Comparaison de la toxicité du Diazinon avec les espèces de Daphnies d’eau douce tempérées et tropicales
Résumé
La présence de pesticides dans les plans d’eau pose des défis uniques à l’écosystème et à toutes les formes de vie. Les méthodes biologiques ont été largement utilisées pour examiner les effets toxiques de divers toxiques, y compris les pesticides. La présente étude vise à déterminer les effets néfastes du diazinon, un insecticide organophosphoré non systémique, sur deux espèces de cladocères dont la Daphnia magna tempérée (D. magna) et la Daphnia lumholtzi tropicale (D. lumholtzi). Les valeurs de CL50 sur 48 h ont démontré une toxicité plus élevée du diazinon pour D. lumholtzi à une concentration de 3,41 µg·L−1 par rapport à D. magna à une concentration de 4,63 µg·L−1. Après 14 jours d’exposition au diazinon, la capacité de survie ainsi que le potentiel de reproduction des deux espèces de cladocères ont nettement diminué et leur taux d’augmentation de la population (IPR) a diminué à des concentrations > 0,1 µg·L−1. La présente étude indique que le cladocère tropical (D. lumholtzi) est plus sensible que le D. magna tempéré. Par conséquent, il pourrait être utilisé comme indicateur pour l’évaluation de la toxicité dans les environnements tropicaux. La présence de diazinon dans les plans d’eau peut être associée à un risque important pour les organismes aquatiques.
1. Introduction
Au cours des dernières décennies, la plupart des pays développés se sont tournés vers une agriculture sans produits chimiques, également appelée agriculture / agriculture « biologique », c’est-à-dire en diminuant l’utilisation des pesticides. Cela a entraîné des améliorations substantielles des pratiques agronomiques guidées par des législations strictes et de la qualité des plans d’eau naturels, c’est-à-dire moins de risques pour les vies aquatiques. La plupart des pays en développement des régions tropicales utilisent de plus en plus de pesticides et d’engrais à mesure qu’ils s’enrichissent. En conséquence, la concentration de pesticides dans les environnements tropicaux a constamment augmenté, entraînant une diminution de la diversité des espèces. Bien que les pesticides aient certains effets bénéfiques pour les cultures agricoles, leur utilisation peut entraîner un large éventail d’effets toxiques sur différents organismes non cibles.
Le diazinon (O, O-diéthyl-O-phosphorothioate) est un insecticide organophosphoré non systémique. Il était couramment utilisé pour le contrôle des inserts dans les cultures agricoles. La toxicité du diazinon résulte de l’inhibition de l’enzyme acétylcholinestérase (AChE), conduisant à l’accumulation de neurotransmetteurs et à une modification de la transmission du signal dans les synapses chimiques. Sur les marchés nationaux et internationaux, il existe plus de 500 produits homologués qui contiennent du diazinon comme substance active. En raison de son utilisation répandue, le diazinon se trouve fréquemment dans les écosystèmes d’eau douce. Dans une étude récente, Montuori et al. a rapporté que le diazinon est répandu dans les systèmes aquatiques de toute l’Europe, la concentration la plus élevée enregistrée étant de 785 ng · L−1 dans l’ Eb, en Espagne. De plus, des concentrations élevées de diazinon pouvant atteindre 1,5 µg · L−1 ont été trouvées dans les cours d’eau urbains en Californie. Au cours des dernières décennies, le diazinon a été largement utilisé dans les régions tropicales. Cependant, les lois et règlements sur les pesticides n’ont pas été mis en œuvre de manière adéquate dans ces régions malgré leurs applications lourdes. Les effets toxiques du diazinon sont disponibles dans la littérature pour le cladocère tempéré D. magna. Cependant, les effets toxiques du diazinon sur les zooplanctons tropicaux n’ont pas été bien documentés et étudiés dans la littérature.
Le diazinon génère une toxicité aiguë élevée pour une grande variété d’organismes aquatiques, entraînant un large éventail d’effets biochimiques sublétaux, des dommages à des organes et des tissus cibles spécifiques et des impacts écologiques néfastes. La toxicité du diazinon a fait l’objet d’études approfondies chez les poissons et les crustacés, et il a été rapporté qu’il était modérément toxique pour les premiers stades de vie du poisson zèbre. Les valeurs de CL50 sur 96 h allant de 0,32 à 1,53 mg·L-1 pour les larves et de 2,2 à 10,3 mg·L-1 pour les adultes de plusieurs poissons ont déjà été enregistrées. Yen et al. a rapporté que le diazinon abaisse l’activité de nage larvaire et inhibe l’activité douloureuse chez le poisson zèbre, ainsi qu’une augmentation de la teneur en Hsp70. Chez les cladocères, le diazinon à une concentration comprise entre 0,18 et 0,30 µg*L-1 a eu des effets néfastes sur la survie de D. magna. Il a été rapporté que ces concentrations de diazinons entraînaient une diminution du nombre total moyen de jeunes par femelle, de la taille moyenne des couvées et du taux d’augmentation de la population (IPR) et du développement de D. magna. Seule la concentration supérieure à 0,25 µg·L−1 a retardé la première reproduction. Des modèles toxicocinétiques et toxicodynamiques du diazinon et de son sous-produit 2-isopropyl-6-méthyl-4-pyrimidinol chez des espèces de crustacés ont été étudiés par Kretschmann et al. . Les résultats suggèrent que la désarylation oxydative du diazinon en pyrimidinol est une étape cruciale de détoxification cellulaire catalysée par l’enzyme P450. Cependant, la plupart des études écotoxicologiques utilisent le cladocère tempéré D. magna comme modèle écotoxicologique; la toxicité de l’insecticide sur les espèces de zooplancton tropical n’a pas été examinée dans la même mesure.
Dans cette étude, un dosage aigu de 48 h et un dosage chronique de 14 jours ont été réalisés pour étudier les effets du diazinon sur deux espèces de cladocères. The toxicity of diazinon to early life stages of the temperated species D. magna a été testé et la toxicité sur D. magna a été comparée à celle sur l’espèce tropicale D. lumholtzi. Les résultats fourniront des informations de base pour établir la référence pour les insecticides organophosphorés dans les eaux tropicales.
2. Matériaux et méthodes
2.1. Produits chimiques
Le Diazinon (O, O-diéthyl-O-phosphorothioate) a été acheté à Sigma-Aldrich. Des solutions mères de 1 mM ont été préparées par dilution dans du diméthylsulfoxyde (DMSO) avant l’expérience et maintenues à 4°C
2,2. Organismes d’essai
Deux espèces de cladocères ont été utilisées dans la présente étude: D. lumholtzi a été isolé dans un étang à poissons au nord du Vietnam. D. magna a été obtenu de MicroBioTest Inc. (Belgique). Les deux daphnidés ont été cultivés dans des béchers de 1 L remplis de milieu COMBINÉ et maintenus à une température de 25 ± 1 ° C sous un cycle lumière/ obscurité de 12 h: 12 h. Les animaux ont été nourris avec une algue microgreffe (Chlorella sp.) et un mélange 1:1:1 de levure, de cerrophyle et de digestion de chow de truite (YTC). Les aliments et le milieu de culture ont été renouvelés tous les deux jours.
2.3. Essai de toxicité aiguë
Le test d’immobilisation aiguë a été effectué selon le Protocole 202 de l’Organisation de Coopération et de Développement Économiques. Ce test a été réalisé pour évaluer la sensibilité de l’espèce et pour établir la gamme de concentrations à utiliser dans les dosages chroniques. Brièvement, les nouveau-nés de Daphnies (< 24 h) ont été maintenus dans des béchers de 50 mL contenant un milieu COMBINÉ de 30 mL enrichi de diazinon à une plage de concentration de 0, 0.5, 1, 2, 5, et 10 µg*L-1. Dans chaque concentration d’exposition, 15 nouveau-nés ont été exposés par concentration de diazinon et de témoin blanc. Toutes les expositions à l’essai ont été préparées en trois exemplaires. Les récipients d’essai ont été placés à une température contrôlée de 25 ± 1°C sous un cycle lumière: obscurité de 14 h : 10 h pendant 48 h d’incubation. La réponse évaluée pour ce test était l’immobilité ou la mort des cladocères. Le critère d’acceptation des tests était un taux de survie supérieur ou égal à 90 % dans le groupe témoin. Enfin, les données de mortalité enregistrées à la fin des essais de toxicité (48 h) ont été utilisées pour déterminer la concentration létale médiane (CL50 de 48 h).
2.4. Essai de toxicité chronique
Sur la base des résultats de toxicité aiguë et des concentrations de diazinon pertinentes pour l’environnement dans des études antérieures, les daphnides ont été exposés pendant 14 jours aux concentrations sublétales de diazinon suivantes : 0 (témoin), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, et 1,0 µg* L-1. Le test de reproduction a été effectué selon le protocole standard décrit dans l’APHA avec des modifications mineures. Brièvement, les nouveau-nés de moins de 24 h ont été incubés individuellement dans des béchers de 50 mL contenant un milieu témoin de 20 mL ou exposés à des concentrations de diazinon. Concentrations de diazinon et de nourriture (un mélange d’algues vertes Chlorella sp., à une densité de 5 × 106 cellules * mL-1, et YTC) ont été renouvelés tous les deux jours. La survie, la reproduction (fécondité), le temps de la première reproduction, le nombre total de nouveau-nés par femelle, le nombre de couvées et la taille des couvées ont été enregistrés quotidiennement. La longueur corporelle des daphnidés parents a été mesurée à la fin de l’expérience.
2.5. Analyse statistique
Les concentrations létales médianes de 48 h (CL50 de 48 h) ont été prédites par analyse probit comme indiqué précédemment par Stephan. Le taux d’accroissement de la population (IPR) a été calculé selon la méthode suggérée par Euler–Lotka: ∑e-rxlxmx = 1, où lx = la proportion de survivants par rapport à l’âge x, mx = fécondité spécifique à l’âge et x = temps en jours. Tous les calculs étaient basés sur des expériences de 14 jours. Les différences entre les groupes de traitement et les témoins ont été déterminées au moyen d’une analyse unidirectionnelle de la variance (ANOVA). Des différences significatives () ont été distinguées en utilisant la méthode d’essai de Dunnet. Toutes les données sont présentées en tant que médiane ± écart-type.
3. Résultats et discussion
3.1. Toxicité aiguë
Aucune mortalité n’est survenue chez le témoin pendant la période expérimentale de l’essai aigu. La concentration de diazinon testée la plus élevée a entraîné une mortalité de 100% des deux daphnides. Cependant, le diazinon a montré une toxicité plus élevée pour D. lumholtzi. Les valeurs de CL50 sur 48 h du diazinon pour D. magna et D. lumholtzi dans les conditions expérimentales testées, à un intervalle de confiance de 95%, étaient de 4,63 et 3.41 µg*L-1, respectivement.
Les effets toxiques des pesticides sur les organismes aquatiques sont souvent étudiés en utilisant le D. magna tempéré dans des conditions de laboratoire. Cependant, on comprend encore peu les effets aigus et chroniques du diazinon sur les crustacés, en particulier sur les espèces originaires des régions tropicales. Les valeurs de CL50 sur 48 h du diazinon rapportées dans cette étude se situaient dans la plage des valeurs de CL50 sur 48 h rapportées pour nauplius du copépode Eodiaptomus (CL50 sur 48 h = 2,8 µg.L−1), Mésocyclops (CL50 de 48 h = 2,9 µg·L-1) et Thermocyclops (CL50 de 48 h = 4.1 µg*L-1). Cependant, les valeurs étaient inférieures aux valeurs de CL50 de 48 h pour les adultes d’Eodiaptomus (CL50 de 48 h = 46,8 µg · L−1), de Mésocyclops (CL50 de 48 h = 30,6 µg · L−1) et de Thermocyclops (CL50 de 48 h = 40,2 µg · L−1), ou supérieures aux valeurs de CL50 de 48 h pour d’autres cladocères tels que Ceriodaphnia dubia (CL50 de 48 h = 0,21 µg·L−1). Les résultats des tests aigus ont montré une sensibilité plus élevée des nouveau-nés tropicaux de D. lumholtzi au diazinon par rapport au D. magna tempéré. Du point de vue de l’application pratique, ces résultats ont clairement montré que le D. lumholtzi peut servir de substitut approprié pour l’espèce tempérée D. magna, c’est-à-dire comme espèce indicatrice de toxicité, dans des conditions tropicales.
3.2. Toxicité chronique
Les effets des concentrations sublétales de diazinon sur la survie et la reproduction de D. magna et D. lumholtzi pendant 14 jours d’incubation sont présentés dans le tableau 1 et la figure 1. La survie des deux daphnides a diminué avec l’augmentation des concentrations de diazinon au cours de l’essai de 14 jours. Des diminutions significatives des réponses au cycle biologique ont été observées chez D. magna et D. lumholtzi lorsqu’ils étaient exposés au diazinon. Les deux daphnidés ont bien grandi dans l’incubation témoin (la longueur de D. magna et D. lumholtzi a augmenté jusqu’à 4,1 et 2,4 mm, respectivement, à la fin de l’expérience). Tous les individus du groupe témoin ont survécu tout au long de la période expérimentale (14 jours) et ont produit de nombreux descendants (27,4 ± 3,6 juvéniles par D. magna et 18,2 ± 2,1 par D. lumholtzi).
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Remarque. .
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(a)
(b)
(a)
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Le diazinon a provoqué des effets significatifs et des augmentations dose-dépendantes sur la reproduction (nombre de couvées par femelle) des deux daphnidés (tableau 1). Pour D. magna, le diazinon à une concentration allant jusqu’à 0,1 µg·L−1 ou plus a entraîné une diminution significative de la reproduction (nombre de couvées par femelle), tandis que pour D. lumholtzi, une réduction significative de la reproduction a été enregistrée à partir de la concentration la plus faible testée (0,05 µg ·L−1). La reproduction des deux daphnidés a été significativement retardée (), de 6,5 jours pour le témoin à 9,6 jours pour D. magna (comme la concentration de diazinon jusqu’à 0,1 µg * L-1 ou plus), et de 3,5 jours dans le contrôle à 5,4 jours pour D. lumholtzi (comme la concentration de diazinon jusqu’à 0,05 µg * L-1 ou plus) (tableau 1). Les résultats des deux espèces testées indiquent que le nombre de nouveau−nés nés par femelle a considérablement diminué à la concentration de diazinon de 0,1 µg·L-1 ou plus (tableau 1). La longueur corporelle moyenne a significativement diminué chez ces daphnides (comme la concentration de diazinon jusqu’à 0,2 µg · L−1 ou plus) au cours de la période d’essai de 14 jours, de 4,1 à 3,1 mm et de 2,4 à 1,9 mm dans D. magna et D. lumholtzi, respectivement.
Les résultats de l’historique de réponse biologique des espèces D. magna et D. lumholtzi. L’exposition à des concentrations sublétales de diazinon dans des conditions de laboratoire a montré que le diazinon réduisait significativement le nombre de progénitures produites par femelle et retardait l’âge à la première couvée. Les résultats obtenus sont en accord avec les observations précédentes qui ont montré une diminution de la production moyenne de progéniture et une suppression de la croissance chez D. magna ou Ceriodaphnia dubia après exposition au diazinon.
Les résultats de l’analyse chronique ont montré que D. lumholtzi était une espèce sensible au diazinon. Sánchez et coll. suggère que les crustacés sont étroitement liés aux insectes, plus que les autres invertébrés. Par conséquent, ils sont plus sensibles aux pesticides que les autres invertébrés. Modra et coll. indiqué que la toxicité du diazinon est affectée par de nombreux facteurs tels que la capacité de biotransformation de l’organisme lui-même, la température de l’eau, la présence d’autres polluants et d’autres variables environnementales non identifiées. D’autre part, en utilisant un modèle cinétique et dynamique toxique pour étudier la toxicité des diazinons, Kretschmann et al. a suggéré que la sensibilité des espèces testées au diazinon pourrait dépendre de la capacité de détoxification du diazinon et du diazoxon (un métabolite toxique du diazoxon). Ces auteurs ont révélé que, comparé à D. magna, le crustacé amphipode Gammarus pulex est moins sensible au diazinon car la détoxification du diazinon et du diazoxon est six fois plus rapide, ce qui entraîne des effets moins dommageables. Les auteurs ont également suggéré d’utiliser des modèles d’effets basés sur la mécanique pour expliquer les causes réelles, les effets et les différences mineures entre les différents invertébrés aquatiques.
3.3. Effets du Diazinon sur le Taux d’augmentation de la population
Les effets du diazinon sur l’IPR sont présentés à la figure 2. Des concentrations de diazinons égales et/ou supérieures à 0,1 µg·L−1 ont considérablement réduit le RPI des deux daphnides au cours de l’essai chronique de 14 jours (). On peut observer que les deux daphnides exposés au diazinon ont montré une tendance presque similaire au cours du test chronique de 14 jours. Dans les milieux naturels, le diazinon est connu pour avoir des effets néfastes sur de nombreuses espèces de zooplancton, y compris les daphnies, même à de faibles concentrations (de 5,3 à 26,3 nM). L’IPR de la population de Daphnies est un indicateur important pour la prévision des tendances démographiques. Le taux de survie, le nombre de descendants par femelle et l’âge de fécondité sont tous cruciaux pour la prédiction. Une réduction de l’IPR indique un stress toxique chronique des pesticides sur les daphnies.
Nos résultats ont indiqué que les deux espèces testées étaient sensibles au diazinon et pouvaient être utilisées pour prédire le risque d’insecticides. Les résultats actuels suggèrent clairement que les taux de croissance de D. magna et D. lumholtzi dans les traitements témoins se situaient dans la fourchette indiquée dans la littérature. Dans les pays tropicaux, il est nécessaire d’établir la référence pour les insecticides organophosphorés. Afin de minimiser les risques environnementaux associés aux pesticides dans les écosystèmes tropicaux, nous recommandons vivement d’autres études sur les effets toxiques à court et à long terme des insecticides organophosphorés sur différents groupes d’organismes tropicaux.
4. Conclusions
La présente étude a confirmé que le diazinon présente un risque important pour les organismes aquatiques, à savoir les espèces de daphnies non ciblées. La croissance démographique de D. magna et D. lumholtzi a été affecté négativement par le diazinon après une période d’exposition chronique. Comparé à D. magna, D. lumholtzi a montré une sensibilité encore plus élevée au diazinon dans le test aigu. Les résultats de cette étude sont importants pour la prédiction des effets toxiques et des risques environnementaux associés aux insecticides. D’autres études utilisant d’autres insecticides organophosphorés, différentes espèces d’essai tropicales et des conditions d’essai sont nécessaires pour évaluer le risque environnemental possible associé aux pesticides dans les écosystèmes aquatiques tropicaux.