Sammenligning Av Diazinon Toksisitet Til Tempererte Og Tropiske Ferskvann Daphnia Arter
Abstrakt
tilstedeværelsen Av plantevernmidler i vannforekomster presenterer unike utfordringer for økosystemet og alle livsformer. Biologiske metoder har blitt mye brukt til å undersøke toksiske effekter av ulike giftstoffer, inkludert plantevernmidler. Denne studien tar sikte på å bestemme de negative effektene av diazinon, et ikke-systemisk organofosfatinsekticid, på to kladoceranarter, inkludert den tempererte daphnia magna (d. magna) og den tropiske daphnia lumholtzi (d. lumholtzi). 48 h LC50-verdiene viste høyere toksisitet av diazinon For D. lumholtzi ved en konsentrasjon på 3,41 µ * L−1 sammenlignet Med d. magna ved en konsentrasjon på 4,63@g * L-1. Etter 14 dagers eksponering for diazinon ble overlevelsesevnen og reproduksjonspotensialet til de to kladoceranartene klart redusert, og befolkningsøkningen (rpi) ble redusert ved konsentrasjoner > 0,1 µg * L-1. Denne studien indikerte at den tropiske cladoceran (d. lumholtzi) var mer følsom enn den tempererte d. magna. Derfor kan det brukes som en indikator for toksisitetsvurdering i tropiske miljøer. Tilstedeværelsen av diazinon i vannlegemer kan være forbundet med betydelig risiko for vannlevende organismer.
1. Innledning
i de siste tiårene har de fleste utviklede land skiftet mot et kjemisk fritt landbruk, også kjent som» organisk » landbruk/oppdrett, eller med andre ord redusert bruken av plantevernmidler . Dette har resultert i betydelige forbedringer i agronomisk praksis styrt av strenge lovgivninger og i kvaliteten på naturlige vannlegemer, det vil si mindre risiko for akvatiske liv . De fleste utviklingsland i de tropiske områdene øker bruken av plantevernmidler og gjødsel etter hvert som de blir rikere . Som et resultat har konsentrasjonen av plantevernmidler i tropiske miljøer stadig økt, noe som medfører en nedgang i artenes mangfold. Selv om plantevernmidler har visse gunstige effekter for landbruksavlinger, kan bruken av dem forårsake et bredt spekter av toksiske effekter på forskjellige ikke-målte organismer .
Diazinon (O,o-dietyl-o – fosforotioat) er et ikke-systemisk organofosfatinsekticid. Det ble ofte brukt til å sette inn kontroll i landbruksavlinger . Giftigheten av diazinon skyldes hemming av enzymet acetylkolinesterase (AChE), som fører til akkumulering av nevrotransmittere og endret signaloverføring i kjemiske synapser . På det innenlandske og internasjonale markedet er det mer enn 500 registrerte produkter som inneholder diazinon som aktiv substans . På grunn av sin utbredte bruk, er diazinon ofte funnet i ferskvannsøkosystemer . I en nylig studie, Montuori et al. rapportert at diazinon er utbredt i akvatiske systemer over Hele Europa, med den høyeste konsentrasjonen registrert for å være 785 ng·L−1 I Ebro-Elven, Spania. Videre er det funnet høye konsentrasjoner av diazinon opp til 1,5 µ·L-1 i urbane vannveier I California . I de siste tiårene har diazinon vært mye brukt i tropiske områder . Imidlertid har pesticidlover og forskrifter ikke blitt implementert tilstrekkelig i disse regionene til tross for de tunge applikasjonene. De toksiske effektene av diazinon er tilgjengelige i litteraturen for den tempererte cladoceran d. magna. Imidlertid har de toksiske effektene av diazinon på tropiske dyreplanktoner ikke blitt godt dokumentert og studert i litteraturen.
Diazinon genererer høy akutt toksisitet for et bredt spekter av vannlevende organismer, noe som fører til et bredt spekter av subletale biokjemiske effekter, skade på bestemte målorganer og vev og negative økologiske virkninger. Giftigheten av diazinon har grundig studert i fisk og krepsdyr , og det har blitt rapportert å være moderat giftig for tidlige livsstadier av sebrafisk . 96 h LC50-verdiene fra 0,32 til 1,53 mg·L-1 for larv og fra 2,2 til 10,3 mg·L-1 for voksne av flere fisk er allerede registrert . Yen et al. rapportert at diazinon senker larv svømming aktivitet og hemmer Verke aktivitet i sebrafisk, samt en økning I Hsp70 innhold. Hos kladoceraner forårsaket diazinon i konsentrasjonen fra 0,18 til 0,30 µ·L-1 bivirkninger På Overlevelsen Av d. magna . Disse diazinonkonsentrasjonene er rapportert å forårsake en reduksjon i gjennomsnittlig total ung per kvinne, gjennomsnittlig stamfiskstørrelse og befolkningsøkning (rpi) og utvikling Av d. magna. Kun konsentrasjon over 0,25 µ·L-1 forårsaket en forsinkelse i tiden til første reproduksjon . Toksikokinetiske og toksikodynamiske modeller av diazinon og dets biprodukt 2-isopropyl-6-metyl-4-pyrimidinol i krepsdyr ble undersøkt av Kretschmann et al. . Resultatene antydet at oksidativ dearylering av diazinon til pyrimidinol er et avgjørende cellulært avgiftningstrinn som katalyseres av enzymet P450 . Imidlertid bruker de fleste økotoksikologiske studier den tempererte cladoceran d. magna som en økotoksikologisk modell; toksisiteten av insektmiddel på tropiske dyreplanktonarter har ikke blitt undersøkt i samme grad .
i denne studien ble det utført en akutt 48-timers analyse og en kronisk 14-dagers analyse for å studere effekten av diazinon på to kladoceranarter. Giftigheten av diazinon til tidlige livsstadier Av den tempererte arten D. magna ble testet, og giftigheten På d. magna ble sammenlignet med den på de tropiske artene d. lumholtzi. Resultatene vil gi baseline informasjon for å etablere referansen for organofosfatinsekticider i tropiske farvann.
2. Materialer og Metoder
2.1. Kjemikalier
Diazinon (O,O-diethyl-o – phosphorothioate) ble kjøpt fra Sigma-Aldrich. Lageroppløsninger på 1 mM ble tilberedt ved fortynning i dimetylsulfoksid (DMSO) før forsøket og holdt ved 4°C.
2.2. Testorganismer
To kladoceransarter ble brukt i denne studien: d. lumholtzi ble isolert fra en fiskedam i nord-Vietnam. D. magna ble oppnådd Fra MicroBioTest Inc. (Belgia). Begge dafnidene ble dyrket i 1 l beger fylt MED kombinasjonsmedium og holdt ved en temperatur på 25 ± 1°C under en lys: mørk syklus på 12 h: 12 h. dyrene ble matet med mikrogrønn alge (Chlorella sp.) og en 1 : 1: 1 blanding av gjær, cerrophyl og ørret chow fordøyelse (YTC) . Mat-og kulturmediet ble fornyet hver annen dag.
2.3. Akutt Toksisitetsanalyse
den akutte immobiliseringstesten ble utført I Henhold Til Protokoll 202 Fra Organisasjonen For Økonomisk Samarbeid og Utvikling . Denne analysen ble utført for å evaluere artens følsomhet og for å fastslå konsentrasjonsområdet som skal brukes i kroniske analyser. I en kort periode ble Nyfødte Med Dafnier (<24 timer gamle) opprettholdt i 50 mL beger inneholdende 30 mL kombinasjonsmedium tilsatt diazinon i et konsentrasjonsområde på 0, 0.5, 1, 2, 5, og 10 µ·L-1. I hver eksponeringskonsentrasjon ble 15 nyfødte eksponert per konsentrasjon av diazinon og blank kontroll. Alle testeksponeringer ble utarbeidet i tre eksemplarer. Testbeholderne ble plassert ved en kontrollert temperatur på 25 ± 1°C under en lys: mørk syklus på 14 t: 10 t under 48 t inkubasjon. Den vurderte responsen for denne analysen var cladocerans immobilitet eller død. Kriteriet for testaksept var en overlevelsesrate større enn eller lik 90% i kontrollgruppen. Endelig ble dødelighetsdataene registrert ved slutten av toksisitetstestene (48 timer) brukt til å bestemme median dødelig konsentrasjon (48 timer LC50).
2.4. Kronisk Toksisitetsanalyse
Basert på akutte toksisitetsresultater og miljørelevante konsentrasjoner av diazinon i tidligere studier, ble dafnider eksponert for følgende subletale diazinonkonsentrasjoner i løpet av 14 dager: 0 (kontroll), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, og 1,0 µ·L-1. Reproduksjonstesten ble utført i henhold til standardprotokollen beskrevet i APHA med mindre modifikasjoner. Kort fortalt ble nyfødte yngre enn 24 timer inkubert individuelt i 50 mL begerglass som inneholdt 20 mL kontrollmedium eller eksponert for diazinonkonsentrasjoner. Diazinon konsentrasjoner og mat (en blanding av grønne alger Chlorella sp., ved en tetthet på 5 × 106 celler * mL-1 og YTC) ble fornyet hver annen dag. Overlevelse, reproduksjon (fecundity), tid for første reproduksjon, totalt antall nyfødte per kvinne, antall brød og brødstørrelse ble registrert daglig. Kroppslengden til foreldre daphnider ble målt ved slutten av forsøket.
2.5. Statistisk Analyse
48 h median dødelige konsentrasjoner (48 h LC50) ble spådd ved probit analyse som Tidligere rapportert Av Stephan . Befolkningsøkningsgraden (rpi) ble beregnet i henhold Til metoden foreslått Av Euler-Lotka : ∑e-rxlxmx = 1, hvor lx = andelen overlevende til alder x, mx = aldersspesifikk fruktbarhet og x = tid i dager. Alle beregningene var basert på 14-dagers eksperimenter . Forskjellene mellom behandlingsgrupper og kontroller ble bestemt gjennom enveisanalyse av varians (ANOVA). Signifikante forskjeller () ble skilt ved bruk Av Dunnets testmetode. Alle data presenteres som median ± SD.
3. Resultater og Diskusjon
3.1. Akutt Toksisitet
ingen dødelighet forekom i kontrollen under eksperimentell tid for akutt test. Den høyeste testede konsentrasjonen av diazinon resulterte i 100% dødelighet av begge dafnider. Imidlertid viste diazinon høyere toksisitet For d. lumholtzi. 48 h LC50-verdiene av diazinon for d. magna og d. lumholtzi under de testede eksperimentelle forholdene, ved 95% konfidensintervall, var 4,63 og 3.41 hryvnias·l−1, henholdsvis.
de toksiske effektene av plantevernmidler på vannlevende organismer blir ofte undersøkt ved hjelp av den tempererte d. magna under laboratorieforhold. Imidlertid er det fortsatt liten forståelse om de akutte og kroniske effektene av diazinon på krepsdyr, spesielt for arter som stammer fra tropiske regioner. 48 h LC50-verdiene for diazinon rapportert i denne studien var i området med 48 h LC50-verdiene rapportert for nauplius av copepod Eodiaptomus (48 h LC50 = 2,8 µ.L−1), Mesocykloper (48 timer LC50 = 2,9 µ·L-1) og Termocykloper (48 timer LC50 = 4.1 µ·L-1). Verdiene var imidlertid lavere enn 48 h LC50−verdiene for voksne Av Eodiaptomus (48 h LC50 = 46,8 µ·L−1), Mesocyclops (48 h LC50 = 30,6 µ·L−1) og Termocyclops (48 h LC50 = 40,2@g·L−1), eller høyere enn 48 h lc50-verdier for andre kladokeraner som ceriodaphnia dubia (se nedenfor) .48 h lc50 = 0,21 Μ·l-1). Resultater fra akutte analyser dokumenterte høyere sensitivitet av tropiske d. lumholtzi nyfødte til diazinon sammenlignet med den tempererte d. magna. Fra et praktisk anvendelsesperspektiv viste disse resultatene tydelig At D. lumholtzi kan tjene som en egnet surrogat for den tempererte arten d. magna, det vil si som en toksisitetsindikatorart, under tropiske forhold.
3.2. Kronisk Toksisitet
effektene av sublethal diazinonkonsentrasjoner på overlevelse og reproduksjon Av d. magna og d. lumholtzi under 14 dagers inkubasjon er vist I Tabell 1 Og Figur 1. Overlevelsen av begge dafnider ble redusert med økende konsentrasjoner av diazinon i løpet av 14-dagers testen. Signifikante reduksjoner i responser i livshistorien ble observert For d. magna og d. lumholtzi ved eksponering for diazinon. Begge daphnidene vokste godt i kontrollinkubasjonen (lengden På d. magna og d. lumholtzi økte opp til henholdsvis 4,1 og 2,4 mm ved slutten av forsøket). Alle individer i kontrollen overlevde gjennom hele forsøksperioden (14 dager) og produserte tallrike avkom (27.4 ± 3.6 ungdommer per D. magna og 18.2 ± 2.1 per d. lumholtzi).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Merk. .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(a)
(b)
(a)
(b)
Diazinon forårsaket signifikante effekter og doseavhengige økninger på reproduksjon (antall kull per kvinne) av begge dafnider (Tabell 1). For d. magna resulterte diazinon i konsentrasjon opp til 0,1 µ·L−1 eller høyere i en signifikant reduksjon i reproduksjon (antall kull per kvinne), mens For D. lumholtzi ble det registrert en signifikant reduksjon i reproduksjon fra den laveste konsentrasjonen som ble testet (0,05@g * L−1·. Reproduksjonen av begge daphnider ble signifikant forsinket (), fra 6,5 dager for kontrollen til 9,6 dager For D. magna (som diazinonkonsentrasjon opp til 0,1 µ·L−1 eller høyere), og fra 3,5 dager i kontroll til 5,4 dager For D. lumholtzi (som diazinonkonsentrasjon opp til 0,05@g * L-1 eller høyere) (Tabell 1). Resultatene fra begge testede arter indikerte at antall nyfødte født per hunn falt signifikant ved diazinonkonsentrasjonen på 0,1 µ·L-1 eller høyere (Tabell 1). Gjennomsnittlig kroppslengde ble signifikant redusert i disse dafnidene (som diazinonkonsentrasjon opp til 0,2 µ·L−1 eller høyere) i løpet av 14-dagers testperioden, fra 4,1 til 3,1 mm og fra 2,4 til 1,9 mm I D. magna og d. lumholtzi.
resultatene av livsresponshistorien til både d. magna og d. lumholtzi-arter. Eksponering for subletale konsentrasjoner av diazinon under laboratorieforhold viste at diazinon signifikant reduserte antall avkom produsert per kvinne og forsinket i alderen ved første brød. De oppnådde resultatene er i samsvar med tidligere observasjoner som viste en reduksjon i gjennomsnittlig avkomproduksjon og undertrykkelse av vekst i d. magna eller Ceriodaphnia dubia etter eksponering for diazinon .
resultatene fra den kroniske analysen viste At d. lumholtzi var en sensitiv art for diazinon. Et al. foreslått at krepsdyr er nært knyttet til insekter, mer enn andre hvirvelløse dyr. Derfor er de mer følsomme for plantevernmidler enn andre hvirvelløse dyr. Modra et al. diazinon påvirkes av mange faktorer som biotransformasjonsevnen til selve organismen, vanntemperatur, tilstedeværelse av andre forurensninger og andre ikke-identifiserte miljøvariabler. På den annen side, ved å bruke en giftig kinetisk og dynamisk modell for å studere diazinon toksisitet, Kretschmann et al. antydet at sensitiviteten av test arter til diazinon kan avhenge av avgiftning evne til diazinon og diazoxon (en toksisk metabolitt av diazoxon). Disse forfatterne viste at i forhold Til d. magna er amphipod krepsdyr Gammarus pulex mindre følsom for diazinon fordi avgiftningen av diazinon og diazoxon er seks ganger raskere, noe som igjen gir mindre skadelige effekter. Forfatterne foreslo også at mekanistiske baserte effektmodeller skal brukes til å forklare de faktiske årsakene, effektene og de mindre forskjellene mellom forskjellige akvatiske hvirvelløse dyr .
3.3. Effekter Av Diazinon På Befolkningsøkning
effektene av diazinon på RPI er vist I Figur 2. Diazinonkonsentrasjoner lik og / eller større enn 0,1 µ * L-1 reduserte signifikant RPI for begge dafnider i løpet av den 14-dagers kroniske testen (). Det kan observeres at begge daphnids utsatt for diazinon viste en nesten lignende trend i løpet av 14-dagers kronisk test. I naturlige miljøer er diazinon kjent for å forårsake bivirkninger på mange dyreplanktonarter, inkludert Dafnier, selv ved lave konsentrasjoner (fra 5,3 til 26,3 nM). RPI Av daphnia befolkningen er en viktig indikator for prediksjon befolkningsutvikling. Overlevelsesraten, antall avkom per kvinne og alder av fecundity er alle avgjørende for prediksjonen . En reduksjon i RPI indikerte kronisk toksisk stress av plantevernmidler På Daphnia .
Våre resultater indikerte at begge testarter var følsomme for diazinon og kunne brukes til å forutsi risikoen for insektmidler. De nåværende resultatene tyder tydelig på at vekstratene For d. magna og d. lumholtzi i kontrollbehandlingene var innenfor området rapportert i litteraturen . I tropiske land er det nødvendig å etablere referansen for organofosfatinsekticider. For å minimere miljørisiko forbundet med plantevernmidler i tropiske økosystemer, anbefaler vi sterkt videre studier på kort – og langsiktige toksiske effekter av organofosfatinsekticider på forskjellige tropiske grupper av organismer.
4. Konklusjoner
denne studien bekreftet at diazinon utgjør betydelig risiko for vannlevende organismer, nemlig nontarget daphnia arter. Befolkningsveksten Av d. magna og D. lumholtzi ble negativt påvirket av diazinon etter en kronisk eksponeringsperiode. Sammenlignet Med d. magna viste d. lumholtzi enda høyere følsomhet overfor diazinon i den akutte testen. Resultatene av denne studien er viktige for prediksjon av toksiske effekter og miljørisiko forbundet med insektmidler. Videre studier ved hjelp av ekstra organofosfatinsekticider, forskjellige tropiske testarter og testforhold er nødvendig for å vurdere mulig miljørisiko forbundet med plantevernmidler i tropiske akvatiske økosystemer.