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农药在保障农作物健康、增产和增收等方面发挥着重要作用。然而,由于农药的大量使用,也引起了农药残留、环境污染、生态破坏和农产品安全等一系列问题。十三五期间,国家重点研发计划“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”重点专项顺利实施,农药用量实现了零增长,同时农药利用率显著提高。2020年三大主要粮食作物农药利用率为40.6%,比2015年提高了4个百分点,同时国家还将进一步强化科技支撑,加大政策扶持,力争在2025年将农药利用率再提高3%。即便如此,大部分的农药仍会残留在环境中,从而引发环境污染、生态破坏和资源短缺等一系列连锁问题。因此,淘汰对农业、林业、非靶标生物以及生态环境毒性较高的农药,鼓励开发使用安全、高效和经济类农药是今后农药主要的发展趋势。常用的农药品种中约有40%为手性农药,随着新农药的开发和市场化,这一比例还将不断升高。然而,手性农药中仅有7%被开发成商品化的单一异构体或高效异构体。手性农药对映体具有几乎相同的理化性质,但在生物活性、残留行为以及毒性效应等方面往往存在巨大差异。因此手性农药对映体的选择性生物效应和毒理学机制受到广泛关注,已成为一个重要的研究热点。研究手性农药对映体在生物活性、残留行为、环境归趋和毒性效应的差异,以及阐明相关选择性机制将为手性农药准确的环境风险评估和高效单一异构体的开发提供依据。丁氟螨酯（CYF）由于其作用靶标独特、杀螨效果好、不易产生交互抗性等特点,已在全球约15个国家中广泛使用,具有较好的市场前景。丁氟螨酯含有两个对映体（+）-CYF和（-）-CYF。研究表明丁氟螨酯对映体在土壤中的降解具有显著差异,同时对人肝癌细胞（Hep G2）和斑马鱼胚胎细胞的毒性显著性不同。然而,土壤作为农药残留的重要环境载体,丁氟螨酯对映体在土壤-蚯蚓体系中降解及毒性差异等研究还未见报道。基于此,本实验开展了丁氟螨酯对映体在不同类型土壤中降解差异、对土壤微生物结构和功能影响,以及对蚯蚓毒性差异的研究,获得了以下主要研究结果:1.丁氟螨酯对映体检测及土壤中的降解行为利用高效液相色谱技术建立了丁氟螨酯对映体在土壤中的分析方法,并据此研究其在土壤中的降解行为。浓度为10 mg/kg的丁氟螨酯对映体在3种不同性质土壤的半衰期为:T1/2黑龙江-粘壤土＞T1/2重庆-粘土＞T1/2内蒙古-粉质砂土。微生物促进了丁氟螨酯的降解,对映体在灭菌土和自然土壤中的半衰期为:T1/2灭菌土＞T1/2自然土。此外,分析高浓度丁氟螨酯对映体的选择性降解行为。在浓度和p H值不同的土壤中,丁氟螨酯对映体半衰期不同:在黑龙江-粘壤土中（p H=5.51）,低浓度T1/2（+）-CYF=2.19 d,T1/2（-）-CYF=2.82 d;高浓度T1/2（+）-CYF=7.73 d,T1/2（-）-CYF=10.28 d;在内蒙-粉质砂土中（p H=8.82）,低浓度T1/2（+）-CYF=1.00 d,T1/2（-）-CYF=2.03 d;高浓度T1/2（+）-CYF=1.45d,T1/2（-）-CYF=1.83 d。在两种类型土壤中,（+）-CYF降解速度快于（-）-CYF。同时,在两种不同的土壤中,高浓度下都存在对映体转化现象,且转化趋势不同:在黑龙江-粘壤土中,（-）-CYF向（+）-CYF转化;在内蒙-粉质砂土中,（+）-CYF向（-）-CYF转化。2.丁氟螨酯对映体对土壤微生物种群结构的影响通过高通量测序和q PCR技术检测不同浓度（0.5 mg/kg和100 mg/kg）丁氟螨酯对映体对土壤微生物种群结构和细菌丰度的影响。结果表明,不同浓度的丁氟螨酯对映体均会抑制土壤中细菌的丰度。在黑龙江-粘壤土中,经（-）-CYF处理的细菌丰度更低;而在内蒙-粉质砂土中,经（+）-CYF处理的细菌丰度更低。不同浓度丁氟螨酯对映体对土壤微生物Alpha多样性和Beta多样性的影响表现为:对映体均抑制了Alpha多样性,在黑龙江-粘壤土中,（-）-CYF抑制更显著,而在内蒙-粉质砂土中,（+）-CYF抑制更显著。PCo A分析表明,不同浓度丁氟螨酯对映体均改变了原有的土壤微生物种群结构,一些有益微生物在（-）-CYF处理中显著富集。3.丁氟螨酯对土壤含氮量及氮循环基因丰度的影响通过检测土壤中的含氮量发现,丁氟螨酯对映体对土壤NH4+-N和NO3--N含量的影响具有显著差异。丁氟螨酯对映体对NH4+-N含量的影响表现为:在黑龙江-粘壤土中,（+）-CYF处理减少了11.88%-52.05%,（-）-CYF处理减少了12.31%-35.64%;在内蒙-粉质砂土的第30 d,（+）-CYF处理的NH4+-N的含量显著低于（-）-CYF处理。丁氟螨酯对映体对NO3--N含量的影响:在黑龙江-粘壤土中,（+）-CYF处理增加了11.51%-36.56%,（-）-CYF处理抑制了6.60%-29.81%;而在内蒙-粉质砂土中均表现为显著抑制,分别经（+）-CYF和（-）-CYF处理后,含量分别减少了22.47%-82.10%和8.82%-94.85%。黑龙江-粘壤土、内蒙-粉质砂土长期暴露在（+）-CYF中,土壤NH4+-N的含量均会显著降低。利用q PCR检测了丁氟螨酯对映体对氮循环相关的固氮菌（nif H）、硝化细菌（AOB）和硝化古菌（AOA）丰度的影响。丁氟螨酯对映体对nif H丰度的影响结果是,在黑龙江-粘壤土中,（+）-CYF抑制了25.36%-73.11%,（-）-CYF抑制了3.25%-72.94%;在内蒙-粉质砂土中,（+）-CYF抑制了24.20%-75.02%,而（-）-CYF的影响无明显规律。丁氟螨酯对映体对AOB和AOA丰度的影响:在黑龙江-粘壤土中,（+）-CYF增加了3.90%-105.31%和5.08%-71.12%,而（-）-CYF抑制了18.78%-62.30%和0.54%-27.45%;在内蒙-粉质砂土中,（+）-CYF抑制了21.48%-63.93%和26.62%-56.38%,而（-）-CYF抑制了5.35%-84.81%和6.00%-61.90%。在黑龙江-粘壤土和内蒙-粉质砂土中,（+）-CYF抑制nif H丰度更严重,而（-）-CYF抑制AOB和AOA丰度更严重。通过LEf Se、RDA和q PCR联合分析得到与环境因子相关的微生物,其中马赛菌（g-Massilia）和节杆菌（g-Arthrobacter）与固氮作用和硝化作用具有较高的关联性,且节杆菌与CYF的降解密切相关。4.丁氟螨酯对映体在蚯蚓体内的富集与急性毒性差异建立了丁氟螨酯对映体在蚯蚓中的分析方法,结果表明对映体在含有蚯蚓的人工土壤中的降解具有显著差异。相较于（-）-CYF,蚯蚓富集（+）-CYF的能力更强,（+）-CYF在蚯蚓体内残留时间更久。通过滤纸法检测Rac-CYF、（+）-CYF和（-）-CYF对蚯蚓的急性毒性的大小依次为:Rac-CYF（162.5μg/cm~2）＞（+）-CYF（309.4μg/cm~2）≈（-）-CYF（323.1μg/cm~2）。联合毒性效应分析表明,两个对映体的毒性效应表现为相加作用。5.丁氟螨酯对映体对蚯蚓慢性毒性差异采用体重变化、氧化应激反应、解毒代谢酶活性、细胞DNA损伤和转录组学5个指标来研究丁氟螨酯对映体对蚯蚓的慢性毒性。结果表明,蚯蚓长期暴露在含有（-）-CYF的人工土壤中,其体重显著降低,且具有剂量-效应;（+）-CYF处理下蚯蚓的氧化应激标记物超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和丙二醛（MDA）的比活力显著高于（-）-CYF处理,而（-）-CYF处理的解毒代谢酶,如多功能氧化酶（MFO）和谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的活性更高;经（+）-CYF处理的蚯蚓细胞中的DNA彗星图的拖尾距离更长,表明对蚯蚓的遗传毒性更严重。转录组测序结果表明,（+）-CYF处理的蚯蚓差异表达基因（DEGs）数量高于（-）-CYF处理,且浓度越高DEGs越多。DEGs功能注释主要集中在结合作用、催化作用和生物代谢等方面。进一步重点关注与致病相关途径和解毒代谢途径相关的DEGs的功能注释,发现（+）-CYF处理的蚯蚓,其上调表达的DEGs中,与致病相关通路的基因数量显著增多,而经（-）-CYF处理的蚯蚓中,与药物代谢相关的P450以及谷胱甘肽代谢有关的基因数量更多。综上所述,丁氟螨酯两个对映体表现出了明显的降解特性和生态毒理特性差异:两个对映体都在低浓度时在碱性粉质砂性土壤中降解更快,但（-）-CYF的半衰期更长,残留时间更久;除两个对映体都能显著抑制碱性内蒙-粉质砂土的硝化作用外,（+）-CYF还显著抑制黑龙江-粘壤土和内蒙-粉质砂土的固氮作用;（-）-CYF更易激活蚯蚓的解毒代谢能力,而（+）-CYF更易在蚯蚓体内富集和激活其氧化应激反应,引起的细胞遗传毒性更明显,激活更多的疾病相关基因表达。总体来讲,相较于（-）-CYF,（+）-CYF显示出了更高的生态毒理风险。