摘要
随着人们生活质量要求的提高，农产品质量安全愈发受到关注，其中环境中残留的农药被农作物吸收后富集在各组织中，甚至在可食用部分大量积累，导致农产品品质下降、农产品安全受到威胁。农作物从环境中对农药的吸收是农产品中农药残留的来源方式之一，因此解析作物对农药的吸收和转运机制对控制农药残留，保障农产品安全具有重要意义。该研究从农药残留控制理念出发，以广泛种植的农作物水稻为研究对象，通过室内水培试验探究不同类别农药在水稻根、茎和叶中的富集动态、亚细胞分布及其跨膜吸收规律，明确农药在水稻各组织中的残留行为及其影响因素，为通过控制农药的吸收转移过程，保障农产品的质量与安全提供理论依据。本文选取三类典型农药：新烟碱类杀虫剂（噻虫嗪、吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺、噻虫啉、噻虫胺和呋虫胺，-0.66＜logKow＜1.26）；三唑类杀菌剂（三唑酮、腈菌唑、丙环唑、氟硅唑、氟环唑、苯醚甲环唑和己唑醇，2.77＜logKow＜4.4）和磺酰脲类除草剂（苯磺隆、氯磺隆、烟嘧磺隆、吡嘧磺隆、氯嘧磺隆、乙氧磺隆和砜嘧磺隆，-1.47＜logKow＜2.89）进行研究，主要结果如下： （1）通过室内水培试验，利用HPLC-MS/MS对水稻根、茎、叶和营养液中的农药含量进行定量分析，发现水稻加速了农药在营养液中的消解，不同类别的农药半衰期差异显著，所有新烟碱类农药的半衰期小于三唑类农药，不同磺酰脲类农药的半衰期差异较大。农药达到吸收平衡的时间随着疏水性的增强而增加。新烟碱类农药主要富集在水稻的叶中，三唑类农药主要富集在水稻的根中。农药的辛醇系数（logKow）、分子量（MW）、溶解度（SW）和分子结构是影响不同类别农药吸收、转运的关键因素。新烟碱类农药在水稻根、茎和叶中的富集、转运主要受logKow和SW的影响，均与MW无关。三唑类农药在根、茎和叶中的富集、转运主要受logKow和MW的影响，均与SW无关。在新型农药的设计开发中，通过增强原子的电负性和范德华体积提高农药在植物中的富集效率，通过增强杂原子拓扑态指数之和与氮原子上的最大正电荷提高农药由地下部分向地上部分的转运效率，减少农药在环境中的残留，避免农作物二次富集。 （2）同一类农药在水稻根、茎和叶中的亚细胞分布趋势相同，且细胞壁、细胞器、细胞可溶性组分和质外体组分的分布比例在两两组织（根与茎、茎与叶、根与叶）之间均呈高度正相关。新烟碱类农药更多的富集在共质体、细胞内和液相组分，尤其可溶性组分中占比最高；三唑类农药主要富集在共质体、细胞外和固相组分，以细胞壁为主；磺酰脲类除草剂更多的富集在细胞外的质外体空间。农药的富集、转运与亚细胞分布比例存在相关性：在根中的富集与细胞壁富集系数呈正相关，在茎中的富集与细胞器富集系数呈正相关，农药由茎到叶的转移系数均随着根、茎和叶中细胞器的富集系数的增加而减弱。 （3）通过室内水培结合不同抑制剂试验发现不同类别的农药具有不同的跨膜吸收规律：水稻对新烟碱类农药的吸收是一个需要水通道蛋白和阴离子通道介导的过程，大部分为需要消耗能量的主动过程。水稻对三唑类农药的吸收是一个不需要水通道蛋白和阴离子通道参与的被动过程。
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