天（A，a）、28天（B，b）和56天（C，c）对蚯蚓各生化指标的综合生物标志物响应指数。
图2显示，除ANN外，几乎所有基因在氟唑菌酰胺暴露处理后均显著下调。氟唑菌酰胺对CRT、ZO-1、ATP6和NADH1基因的表达在0.01 mg kg−1处理组就表现出显著的抑制作用，而对TCTP、Occlidin和Cox I的抑制作用出现在1 mg kg−1处理组。IBR分析结果显示，高浓度处理组（1 mg kg−1）对相关基因表达的影响比低浓度处理组（0.01 mg kg−1）更为显著。
图2 氟唑菌酰胺处理28 d后，Eisenia fetida相关基因表达的热图（A）和综合生物标志物响应指数分析（B，C）。
本研究表明氟唑菌酰胺暴露28天后，蚯蚓的表皮和肠道组织均造成了损伤。结果表明，在对照组和低剂量组（0.01 mg kg−1），Eisenia fetida显示出正常的表皮、环肌和纵肌的结构。然而，0.1mg kg−1氟唑菌酰胺可使蚯蚓的纵肌排列不规则，间隙增宽，1mg kg−1氟唑菌酰胺还会使表皮细胞脱落、缺失。随着氟唑菌酰胺浓度的增加，肠道的肠壁上皮厚薄不均，出现裂隙。此外，还并伴有绿原组织脱落、缺失。
图3氟唑菌酰胺暴露28天后蚯蚓表皮（A）和肠道（B）的组织病理学变化。
分子模拟结果表明（图4，图5），除了与氧化应激相关酶结合外，消化和神经系统相关蛋白也是氟唑菌酰胺的重要靶点，大多数酶与氟唑菌酰胺具有较强的结合亲和力。通过分子对接和分子动力学模拟发现。改变这些酶活性的重要因素可能是氟唑菌酰胺直接结合在这些酶的活性位点，破坏蛋白质的结构和构象，从而影响其正常生理功能。
图4 氟唑菌酰胺与8-OHdG（A）、CAT（B）、SOD（C）、AChE（D）、Ca2+-ATPase（E）、SDH（F）、蛋白酶（G）和Na+K+-ATPase（H）的分子对接，对接位点的氟唑菌酰胺结构以粉红色表示；蛋白质以灰白色表示；蓝色虚线表示氢键；疏水相互作用用黄色表示；π-π键用红色表示；卤素键用绿色表示。
图5 分子动力学模拟过程中对接态和无配体态的均方根偏差（A、B、C和D）和均方根波动值（E、F、G和H），以及氟唑菌酰胺与酶之间形成的氢键数目（I, J, K和L）的。
第一作者：张兰兰，江南大学环境与生态学院在读硕士研究生。研究方向为环境污染与健康风险评估。目前以第一作者在Journal of Hazardous Materials、Science of the Total Environment国际期刊发表SCI论文2篇。
联系方式：2787673694@qq.com。
通讯作者： 张程，江南大学环境与生态学院校聘研究员，担任环境领域多个期刊的编委、审稿人。共发表SCI收录论文45篇，h-index指数为21。其中，以第一/通讯作者发表SCI收录论文28篇，ESI高被引论文1篇。主持国家自然科学基金青年项目等科研项目5项。张程研究员团队致力于新污染物生态与环境毒理等方面的研究。
联系方式：chengzhang@jiangnan.edu.cn
