在農田生態系統中，化肥和農藥的大量使用在給農業生產帶來巨大效益的同時，也對生態環境產生了一定的負面影響。殘留的化肥和農藥通過人為或自然因素進入水體，對生活在其中的藻類、魚類、兩棲類等非靶標生物產生潛在的危害。兩棲動物由於複雜的生活史和較高的水體依賴性使得其對環境變化更為敏感。同時，其幼體蝌蚪的鰓、受精卵甚至是皮膚都具有較高的通透性，水體中殘留的化肥和農藥很容易進入其體內並累積，進而引起機體的一系列不良反應。當水體中的汙染物濃度達到或超過一定濃度時，機體將在細胞、組織、器官、個體性狀、行為及生理生化水平等方面出現不良反應。
在中國科學院成都生物研究所研究員江建平的帶領下，兩棲動物多樣性與保育團隊以常見農田兩棲類物種蝌蚪為對象，解析了常用化肥尿素（Urea）和常用草甘膦（Glyphosate）農藥對兩棲動物的生態毒理效應以及潛在的作用機制。
成都生物所趙天等以中華蟾蜍（Bufo gargarizans）蝌蚪為對象，研究了不同尿素溶液濃度曝露（0 mg/L，200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L和1200 mg/L）對蟾蜍蝌蚪行為及功能形態的影響。研究發現，尿素曝露會降低中華蟾蜍蝌蚪的活動等級，從而影響其捕食、生長和個體競爭力（圖1）。同時，隨著處理組尿素溶液濃度的增加，中華蟾蜍蝌蚪的功能性狀會發生改變，且不同發育時期的功能相似性會增加，從而增加了種內競爭的強度，影響個體的存活（圖2）。研究結果以Effects of urea on behavior and functional traits of Asiatic toad (Bufo gargarizans) tadpoles為題發表於Aquatic Ecology。
成都生物所王循剛和常利明等在朱未等人的指導下以飾紋姬蛙（Microhyla fissipes）蝌蚪為對象，系統研究了草甘膦農藥對兩棲動物蝌蚪存活率、溫度偏好、生長發育、功能形態等方面的影響。結果表明，草甘膦對飾紋姬蛙蝌蚪的10天LC50為77.5 mg/L；在亞致死濃度下，草甘膦仍然可以顯著抑制蝌蚪的生長和尾部發育（尾相對長度降低、肌纖維直徑降低），並呈現出劑量依賴性。轉錄組學分析發現，草甘膦處理組的核糖體、細胞骨架蛋白（Myosin、Actin和Tubulin等）基因轉錄顯著下調，與該組蝌蚪生長抑制和肌纖維直徑降低的現象相一致。進一步分析發現，草甘膦處理後的蝌蚪糖代謝（SGLT、KHK、GPI-2、F_bP_aldolases等）和脂代謝（FBPs、LC-FACS等）相關基因轉錄下調，而胺基酸代謝相關基因轉錄上調，這意味著蝌蚪的主要能量代謝底物從糖類及脂類轉變為胺基酸；此時，胺基酸同時作為合成（Anabolism）與分解（Catabolism）代謝的底物，加劇了蝌蚪生長與維持能量消耗之間的權衡（圖3），從而解釋了蛋白合成及骨架蛋白的轉錄下調。結合前人的研究成果，研究人員推測糖代謝和脂代謝相關酶類可能是草甘膦的主要毒理靶點之一，其所導致的基於胺基酸的能量代謝可能是草甘膦造成魚類和兩棲動物生長抑制的普遍代謝機制。另外，研究人員發現草甘膦處理下的蝌蚪對熱的偏好性增加，推測其可能是在壓力環境下的一種補償性行為，可作為潛在的生態毒理預警指標。以上研究結果以Metabolic switch in energy metabolism mediates the sublethal effects induced by glyphosate-based herbicide on tadpoles of a farmland frog Microhyla fissipes為題發表於Ecotoxicology and Environmental Safty。
以上研究工作得到重點研發計劃、國家科技支撐項目、國家自然科學基金、西部之光「西部青年學者」項目等的資助。
圖1 不同濃度尿素溶液對中華蟾蜍蝌蚪運動等級的影響。實驗1和實驗2代表不同的發育階段。不同的字母代表存在顯著性差異（P
圖2 不同濃度尿素溶液對中華蟾蜍蝌蚪3個功能性狀（體重、軀幹彎曲形狀和眼睛位置）的影響。不同的字母代表存在顯著性差異（P
圖3 草甘膦農藥對飾紋姬蛙蝌蚪的毒理機制。
來源：中國科學院成都生物研究所