Diatsinonin myrkyllisyyden Vertailu lauhkean ja trooppisen makean veden Vesikirppulajeihin

Abstrakti

torjunta-aineiden esiintyminen vesistöissä aiheuttaa ainutlaatuisia haasteita ekosysteemille ja kaikille elämänmuodoille. Biologisia menetelmiä on käytetty laajasti erilaisten myrkyllisten aineiden, kuten torjunta-aineiden, myrkkyvaikutusten tutkimiseen. Tässä tutkimuksessa pyritään määrittämään diatsinonin, ei-systeemisen organofosfaattimyrkyn, haitalliset vaikutukset kahteen kladokeraanilajiin, mukaan lukien lauhkea Daphnia magna (D. magna) ja trooppinen Daphnia lumholtzi (D. lumholtzi). 48 h LC50-arvot osoittivat diatsinonin olevan myrkyllisempi D. lumholtzi−valmisteelle pitoisuudella 3, 41 µg·L−1 verrattuna D. magna-pitoisuuteen 4, 63 µg·L-1. Kun kaksi kladokeraanilajia oli altistettu diatsinonille 14 vuorokautta, niiden eloonjäämiskyky ja lisääntymismahdollisuudet heikkenivät selvästi ja niiden populaation kasvunopeus (RPI) pieneni, kun pitoisuudet olivat >0, 1 µg·L−1. Tämän tutkimuksen mukaan trooppinen kladokeraani (D. lumholtzi) oli herkempi kuin lauhkea D. magna. Siksi sitä voitaisiin käyttää indikaattorina myrkyllisyyden arvioinnissa trooppisissa ympäristöissä. Diatsinonin esiintymiseen vesistöissä voi liittyä merkittävä riski vesieliöille.

1. Johdanto

viime vuosikymmeninä useimmat kehittyneet maat ovat siirtyneet kohti kemiallista maataloutta, joka tunnetaan myös nimellä ”luonnonmukainen” maatalous, tai toisin sanoen vähentämässä torjunta-aineiden käyttöä . Tämä on johtanut huomattaviin parannuksiin tiukkojen lainsäädäntöjen ohjaamissa maatalouskäytännöissä ja luontaisten vesistöjen laadussa, toisin sanoen vesieliöille aiheutuvien riskien vähentämiseen . Useimmat trooppisten alueiden kehitysmaat lisäävät torjunta-aineiden ja lannoitteiden käyttöä vaurastuessaan . Tämän seurauksena torjunta-aineiden pitoisuudet trooppisissa ympäristöissä ovat jatkuvasti lisääntyneet, mikä on vähentänyt lajien monimuotoisuutta. Vaikka torjunta-aineilla on tiettyjä suotuisia vaikutuksia viljelykasveihin, niiden käyttö voi aiheuttaa monenlaisia myrkkyvaikutuksia muille kuin kohdeeliöille .

diatsinoni (O,O-dietyyli-O – fosforitioaatti) on ei-systeeminen organofosfaatin hyönteismyrkky. Sitä käytettiin yleisesti viljelyskasvien inserttien torjuntaan . Diatsinonin myrkyllisyys johtuu asetyylikoliiniesteraasientsyymin (AChE) estämisestä, mikä johtaa välittäjäaineiden kertymiseen ja muuttuneeseen signaalinvälitykseen kemiallisissa synapseissa . Kotimaisilla ja kansainvälisillä markkinoilla on yli 500 rekisteröityä tuotetta, jotka sisältävät diatsinonia tehoaineena . Laajasta käytöstään johtuen diatsinonia esiintyy usein makeanveden ekosysteemeissä . Tuoreessa tutkimuksessa Montuori et al. raportoitu, että diatsinonia esiintyy yleisesti vesijärjestelmissä kaikkialla Euroopassa, ja suurin pitoisuus on todettu olevan 785 ng·L−1 Ebro-joessa Espanjassa. Lisäksi Kalifornian kaupunkivesistä on löydetty suuria, jopa 1,5 µg·L−1-pitoisuuksia diatsinonia . Viime vuosikymmeninä diatsinonia on käytetty laajalti trooppisilla alueilla . Torjunta-ainelakeja ja-asetuksia ei kuitenkaan ole pantu asianmukaisesti täytäntöön näillä alueilla, vaikka niitä on sovellettu runsaasti. Diatsinonin myrkkyvaikutukset löytyvät kirjallisuudesta lauhkean cladoceran D. Magnan osalta. Diatsinonin toksisia vaikutuksia trooppisiin eläinplanktoneihin ei ole kuitenkaan dokumentoitu ja tutkittu kirjallisuudessa hyvin.

diatsinoni aiheuttaa suurta välitöntä myrkyllisyyttä monenlaisille vesieliöille, mikä johtaa monenlaisiin subletaalisiin biokemiallisiin vaikutuksiin, tiettyjen kohde-elinten ja kudosten vaurioitumiseen ja epäsuotuisiin ekologisiin vaikutuksiin. Diatsinonin myrkyllisyyttä on tutkittu paljon kaloilla ja äyriäisillä , ja sen on raportoitu olevan kohtalaisen myrkyllistä seeprakalan varhaisille elämänvaiheille . Toukille on jo kirjattu 96 h LC50−arvot 0, 32−1, 53 mg·L-1 ja useiden kalojen täysikasvuisille 2, 2-10, 3 mg·L-1 . Yen ym. ilmoitti, että diatsinoni alentaa toukkien uintiaktiivisuutta ja estää seeprakalan Särkyaktiivisuutta sekä hsp70-pitoisuuden kasvua. Kladokeraaneissa diatsinonin pitoisuus 0, 18−0, 30 µg·L-1 aiheutti haittavaikutuksia D. Magnan eloonjäämiselle . Näiden diatsinonipitoisuuksien on raportoitu vähentävän poikasten keskikokoa naarasta kohti, poikueiden keskikokoa ja populaation kasvunopeutta (RPI) sekä aiheuttavan D. magna-bakteerin kehittymistä. Vain pitoisuus, joka oli yli 0, 25 µg·L−1, viivästytti ensimmäisen lisääntymisen aikaa . Kretschmann ym.tutkivat diatsinonin ja sen sivutuotteen 2-isopropyyli-6-metyyli-4-pyrimidinolin toksikokineettisiä ja toksidynaamisia malleja äyriäislajeissa. . Tulokset viittasivat siihen, että diatsinonin oksidatiivinen dearylaatio pyrimidinoliksi on tärkeä solujen detoksifikaatiovaihe, jota entsyymi P450 katalysoi . Useimmissa ekotoksikologisissa tutkimuksissa käytetään kuitenkin lauhkean vyöhykkeen cladoceran D. magna-bakteeria ekotoksikologisena mallina; hyönteismyrkkyjen myrkyllisyyttä trooppisille eläinplanktonilajeille ei ole tutkittu samassa määrin .

tässä tutkimuksessa tehtiin akuutti 48 h-määritys ja krooninen 14 päivän määritys diatsinonin vaikutusten tutkimiseksi kahdella kladokeraanilajilla. Diatsinonin myrkyllisyys lauhkean lajin D. magna testattiin, ja D. Magnan myrkyllisyyttä verrattiin trooppisen lajin D. lumholtzin Myrkyllisyyteen. Tuloksista saadaan perustietoa trooppisissa vesissä esiintyvien organofosfaatti-hyönteismyrkkyjen vertailuarvon määrittämiseksi.

2. Materiaalit ja menetelmät

2.1. Kemikaalit

diatsinoni (O, O-dietyyli – O-fosforotioaatti) ostettiin Sigma-Aldrichilta. 1 mM: n kantaliuokset valmistettiin laimentamalla dimetyylisulfoksidilla (DMSO) ennen koetta ja pidettiin 4°C: ssa.

2,2. Koeeläimiä

tässä tutkimuksessa käytettiin kahta cladocerans-lajia: D. lumholtzi eristettiin Kalalammikosta Vietnamin pohjoisosassa. D. magna saatiin MicroBioTest Inc. (Belgia). Molemmat vesikirput kasvatettiin 1 litran dekantterilasissa, jotka oli täytetty COMBO-kasvualustalla, ja niitä pidettiin 25 ± 1°C : n lämpötilassa vaalealla ja tummalla jaksolla 12 h : 12 h. eläimiä ruokittiin mikronvihreällä levällä (Chlorella sp.) ja 1 : 1: 1 seos hiiva, cerrophyl, ja Taimen chow ruoansulatusta (YTC). Ruoka-ja kulttuuriväline uusittiin kahden päivän välein.

2.3. Akuutin toksisuuden määritys

akuutin immobilisaation testi suoritettiin Taloudellisen yhteistyön ja kehityksen järjestön protokollan 202 mukaisesti . Tämä määritys tehtiin lajin herkkyyden arvioimiseksi ja kroonisissa määrityksissä käytettävien pitoisuuksien vaihteluvälin määrittämiseksi. Vastasyntyneitä (<24 h vanhoja) vesikirppuja säilytettiin lyhyesti 50 mL: n dekantterilasissa, jotka sisälsivät 30 mL YHDISTELMÄAINETTA, johon oli lisätty diatsinonia pitoisuusalueella 0, 0.5, 1, 2, 5, ja 10 µg * L−1. Kussakin altistuspitoisuudessa altistettiin 15 vastasyntynyttä yhtä diatsinonipitoisuutta ja nollakontrollia kohti. Kaikki testialtistukset valmistettiin kolmena kappaleena. Testiastiat asetettiin valvottuun 25 ± 1°C : n lämpötilaan 14 tunnin : 10 tunnin vaalealla ja pimeällä jaksolla 48 tunnin inkubaation aikana. Arvioitu vastaus tähän määritykseen oli cladoceranien liikkumattomuus tai kuolema. Testin hyväksymisperusteena oli verrokkiryhmässä vähintään 90 prosentin eloonjäämisaste. Toksisuustestien lopussa kirjattuja kuolleisuustietoja (48 h) käytettiin letaalin pitoisuuden mediaanin (48 h LC50) määrittämiseen.

2.4. Kroonisen myrkyllisyyden määritys

aiempien tutkimusten välittömän myrkyllisyyden tulosten ja ympäristön kannalta merkityksellisten diatsinonipitoisuuksien perusteella vesikirput altistettiin 14 päivän aikana seuraaville subletaalisille diatsinonipitoisuuksille: 0 (kontrolli), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, ja 1, 0 µg * L−1. Lisääntymistesti tehtiin APHA: ssa kuvatun standardiprotokollan mukaisesti pienin muutoksin. Alle 24 tunnin ikäisiä vastasyntyneitä inkuboitiin yksittäin 50 mL: n dekantterilasiin, joka sisälsi 20 mL kontrolliainetta, tai altistettiin diatsinonipitoisuuksille. Diatsinonipitoisuudet ja ravinto (sekoitus vihreää levää Chlorella sp., tiheydellä 5 × 106 solua * mL-1 ja YTC) uusittiin joka toinen päivä. Elossaolo, lisääntyminen (hedelmällisyys), ensimmäisen lisääntymisen aika, vastasyntyneiden kokonaismäärä naarasta kohti, poikueiden lukumäärä ja poikueiden koko kirjattiin päivittäin. Vanhempaisvesikirppujen ruumiinpituus mitattiin kokeen lopussa.

2.5. Tilastollinen analyysi

probit-analyysi ennusti 48 h: n letaalipitoisuuksien mediaanin (48 h LC50), kuten Stephan aiemmin raportoi . Väestönkasvun nopeus (RPI) laskettiin Euler–Lotkan ehdottamalla menetelmällä : ∑e-rxlxmx = 1, jossa lx = eloonjääneiden osuus iästä x, MX = ikäspesifinen hedelmällisyys ja x = aika päivinä. Kaikki laskelmat perustuivat 14 päivän kokeisiin . Hoitoryhmien ja kontrolliryhmien väliset erot määritettiin yksisuuntaisella varianssianalyysillä (ANOVA). Merkittävät erot () erotettiin käyttämällä dunnetin testimenetelmää. Kaikki tiedot esitetään mediaanina ± SD.

3. Tulokset ja keskustelu

3. 1. Välitön myrkyllisyys

kontrollissa ei esiintynyt kuolleisuutta akuutin testin koeaikana. Korkein tutkittu diatsinonipitoisuus johti molempien vesikirppujen 100%: n kuolleisuuteen. Diazinonilla oli kuitenkin suurempi myrkyllisyys D. lumholtzille. Diatsinonin 48 h LC50-arvot D. Magnalle ja D. lumholtzille testatuissa koeolosuhteissa 95%: n luottamusvälillä olivat 4, 63 ja 3.41 µg·L−1.

torjunta-aineiden toksisia vaikutuksia vesieliöihin tutkitaan usein lauhkean D. Magnan avulla laboratorio-olosuhteissa. Diatsinonin akuuteista ja kroonisista vaikutuksista äyriäisiin, erityisesti trooppisilta alueilta peräisin oleviin lajeihin, on kuitenkin vielä vähän tietoa. Tässä tutkimuksessa raportoidut diatsinonin 48 h LC50-arvot olivat samaa luokkaa kuin copepod Eodiaptomus-bakteerin naupliuksen 48 h LC50-arvot (48 h LC50 = 2, 8 µg).L−1), Mesosyklopit (48 h LC50 = 2,9 µg·L-1) ja Termosyklopit (48 h LC50 = 4.1 µg * L−1). Arvot olivat kuitenkin pienemmät kuin aikuisten eodiaptomus−(48 h LC50 = 46, 8 µg·L−1), Mesosyklopit (48 h LC50 = 30, 6 µg·L−1) ja Termosyklopit (48 h LC50 = 40 , 2 µg·L−1) – arvot tai korkeammat kuin 48 h LC50-arvot muille kladokeraaneille, kuten Ceriodaphnia dubia (48 h LC50 = 0, 21 µg·L-1) . Tulokset akuuteista määrityksistä dokumentoivat trooppisten D. lumholtzi-vastasyntyneiden suuremman herkkyyden diatsinonille verrattuna lauhkeaan D. magna-lajiin. Käytännön soveltamisen näkökulmasta nämä tulokset osoittivat selvästi, että D. lumholtzi voi toimia trooppisissa olosuhteissa sopivana korvikkeena lauhkean vyöhykkeen lajille D. magna eli myrkyllisyyden indikaattorilajina.

3.2. Krooninen toksisuus

subletaalisten diatsinonipitoisuuksien vaikutukset D. Magnan ja D. lumholtzin eloonjäämiseen ja lisääntymiseen 14 päivän inkubaation aikana on esitetty taulukossa 1 ja Kuvassa 1. Molempien vesikirppujen elinaika heikkeni diatsinonin pitoisuuden kasvaessa 14 päivää kestäneen testin aikana. D. magna ja D. lumholtzi altistuivat diatsinonille merkitsevästi elämänhistoriallisissa vasteissa. Molemmat vesikirput kasvoivat hyvin kontrollihautomossa (D. Magnan ja D. lumholtzin pituus kasvoi kokeen lopussa 4,1 mm: iin ja 2,4 mm: iin). Kaikki kontrollissa olleet yksilöt selvisivät hengissä koko koejakson ajan (14 päivää) ja tuottivat lukuisia jälkeläisiä (27,4 ± 3,6 poikasta per D. magna ja 18,2 ± 2,1 yksilöä per D. lumholtzi).

(a)

(b)

(a)
(b)

Kuva 1

Elossaolotulokset altistuksen jälkeen eri diatsinonipitoisuuksille (µg·L−1). a) D. magna ja b) D. lumholtzi.

diatsinoni aiheutti merkittäviä vaikutuksia ja annosriippuvaista lisääntymistä molempien vesikirppujen lisääntymisessä (poikasten määrä naarasta kohti) (Taulukko 1). D. Magnan osalta diatsinonin pitoisuus, joka oli enintään 0, 1 µg * L−1 tai suurempi, vähensi lisääntymistä merkittävästi (poikasten määrä naarasta kohti), kun taas D. lumholtzin osalta lisääntymisessä havaittiin merkittävää vähenemistä alhaisimmasta testatusta pitoisuudesta (0, 05 µg·l-1). Molempien vesikirppujen lisääntyminen viivästyi merkittävästi (), kontrollin 6, 5 päivästä D: N 9, 6 päivään. magna (diatsinonipitoisuutena enintään 0, 1 µg·L−1 tai suurempi) ja kontrollin 3, 5 päivästä 5, 4 päivään D. lumholtzi (diatsinonipitoisuutena enintään 0, 05 µg·L−1 tai suurempi) (Taulukko 1). Molempien testattujen lajien tulokset osoittivat, että syntyneiden vastasyntyneiden määrä naarasta kohti väheni merkittävästi, kun diatsinonipitoisuus oli 0, 1 µg·L−1 tai suurempi (Taulukko 1). Keskimääräinen ruumiinpituus pieneni merkitsevästi näillä vesikirpuilla (diatsinonipitoisuus enintään 0, 2 µg·L−1 tai suurempi) 14 päivän testijakson aikana 4, 1 mm: stä 3, 1 mm: iin ja 2, 4 mm: stä 1, 9 mm: iin D: ssä. magna ja D. lumholtzi.

sekä D. magna-että D. lumholtzi-lajien elämänvastehistorian tulokset. Altistuminen subletaalisille diatsinonipitoisuuksille laboratorio-olosuhteissa osoitti, että diatsinoni vähensi merkittävästi naarasta kohti tuotettujen jälkeläisten määrää ja viivästytti ikää ensimmäisen poikueen aikana. Saadut tulokset ovat yhtäpitäviä aiempien havaintojen kanssa, jotka osoittivat D. magna-tai Ceriodaphnia dubia-bakteerin keskimääräisen poikastuotannon vähenevän ja kasvun estyvän diatsinonille altistumisen jälkeen .

kroonisen määrityksen tulokset osoittivat, että D. lumholtzi oli herkkä laji diatsinonille. Sánchez ym. ehdotti, että äyriäiset ovat läheistä sukua hyönteisille, enemmän kuin muut selkärangattomat. Siksi ne ovat muita selkärangattomia herkempiä torjunta-aineille. Modra ym. osoitti, että diatsinonin Myrkyllisyyteen vaikuttavat monet tekijät, kuten eliön biotransformaatiokyky, veden lämpötila, muiden epäpuhtauksien esiintyminen ja muut tunnistamattomat ympäristömuuttujat. Toisaalta käyttämällä toksista kineettistä ja dynaamista mallia diatsinonin myrkyllisyyden tutkimiseen, Kretschmann et al. ehdotettu, että testilajien herkkyys diatsinonille voi riippua diatsinonin ja diatsoksonin (diatsoksonin toksinen metaboliitti) detoksikaatiokyvystä. Nämä kirjoittajat paljastivat, että D. Magnaan verrattuna amfipodiäyriäinen Gammarus pulex on vähemmän herkkä diatsinonille, koska diatsinonin ja diatsoksonin detoksikaatio on kuusi kertaa nopeampi, mikä puolestaan aiheuttaa vähemmän haitallisia vaikutuksia. Kirjoittajat ehdottivat myös, että mekanistisiin vaikutusmalleihin tulisi käyttää selitystä todellisista syistä, vaikutuksista ja pienistä eroista eri vedessä elävien selkärangattomien välillä .

3.3. Diatsinonin vaikutukset väestönkasvun nopeuteen

Diatsinonin vaikutukset RPI: hen on esitetty kuvassa 2. Yhtä suuri ja/tai suurempi diatsinonipitoisuus kuin 0, 1 µg·L−1 pienensi merkitsevästi molempien vesikirppujen RPI-arvoa 14 päivää kestäneessä kroonisessa testissä (). Voidaan havaita, että molemmat diatsinonille altistetut vesikirput osoittivat lähes samanlaisen suuntauksen 14 päivää kestäneessä kroonisessa testissä. Luonnonympäristöissä diatsinonin tiedetään aiheuttavan haitallisia vaikutuksia monille eläinplanktonlajeille, kuten vesikirpuille, jo pieninä pitoisuuksina (5,3-26,3 nM) . Vesikirppupopulaation RPI on tärkeä indikaattori populaatiosuuntausten ennustamisessa. Eloonjäämisluku, poikasten määrä naarasta kohti ja hedelmällisyyden ikä ovat kaikki ratkaisevia ennusteen kannalta . RPI: n väheneminen viittasi torjunta-aineiden krooniseen myrkylliseen stressiin Vesikirpuilla .

kuva 2

diatsinonin vaikutus Vesikirppujen populaation kasvunopeuteen. Merkittävä ero kontrolliin ().

tuloksemme osoittivat, että molemmat testilajit olivat herkkiä diatsinonille ja niitä voitiin käyttää hyönteismyrkkyjen riskin ennustamiseen. Nykyiset tulokset viittaavat selvästi siihen, että D. Magnan ja D. lumholtzin kasvunopeudet kontrollihoidoissa olivat kirjallisuudessa ilmoitetun vaihteluvälin sisällä . Trooppisissa maissa on tarpeen vahvistaa organofosfaatti-hyönteismyrkkyjen vertailuarvo. Trooppisten ekosysteemien torjunta – aineisiin liittyvien ympäristöriskien minimoimiseksi suosittelemme lisätutkimuksia organofosfaatti-hyönteismyrkkyjen lyhyen ja pitkän aikavälin myrkyllisistä vaikutuksista eri trooppisiin eliöryhmiin.

4. Päätelmät

tämä tutkimus vahvisti, että diatsinoni aiheuttaa merkittävän riskin vesieliöille eli muille kuin kohdevesikirpuille. D. Magnan ja D. lumholtzille diatsinoni vaikutti haitallisesti kroonisen altistusjakson jälkeen. D. Magnaan verrattuna D. lumholtzi osoitti vielä suurempaa herkkyyttä diatsinonille akuutissa testissä. Tämän tutkimuksen tulokset ovat tärkeitä hyönteismyrkkyihin liittyvien myrkkyvaikutusten ja ympäristöriskien ennustamisessa. Tarvitaan lisätutkimuksia, joissa käytetään muita organofosfaatti-hyönteismyrkkyjä, erilaisia trooppisia testilajeja ja testausolosuhteita, jotta voidaan arvioida torjunta-aineisiin liittyvää mahdollista ympäristöriskiä trooppisissa vesiekosysteemeissä.

Tietojen Saatavuus