sammenligning af toksicitet med tempererede og tropiske Ferskvandsdafnier
Abstract
tilstedeværelsen af pesticider i vandområder giver unikke udfordringer for økosystemet og alle livsformer. Biologiske metoder er blevet brugt i vid udstrækning til at undersøge de toksiske virkninger af forskellige toksiske stoffer, herunder pesticider. Denne undersøgelse sigter mod at bestemme de negative virkninger af diasinon, et nonsystemisk organophosphatinsekticid, på to cladoceran-arter, herunder den tempererede Daphnia magna (D. magna) og den tropiske Daphnia lumholtsi (D. lumholtsi). 48 h LC50-værdierne viste højere toksicitet for D. lumholtsi i en koncentration på 3,41 liter·L−1 sammenlignet med D. magna i en koncentration på 4,63 liter·L−1. Efter 14 dages eksponering for cladoceran blev overlevelseskapaciteten og reproduktionspotentialet for de to cladoceran-arter klart reduceret, og deres befolkningstilvækst (RPI) faldt ved koncentrationer >0,1−liter·L-1. Denne undersøgelse viste, at den tropiske cladoceran var mere følsom end den tempererede D. magna. Derfor kan det bruges som en indikator for toksicitetsvurdering i tropiske miljøer. Tilstedeværelsen af diasinon i vandområder kan være forbundet med betydelig risiko for vandorganismer.
1. Introduktion
i de seneste årtier skifter de fleste af de udviklede lande mod et kemisk frit landbrug, også kendt som “økologisk” landbrug/landbrug, eller med andre ord faldende brugen af pesticider . Dette har resulteret i betydelige forbedringer i agronomisk praksis styret af strenge lovgivninger og i kvaliteten af naturlige vandområder, det vil sige mindre risiko for vandlevende liv . De fleste af udviklingslandene i de tropiske regioner øger deres brug af pesticider og gødning, da de bliver rigere . Som et resultat er koncentrationen af pesticider i tropiske miljøer konstant steget, hvilket medfører et fald i artsdiversiteten. Selvom pesticider har visse gavnlige virkninger for landbrugsafgrøder, kan deres anvendelse forårsage en lang række toksiske virkninger på forskellige ikke-målorganismer .
diasinon (O,O-diethyl-o – phosphorthioat) er et nonsystemisk organophosphatinsekticid. Det blev almindeligt anvendt til indsatskontrol i landbrugsafgrøder . Dette er en af de mest almindelige årsager til, at en person er i stand til at blive smittet af en person, der er i stand til at blive smittet af en person, der er i stand til at blive smittet af en person, der er i stand til at blive smittet af en person, der er i stand til at blive smittet af en person, der er i stand til at blive smittet . På de indenlandske og internationale markeder er der mere end 500 registrerede produkter, der indeholder diasinon som det aktive stof . På grund af dets udbredte anvendelse findes diasinon ofte i ferskvandsøkosystemer . I en nylig undersøgelse, Montuori et al. den højeste koncentration er registreret til at være 785 ng * L-1 i Ebro-floden, Spanien. Desuden er der fundet høje koncentrationer af diasinon op til 1,5 liter·L−1 i Byvandveje i Californien . I de seneste årtier har diasinon været meget udbredt i tropiske områder . Pesticidlove og-regler er imidlertid ikke implementeret tilstrækkeligt i disse regioner på trods af dens tunge anvendelser. De toksiske virkninger af cladoceran er tilgængelige i litteraturen for den tempererede cladoceran D. magna. Imidlertid er de toksiske virkninger af diasinon på tropiske dyreplanktoner ikke blevet veldokumenteret og undersøgt i litteraturen.
genererer høj Akut toksicitet for en lang række vandorganismer, hvilket fører til en bred vifte af subletale biokemiske virkninger, skade på specifikke målorganer og væv og negative økologiske virkninger. Det er blevet rapporteret at være moderat giftigt for tidlige livsstadier af sebrafisk . 96 h LC50-værdierne fra 0, 32 til 1, 53 mg·L−1 for larve og fra 2, 2 til 10, 3 mg·L−1 For Voksen af flere fisk er allerede registreret . Yen et al. det blev rapporteret, at larvesvømmeaktivitet blev reduceret og Smerteaktivitet i sebrafisk blev hæmmet, samt en stigning i Hsp70-indholdet. I cladocerans forårsagede diasinon i koncentrationen fra 0,18 til 0,30 liter·L−1 negative virkninger på overlevelsen af D. magna . Det er rapporteret, at disse koncentrationer forårsager et fald i den gennemsnitlige samlede unge pr.hun, gennemsnitlig yngelstørrelse og befolkningsforøgelse (RPI) og udvikling af D. magna. Kun koncentrationen over 0,25 liter·L−1 forårsagede en forsinkelse i tiden til første reproduktion . Toksikokinetiske og toksikodynamiske modeller af Diasinon og dets biprodukt 2-isopropyl-6-methyl-4-pyrimidinol i krebsdyrarter blev undersøgt af Kretschmann et al. . Resultaterne tyder på, at dearyleringen af pyrimidinol er et afgørende cellulært afgiftningstrin, som katalyseres af P450 . Imidlertid bruger de fleste økotoksikologiske undersøgelser den tempererede cladoceran D. magna som en økotoksikologisk model; toksiciteten af insekticid på tropiske dyreplanktonarter er ikke undersøgt i samme omfang .
i denne undersøgelse blev der udført et akut 48 h-assay og et kronisk 14-dages assay for at undersøge virkningerne af cladoceran på to cladoceran-arter. D. magna blev testet, og toksiciteten på D. magna blev sammenlignet med den på den tropiske Art D. lumholtsi. Resultaterne vil give basisoplysninger for at fastlægge benchmarket for organophosphatinsekticider i tropiske farvande.
2. Materialer og metoder
2.1. Kemikalier
Diasinon (O,O-diethyl-o – phosphorthioat) blev købt fra Sigma-Aldrich. Stamopløsninger på 1 mM blev fremstillet ved fortynding i dimethylsulfoksid (DMSO) forud for forsøget og holdt ved 4 liter C.
2.2. Testorganismer
to cladoceransarter blev anvendt i denne undersøgelse: D. lumholtsi blev isoleret fra en fiskedam i det nordlige Vietnam. D. magna blev opnået fra MicroBioTest Inc. (Belgien). Begge daphnider blev dyrket i 1 L bægre fyldt med KOMBINATIONSMEDIUM og holdt ved en temperatur på 25 liter 1 liter C under en lys : mørk cyklus på 12 timer : 12 timer. dyrene blev fodret med mikrogrøn alge (Chlorella sp.) og en 1 : 1: 1 blanding af gær, cerrophyl og ørredkoge fordøjelse (YTC). Mad – og kulturmediet blev fornyet hver anden dag.
2.3. Akut Toksicitetsassay
den akutte immobiliseringstest blev udført i henhold til protokol 202 fra Organisationen for det økonomiske samarbejde og udvikling . Dette assay blev udført for at evaluere artens følsomhed og for at bestemme det koncentrationsinterval, der skal anvendes i kroniske assays. Kort fortalt blev nyfødte dafnier (<24 timer gamle) opretholdt i 50 mL bægerglas indeholdende 30 mL KOMBINATIONSMEDIUM tilsat diasinon i et koncentrationsinterval på 0, 0.5, 1, 2, 5, og 10 L−1. I hver eksponeringskoncentration blev 15 nyfødte eksponeret pr. Alle testeksponeringer blev udarbejdet i tre eksemplarer. Testbeholderne blev anbragt ved en kontrolleret temperatur på 25 liter 1 liter C under en lys : mørk cyklus på 14 timer : 10 timer under 48 timers inkubation. Det vurderede respons for dette assay var cladocerans immobilitet eller død. Kriteriet for testaccept var en overlevelsesrate større end eller lig med 90% i kontrolgruppen. Endelig blev dødelighedsdataene registreret ved afslutningen af toksicitetstestene (48 timer) anvendt til at bestemme den mediane dødelige koncentration (48 timer LC50).
2.4. Kronisk Toksicitetsanalyse
baseret på de akutte toksicitetsresultater og miljørelevante koncentrationer af daphnider i tidligere undersøgelser blev daphnider i løbet af 14 dage eksponeret for følgende subletale koncentrationer: 0 (kontrol), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, og 1,0 L−1. Reproduktionstesten blev udført i henhold til standardprotokollen beskrevet i APHA med mindre modifikationer. Kort fortalt blev nyfødte på under 24 timer inkuberet individuelt i 50 mL bægerglas indeholdende 20 mL kontrolmedium eller eksponeret for diasinonkoncentrationer. En blanding af grønalger Chlorella sp., ved en tæthed på 5−106-celler·mL-1 og YTC) blev fornyet hver anden dag. Overlevelse, reproduktion (fecundity), tid til den første reproduktion, det samlede antal nyfødte pr. Kropslængden af forældredaphnider blev målt i slutningen af eksperimentet.
2.5. Statistisk analyse
de 48 timers median letale koncentrationer (48 h LC50) blev forudsagt ved probit-analyse som tidligere rapporteret af Stephan . Befolkningsforøgelsen (RPI) blev beregnet efter den metode, som Euler–Lotka foreslog: 1, Hvor LH = andelen af overlevende til alder, MH = aldersspecifik fecundity og tid i dage. Alle beregninger var baseret på 14-dages eksperimenter . Forskellene mellem behandlingsgrupper og kontroller blev bestemt gennem envejsanalyse af varians (ANOVA). Signifikante forskelle () blev kendetegnet ved anvendelse af Dunnet ‘ s testmetode. Alle data præsenteres som median-kursd.
3. Resultater og diskussion
3.1. Akut toksicitet
der forekom ingen dødelighed i kontrollen under den eksperimentelle tid for akut test. Den højeste testede koncentration resulterede i 100% mortalitet af begge daphnider. Der var dog en højere toksicitet for D. lumholtsi. 48 h LC50-værdierne for D. magna og D. lumholtsi under de testede forsøgsbetingelser med 95% konfidensinterval var 4,63 og 3.41 hhv.L−1.
de toksiske virkninger af pesticider på vandorganismer undersøges ofte under anvendelse af den tempererede D. magna under laboratoriebetingelser. Der er dog stadig lidt forståelse for de akutte og kroniske virkninger af diasinon på krebsdyr, især for arter, der stammer fra tropiske regioner. De 48 h LC50-værdier, der blev rapporteret i denne undersøgelse, var i området med de 48 h LC50-værdier, der blev rapporteret for nauplius af copepod Eodiaptomus (48 h LC50 = 2,8 liter.L−1), Mesocyclops (48 timer LC50 = 2,9 liter·L-1) og Termocyclops (48 timer LC50 = 4.1 L−1) . Værdierne var imidlertid lavere end 48 h LC50−værdierne for voksne af Eodiaptomus (48 h LC50 = 46,8 liter·L−1), Mesocyclops (48 h LC50 = 30,6 liter·L−1) og Termocyclops (48 h LC50 = 40,2 liter·L−1) eller højere end 48 h LC50-værdier for andre cladoceraner såsom Ceriodaphnia dubia (48 h LC50 = 0,21 kg·L-1) . Resultaterne fra akutte analyser dokumenterede højere følsomhed hos tropiske D. lumholtsi nyfødte til diasinon sammenlignet med den tempererede D. magna. Fra et praktisk anvendelsesperspektiv viste disse resultater tydeligt, at D. lumholtsi kan tjene som et egnet surrogat for den tempererede Art D. magna, det vil sige som en toksicitetsindikatorart under tropiske forhold.
3.2. Kronisk toksicitet
virkningerne af subletale koncentrationer på overlevelse og reproduktion af D. magna og D. lumholtsi i løbet af 14 dages inkubation er vist i tabel 1 og figur 1. Overlevelsen af begge daphnider faldt med stigende koncentrationer af diasinon under 14-dages testen. Der blev observeret signifikante fald i respons i livshistorien for D. magna og D. lumholtsi, når de blev eksponeret for diasinon. Begge daphnider voksede godt i kontrolinkubationen (længden af D. magna og D. lumholtsi steg henholdsvis op til 4,1 og 2,4 mm ved afslutningen af eksperimentet). Alle personer i kontrollen overlevede i hele forsøgsperioden (14 dage) og producerede adskillige afkom (27,4 3,6-unge pr.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Bemærk. .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(a)
(b)
(a)
(b)
daphnider (tabel 1) fik signifikante virkninger og dosisafhængige stigninger på reproduktionen (antal yngler pr.hun). For D. magna resulterede diasinon i en koncentration på op til 0,1 liter·L−1 eller højere i et signifikant fald i reproduktionen (antal yngler pr.hun), mens der for D. lumholtsi blev registreret en signifikant reduktion af reproduktionen fra den laveste testede koncentration (0,05 liter·L−1). Reproduktionen af begge daphnider blev signifikant forsinket (), fra 6,5 dage for kontrollen til 9,6 dage for D. magna (som diasinonkoncentrationen op til 0,1 liter * L·1 eller højere) og fra 3,5 dage i kontrollen til 5,4 dage for D. lumholtsi (som diasinonkoncentrationen op til 0,05 liter·L−1 eller højere) (tabel 1). Resultaterne af begge testede arter indikerede, at antallet af nyfødte født pr.hun faldt signifikant ved diasinonkoncentrationen på 0,1 liter·L−1 eller højere (tabel 1). Den gennemsnitlige kropslængde faldt signifikant i disse daphnider (som diasinonkoncentrationen op til 0,2 liter·L−1 eller højere) inden for 14-dages testperioden, fra 4,1 til 3,1 mm og fra 2,4 til 1,9 mm i D. hhv. magna og D. lumholtsi.
resultaterne af liv-respons historie af både D. magna og D. lumholtsi arter. Eksponering for subletale koncentrationer af diasinon under laboratoriebetingelser viste, at diasinon signifikant reducerede antallet af afkom produceret pr. De opnåede resultater er i overensstemmelse med tidligere observationer, som viste et fald i den gennemsnitlige afkomsproduktion og undertrykkelse af vækst i D. magna eller ceriodaphnia dubia efter eksponering for diasinon .
resultaterne fra den kroniske analyse viste, at D. lumholtsi var en følsom Art over for diasinon. Jørgensen et al. foreslået, at krebsdyr er tæt forbundet med insekter, mere end andre hvirvelløse dyr. Derfor er de mere følsomme over for pesticider end andre hvirvelløse dyr. Modra et al. mange faktorer, såsom biotransformationsevnen for selve organismen, vandtemperatur, tilstedeværelse af andre forurenende stoffer og andre ikke-identificerede miljøvariabler. På den anden side, ved at bruge en giftig kinetisk og dynamisk model til at studere diasinontoksicitet, Kretschmann et al. en af de mest almindelige årsager til denne sygdom er, at det er en af de mest almindelige årsager til denne sygdom. Disse forfattere afslørede, at når man sammenligner med D. magna, amphipod krebsdyr Gammarus puleks er mindre følsomme over for Diasinon fordi afgiftning af diasinon og diasokson er seks gange hurtigere, hvilket igen forårsager mindre skadelige virkninger. Forfatterne foreslog også, at mekanistiske baserede effektmodeller skulle bruges til at forklare de faktiske årsager, virkninger og de mindre forskelle mellem forskellige hvirvelløse vanddyr .
3.3. Virkningerne af Diasinon på befolkningsforøgelsen
virkningerne af diasinon på RPI er vist i figur 2. 0,1 liter * L-1 reducerede signifikant RPI for begge daphnider under den 14-dages kroniske test (). Det kan observeres, at begge daphnider, der blev udsat for diasinon, viste en næsten lignende tendens i løbet af den 14-dages kroniske test. I naturlige miljøer er det kendt, at diasinon forårsager bivirkninger på mange dyreplanktonarter, herunder dafnier, selv ved lave koncentrationer (fra 5,3 til 26,3 nM) . RPI for Daphnia-befolkningen er en vigtig indikator for forudsigelsespopulationstendenser. Overlevelsesraten, antal afkom pr. kvinde og alder af frugtbarhed er alle afgørende for forudsigelsen . En reduktion i RPI indikerede kronisk toksisk stress af pesticider på dafnier .
vores resultater viste, at begge testarter var følsomme over for diasinon og kunne anvendes til at forudsige risikoen for insekticider. De nuværende resultater tyder tydeligt på, at vækstraterne for D. magna og D. lumholtsi i kontrolbehandlingerne var inden for det interval, der blev rapporteret i litteraturen . I tropiske lande er det nødvendigt at etablere benchmark for organophosphatinsekticider. For at minimere miljørisikoen forbundet med pesticider i tropiske økosystemer anbefaler vi stærkt yderligere undersøgelser af kort – og langsigtede toksiske virkninger af organophosphatinsekticider på forskellige tropiske grupper af organismer.
4. Konklusioner
denne undersøgelse bekræftede, at diasinon udgør en betydelig risiko for vandorganismer, nemlig ikke-Target dafnia-arter. Befolkningstilvæksten i D. magna og D. efter en kronisk eksponeringsperiode. Sammenlignet med D. magna viste D. lumholtsi endnu højere følsomhed over for diasinon i den akutte test. Resultaterne af denne undersøgelse er vigtige for forudsigelse af toksiske virkninger og Miljørisiko forbundet med insekticider. Yderligere undersøgelser ved hjælp af yderligere organophosphatinsekticider, forskellige tropiske testarter og testbetingelser er nødvendige for at vurdere den mulige Miljørisiko forbundet med pesticider i tropiske akvatiske økosystemer.