污染物的物种敏感性差异可达几个数量级，但关键影响因素尚不清楚，明确生物毒性和毒代动力学（TK）过程的关联机制，是解析种间敏感性差异的突破点之一。新烟碱类杀虫剂是全球使用最广泛的一类杀虫剂，它不仅直接威胁水生无脊椎动物，而且通过破坏食物网结构影响更高层次的消费者，新烟碱类农药的水生态风险已引起全球广泛关注。
暨南大学环境学院暨广东省环境污染与健康重点实验室博士研究生苏杭、李慧珍副教授及其合作者等以吡虫啉为例，探究了水生无脊椎动物对新烟碱的种间敏感性差异及动力学影响机制。首先，基于外暴露和内暴露毒性阈值（LC50和LR50），对比了四种生物对吡虫啉的种间敏感性差异；其次，建立TK模型，解析了吡虫啉在四种生物体内的吸收、分布和消除过程；最后，基于二室TK模型，定量区分了生物体内高度动态（不直接产生毒性）和产生毒性的吡虫啉，为建立作用靶点毒性阈值提供有效数据和方法。研究结果显示吡虫啉对摇蚊的致死率最高，其次为夹杂带丝蚓、钩虾和大型溞。基于外暴露水浓度（LC50），吡虫啉的种间敏感性差异达1000倍，而基于生物体内残留（LR50），敏感性差异大幅度降低至50倍，突出了TK在种间敏感性中的关键作用。除大型溞外，一室TK模型无法准确模拟吡虫啉在其他三种无脊椎动物体内的生物累积过程，建立的二室TK模型成功解决了这个问题。二室TK模型将生物体内的吡虫啉划分高度动态（highly dynamic, C1）和产生毒性（toxicologically available, C2）两部分。物种敏感性与C2浓度显著相关，基于C2浓度的毒性阈值（LR50C2），种间敏感性差异降至6倍，说明C2中吡虫啉可能与毒性作用靶点烟碱乙酰胆碱受体（nAChR）结合并产生毒性，而C1中吡虫啉并未与作用靶点结合，不直接产生毒性。
该二室TK模型定量解析了典型有机污染物的体内分布与毒性的关联性，展示了建模方法在获取作用靶点毒性阈值的潜力。明确物种间敏感性差异的动力学影响机制对预测种间生态效应、制定风险阈值以保护水生生物多样性具有重要意义。
相关成果近期发表在Environmental Science & Technology（ES&T）上，本研究受到国家自然科学基金项目（No. 42277265、No. 41977343）资助。
Su, H., Zhang, Q., Wang, W.-X., Li, H.*, Huang, Z., Cheng, F., You, J., 2023. Two-compartmental toxicokinetic model predicts interspecies sensitivity variation of imidacloprid to aquatic invertebrates. Environmental Science & Technology.
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c01646
