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本论文中,对两种杀菌剂在葡萄收获前的残留水平进行测定,然后由此得出农药残留动态曲线,并确立收获前残留限量值。同时,利用雅致小克银汉霉生物转化嘧菌胺代谢,并对嘧菌胺的代谢产物进行了分析,最终确定嘧菌胺的代谢机理和代谢途径。
首先,对于农药使用后的残留动态研究,通过两种杀菌剂在葡萄生长阶段的农药消解动态进行试验。实验所用的葡萄种植在防雨棚下,以防止雨水对施用后农药的冲刷。实验中所用杀菌剂唑菌胺酯(18.8%,水分散粒剂)和对甲抑菌灵(50%,可湿性粉剂),分别按照韩国推荐浓度(340、1000mg/L)及其倍浓度(680、2000mg/L),用背负式喷雾器进行喷雾。通过葡萄生长期间的农药残留研究,得出农药的消解动态符合动力学第一方程。以唑菌胺酯为例,施用浓度为340mg/L时,葡萄中残留消解曲线方程为y=5.7072e-0.0413t,其相关系数R2=0.8549,生物半衰期为14天左右;当施药浓度为680mg/kg时,唑菌胺酯的残留消解曲线方程为y=10.9151-0.0506t,R2=0.9195,生物半衰期为18天左右。并确立唑菌胺酯在收获前10天的农药残留最大限量(PHRL10)为2.60mg/kg,收获前5天的PHRL5为2.28mg/kg。如果在收获前某时间点的农药残留量比PHRL5低,那么就预示着作物在此时间5天后可以收获,其农药残留量将比MRL(最大残留限度)低或者相同而符合国家标准。以对甲抑菌灵为例,施用浓度为1000mg/L时残留消解曲线方程为y=1.2268e-0.0212t,其相关系数R2=0.8668,生物半衰期为17天左右,当施药浓度为2000mg/kg时,对甲抑菌灵的残留消解曲线方程为y=2.2155e-0.03291t,R2=0.9014,生物半衰期为33天左右。最终得出对甲抑菌灵在收获前10天的农药残留最大限量(PHRL10)为2.86mg/kg,收获前5天的PHRL5为2.39mg/kg。本实验中,PHRL值是通过高施药浓度的农药残留消解曲线得出来的。如果特定时间的农药残留量低于PHRL值,则能预测葡萄在收获前的农药残留量,确保预期收获期葡萄中农药残留量低于MRL值,对农药的合理,安全使用,起到一定的指导作用。
对于农药使用后的代谢研究,本试验利用雅致小克银汉霉生物转化嘧菌胺,并对其代谢机理,途径及代谢产物进行了分析。嘧菌胺是一种能对多种植物病原体起防治作用的杀菌剂。小克银汉酶属具有类似于哺乳动物的细胞色素P450单加酶系统和phaseⅡ药物代谢酶,其中雅致小克银汉霉,作为体外哺乳动物药物代谢模式,被广泛利用于药物代谢产物的毒理学和药理学研究。
实验中,雅致小克银汉霉液体培养基在马铃薯葡萄糖液体培养基(PDB)上培养2天。移走上清液后,菌丝体(大约2g)悬浮于新的PDB(55mL)上,添加嘧菌胺(5mg)后,在一定条件下(27℃,170r/min)培养48h,然后对代谢产物进行提取、纯化,代谢产物TMS衍生化后用气相-质谱连仪(GC-MS)进行结构鉴定。实验结果表明,雅致小克银汉霉存在条件下,在12h内大约87%的嘧菌胺代谢,同时生成9种代谢产物(M1-M9)。M1,M2和M4是主要代谢产物,分离提纯后用核磁共振氢谱(1H-NMR)进行分析。实验发现,M1的浓度在6h时达到最大值。M2,比M1有更高的GC-MS响应,这种代谢产物在24h时达到最大值。最初的12h内,只检测到微量M3存在,但其随后慢慢增多。M4在4h后可以观察到,然后在24h后到试验结束前它是量最多代谢产物。
M1和M2的TMS衍生物在m/z311处显示出分子离子峰,这个峰比嘧菌胺(M+,223)高88Da(-OTMS),表明那些代谢产物可能是单羟化的嘧菌胺。M1的1HNMR谱图很好的显示出苯基环(δ7.4-7.7ppm)的质子共振,而炔取代的甲基基团从62.06变到δ4.52,说明这个基团中存在羟甲基。M2的1HNMR谱图中,看出没有发生嘧啶上的化学取代转化,但苯环有新的共振模式。M3和M4的分子离子峰在m/z399可以观察到,说明两个羟基团存在于相关的化合物中。M4显示出M1和M2结合的1H-NMR特点,说明嘧啶环的苯基和炔基支链的羟化,另外M5-M9代谢产物各有m/z313(M5),315(M6),403(M7-M8)和491(M9)的分子离子峰。m/z222和/或224的碎片离子峰的存在表明M5和M6的嘧啶环中可能有羟丙烯和羟丙基。在有m/z403的分子离子峰的两种代谢产物中,M7的质谱图与M6很相似,除了88Da分子重量的增加,其表示有额外的羟基团。m/z199的特征碎片离子峰符合(4,6-dimethyl-pyrimidin-2-y(l))-phenyl-amine。代谢产物M8和M9除了它的分子离子峰,显示出常见的质谱图特点。例如,m/z287的碎片离子峰是最丰富的离子峰之一,其离子峰可能符合(4-methyl-6-trimethylsilyloxymethyl-pyrimidin-2-y(l))phenyl-amine。这些代谢产物被暂定为M6的二或三羟基衍生物。
为了研究雅致小克银汉霉生物转化嘧菌胺代谢机理,分别添加细胞色素P450(CYP450)的抑制剂增效醚(pB)和黄素单氧化酶(FMO)的抑制剂甲硫咪唑(MZ)。与空白对照实验嘧菌胺完全代谢相比,PB处理的PDB培养基中,48h后大约30-50%的嘧菌胺代谢。在所有PB(1,10,and100mg/L)处理的培养基中,M3,M4和其它次要代谢产物只有少量存在或者检测不到。实验结果表明PB对嘧菌胺的代谢抑制作用明显。在MZ(1,10mg/L)处理的培养基中,嘧菌胺降解地很快,在48h后检测不到,而初始量的12%仍然停留在高浓度MZ处理的培养基(100mg/L)中。嘧菌胺及其代谢产物在MZ的最低浓度(1mg/L)处理的培养基中的变化状况跟其在空白对照实验培养基中没有区别,说明MZ对嘧菌胺的代谢抑制作用随着MZ浓度的增大而更加明显。
实验结果表明,雅致小克银汉霉可以通过PhaseⅠ氧化酶(CYP和FMO)有几个不同的途径有效代谢嘧菌胺。其中FMO可能在嘧菌胺代谢中起着次要的作用,只参与了嘧菌胺代谢的某一特定部分,而CYPs具有广泛的催化活性。在嘧菌胺的生物转化中,丙炔基和苯基部分的羟基化作用是嘧菌胺的主要降解和代谢反应,而嘧啶环上的甲基基团保持稳定。