Compararea toxicității Diazinonului cu speciile de Daphnia temperată și tropicală de Apă Dulce
rezumat
prezența pesticidelor în corpurile de apă prezintă provocări unice pentru ecosistem și pentru toate formele de viață. Metodele biologice au fost utilizate pe scară largă pentru a examina efectele toxice ale diferitelor substanțe toxice, inclusiv pesticidele. Studiul de față vizează determinarea efectelor adverse ale diazinonului, un insecticid organofosfat nesistemic, asupra a două specii cladocerane, inclusiv Daphnia magna temperată (D. magna) și daphnia lumholtzi tropicală (D. lumholtzi). Valorile de 48 h LC50 au demonstrat o toxicitate mai mare a diazinonului pentru D. lumholtzi la o concentrație de 3,41%·L−1 comparativ cu D. magna la o concentrație de 4,63%·L−1. După 14 zile de expunere la diazinon, capacitatea de supraviețuire, precum și potențialul de reproducere al celor două specii cladocerane s−au redus în mod clar, iar rata lor de creștere a populației (RPI) a scăzut la concentrații >0,1 hectolitri·L-1. Studiul de față a indicat faptul că cladoceranul tropical (D. lumholtzi) a fost mai sensibil decât D. magna temperat. Prin urmare, ar putea fi utilizat ca indicator pentru evaluarea toxicității în mediile tropicale. Prezența diazinonului în corpurile de apă poate fi asociată cu un risc semnificativ pentru organismele acvatice.
1. Introducere
în ultimele decenii, majoritatea țărilor dezvoltate se îndreaptă spre o agricultură fără substanțe chimice, cunoscută și sub numele de agricultură/agricultură „organică” sau, cu alte cuvinte, scăderea utilizării pesticidelor . Acest lucru a dus la îmbunătățiri substanțiale ale practicilor agronomice ghidate de legislații stricte și la calitatea corpurilor de apă naturale, adică la un risc mai mic pentru viața acvatică . Majoritatea țărilor în curs de dezvoltare din regiunile tropicale își sporesc utilizarea pesticidelor și îngrășămintelor pe măsură ce devin mai bogate . Ca urmare, concentrația pesticidelor în mediile tropicale a crescut constant, provocând o scădere a diversității speciilor. Deși pesticidele au anumite efecte benefice pentru culturile agricole, utilizarea lor poate provoca o gamă largă de efecte toxice asupra diferitelor organisme non-țintă .
diazinonul (O,o-dietil-o – fosforotioatul) este un insecticid organofosfat nesistemic. A fost utilizat în mod obișnuit pentru controlul inserțiilor în culturile agricole . Toxicitatea diazinonului rezultă din inhibarea enzimei acetilcolinesterază (AChE), ceea ce duce la acumularea de neurotransmițători și la modificarea transmiterii semnalului în sinapsele chimice . Pe piețele interne și internaționale, există mai mult de 500 de produse înregistrate care conțin diazinon ca substanță activă . Datorită utilizării sale pe scară largă, diazinonul se găsește frecvent în ecosistemele de apă dulce . Într-un studiu recent, Montuori și colab. a raportat că diazinonul este răspândit în sistemele acvatice din toată Europa, cea mai mare concentrație înregistrată fiind de 785 ng·L−1 în râul Ebro, Spania. Mai mult, concentrații mari de diazinon de până la 1,5 hectolitri·L−1 au fost găsite în căile navigabile urbane din California . În ultimele decenii, diazinonul a fost utilizat pe scară largă în regiunile tropicale . Cu toate acestea, legile și reglementările privind pesticidele nu au fost puse în aplicare în mod adecvat în aceste regiuni, în ciuda aplicațiilor sale grele. Efectele toxice ale diazinonului sunt disponibile în literatura de specialitate pentru cladoceranul temperat D. magna. Cu toate acestea, efectele toxice ale diazinonului asupra zooplanctonilor tropicali nu au fost bine documentate și studiate în literatura de specialitate.
diazinonul generează Toxicitate acută ridicată pentru o mare varietate de organisme acvatice, ceea ce duce la o gamă largă de efecte biochimice subletale, deteriorarea organelor și țesuturilor țintă specifice și impacturi ecologice adverse. Toxicitatea diazinonului a fost studiată extensiv la pești și crustacee și s-a raportat că este moderat toxică pentru stadiile incipiente ale vieții peștilor Zebra . Valorile 96 h LC50 cuprinse între 0,32 și 1,53 mg·L−1 Pentru larvă și de la 2,2 la 10,3 mg·L−1 pentru adulți din mai mulți pești au fost deja înregistrate . Yen și colab. a raportat că diazinon scade activitatea de înot larvar și inhibă activitatea AChE în zebrafish, precum și o creștere a conținutului de Hsp70. În cladocerani, diazinonul la concentrația de la 0,18 la 0,30 hectogg * L−1 a provocat efecte adverse asupra supraviețuirii D. magna . S-a raportat că aceste concentrații de diazinon determină o scădere a numărului mediu total de tineri per femelă, a mărimii medii a puietului și a ratei de creștere a populației (RPI) și a dezvoltării D. magna. Numai concentrația de peste 0,25 hectog·L−1 a determinat o întârziere în timpul primei reproduceri . Modelele toxicocinetice și toxicodinamice ale diazinonului și ale subprodusului său 2-izopropil-6-metil-4-pirimidinolului la speciile de crustacee au fost investigate de Kretschmann și colab. . Rezultatele au sugerat că dearilarea oxidativă a diazinonului la pirimidinol este o etapă crucială de detoxifiere celulară care este catalizată de enzima P450 . Cu toate acestea, majoritatea studiilor ecotoxicologice utilizează cladoceranul temperat D. magna ca model ecotoxicologic; toxicitatea insecticidului asupra speciilor de zooplancton tropical nu a fost examinată în aceeași măsură .
în acest studiu, s-au efectuat un test acut de 48 de ore și un test cronic de 14 zile pentru a studia efectele diazinonului asupra a două specii cladocerane. Toxicitatea diazinonului la stadiile timpurii ale vieții speciei temperate D. magna a fost testată, iar toxicitatea pe D. magna a fost comparată cu cea pe speciile tropicale D. lumholtzi. Rezultatele vor furniza informații de bază pentru a stabili criteriul de referință pentru insecticidele organofosfatice din apele tropicale.
2. Materiale și metode
2.1. Produse chimice
Diazinon (O,o-dietil-o – fosforotioat) a fost achiziționat de la Sigma-Aldrich. Soluțiile stoc de 1 mM au fost preparate prin diluare în dimetilsulfoxid (DMSO) înainte de experiment și menținute la 4 ct.
2.2. Organisme de testare
două specii cladocerane au fost utilizate în studiul de față: D. lumholtzi a fost izolat dintr-un iaz de pește din nordul Vietnamului. D. magna a fost obținut de la MicroBioTest Inc. (Belgia). Ambele daphnide au fost cultivate în pahare de 1 L umplute cu mediu combinat și păstrate la o temperatură de 25 octombrie 1 octombrie C sub un ciclu de lumină : întuneric de 12 ore : 12 ore. animalele au fost hrănite cu alge microgreen (Chlorella sp.) și un amestec 1: 1: 1 de drojdie, cerrophyl, și păstrăv Chow digestie (YTC) . Mediul alimentar și de cultură au fost reînnoite la fiecare două zile.
2.3. Test de toxicitate acută
testul de imobilizare acută a fost efectuat conform Protocolului 202 al Organizației pentru Cooperare și Dezvoltare Economică . Acest test a fost efectuat pentru a evalua sensibilitatea speciei și pentru a stabili gama de concentrații care trebuie utilizate în testele cronice. Pe scurt, nou-născuții Daphnia (<24 h) au fost menținuți în pahare de 50 mL conținând 30 mL mediu combinat cu diazinon la un interval de concentrație de 0, 0.5, 1, 2, 5, și 10·L−1. În fiecare concentrație de expunere, au fost expuși 15 nou-născuți per concentrație de diazinon și martor martor. Toate expunerile la încercare au fost preparate în trei exemplare. Recipientele de testare au fost plasate la o temperatură controlată de 25 XTX 1 XTX C sub un ciclu de lumină : întuneric de 14 h : 10 h pe parcursul a 48 h de incubare. Răspunsul evaluat pentru acest test a fost imobilitatea sau moartea cladoceranilor. Criteriul de acceptare a testului a fost o rată de supraviețuire mai mare sau egală cu 90% în grupul de control. În cele din urmă, datele privind mortalitatea înregistrate la sfârșitul testelor de toxicitate (48 h) au fost utilizate pentru a determina concentrația letală mediană (48 h LC50).
2.4. Test de toxicitate cronică
pe baza rezultatelor toxicității acute și a concentrațiilor relevante pentru mediu ale diazinonului în studiile anterioare, daphnidele au fost expuse timp de 14 zile la următoarele concentrații subletale de diazinon: 0 (control), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, și 1.0·L−1. Testul de reproducere a fost efectuat conform protocolului standard descris în APHA cu modificări minore. Pe scurt, nou-născuții cu vârsta mai mică de 24 de ore au fost incubați individual în pahare de 50 mL conținând 20 mL mediu de control sau expuși la concentrații de diazinon. Concentrațiile Diazinon și alimente (un amestec de alge verzi Chlorella sp., la o densitate de 5 celule 106·ml−1, și YTC) au fost reînnoite la fiecare două zile. Supraviețuirea, reproducerea (fecunditatea), timpul pentru prima reproducere, numărul total de nou-născuți pe femelă, numărul de puieturi și mărimea puietului au fost înregistrate zilnic. Lungimea corpului daphnidelor părinte a fost măsurată la sfârșitul experimentului.
2.5. Analiza statistică
concentrațiile letale medii de 48 h (48 h LC50) au fost prezise prin analiza probit, așa cum a fost raportată anterior de Stephan . Rata de creștere a populației (RPI) a fost calculată conform metodei sugerate de Euler–Lotka: e-rxlxmx = 1, unde LX = proporția supraviețuirii la vârsta x, mx = fecunditatea specifică vârstei și x = timpul în zile. Toate calculele s-au bazat pe experimente de 14 zile . Diferențele dintre grupurile de tratament și grupurile de control au fost determinate printr-o analiză unidirecțională a varianței (ANOVA). Diferențe semnificative () s-au distins prin utilizarea metodei de testare Dunnet. Toate datele sunt prezentate ca valoare mediană a SD-ului.
3. Rezultate și discuții
3.1. Toxicitate acută
nu a apărut mortalitate în grupul de control în timpul experimentului testului acut. Cea mai mare concentrație testată de diazinon a dus la mortalitatea de 100% a ambelor daphnide. Cu toate acestea, diazinon a prezentat o toxicitate mai mare la D. lumholtzi. Valorile de 48 h LC50 ale diazinonului pentru D. magna și D. lumholtzi în condițiile experimentale testate, la un interval de încredere de 95%, au fost de 4,63 și 3.41, respectiv, L−1.
efectele toxice ale pesticidelor asupra organismelor acvatice sunt adesea investigate folosind temperat D. magna în condiții de laborator. Cu toate acestea, există încă puțină înțelegere cu privire la efectele acute și cronice ale diazinonului asupra crustaceelor, în special asupra speciilor originare din regiunile tropicale. Valorile de 48 h LC50 ale diazinonului raportate în acest studiu s-au încadrat în intervalul cu valorile de 48 h LC50 raportate pentru nauplius de copepod eodiaptomus (48 h LC50 = 2, 8 hectolitri.L−1), Mezociclopi (48 h LC50 = 2,9 xqqg·L−1) și Termociclopi (48 h LC50 = 4.1·L−1) . Cu toate acestea, valorile au fost mai mici decât valorile de 48 h LC50 pentru adulți ale Eodiaptomus (48 h LC50 = 46,8 hectolitri·L−1), Mesocyclops (48 h LC50 = 30,6 centimetrii·L−1) și Termociclops (48 h LC50 = 40,2 centimetrii·L−1), sau mai mari de 48 h centimetrii pentru alți cladocerani , cum ar fi Ceriodaphnia dubia (48 h LC50 = h LC50 = 0,21 x−1) . Rezultatele testelor acute au documentat o sensibilitate mai mare a nou-născuților tropicali D. lumholtzi la diazinon în comparație cu D. magna temperată. Din perspectiva aplicării practice, aceste rezultate au arătat clar că D. lumholtzi poate servi ca un surogat adecvat pentru speciile temperate D. magna, adică ca specie indicator de toxicitate, în condiții tropicale.
3.2. Toxicitate cronică
efectele concentrațiilor subletale de diazinon asupra supraviețuirii și reproducerii D. magna și D. lumholtzi în timpul celor 14 zile de incubație sunt prezentate în tabelul 1 și Figura 1. Supraviețuirea ambelor daphnide a scăzut odată cu creșterea concentrațiilor de diazinon în timpul testului de 14 zile. Au fost observate scăderi semnificative ale răspunsurilor din istoria vieții pentru D. magna și D. lumholtzi atunci când au fost expuși la diazinon. Ambele daphnide au crescut bine în incubația de control (lungimea lui D. magna și D. lumholtzi a crescut până la 4,1 și, respectiv, 2,4 mm, la sfârșitul experimentului). Toți indivizii din martor au supraviețuit pe toată perioada experimentală (14 zile) și au produs numeroși urmași (27,4 3,6 la sută tineri pe D. magna și 18,2 la sută 2,1 la sută pe D. lumholtzi).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
notă. .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(a)
(b)
(a)
(b)
diazinonul a determinat efecte semnificative și creșteri dependente de doză asupra reproducerii (numărul de puieturi pe femelă) a ambelor daphnide (Tabelul 1). Pentru D. magna, diazinonul la o concentrație de până la 0,1%·l−1 sau mai mare a dus la o scădere semnificativă a reproducerii (numărul de puieti pe femelă), în timp ce pentru D. lumholtzi, o reducere semnificativă a reproducerii a fost înregistrată de la cea mai mică concentrație testată (0,05%·L−1). Reproducerea ambelor daphnide a fost întârziată semnificativ (), de la 6,5 zile pentru control la 9,6 zile pentru D. magna (sub formă de concentrație de diazinon până la 0,1%·l−1 sau mai mare) și de la 3,5 zile în control până la 5,4 zile pentru D. lumholtzi (sub formă de concentrație de diazinon până la 0,05%·L−1 sau mai mare) (Tabelul 1). Rezultatele ambelor specii testate au indicat faptul că numărul nou−născuților născuți pe femelă a scăzut semnificativ la concentrația de diazinon de 0,1%·l-1 sau mai mare (Tabelul 1). Lungimea medie a corpului a scăzut semnificativ la acele daphnide (ca concentrație de diazinon până la 0,2%·L−1 sau mai mare) în perioada de testare de 14 zile, de la 4,1 la 3,1 mm și de la 2,4 la 1,9 mm în D. magna și, respectiv, D. lumholtzi.
rezultatele istoricului răspunsului la viață al speciilor D. magna și D. lumholtzi. Expunerea la concentrațiile subletale de diazinon în condiții de laborator a arătat că diazinonul a redus semnificativ numărul de descendenți produși pe femelă și a întârziat vârsta la prima puiet. Rezultatele obținute sunt în concordanță cu observațiile anterioare care au arătat o scădere a producției medii de descendenți și suprimarea creșterii în D. magna sau Ceriodaphnia dubia după expunerea la diazinon .
rezultatele testului cronic au arătat că D. lumholtzi a fost o specie sensibilă la diazinon. S-X-X-X și colab. a sugerat că crustaceele sunt strâns legate de insecte, mai mult decât alte nevertebrate. Prin urmare, ele sunt mai sensibile la pesticide decât alte nevertebrate. Modra și colab. a indicat că toxicitatea diazinonului este afectată de mulți factori, cum ar fi capacitatea de biotransformare a organismului însuși, temperatura apei, prezența altor poluanți și alte variabile de mediu neidentificate. Pe de altă parte, prin utilizarea unui model cinetic și dinamic toxic pentru studierea toxicității diazinonilor, Kretschmann și colab. a sugerat că sensibilitatea speciilor testate la diazinon poate depinde de capacitatea de detoxifiere a diazinonului și diazoxonului (un metabolit toxic al diazoxonului). Acești autori au arătat că, în comparație cu D. magna, crustaceul Amfipod Gammarus pulex este mai puțin sensibil la diazinon, deoarece detoxifierea diazinonului și diazoxonului este de șase ori mai rapidă, ceea ce la rândul său provoacă efecte mai puțin dăunătoare. Autorii au sugerat, de asemenea, că modelele de efect bazate pe mecanisme ar trebui utilizate pentru a explica cauzele reale, efectele și diferențele minore dintre diferitele nevertebrate acvatice .
3.3. Efectele Diazinonului asupra ratei de creștere a populației
efectele diazinonului asupra IPR sunt prezentate în Figura 2. Concentrațiile de Diazinon egale și / sau mai mari de 0,1%·l−1 au redus semnificativ RPI la ambele daphnide în timpul testului cronic de 14 zile (). Se poate observa că ambele daphnide expuse la diazinon au prezentat o tendință aproape similară în timpul testului cronic de 14 zile. În medii naturale, se știe că diazinonul provoacă efecte adverse asupra multor specii de zooplancton, inclusiv Daphnia, chiar și la concentrații scăzute (de la 5,3 la 26,3 nM) . RPI al populației Daphnia este un indicator important pentru tendințele populației de predicție. Rata de supraviețuire, numărul de descendenți pe femeie și vârsta fecundității sunt toate cruciale pentru predicție . O reducere a RPI a indicat stresul toxic cronic al pesticidelor pe Daphnia .
rezultatele noastre au indicat că ambele specii de testare au fost sensibile la diazinon și ar putea fi folosite pentru a prezice riscul de insecticide. Rezultatele actuale sugerează în mod clar că ratele de creștere ale D. magna și D. lumholtzi în tratamentele de control s-au încadrat în intervalul raportat în literatura de specialitate . În țările tropicale, este necesar să se stabilească punctul de referință pentru insecticidele organofosfatice. Pentru a minimiza riscul de mediu asociat cu pesticidele din ecosistemele tropicale, recomandăm cu tărie studii suplimentare privind efectele toxice pe termen scurt și lung ale insecticidelor organofosfatice asupra diferitelor grupuri tropicale de organisme.
4. Concluzii
studiul de față a confirmat faptul că diazinonul prezintă un risc semnificativ pentru organismele acvatice, și anume speciile Daphnia non-țintă. Creșterea populației din D. magna și D. lumholtzi a fost afectat negativ de diazinon după o perioadă de expunere cronică. Comparativ cu D. magna, D. lumholtzi a arătat o sensibilitate și mai mare la diazinon în testul acut. Rezultatele acestui studiu sunt importante pentru predicția efectelor toxice și a riscului de mediu asociat cu insecticidele. Sunt necesare studii suplimentare care utilizează insecticide organofosfatice suplimentare, diferite specii tropicale de testare și condiții de testare pentru a evalua posibilul risc de mediu asociat cu pesticidele din ecosistemele acvatice tropicale.