Srovnání Toxicita Diazinonu do Mírných a Tropických Sladkovodních Druhů Daphnia
Abstrakt
přítomnost pesticidů ve vodních útvarů představuje jedinečné výzvy pro ekosystém a všechny formy života. Biologické metody byly široce používány ke zkoumání toxických účinků různých toxických látek včetně pesticidů. Tato studie se zaměřuje na stanovení nežádoucích účinků diazinon, nesystémové organofosfáty insekticid, na dvou cladoceran druhů, včetně mírných Daphnia magna (D. magna) a tropical Daphnia lumholtzi (D. lumholtzi). 48 h LC50 hodnoty prokázaly vyšší toxicita diazinonu pro D. lumholtzi v koncentraci 3.41 µg·L−1 ve srovnání s D. magna v koncentraci 4.63 µg·L−1. Po 14 dnech expozice diazinon, přežití kapacity, jakož i reprodukční potenciál dvou cladoceran druhů zřetelně snížena a jejich míra růstu populace (RPI) se snížila při koncentracích >0,1 µg·L−1. Tato studie ukázala, že tropický cladoceran (D. lumholtzi)byl citlivější než mírný d. magna. Proto by mohl být použit jako indikátor pro hodnocení toxicity v tropickém prostředí. Přítomnost diazinonu ve vodních útvarech může být spojena s významným rizikem pro vodní organismy.
1. Úvod
V posledních desetiletích, většina vyspělých zemí se přesouvá směrem k bez chemických zemědělství, také známý jako „organické“ zemědělství/zemědělství, nebo jinými slovy, snížení používání pesticidů . To vedlo k podstatnému zlepšení agronomických postupů řízených přísnými právními předpisy a kvality přírodních vodních útvarů, tj. Většina rozvojových zemí v tropických oblastech zvyšuje používání pesticidů a hnojiv, jak se stávají bohatšími . V důsledku toho se koncentrace pesticidů v tropickém prostředí neustále zvyšuje, což způsobuje pokles druhové rozmanitosti. Ačkoli pesticidy mají určité příznivé účinky na zemědělské plodiny, jejich použití může způsobit širokou škálu toxických účinků na různé neléčivé organismy .
Diazinon (O, O-diethyl-o-fosforothioát) je nesystémový organofosfátový insekticid. To bylo běžně používáno pro kontrolu vložení v zemědělských plodinách . Toxicita diazinonu výsledky z inhibice enzymu acetylcholinesterázy (AChE), což vede k hromadění neurotransmiterů a změněn přenos signálu v chemické synapse . Na domácím i mezinárodním trhu existuje více než 500 registrovaných přípravků, které obsahují diazinon jako účinnou látku . Díky svému širokému použití se diazinon často vyskytuje ve sladkovodních ekosystémech . V nedávné studii, Montuori et al. uvádí se, že diazinon je převládající ve vodních systémech po celé Evropě, s nejvyšší zaznamenanou koncentrací 785 ng * L-1 v řece Ebro ve Španělsku. Kromě toho byly v městských vodních cestách v Kalifornii nalezeny vysoké koncentrace diazinonu až do 1, 5 µg·L−1 . V posledních desetiletích byl diazinon široce používán v tropických oblastech . Zákony a předpisy o pesticidech však nebyly v těchto regionech dostatečně implementovány navzdory jejich těžkým aplikacím. Toxické účinky diazinonu jsou k dispozici v literatuře pro mírný cladoceran D.magna. Toxické účinky diazinonu na tropické zooplanktony však nebyly v literatuře dobře zdokumentovány a studovány.
Diazinon vytváří vysokou akutní toxicitu pro širokou škálu vodních organismů, což vede k širokému spektru subletálních biochemických účinků, poškození specifických cílových orgánů a tkání a nepříznivým ekologickým dopadům. Toxicita diazinonu byla rozsáhle studována u ryb a korýšů, a bylo hlášeno, že je středně toxický pro raná stadia života zebrafish . 96 h LC50 hodnoty v rozmezí od 0.32 do 1,53 mg·L−1 pro larvální a z 2.2 na 10,3 mg·L−1 pro dospělé několika ryb již byly zaznamenány . Yen et al. uvádí se, že diazinon snižuje aktivitu larválního plavání a inhibuje aktivitu bolesti u zebrafish, stejně jako zvýšení obsahu Hsp70. V cladocerans, diazinon v koncentraci od 0.18 do 0.30 µg·L−1 způsobila nepříznivé účinky na přežití. D. magna . Bylo hlášeno, že tyto koncentrace diazinonu způsobují pokles průměrného celkového počtu mladých na samici, průměrné velikosti plodu a rychlosti nárůstu populace (RPI) a vývoje d.magna. Pouze koncentrace nad 0, 25 µg·L−1 způsobila zpoždění doby do první reprodukce . Toxikokinetických a toxikodynamických modely diazinon a jeho vedlejší produkt 2-isopropyl-6-methyl-4-pyrimidinol v korýš druhu byly vyšetřovány Kretschmann et al. . Výsledky naznačují, že oxidační dearylace diazinonu na pyrimidinol je klíčovým krokem buněčné detoxikace, který je katalyzován enzymem P450 . Nicméně, většina ekotoxikologických studií použití mírných cladoceran D. magna jako ekotoxikologické model; toxicita insekticid na tropických druhů zooplanktonu nebyla zkoumána ve stejném rozsahu .
v této studii byl proveden akutní 48hodinový test a chronický 14denní test ke studiu účinků diazinonu na dva druhy cladoceranů. Toxicita diazinonu na časná stadia života mírného druhu D. magna byla testována a toxicita na D. magna byla porovnána s toxicitou na tropickém druhu D. lumholtzi. Výsledky poskytnou základní informace pro stanovení referenční hodnoty pro organofosfátové insekticidy v tropických vodách.
2. Materiály a metody
2.1. Chemikálie
Diazinon (O, O-diethyl-o-fosforothioát) byl zakoupen od společnosti Sigma-Aldrich. Zásobní roztoky 1 mM byly připraveny rozpuštěním v dimethylsulfoxidu (DMSO) před experimentem a uchovávány při 4°C.
2.2. Testované organismy
v této studii byly použity dva druhy cladocerans: d. lumholtzi byl izolován z rybníka na severu Vietnamu. D. magna byl získán z MicroBioTest Inc. (Belgie). Oba dafnie byly pěstovány v 1 L kádinky naplněné s COMBO střední a udržuje se při teplotě 25 ± 1°C pod světla : tmavě cyklus 12 h : 12 h. Zvířata byla krmena microgreen řasy (Chlorella sp.) a 1 : 1 : 1 směs kvasinek, cerrofylu a trávení pstruhů (YTC). Potravinářské a kulturní médium bylo obnovováno každé dva dny.
2.3. Test akutní Toxicity
zkouška akutní imobilizace byla provedena podle protokolu 202 organizace pro ekonomickou spolupráci a rozvoj . Tento test byl proveden za účelem vyhodnocení citlivosti druhu a stanovení rozsahu koncentrací, které mají být použity v chronických testech. Krátce, Dafnie novorozenců (<24 h staré) byly udržovány v 50 mL kádinky obsahující 30 mL COMBO střední špičatý s diazinon v koncentračním rozmezí 0, 0.5, 1, 2, 5, a 10 µg·L−1. V každé koncentraci expozice bylo vystaveno 15 novorozenců na koncentraci diazinonu a slepou kontrolu. Všechny zkušební expozice byly připraveny ve trojím vyhotovení. Zkušební nádoby byly umístěny při kontrolované teplotě 25 ± 1°C v cyklu světlo: tma 14 h: 10 h během 48 h inkubace. Hodnocenou odpovědí pro tento test byla nehybnost nebo smrt cladocerans. Kritériem pro přijetí testu byla míra přežití vyšší nebo rovna 90% v kontrolní skupině. Nakonec byly ke stanovení střední letální koncentrace (48 h LC50) použity údaje o mortalitě zaznamenané na konci zkoušek toxicity (48 h).
2.4. Chronická Toxicita Assay
na Základě akutní toxicity výsledky a environmentálně relevantních koncentracích diazinonu v předchozích studiích , dafnie byly vystaveny v průběhu 14 dnů následujících subletální koncentrace diazinonu: 0 (kontrola), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, a 1,0 µg·L−1. Reprodukční test byl proveden podle standardního protokolu popsaného v APHA s menšími modifikacemi. Krátce, novorozenci mladší než 24 hodin byli jednotlivě inkubováni v 50 mL kádinkách obsahujících 20 mL kontrolního média nebo vystaveni koncentracím diazinonu. Koncentrace diazinonu a potraviny (směs zelených řas Chlorella sp., při hustotě 5 × 106 buněk * mL-1 a YTC) byly obnovovány každé dva dny. Přežití, reprodukce (plodnost), čas pro první reprodukci, celkový počet novorozenců na ženu, počet mláďat a velikost plodu byly zaznamenány denně. Délka těla rodičovských dafnidů byla měřena na konci experimentu.
2.5. Statistické Analýzy
48 h střední letální koncentrace (48 h LC50) byla předpovězena pomocí probitové analýzy jak již dříve uvedl Stephan . Rychlost růstu populace (RPI) byla vypočtena podle metody navržené navržené Euler–Lotka : ∑e-rxlxmx = 1, kde lx = podíl přežití do věku x, mx = věkově specifické plodnosti, a x = čas ve dnech. Všechny výpočty byly založeny na 14denních experimentech . Rozdíly mezi léčebnými skupinami a kontrolami byly stanoveny pomocí jednosměrné analýzy rozptylu (ANOVA). Významné rozdíly () byly rozlišeny použitím Dunnetovy zkušební metody. Všechny údaje jsou uvedeny jako medián ± SD.
3. Výsledky a diskuse
3.1. Akutní toxicita
během experimentální doby akutního testu nedošlo v kontrole k žádné mortalitě. Nejvyšší testovaná koncentrace diazinonu vedla ke 100% mortalitě obou dafnidů. Diazinon však vykazoval vyšší toxicitu pro D. lumholtziho. Hodnoty 48 h LC50 diazinonu pro D. Magnu a D.lumholtziho za testovaných experimentálních podmínek, v 95% intervalu spolehlivosti, byly 4, 63 A 3.41 µg * L-1.
toxické účinky pesticidů na vodní organismy jsou často zkoumány za použití mírného d. magna v laboratorních podmínkách. Stále však existuje jen málo pochopení o akutních a chronických účincích diazinonu na Korýši, zejména na druhy pocházející z tropických oblastí. 48 h LC50 hodnoty diazinon hlášené v této studii byly v rozmezí s 48 h LC50 hodnoty uvedené pro nauplius z copepod Eodiaptomus (48 h LC50 = 2.8 µg.L-1), Mezocyklopy (48 h LC50 = 2,9 µg·L−1) a Termocyklopy (48 h LC50 = 4.1 µg * L-1). Nicméně, hodnoty byly nižší než 48 h LC50 hodnoty pro dospělé Eodiaptomus (48 h LC50 = 46.8 µg·L−1), Mesocyclops (48 h LC50 = 30.6 µg·L−1), a Thermocyclops (48 h LC50 = 40.2 µg·L−1) , nebo vyšší než 48 h LC50 hodnoty pro další cladocerans jako Ceriodaphnia dubia (48 h LC50 = 0.21 µg·L−1) . Výsledky akutních testů dokumentovaly vyšší citlivost tropických d. lumholtzi novorozenců na diazinon ve srovnání s mírným d.magna. Z hlediska praktické aplikace, tyto výsledky jasně ukázaly, že D. lumholtzi může sloužit jako vhodná náhrada za mírný druh D. magna, tedy jako indikátor toxicity, za tropických podmínek.
3.2. Chronická Toxicita
účinky subletální koncentrace diazinonu na přežití a reprodukci. D. magna a D. lumholtzi během 14 dnů inkubace jsou uvedeny v Tabulce 1 a na Obrázku 1. Přežití obou dafnidů se snižovalo se zvyšujícími se koncentracemi diazinonu během 14denního testu. U d.Magny a D. lumholtziho při expozici diazinonu byl pozorován významný pokles odpovědí v anamnéze. Oba dafnie rostla dobře v kontrolní inkubace (délka D. magna a D. lumholtzi zvýšena až na 4,1 a 2,4 mm, v daném pořadí, na konci experimentu). Všichni jedinci v kontrolní přežil celé experimentální období (14 dní), a produkoval četné potomstvo (27.4 ± 3.6 mláďat na D. magna a 18,2 ± 2,1 na D. lumholtzi).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Poznámka. .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
()
(b)
(a)
(b)
Diazinon způsobil významné účinky a na dávce závislé zvýšení reprodukce (počtu mláďat na samici) obou dafnidů (Tabulka 1). Pro D. magna, diazinon na koncentrace až 0,1 µg·L−1 nebo vyšší, za následek významné snížení reprodukce (počet potomků na samici), zatímco pro D. lumholtzi, významné snížení reprodukce byl zaznamenán od nejnižší zkoušená koncentrace (0.05 µg·L−1). Reprodukce obou dafnidů byla významně zpožděna (), z 6, 5 dne pro kontrolu na 9, 6 dne pro D. magna (jako diazinon koncentrace až 0,1 µg·L−1 nebo vyšší), a z 3,5 dne v kontrolní 5,4 dní pro D. lumholtzi (jako diazinon koncentraci 0,05 µg·L−1 nebo vyšší) (Tabulka 1). Výsledky obou testovaných druhů ukázaly, že počet novorozenců narozených na samici významně poklesl při koncentraci diazinonu 0, 1 µg * L-1 nebo vyšší (Tabulka 1). Průměrná délka těla se výrazně snížil v těch dafnie (jako diazinon koncentrace do 0,2 µg·L−1 nebo vyšší) v rámci 14-ti denní testovací období od 4.1 do 3,1 mm a z 2,4 na 1,9 mm. D. magna a D.lumholtzi.
výsledky historie životních odpovědí obou druhů D.magna a D. lumholtzi. Vystavení subletální koncentrace diazinonu v laboratorních podmínkách ukázaly, že diazinon výrazně sníží počet vyprodukovaných potomků na samici a opožděné ve věku na první potomstvo. Získané výsledky jsou v souladu s předchozími pozorováními, která prokázala pokles průměrné produkce potomků a potlačení růstu d. magna nebo Ceriodaphnia dubia po expozici diazinonu .
výsledky chronického testu ukázaly, že D. lumholtzi byl citlivý druh na diazinon. Sánchez et al. navrhl, že korýši jsou úzce spjati s hmyzem, více než ostatní bezobratlí. Proto jsou citlivější na pesticidy než ostatní bezobratlí. Modrá a kol. je uvedeno, že toxicita diazinonu je ovlivněna mnoha faktory, jako je biotransformační schopnost samotného organismu, teplota vody, přítomnost dalších znečišťujících látek a další neidentifikované proměnné prostředí. Na druhé straně pomocí toxického kinetického a dynamického modelu pro studium toxicity diazinonu Kretschmann et al. navrhl, že citlivost testovaných druhů na diazinon může záviset na detoxikační schopnosti diazinonu a diazoxonu (toxický metabolit diazoxonu). Těchto autorů vyplynulo, že ve srovnání s D. magna, amphipod korýš Gammarus pulex je méně citlivý na diazinon, protože detoxikaci diazinon a diazoxon je šestkrát rychleji, což způsobuje, že je méně škodlivé účinky. Autoři také navrhli, aby mechanistické modely efektů byly použity k vysvětlení skutečných příčin, účinky, a drobné rozdíly mezi různými vodními bezobratlými .
3.3. Účinky diazinonu na míru nárůstu populace
účinky diazinonu na RPI jsou znázorněny na obrázku 2. Koncentrace diazinonu stejné a / nebo vyšší než 0, 1 µg * L-1 významně snížily RPI obou dafnidů během 14denního chronického testu (). Lze pozorovat, že oba dafnidy vystavené diazinonu vykazovaly téměř podobný trend během 14denního chronického testu. V přírodním prostředí je známo, že diazinon způsobuje nepříznivé účinky na mnoho druhů zooplanktonu včetně dafnie, a to i při nízkých koncentracích (od 5, 3 do 26, 3 nM) . RPI populace dafnie je důležitým ukazatelem pro predikci populačních trendů. Míra přežití, počet potomků na ženu, a věk plodnosti jsou pro předpověď rozhodující . Snížení RPI indikovalo chronický toxický stres pesticidů na Dafnii .
naše výsledky ukázaly, že oba testované druhy byly citlivé na diazinon a mohly být použity k předpovědi rizika insekticidů. Současné výsledky jasně naznačují, že tempo růstu d. Magny A D. lumholtziho v kontrolní léčbě bylo v rozmezí uvedeném v literatuře . V tropických zemích je nutné stanovit referenční hodnotu pro organofosfátové insekticidy. Abychom minimalizovali environmentální riziko spojené s pesticidy v tropických ekosystémech, důrazně doporučujeme další studie o krátkodobých a dlouhodobých toxických účincích organofosfátových insekticidů na různé tropické skupiny organismů.
4. Závěry
tato studie potvrdila, že diazinon představuje významné riziko pro vodní organismy, a to, necílové druhy Dafnií. Populační růst D. magna A D. lumholtzi byl po chronické expozici diazinonem nepříznivě ovlivněn. Ve srovnání s d.magnou vykazoval D. lumholtzi v akutním testu ještě vyšší citlivost na diazinon. Výsledky této studie jsou důležité pro predikci toxických účinků a environmentálního rizika spojeného s insekticidy. Další studie pomocí další organofosfáty insekticidy, různé tropické druhy zkoušek a zkušební podmínky jsou potřebné k posouzení možných rizik pro životní prostředí spojených s pesticidy v tropických vodních ekosystémů.