【研究背景导读】

酰胺类除草剂（AHs）由于结构复杂、使用量大、环境持久性强，对人体健康与生态环境安全造成极大威胁，已引发广泛关注。AHs残留会迁移并积聚在土壤中，抑制土壤酶的活性，严重扰乱微生物功能、生理生化过程以及微生物平衡，从而干扰土壤微生态能量流动和碳循环。相关研究证实，异丙甲草胺、丙草胺等AHs均会显著抑制土壤关键酶活性，然而AHs与土壤酶（SEs），如β-葡萄糖苷酶（BG）及碱性转化酶（AKI）相互作用的分子机制和构效关系尚不清晰。

【文章内容概要】

近日，潍坊科技学院/青岛理工大学杨传玺研究团队在Environmental Chemistry and Ecotoxicology期刊上发表题为“Effect of chlorine atoms on binding between amide herbicides and soil enzymes: Molecular mechanism and structure-activity relationship”的研究论文。本研究采用分子对接、密度泛函理论（DFT）计算与生物毒性预测评价方法，探究7种典型SEs与2种SEs之间的相互作用，阐明该相互作用的分子机制与构效关系。

（1）T.E.S.T.计算毒理学结果表明，甲草胺发育毒性最大，敌稗的致突变性最弱，但敌稗的急性毒性（LC50-96h, IGC50-48h, LC50-48h）最大。

研究明确了AHs抑制SEs活性的核心机制，重点分析了官能团、高频作用氨基酸残基、氢键、疏水相互作用，以及丙草胺与BG的结合面积（404.48 Ų）、丁草胺与AKI的结合面积（325.17 Ų）。敌稗的绝对结合能绝对值（|BE|）最高，对BG为2.94 kJ/mol，对AKI为2.93 kJ/mol，体现出显著的构效关系。结合面积与绝对结合能绝对值呈极强负相关（r = −0.891，P ≤ 0.01）。生物毒性结果显示，敌稗对生物的毒性最强，相关参数为黑头呆鱼96 h半数致死浓度（LC50-96h，mg/L）、梨形四膜虫48 h半数生长抑制浓度（IGC50-48h，mg/L）、大型溞48 h半数致死浓度（LC50-48h，mg/L），其毒性增强可能源于分子结构更小、空间位阻更低，且卤素（氯原子）含量更高。

除草剂的体相及表面电荷分布差异，主要受氯取代基位置、醚键氧原子间距、肽键氮原子、烃链长度及负电荷富集区域影响。AHs与BG作用的结合面积、绝对结合能绝对值，均与除草剂分子量呈极显著正相关（r = 0.973，P ≤ 0.001），与密度呈显著正相关（r = 0.836，P ≤ 0.05）；与之相反，结合面积、绝对结合能绝对值分别与密度（r = −0.811，P ≤ 0.05）、分子量（r = −0.982，P ≤ 0.001）呈显著负相关。除草剂与 AKI 的作用规律相似：结合面积、绝对结合能绝对值与密度呈显著正相关（r = 0.836，P ≤ 0.05），与分子量呈极显著负相关（r = −0.955，P ≤ 0.001；r = −0.982，P ≤ 0.0001）。发现AHs的理化性质是驱动其与SEs发生相互作用的关键因素。

研究聚焦土壤碳循环过程中的BG和AKI，将其作为关键作用靶标，通过系统探究AHs与SEs之间的相互作用机制，明确二者互作的核心规律与影响因素，进而科学、全面地评估AHs对土壤生态系统及碳循环过程产生的潜在生态环境风险，为相关污染防控与生态保护提供理论支撑。

图1. AHs的体相静电势(a)与表面静电势(b)。有机污染物包括敌稗、异丙草胺、异丙甲草胺、甲草胺、乙草胺、丙草胺和丁草胺。

【原文链接】

Yang C.X., Wang X.N., Lin J.Y., Wu Y.K., Wan Z.H., Wang W.L., Effect of chlorine atoms on binding between amide herbicides and soil enzymes: Molecular mechanism and structure-activity relationship, Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Volume 7, 2025, Pages 1749-1760, 

https://doi.org/10.1016/j.enceco.2025.08.005.

【作者介绍】

通讯作者/第一作者： 杨传玺 讲师 潍坊科技学院 化工与环境学院

杨传玺，潍坊科技学院化工与环境学院讲师，主要研究方向包括环境功能材料研发与水处理技术、新污染物环境暴露与健康效应、区域环境质量评价与可持续发展等。在JHM、CCL等期刊发表学术论文70余篇，连续入选2024-2025中国知网高被引学者TOP5%榜单，担任山东环境科学学会营养与健康专业委员会常务委员、当代化工研究期刊编委、Progress in Natural Science: Materials International期刊青年编委、Eco-Environment & Health期刊青年预备编委（2026年）、Journal of Hazardous Materials等10余个期刊审稿人、中国化学会等10余个学会会员。

通讯作者/共同第一作者：王小宁 讲师 潍坊科技学院 化工与环境学院

王小宁，潍坊科技学院化工与环境学院讲师，主要研究方向包括：新污染物环境暴露与健康效应；分子生物学；环境可持续发展。发表学术论文20余篇，申请/授权专利3项，指导学生多次参加创新创业比赛并获得国家级/省市级奖励10余项，担任Eco-Environment & Health期刊青年预备编委（2025年）、山东环境科学学会等学会会员。

共同第一作者：武勇坤 青岛理工大学环境与市政工程学院 

武勇坤，青岛理工大学环境与市政工程学院本科生，主要研究方向为新污染物毒理效应及其环境影响解析。在Environmental Chemistry and Ecotoxicology、Environment & Health、Environmental Toxicology and Chemistry、Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology等期刊发表学术论文4篇；主持国家级大学生创新创业训练计划项目1项，已结题。本科期间学业表现突出，先后获评2022—2023学年国家励志奖学金、优秀学生标兵；2023—2024学年国家励志奖学金、优秀学生标兵、优秀共青团员；2024—2025学年国家励志奖学金、优秀学生标兵。

共同第一作者：林静烟 青岛理工大学环境与市政工程学院 

林静烟，青岛理工大学环境与市政工程学院本科生，主要研究方向为环境内分泌干扰物的毒性效应研究及生物学评价。在Environmental Chemistry and Ecotoxicology、Environment & Health、Environmental Toxicology and Chemistry、Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology等期刊发表学术论文4篇；主持山东省大学生创新创业训练计划项目1项，已结题。本科期间科研与竞赛成果突出，荣获2025年获青岛理工大学院科技创新奖学金、2024年获得北控水务杯第七届大学生生态环境创新大赛国银奖、2024年获得“创祎杯”全国大学生课外学术科技作品大赛金奖、2024年获第十四届“挑战杯”山东省大学生创业计划竞赛银奖、2024年 获得“建行杯”山东省大学生创新大赛银奖。

 【期刊介绍】

Environmental Chemistry and Ecotoxicology (缩写ENCECO) 主要聚焦化学品在全球环境中的传输规律及其在生态系统中的毒性机制，生物体中的生物利用度和生物蓄积性，食物链中的生物放大，以及生态系统分析中的新技术和新方法、跨学科生态毒理学信息的处理方法等。期刊主要研究方向包括：环境化学、生态毒理学、环境修复、风险评估等。

期刊已被ESCI、Scopus、Ei Compendex、BIOSIS Previews、Biological Abstracts、CAS、DOAJ、GEOBASE等数据库收录。《2025年中国科学院文献情报中心期刊分区表》正式发布，Environmental Chemistry and Ecotoxicology 荣列大类：环境科学与生态学1区，Top期刊；小类：ENVIRONMENTAL SCIENCES 环境科学1区；TOXICOLOGY 毒理学1区。中国科学技术协会正式发布《科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告》（2025版），Environmental Chemistry and Ecotoxicology 荣列TOP期刊。

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