Comparación de la Toxicidad del Diazinón con especies de Dafnias de Agua Dulce Templadas y Tropicales
Resumen
La presencia de pesticidas en cuerpos de agua presenta desafíos únicos para el ecosistema y todas las formas de vida. Se han utilizado ampliamente métodos biológicos para examinar los efectos tóxicos de diversos tóxicos, incluidos los plaguicidas. El presente estudio tiene por objeto determinar los efectos adversos del diazinón, un insecticida organofosforado no sistémico, en dos especies de cladoceros, entre ellas la Daphnia magna templada (D. magna) y la Daphnia lumholtzi tropical (D. lumholtzi). Los valores de LC50 de 48 horas demostraron una mayor toxicidad del diazinón para D. lumholtzi a una concentración de 3,41 µg·L−1 en comparación con D. magna a una concentración de 4,63 µg * L−1. Tras 14 días de exposición al diazinón, la capacidad de supervivencia y el potencial de reproducción de las dos especies de cladoceran se redujeron claramente y su tasa de aumento de la población (RPI) disminuyó a concentraciones >0,1 µg·L−1. El presente estudio indicó que el cladoceran tropical (D. lumholtzi) era más sensible que el D. magna templado. Por lo tanto, podría utilizarse como indicador para la evaluación de la toxicidad en entornos tropicales. La presencia de diazinón en masas de agua puede asociarse con un riesgo significativo para los organismos acuáticos.
1. Introducción
En las últimas décadas, la mayoría de los países desarrollados están cambiando hacia una agricultura libre de químicos, también conocida como agricultura/agricultura «orgánica», o en otras palabras, disminuyendo el uso de pesticidas . Esto se ha traducido en mejoras sustanciales en las prácticas agronómicas guiadas por legislaciones estrictas y en la calidad de las masas de agua naturales, es decir, en un menor riesgo para la vida acuática . La mayoría de los países en desarrollo de las regiones tropicales están aumentando el uso de plaguicidas y fertilizantes a medida que se hacen más ricos . Como resultado, la concentración de pesticidas en ambientes tropicales ha aumentado constantemente, causando una disminución en la diversidad de especies. Aunque los pesticidas tienen ciertos efectos beneficiosos para los cultivos agrícolas, su uso puede causar una amplia gama de efectos tóxicos en diferentes organismos no objetivo .
El diazinón (O, O-dietil – O-fosforotioato) es un insecticida organofosforado no sistémico. Se usaba comúnmente para el control de insertos en cultivos agrícolas . La toxicidad del diazinón resulta de la inhibición de la enzima acetilcolinesterasa (AChE), lo que conduce a la acumulación de neurotransmisores y a la transmisión de señales alteradas en las sinapsis químicas . En los mercados nacionales e internacionales, hay más de 500 productos registrados que contienen diazinón como sustancia activa . Debido a su uso generalizado, el diazinón se encuentra con frecuencia en ecosistemas de agua dulce . En un estudio reciente, Montuori et al. se ha informado de que el diazinón prevalece en sistemas acuáticos de toda Europa, con la concentración más alta registrada de 785 ng·L−1 en el río Ebro, España. Además, se han encontrado altas concentraciones de diazinón de hasta 1,5 µg·L−1 en vías fluviales urbanas de California . En las últimas décadas, el diazinón se ha utilizado ampliamente en regiones tropicales . Sin embargo, las leyes y reglamentos sobre plaguicidas no se han aplicado adecuadamente en estas regiones, a pesar de sus numerosas aplicaciones. Los efectos tóxicos del diazinón están disponibles en la literatura para el cladoceran templado D. magna. Sin embargo, los efectos tóxicos del diazinón en los zooplancton tropicales no han sido bien documentados y estudiados en la literatura.
El diazinón genera una elevada toxicidad aguda para una amplia variedad de organismos acuáticos, lo que provoca una amplia gama de efectos bioquímicos subletales, daños a órganos y tejidos específicos e impactos ecológicos adversos. La toxicidad del diazinón se ha estudiado ampliamente en peces y crustáceos , y se ha informado de que es moderadamente tóxico para las primeras etapas de vida del pez cebra . Ya se han registrado los valores de LC50 de 96 h que van de 0,32 a 1,53 mg·L−1 para larvas y de 2,2 a 10,3 mg·L−1 para adultos de varios peces . Yen et al. se informó que el diazinón reduce la actividad de natación larvaria e inhibe la actividad del dolor en el pez cebra, así como un aumento en el contenido de Hsp70. En cladóceros, diazinón en la concentración de 0,18 a 0,30 µg·L−1 causó efectos adversos en la supervivencia de D. magna . Se ha informado que estas concentraciones de diazinón causan una disminución en la media total de crías por hembra, el tamaño medio de la cría y la tasa de aumento de la población (RPI) y el desarrollo de D. magna. Solo la concentración por encima de 0,25 µg * L-1 causó un retraso en el tiempo hasta la primera reproducción . Kretschmann et al. investigaron modelos toxicocinéticos y toxicodinámicos del diazinón y su subproducto 2-isopropil-6-metil-4-pirimidinol en especies de crustáceos. . Los resultados sugieren que la desanilación oxidativa del diazinón a pirimidinol es un paso crucial de desintoxicación celular que es catalizado por la enzima P450 . Sin embargo, la mayoría de los estudios ecotoxicológicos utilizan el cladoceran templado D. magna como modelo ecotoxicológico; la toxicidad del insecticida en especies de zooplancton tropical no se ha examinado en la misma medida .
En este estudio, se realizó un ensayo agudo de 48 h y un ensayo crónico de 14 días para estudiar los efectos del diazinón en dos especies de cladoceran. The toxicity of diazinon to early life stages of the template species D. se probó magna y se comparó la toxicidad en D. magna con la de la especie tropical D. lumholtzi. Los resultados proporcionarán información de referencia para establecer el punto de referencia para los insecticidas organofosforados en aguas tropicales.
2. Materiales y Métodos
2.1. Productos químicos
El diazinón (O, O-dietil – O-fosforotioato) se compró a Sigma-Aldrich. Se prepararon soluciones madre de 1 mM diluidas en sulfóxido de dimetilo (DMSO) antes del experimento y se mantuvieron a 4°C.
2.2. Organismos de prueba
En el presente estudio se utilizaron dos especies de cladóceros: D. lumholtzi fue aislado de un estanque de peces en el norte de Vietnam. D. magna se obtuvo de MicroBioTest Inc. (Lgica). Ambos dáfnidos se cultivaron en vasos de precipitados de 1 L llenos de medio COMBINADO y se mantuvieron a una temperatura de 25 ± 1°C bajo un ciclo de luz: oscuridad de 12 h: 12 h. Los animales se alimentaron con alga microgreen (Chlorella sp.) y una mezcla 1 : 1 : 1 de levadura, cerrofilo y digestión de comida de trucha (YTC). El medio gastronómico y cultural se renovaba cada dos días.
2.3. Ensayo de Toxicidad Aguda
La prueba de inmovilización aguda se realizó de acuerdo con el Protocolo 202 de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico . Este ensayo se realizó para evaluar la sensibilidad de la especie y establecer el rango de concentraciones a utilizar en ensayos crónicos. Brevemente, los neonatos de Dafnia (<24 h de edad) se mantuvieron en vasos de precipitados de 50 mL que contenían un medio combinado de 30 mL enriquecido con diazinón en un rango de concentración de 0, 0.5, 1, 2, 5, y 10 µg * L-1. En cada concentración de exposición, se expusieron 15 neonatos por concentración de diazinón y control en blanco. Todas las exposiciones de prueba se prepararon por triplicado. Los recipientes de ensayo se colocaron a una temperatura controlada de 25 ± 1°C bajo un ciclo de luz: oscuridad de 14 h: 10 h durante las 48 h de incubación. La respuesta evaluada para este ensayo fue la inmovilidad o muerte de los cladoceranos. El criterio de aceptación de la prueba fue una tasa de supervivencia mayor o igual al 90% en el grupo control. Por último, se utilizaron los datos de mortalidad registrados al final de las pruebas de toxicidad (48 h) para determinar la concentración letal media (CL50 de 48 h).
2.4. Ensayo de toxicidad crónica
Basándose en los resultados de toxicidad aguda y las concentraciones de diazinón relevantes para el medio ambiente en estudios anteriores, los dáfnidos se expusieron durante 14 días a las siguientes concentraciones de diazinón subletal: 0 (control), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, y 1,0 µg * L-1. La prueba de reproducción se realizó de acuerdo con el protocolo estándar descrito en APHA con modificaciones menores. Brevemente, los neonatos de menos de 24 h de edad se incubaron individualmente en vasos de precipitados de 50 mL que contenían medio de control de 20 mL o se expusieron a concentraciones de diazinón. Concentraciones de diazinón y alimentos (una mezcla de algas verdes Chlorella sp., con una densidad de 5 × 106 células·mL-1, e YTC) se renovaron cada dos días. Se registraron diariamente la supervivencia, la reproducción (fecundidad), el tiempo de la primera reproducción, el número total de neonatos por hembra, el número de crías y el tamaño de la cría. La longitud corporal de los dáfnidos padres se midió al final del experimento.
2.5. Análisis estadístico
La mediana de las concentraciones letales de 48 h (CL50 de 48 h) se predijo mediante el análisis de probits, como ya informó Stephan . La tasa de aumento de la población (RPI) se calculó de acuerdo con el método sugerido por Euler–Lotka : ∑e-rxlxmx = 1, donde lx = la proporción de sobrevivientes a la edad x, mx = fecundidad específica a la edad y x = tiempo en días. Todos los cálculos se basaron en experimentos de 14 días . Las diferencias entre los grupos de tratamiento y los controles se determinaron mediante el análisis de varianza unidireccional (ANOVA). Se distinguieron diferencias significativas () utilizando el método de ensayo de Dunnet. Todos los datos se presentan como mediana ± DE.
3. Resultados y Discusión
3.1. Toxicidad aguda
No se produjo mortalidad en el control durante el tiempo experimental de la prueba aguda. La concentración más alta de diazinón probada resultó en una mortalidad del 100% de ambos dáfnidos. Sin embargo, el diazinón mostró una mayor toxicidad para D. lumholtzi. Los valores de LC50 de 48 h de diazinón para D. magna y D. lumholtzi en las condiciones experimentales probadas, con intervalo de confianza del 95%, fueron de 4,63 y 3.41 µg * L-1, respectivamente.
Los efectos tóxicos de los plaguicidas en los organismos acuáticos a menudo se investigan utilizando D. magna templado en condiciones de laboratorio. Sin embargo, todavía hay poca comprensión sobre los efectos agudos y crónicos del diazinón en los crustáceos, especialmente en las especies originarias de regiones tropicales. Los valores de LC50 de 48 h de diazinón notificados en este estudio estuvieron en el rango con los valores de LC50 de 48 h de nauplio del copépodo Eodiaptomus (48 h de LC50 = 2,8 µg.L−1), Mesocyclops (48 h LC50 = 2.9 µg·L−1), y Thermocyclops (48 h LC50 = 4.1 µg * L-1). Sin embargo, los valores fueron inferiores a las 48 h LC50 valores para los adultos de Eodiaptomus (48 h LC50 = 46.8 µg·L−1), Mesocyclops (48 h LC50 = 30.6 µg·L−1), y Thermocyclops (48 h LC50 = 40.2 µg·L−1) , o mayor de 48 h LC50 valores para otros cladóceros como Ceriodaphnia dubia (48 h LC50 = 0.21 µg·L−1) . Los resultados de los ensayos agudos documentaron una mayor sensibilidad de los neonatos tropicales de D. lumholtzi al diazinón en comparación con los neonatos templados de D. magna. Desde una perspectiva de aplicación práctica, estos resultados mostraron claramente que la D. lumholtzi puede servir como sustituto adecuado para la especie templada D. magna, es decir, como especie indicadora de toxicidad, en condiciones tropicales.
3.2. Toxicidad crónica
Los efectos de las concentraciones de diazinón subletal sobre la supervivencia y la reproducción de D. magna y D. lumholtzi durante 14 días de incubación se muestran en la Tabla 1 y en la Figura 1. La supervivencia de ambos dáfnidos disminuyó al aumentar las concentraciones de diazinón durante el ensayo de 14 días. Se observaron disminuciones significativas en las respuestas de los antecedentes de vida de D. magna y D. lumholtzi cuando se expusieron al diazinón. Ambos dáfnidos crecieron bien en la incubación de control (la longitud de D. magna y D. lumholtzi aumentó hasta 4,1 y 2,4 mm, respectivamente, al final del experimento). Todos los individuos del control sobrevivieron a lo largo del período experimental (14 días) y produjeron numerosas crías (27,4 ± 3,6 juveniles por D. magna y 18,2 ± 2,1 por D. lumholtzi).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Nota. .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(un)
(b)
(a)
(b)
El diazinón causó efectos significativos y aumentos dependientes de la dosis en la reproducción (número de crías por hembra) de ambos dáfnidos (Tabla 1). Para D. magna, el diazinón a concentraciones de hasta 0,1 µg * L-1 o superiores produjo una disminución significativa de la reproducción (número de crías por hembra), mientras que para D. lumholtzi, se registró una reducción significativa de la reproducción a partir de la concentración más baja evaluada (0,05 µg·L−1). La reproducción de ambos dáfnidos se retrasó significativamente (), de 6,5 días para el control a 9,6 días para D. magna (como la concentración de diazinón de hasta 0,1 µg * L-1 o superior), y de 3,5 días en el testigo a 5,4 días para D. lumholtzi (como la concentración de diazinón de hasta 0,05 µg·L−1 o superior) (Tabla 1). Los resultados de ambas especies probadas indicaron que el número de neonatos nacidos por hembra disminuyó significativamente a una concentración de diazinón de 0,1 µg·L−1 o superior (Tabla 1). La longitud corporal media disminuyó significativamente en esos dáfnidos (como concentración de diazinón de hasta 0,2 µg·L−1 o superior) en el período de prueba de 14 días, de 4,1 a 3,1 mm y de 2,4 a 1,9 mm en D. magna y D. lumholtzi, respectivamente.
Los resultados de la historia de respuesta a la vida de las especies de D. magna y D. lumholtzi. La exposición a concentraciones subletales de diazinón en condiciones de laboratorio mostró que el diazinón reducía significativamente el número de crías producidas por hembra y retrasaba la edad de la primera cría. Los resultados obtenidos concuerdan con observaciones previas que mostraron una disminución en la producción media de la descendencia y supresión del crecimiento en D. magna o Ceriodaphnia dubia tras la exposición al diazinón .
Los resultados del ensayo crónico mostraron que D. lumholtzi era una especie sensible al diazinón. Sánchez et al. sugirió que los crustáceos están estrechamente relacionados con los insectos, más que con otros invertebrados. Por lo tanto, son más sensibles a los pesticidas que otros invertebrados. Modra et al. indicó que la toxicidad del diazinón se ve afectada por muchos factores, como la capacidad de biotransformación del propio organismo, la temperatura del agua, la presencia de otros contaminantes y otras variables ambientales no identificadas. Por otro lado, mediante el uso de un modelo cinético y dinámico tóxico para estudiar la toxicidad del diazinón, Kretschmann et al. sugirió que la sensibilidad de las especies de ensayo al diazinón puede depender de la capacidad de desintoxicación del diazinón y el diazoxón (un metabolito tóxico del diazoxón). Estos autores revelaron que, en comparación con D. magna, el crustáceo anfípodo Gammarus pulex es menos sensible al diazinón porque la desintoxicación del diazinón y el diazoxón es seis veces más rápida, lo que a su vez causa menos efectos dañinos. Los autores también sugirieron que se deben usar modelos de efectos basados en mecanismos para explicar las causas reales, los efectos y las diferencias menores entre los diferentes invertebrados acuáticos .
3.3. Efectos del diazinón sobre la Tasa de Aumento de la población
Los efectos del diazinón sobre el IPR se muestran en la Figura 2. Concentraciones de diazinón iguales o superiores a 0,1 µg * L-1 redujeron significativamente el IPR de ambos dáfnidos durante el ensayo crónico de 14 días (). Se puede observar que ambos dáfnidos expuestos al diazinón mostraron una tendencia casi similar durante la prueba crónica de 14 días. En ambientes naturales, se sabe que el diazinón causa efectos adversos en muchas especies de zooplancton, incluida la Dafnia, incluso a bajas concentraciones (de 5,3 a 26,3 nM) . El IPR de la población de Dafnias es un indicador importante para predecir las tendencias de la población. La tasa de supervivencia, el número de hijos por hembra y la edad de fecundidad son cruciales para la predicción . Una reducción de la RPI indicó estrés tóxico crónico de los plaguicidas en la Dafnia .
Nuestros resultados indicaron que ambas especies de prueba eran sensibles al diazinón y podían emplearse para predecir el riesgo de insecticidas. Los resultados actuales sugieren claramente que las tasas de crecimiento de D. magna y D. lumholtzi en los tratamientos de control estaban dentro del rango reportado en la literatura . En los países tropicales, es necesario establecer el punto de referencia para los insecticidas organofosforados. Para minimizar el riesgo ambiental asociado con los pesticidas en los ecosistemas tropicales, recomendamos encarecidamente que se realicen más estudios sobre los efectos tóxicos a corto y largo plazo de los insecticidas organofosforados en diferentes grupos tropicales de organismos.
4. Conclusiones
El presente estudio confirmó que el diazinón representa un riesgo significativo para los organismos acuáticos, a saber, las especies de dafnias no objetivo. El crecimiento de la población de D. magna y D. lumholtzi se vio afectado de forma adversa por el diazinón después de un período de exposición crónica. En comparación con D. magna, D. lumholtzi mostró una sensibilidad aún mayor al diazinón en la prueba aguda. Los resultados de este estudio son importantes para predecir los efectos tóxicos y los riesgos ambientales asociados con los insecticidas. Se necesitan más estudios que utilicen insecticidas organofosforados adicionales, diferentes especies tropicales de prueba y condiciones de prueba para evaluar el posible riesgo ambiental asociado con los plaguicidas en los ecosistemas acuáticos tropicales.