茶树种植过程中易受病虫侵害,影响茶叶的产量和质量。新烟碱类杀虫剂是乙酰胆碱受体的激动剂,在茶园中通常用作内吸性杀虫剂,主要用来防治小绿叶蝉、蚜虫等同翅目昆虫。新烟碱类杀虫剂喷洒于茶树表面后会造成叶片接触部位的农药残留,此外,由于此类农药的高水溶性,残留于叶表面的农药经过雨水冲刷会进入土壤,土壤农药残留可被植物吸收和代谢,在保护农作物的同时,会间接增加饮茶风险。此外,此类杀虫剂在植物和动物体内会代谢形成一些代谢产物,这些代谢产物的化学组成和安全性也值得进一步探索。本课题组在前期研究中鉴定了烟碱类杀虫剂噻虫嗪在茶叶悬浮细胞中的7种代谢产物,但代谢机制尚不明确,并且此类杀虫剂在茶树中的吸收转运和代谢规律也未见报道。针对以上问题,本文研究4种新烟碱类杀虫剂(吡虫啉、噻虫嗪、啶虫脒、氯噻啉)在水培茶苗体内的吸收、分布和代谢规律,并对主要代谢产物进行定量分析;进一步利用代谢组学的研究方法分析了噻虫嗪在茶细胞中的代谢机制,预测其对茶细胞代谢途径的扰动,并推测茶细胞代谢通路变化,以期为茶叶农药残留代谢物的安全性评价和残留控制手段提供基础数据,主要研究结果如下:1、研究了 4种新烟碱类杀虫剂(噻虫嗪、吡虫啉、啶虫脒、氯噻啉)在水培茶苗(Camelliasinensis L.)中吸收和代谢过程,其中设置吸收时间为10d,排出和代谢时间为12d,分析各种农药在茶苗各部位(根、茎、老叶、嫩叶)的分布规律。结果表明:4种农药均可随着蒸腾拉力的作用,从茶树根部向上转移,其在茶树体内的累积浓度与农药理化参数无显著相关性,经10 d吸收后累积量分别为:275.57μg/g(吡虫啉)、265.35μg/g(啶虫脒)、250.59 μg/g(氯噻啉)和 109.78 μg/g(噻虫嗪)。对比茶树老叶和嫩叶中农药的含量,在吸收阶段,老叶和嫩叶中4种农药的浓度不断增加,且嫩叶含量均低于老叶。在代谢阶段,实验第22 d(代谢12 d)时,嫩叶中噻虫嗪和氯噻啉的浓度显著低于老叶(P<0.05),啶虫脒浓度显著高于老叶(P<0.05),吡虫啉无显著差异,说明不同结构的同一类型的农药在茶树体内的转运和代谢能力不同。2、鉴定了 4种新烟碱类杀虫剂在茶树体内的代谢产物。采用LC-QTOF-MS的检测手段对茶树中农药的代谢产物进行分析。基于保留时间(tR),碎片质荷比(M+/M+H),稳定同位素比例(35C1/37C1),并参考已有文献对代谢产物进行定性,在茶树体内定性的新烟碱类农药代谢产物共22种,其中包括噻虫嗪10种,吡虫啉5种,氯噻啉2种,啶虫脒5种。3、根据代谢产物鉴定结果,进一步采用LC-MS的检测方法对4种新烟碱类杀虫剂在茶树体内产生的主要代谢物进行了定量分析。结果发现:茶树接触农药的第1 d即有代谢产物产生,随后叶中的含量不断增加,根和茎中代谢物浓度变化不明显,叶片中代谢产物含量普遍高于根和茎。因此推断代谢产物主要在叶中代谢产生,或者于根部代谢后随蒸腾拉力转移至叶部被积累,哪种机制占主导作用需要进一步验证。对比茶树各部位的代谢产物与母体化合物的浓度发现,主要代谢产物的浓度与母体相比偏低,大部分代谢产物在进入代谢阶段后逐渐增加,但实验期内代谢物与母体的比例均低于0.076。4、采用非靶向代谢组学研究方法分析茶叶悬浮细胞受噻虫嗪胁迫后其代谢物的变化,寻找与差异代谢相关的酶。用GC-MS和LC-MS两种检测方法分别分析在茶叶细胞和上清(胞外),共找到235和163种差异代谢产物(VIP>1)。对差异代谢物所参与的代谢通路进行分析,在茶细胞中,丙氨酸,天冬氨酸,谷氨酸代谢受到的干扰最大,上清中表现出了细胞半乳糖代谢受到较大影响。从富集得到的代谢通路上,根据代谢物的上调或下调推测与之相关代谢酶的变化,其中上调的有水解酶,脱氢酶和转移酶等。5、利用分子模拟手段推测与噻虫嗪代谢或受之影响的茶叶悬浮细胞中的酶。从蛋白库中寻找受噻虫嗪胁迫后上调酶蛋白的结构。在MOE软件中将酶蛋白与噻虫嗪及其代谢产物进行分子对接,得到噻虫嗪与3’(2’),5’-二磷酸核苷酸酶,以及噻虫嗪代谢产物N-(2-氯-噻唑-5-基甲基)-胍与4-氨基丁酸转氨酶具有活性结合位点。推测这2种酶可能与噻虫嗪代谢有关。