【农药的轭合与结合态残留】
农药的轭合与结合态残留是在标记农药的出现和高精度分析仪器与技术得到应用后被发现和认识的。农药进入生态系统后，将在各种生物和非生物因子的作用下经历一系列的代谢反应，或降解或转化。从农药环境毒理学观点看，农药的轭合和结合是两类很重要的代谢反应，其机理、形成条件及生物学意义等已为农药科学和环境科学工作者所重视。
农药的轭合反应 农药轭合物指农药及其代谢物与生物有机体组分发生轭合反应形成的新产物，通常可用极性溶剂从生物有机体中提取出来。轭合反应的发生需要有适宜的功能团参与，如－OH、－COOH、－SH、－NH、－NNHOH等。含这类基团的农药或代谢产物在一定条件下能与生物体的轭合剂如糖类、氨基酸、硫酸酯等发生反应，形成相应的农药轭合物。农药轭合反应可根据轭合剂的性质分类，主要有：(1)糖类的轭合反应：许多农药与糖类反应形成糖苷轭合物，葡萄糖是轭合反应中最常见的一种糖。醇类、酚类和羧酸类农药或经氧化、水解等代谢反应产生这类基团的农药，均易与葡萄糖发生轭合反应，其中主要有葡萄糖醛酸轭合和葡糖苷的形成。前者多发生在脊椎动物体内，它需要以二磷酸尿苷葡糖醛酸(UDPGA)作辅助因子。在葡糖醛酸基转移酶的催化下，农药或其代谢产物与UDPGA轭合形成葡糖苷酸。后者则发生在植物体内，在葡糖苷转移酶的作用下，农药分子与二磷酸尿苷葡糖(UDPG)轭合形成葡糖苷。(2)氨基酸轭合反应：能与氨基酸轭合的主要是一些含自由羧基的农药及其代谢产物。甘氨酸是动物体内最常见的轭合剂，在某些动物体中还发现以谷氨酰胺、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、鸟氨酸、精氨酸、牛磺酸或氨酰牛磺酸为轭合剂的。在植物体中，天门冬氨酸轭合物的数量最多，其它还有由谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和色氨酸等形成的轭合物。农药在动物体内与氨基酸的轭合反应是分两步进行的需能生物合成反应。农药分子首先在合适的酰基辅酶A合成酶催化下，形成高能中间产物，然后在N－酰基转移酶的作用下，中间产物与氨基酸结合形成轭合产物。(3)谷胱甘肽(GSH)轭合反应：这一反应视底物的特异性，由不同的谷胱甘肽S－转移酶催化；也有相当数量的化合物能在无酶条件下与谷胱甘肽反应。动植物体内均能发生谷胱甘肽轭合反应，但在动物体内谷胱甘肽轭合物能进一步代谢形成巯基尿酸。(4)硫酸酯轭合反应：主要发生在动物体内。易与硫酸酯轭合的主要是含羧基或氨基的农药化合物。催化这一反应的主要酶类为磺基转移酶。
在ATP参与下活化，形成的3′－磷酸腺苷－5′磷酰硫酸(PAPS)在磺基转移酶催化下，与农药分子作用形成硫酸酯轭合物。除上述的主要反应类型外，还发现农药在动植物体内有甲基化、酰基化、磷酸酯轭合等其他类型的轭合反应。农药轭合物的生物学意义 (1)在动物体内：通常，农药轭合产物的急性毒性要比农药亲体低，极性比亲体大。如环已胺的葡糖苷酸轭合物对小白鼠的急性毒性只有亲体的1／6；4－羟基西维因的葡糖苷则为亲体的1／30，所以农药轭合反应在去毒作用上具有重要意义。研究资料表明，葡糖苷酸、硫酸酯、氨基酸和巯基尿酸等极性轭合物的形成，有助于动物从尿液或粪便中排除农药。如用环标记14C西维因的水溶性轭合物喂大白鼠，24小时后即有90%的食物从尿中排出。谷胱甘肽的轭合作用则是动物体阻止亲电农药分子诱使组织伤害甚至癌变的最主要机制。但也有不少例外，如N－甲基吡啶对白鼠的急性毒性就比吡啶大4倍，等等。更为突出的就是某些轭合物的致癌性。一些芳香胺类化合物是致癌或致突变剂，其中一部分就是经轭合反应而被激活的。另有一些本无致癌性的化合物，可经轭合反应转化成具致癌性的亲电代谢物。(2)在植物体内：植物体内的极性轭合物通常贮存于细胞的液泡内，一些落叶性植物可通过落叶去除农药轭合物。与动物相比，尽管植物经轭合途径排除农药的作用是不显著的，但是轭合反应对植物的去毒作用和选择性方面还是有重要作用的。试验发现，2，4－D与20种氨基酸都能轭合，这些轭合物在一定程度上都能刺激大豆子叶愈伤组织的细胞分裂和伸长，并且在许多情况是轭合物对植物的刺激作用超过亲体2，4－D的作用。因此，氨基酸轭合反应便成为2，4－D的活化机理。土壤结合残留物问题 从广义上讲，结合残留物即是无法用溶剂提取的农药轭合物。事实上，许多农药施于土壤后，短时期内就能与土壤有机质结合，用常规方法是无法提取的，所能提取的只是未形成结合态的一部分农药分子。对于“农药土壤结合残留”，美国生物科学研究所(AIBS)组织的环境化学工作委员会曾在1974年提出一个过渡性的定义，即所谓土壤结合残留是指经非极性的和极性的溶剂连续彻底提取后仍存在于富里酸、腐殖酸和胡敏素中的化学性质未明的农药残留物。以后有人对它作了修正，认为因使用农药而产生的、应用常规残留分析无法提取的化学物质即为结合残留。这里的化学物质包括农药母体的衍生物。结合态残留物形成 大多数结合残留物研究都是借助于放射性标记农药完成的。通常用C14标记。经溶剂彻底提取后的土样，通过燃烧使其中结合物的放射性转化为14CO2，并由液闪计数法定量，从而确定土壤中的结合残留量。一般认为，结合态残留物是由农药分子及其代谢产物与土壤有机质发生化学键合而形成的。有机质的－OH和－COOH等基团为这一作用提供了条件。此外，微生物活性及土壤水分状况也会影响结合能力。除了农药亲体外，某些农药的降解产物也能与土壤形成结合态残留物，有的结合能力甚至高于亲体分子。有人认为，土壤结合残留物的对硫磷形成是分两步进行的，首先是对硫磷在微生物作用下还原为氨基对硫磷，后者再迅速与土壤结合，形成不可提取的农药残留物。此外，一些研究资料表明，物理性束缚在形成土壤结合残留中也起重要作用。一般认为，含有酚酸、苯羧酸的腐殖物质，通过氢键连接形成相当稳定的筛状分子聚合结构。这种聚合结构具有许多不同分子大小的空隙，因而能镶嵌农药有机分子。结合残留的环境意义 Katan等人发现，果蝇与含0．43mg／kg新加对硫磷的砂土及与含有等量结合残留物的砂土接触24h后，致死率分别为87%和0%；在含有3．3mg／kg新加农药或3．3mg／kg结合残留物的土壤中，对果蝇的致死率分别为96%和5%。果蝇对地虫磷和甲基对硫磷等农药也有类似反应。因此，有人认为结合态农药残留物不但不可提取，而且生物活性也较低。但一些研究资料表明，结合态残留物在一定条件下也可以被土壤微生物、土栖动物或植物所释放和吸收。许多资料表明，植物体从新加农药的土壤中和含结合残留物的土壤中吸取残留物的速率比为5∶1。因此，与土壤形成结合态农药残留物的这种转移和转化现象，不能不引起人们的注意。综上所述，农药轭合物的生物活性因农药轭合剂性质、生物种类及其他因子的不同而异。但农药轭合反应在去毒作用上的重要性确实不容忽视。另外，值得一提的是，许多未排出生物体的轭合物还能经历各种代谢过程，如水解作用使农药亲体分子重新释放、水解产物的再轭合，等等。这些反应在作用时间和强度上也都将影响轭合物的生活活性。至于农药结合残留物的问题，在人们深入、全面了解和掌握它的行为规律以前，由土壤结合作用而给农药及其代谢产物带来的减毒和解毒效应，从环境意义上讲，只能认为是暂时的。(浙江农业大学黄欣撰；樊德芳教授审)