Environmental Science & Technology｜汪雷课题组揭示含氟农药土壤生态系统归趋新机制

       近日，我院农业与生物技术学院汪雷副教授课题组在环境领域顶级期刊 Environmental Science & Technology（IF=11.3）在线发表题为 “Enzyme-Labile Functional Groups Override Fluorination to Govern the Bioaccumulation and Metabolism of Fluorinated Pesticides in Earthworms (Eisenia fetida)” 的研究论文。该研究首次阐明易酶解官能团是调控含氟农药在土壤-蚯蚓体系中归趋的核心因素，为含氟农药的生态风险评估、分子绿色设计与监管防控提供了全新理论依据。

       含氟农药因氟原子带来的代谢稳定性、脂溶性与靶向活性，已成为全球农药研发的主流，市售占比超 1/3，新获批农药中含氟比例近 70%。但氟原子的引入也带来潜在的环境持久性、生物富集与次生污染风险。传统观点普遍将 “氟化” 等同于高持久性与高富集潜力，忽略了分子整体结构的决定性作用。蚯蚓作为土壤健康的关键指示生物与陆生食物链重要节点，其对含氟农药的富集与代谢响应，直接关系到土壤生态系统安全。然而，含氟农药在土壤-蚯蚓体系中的迁移转化规律与核心驱动机制仍不明确。

       针对这一问题，课题组构建了“简化模型化合物 + 商用典型农药”的研究方案：一方面选取三氟甲基吡啶（TFMP）及其非氟类似物（MePy），研究氟化作用本身带来的效应；另一方面选取涵盖杀虫剂、杀菌剂、除草剂的 7 种结构不同的常见含氟农药，开展滤纸接触暴露、土壤-蚯蚓暴露、富集与净化实验，结合超高效液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）的靶向和非靶向筛查技术，全面解析农药的生物富集规律与代谢通路。

图1 实验设计：（A）简化模型化合物、（B）商用典型含氟农药与（C）论文技术路线。

       研究证实：（1）氟化能显著提升模型化合物MePy的土壤持久性与生物富集性，但在结构相对复杂的商用农药中，该效应无决定性作用；（2）含氟农药的理化性质参数如氟原子数、辛醇-水分配系数等与其生物富集系数无显著关联；（3）在蚯蚓体内鉴定出一系列含氟农药代谢产物，其中分子中含醚键、脲键、硫酯键等易酶解官能团的含氟农药，可产生大量代谢产物，农药生物富集系数低，而无易酶解官能团的含氟农药鉴定出极少代谢产物，生物富集系数高；（4）所有受试含氟农药均未发生脱氟代谢，稳定的 C-F 键使其转化产物仍保留 PFAS 特性，存在潜在的次生生态危害。

图2 含氟模型化合物TFMP与其非氟类似物MePy的土壤降解与蚯蚓生物富集特征

图3 七种商用含氟农药的土壤降解动力学与蚯蚓生物富集系数差异

图4 蚯蚓体内含氟农药的主要代谢通路

       该研究证实易酶解官能团超越含氟基团，是调控含氟农药在蚯蚓中生物富集潜力的主要驱动因素，为新型绿色农药的分子设计提供了 “引入易酶解位点、降低富集风险” 的策略，同时为土壤环境中含氟农药的风险管控与监管标准制定提供了科学支撑。

       中山大学农业与生物技术学院已毕业硕士研究生苏展鹏、在读硕士研究生赖相华以及深圳市疾病预防控制中心的马浩嘉博士为论文共同第一作者，汪雷副教授为论文通讯作者，农业与生物技术学院章涛教授和深圳市环境科学研究院朱婷婷博士为论文修改提供了宝贵意见，中山大学农业与生物技术学院为论文第一完成单位。研究得到了深圳市基础研究专项自然科学基金计划面上项目资助。

       论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c04140

初稿：赖相华    初审：汪雷    审核：辛国荣    终审：杨德胜