论文部分内容阅读
拟除虫菊酯农药具有高效、低毒、易降解等特点,但是随着大量的应用,拟除虫菊酯农药引发的环境问题已引起人们的重视。本文综述了拟除虫菊酯农药的发展及其广泛应用对各种生态环境及生物的影响。在拟除虫菊酯农药的环境行为研究中,定量结构-性质／活性相关研究(QSAR)已成为解释其各种行为机理的重要辅助工具。本文在概述QSAR的发展及其重要作用时发现,QSAR分析研究中运用抑制机制的靶标酶活性与化学结构间建立定量关系,靶标酶可发挥导向性的作用,对缩短研发新农药周期具有指导意义。通过对不同生物体内的ATP酶、乙酰胆碱酯酶(AChE)、抗氧化酶、谷胱甘肽过氧化酶、谷胱甘肽转移酶等的讨论,选取乙酰胆碱酯酶作为本文的实验用酶。在实验过程中采用的有机溶剂会对酶产生一定的影响,为选取适宜的有机溶剂,减少对实验结果的影响,根据文献分析,在酶活性抑制前期实验中,选取了3种常用的能与水混溶的有机溶剂二甲基亚砜、丙酮和无水乙醇,测定了其对酶活性的影响并对抑制机理进行了阐释。根据实验分析,本文选取无水乙醇作为实验用有机溶剂。本文测试了12种典型拟除虫菊酯农药对乙酰胆碱酯酶(AChE)活性的抑制率,并运用多元线性回归分析方法建立了lgIClo与分子结构参数间的定量关系模型：lglClo=3.765-0.403(GGI3)-0.051(1gP),r2=0.859,lgIClo预测值与实测值拟合系数为0.859。运用最佳子集回归分析方法建立了模型：lgIC10=(2.842±0.157)-(0.017±0.009)(MWC05)+(5.563±0.958)(R7v+)+(0.289±0.047)(DE),r2=0.961,lgIClo预测值与实测值拟合系数为0.961。模型说明拟除虫菊酯农药对乙酰胆碱酯酶的抑制作用主要取决于其分子的空间结构、电性和疏水性。在与结构参数构建模型中发现,拟除虫菊酯农药对酶活性的抑制与分子的电性拓扑态指数有关,而利用拓扑指数构建方程也是QSAR研究的重要方法之一。为了明确拟除虫菊酯农药的电性特征对乙酰胆碱酯酶的作用机制,本文通过分子图谱构建、排序与计算,运用多元线性回归分析方法建立了lgIClo与分子中原子类型的电性拓扑态指数间的定量关系模型：lgIC10=4.268-0.018E4-0.006E16-0.084E18,r2=0.900,1gIC10预测值与实测值拟合系数为0.900。运用最佳子集回归分析方法建立模型：lgIC10=(2.824±0.141)-(0.017±0.004)E4-(0.007±0.009)E5-(0.005±0.001)E16,r2=0.841,lgIC10预测值与实测值拟合系数为0.842。模型分析表明拟除虫菊酯农药对AChE活性的抑制与酯基和氟原子等吸电子基团有关,亲电能力可能是决定拟除虫菊酯农药对AChE活性抑制的重要因素之一。拟除虫菊酯农药对乙酰胆碱酯酶的实验是体外进行,环境条件与体内不同,为进一步探索拟除虫菊酯的体内毒性是否与酶活性抑制有关及对哺乳动物的影响,本文建立了拟除虫菊酯农药对大鼠经口急性毒性LD5o与分子结构参数和原子类型的电性拓扑态指数间的QSAR模型。构建模型如下：1、多元线性回归模型：1gLD5o=9.089-0.153(RDF060e)-1.291(RDF020p)+0.059(RDF065m)-0.161(1gP),r2=0.982,lgLD50预测值与文献值拟合系数为0.982。最佳子集回归模型：lgLD50=(7.166±0.236)-(1.130±0.097)(DE)-(0.138±0.005)(RDF060e)-(1.606±0.082)(RDF020p),r2=0.993,lgLD5o预测值与文献值拟合系数为0.993。两个模型说明拟除虫菊酯农药对大鼠的毒性主要取决于农药分子疏水性与特定方向的电性特征。2、基于原子类型的电性拓扑态指数的多元线性回归模型：lgLD5o=0.932+0.074E4+0.061E10,r2=0.784,lgLD50预测值与实测值拟合系数为0.785。最佳子集回归模型：lgLD50=-(12.480±3.097)-(0.366±0.051)E9-(0.122±0.020)E12+(0.908±0.179)E18,r2=0.903,lg LD50预测值与实测值拟合系数为0.903。两个模型说明除虫菊酯对大鼠口服急性毒性与农药分子中取代基种类和数量有关,并受酯基的影响。上述模型,说明拟除虫菊酯的毒理特性主要受分子中氟、氯、氰基等吸电子基团和酯基的影响,其分子电性和疏水性是决定拟除虫菊酯毒理的关键因素。受体外条件限制,拟除虫菊酯对体外AChE的抑制与对大鼠的致毒机理并不完全相同。拟除虫菊酯农药的疏水性不仅决定其毒理特性,在农药性质的研究中也有重要作用。本文在前人研究成果的基础上,建立了用电性拓扑态指数预测拟除虫菊酯辛醇/水分配系数的简单可行的QSAR模型：多元线性回归模型：lgP=2.187+0.120 E14-0.306E2+0.152E5。最佳子集回归模型：lgP=(2.171±0.494)-(0.308±0.066)E2+(0.151±0.054)E5+(0.121±0.023)E14。两个模型r2=0.936,lgP预测值与实际值拟合系数为0.937。两个模型说明在农药分子中引入其他取代基取代分子骨架中氢原子,或引进羟基会改变农药分子的疏水性,进而改变其活性和致毒性。