jämförelse av Diazinon toxicitet för tempererade och tropiska Sötvatten Daphnia arter
Abstrakt
förekomsten av bekämpningsmedel i vattenförekomster presenterar unika utmaningar för ekosystemet och alla livsformer. Biologiska metoder har använts i stor utsträckning för att undersöka de toxiska effekterna av olika giftiga ämnen inklusive bekämpningsmedel. Den föreliggande studien syftar till att bestämma de negativa effekterna av diazinon, ett icke-systemiskt organofosfatinsekticid, på två kladoceranarter inklusive den tempererade Daphnia magna (D. magna) och den tropiska Daphnia lumholtzi (D. lumholtzi). 48 h LC50-värdena visade högre toxicitet för diazinon för D. lumholtzi i en koncentration av 3,41 oc·L−1 jämfört med D. magna i en koncentration av 4,63 oc·L−1. Efter 14 dagars exponering för diazinon minskade överlevnadskapaciteten såväl som reproduktionspotentialen för de två kladoceranarterna tydligt och deras befolkningsökning (RPI) minskade vid koncentrationer >0,1 Kg·L−1. Den föreliggande studien visade att den tropiska cladoceran (D. lumholtzi) var känsligare än den tempererade D. magna. Därför kan den användas som en indikator för toxicitetsbedömning i tropiska miljöer. Förekomsten av diazinon i vattenförekomster kan vara förknippad med betydande risk för vattenlevande organismer.
1. Inledning
under de senaste decennierna har de flesta av de utvecklade länderna skiftat mot ett kemikaliefritt jordbruk, även känt som ”organiskt” jordbruk/jordbruk, eller med andra ord att minska användningen av bekämpningsmedel . Detta har resulterat i betydande förbättringar av agronomiska metoder som styrs av stränga lagstiftningar och kvaliteten på naturliga vattenkroppar, det vill säga mindre risk för vattenlevande liv . De flesta utvecklingsländerna i de tropiska regionerna ökar sin användning av bekämpningsmedel och gödningsmedel när de blir rikare . Som ett resultat har koncentrationen av bekämpningsmedel i tropiska miljöer ständigt ökat, vilket medför en minskning av artens mångfald. Även om bekämpningsmedel har vissa fördelaktiga effekter för jordbruksgrödor, kan deras användning orsaka ett brett spektrum av toxiska effekter på olika icke-målorganismer .
Diazinon (O,O-dietyl-o – fosfortioat) är ett icke-systemiskt organofosfatinsekticid. Det användes ofta för insatskontroll i jordbruksgrödor . Toxiciteten hos diazinon är resultatet av att hämma enzymet acetylkolinesteras (AChE), vilket leder till ackumulering av neurotransmittorer och förändrad signalöverföring i kemiska synapser . På de inhemska och internationella marknaderna finns det mer än 500 registrerade produkter som innehåller diazinon som aktiv substans . På grund av dess utbredda användning finns diazinon ofta i sötvattensekosystem . I en ny studie, Montuori et al. rapporterade att diazinon är vanligt i vattensystem över hela Europa, med den högsta koncentrationen registrerad för att vara 785 ng·L−1 i Ebro River, Spanien. Dessutom har höga koncentrationer av diazinon upp till 1,5 occurg·L−1 hittats i urbana vattenvägar i Kalifornien . Under de senaste decennierna har diazinon använts i stor utsträckning i tropiska regioner . Bekämpningsmedelslagar och förordningar har dock inte implementerats tillräckligt i dessa regioner trots dess tunga tillämpningar. De toxiska effekterna av diazinon finns i litteraturen för den tempererade cladoceran D. magna. De toxiska effekterna av diazinon på tropiska djurplanktoner har emellertid inte dokumenterats och studerats i litteraturen.
diazinon genererar hög akut toxicitet för en mängd olika vattenlevande organismer, vilket leder till ett brett spektrum av subletala biokemiska effekter, skador på specifika målorgan och vävnader och negativa ekologiska effekter. Toxiciteten hos diazinon har studerats i stor utsträckning hos fisk och kräftdjur , och det har rapporterats vara måttligt giftigt för zebrafiskens tidiga livsstadier . 96 h LC50-värdena från 0, 32 till 1, 53 mg·L−1 för larv och från 2, 2 till 10, 3 mg·L−1 för vuxen av flera fiskar har redan registrerats . Yen et al. rapporterade att diazinon sänker larv simning aktivitet och hämmar AChE aktivitet i zebrafisk, samt en ökning av HSP70 innehåll. I cladocerans orsakade diazinon i koncentrationen från 0,18 till 0,30 Kg·L−1 negativa effekter på överlevnaden av D. magna . Dessa diazinonkoncentrationer har rapporterats orsaka en minskning av genomsnittlig total ung per kvinna, Genomsnittlig avelsstorlek och befolkningsökningshastighet (RPI) och utveckling av D. magna. Endast koncentrationen över 0,25 occyg·L-1 orsakade en fördröjning i tiden till första reproduktionen . Toxikokinetiska och toxiodynamiska modeller av diazinon och dess biprodukt 2-isopropyl-6-metyl-4-pyrimidinol hos kräftdjur undersöktes av Kretschmann et al. . Resultaten föreslog att oxidativ dearylering av diazinon till pyrimidinol är ett avgörande cellulärt avgiftningssteg som katalyseras av enzymet P450 . De flesta ekotoxikologiska studier använder emellertid den tempererade cladoceran D. magna som en ekotoxikologisk modell; toxiciteten hos insektsmedel på tropiska djurplanktonarter har inte undersökts i samma utsträckning .
i denna studie utfördes en akut 48-timmars analys och en kronisk 14-dagars analys för att studera effekterna av diazinon på två cladoceran-arter. Toxiciteten hos diazinon till tidiga livsstadier av den tempererade arten D. magna testades och toxiciteten på D. magna jämfördes med den på den tropiska arten D. lumholtzi. Resultaten kommer att ge basinformation för att fastställa riktmärket för organofosfatinsekticider i tropiska vatten.
2. Material och metoder
2.1. Kemikalier
Diazinon (O,O-dietyl-o – fosforotioat) köptes från Sigma-Aldrich. Stamlösningar av 1 mM framställdes genom utspädning i dimetylsulfoxid (DMSO) före experimentet och hölls vid 4-C.
2.2. Testorganismer
två cladoceransarter användes i den aktuella studien: D. lumholtzi isolerades från en fiskdamm i norra Vietnam. D. magna erhölls från MicroBioTest Inc. (Belgien). Båda daphniderna odlades i 1 L bägare fyllda med KOMBINATIONSMEDIUM och hölls vid en temperatur av 25 2CB 1 c c under en ljus : mörk cykel på 12 h : 12 h. djuren matades med mikrogrön alg (Chlorella sp.) och en 1: 1: 1 blandning av jäst, cerrophyl och öring chow digestion (YTC). Mat-och kulturmediet förnyades varannan dag.
2.3. Akut Toxicitetsanalys
det akuta immobiliseringstestet utfördes enligt protokoll 202 från Organisationen för ekonomiskt samarbete och utveckling . Denna analys utfördes för att utvärdera artens känslighet och för att fastställa koncentrationsintervallet som ska användas i kroniska analyser. I korthet upprätthölls Daphnia nyfödda (<24 timmar gamla) i 50 mL bägare innehållande 30 mL KOMBINATIONSMEDIUM spikat med diazinon i ett koncentrationsområde av 0, 0.5, 1, 2, 5, och 10 occurg * L-1. I varje exponeringskoncentration exponerades 15 nyfödda per koncentration av diazinon och blank control. Alla testexponeringar bereddes i tre exemplar. Testbehållarna placerades vid en kontrollerad temperatur av 25 1 1 C under en ljus : mörk cykel av 14 timmar : 10 timmar under 48 timmar inkubation. Det bedömda svaret för denna analys var cladocerans orörlighet eller död. Kriteriet för testacceptans var en överlevnadsgrad större än eller lika med 90% i kontrollgruppen. Slutligen användes mortalitetsdata som registrerades i slutet av toxicitetstesterna (48 h) för att bestämma den median dödliga koncentrationen (48 h LC50).
2.4. Kronisk Toxicitetsanalys
baserat på resultaten av akut toxicitet och miljömässigt relevanta koncentrationer av diazinon i tidigare studier exponerades daphnider under 14 dagar för följande subletala diazinonkoncentrationer: 0 (kontroll), 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, och 1,0 occurg * L-1. Reproduktionstestet utfördes enligt standardprotokollet som beskrivs i APHA med mindre modifieringar. I korthet inkuberades nyfödda på mindre än 24 timmar individuellt i 50 mL bägare innehållande 20 mL kontrollmedium eller exponerades för diazinonkoncentrationer. Diazinonkoncentrationer och mat (en blandning av gröna alger Chlorella sp., vid en densitet av 5 msk 106 celler * mL−1, och YTC) förnyades varannan dag. Överlevnaden, reproduktionen (fecundity), tiden för den första reproduktionen, totalt antal nyfödda per kvinna, antal kullar och stamstorlek registrerades dagligen. Kroppslängden hos moderdaphnider mättes i slutet av experimentet.
2.5. Statistisk analys
de 48 h median letala koncentrationerna (48 h LC50) förutspåddes genom probitanalys som tidigare rapporterats av Stephan . Befolkningsökningstakten (RPI) beräknades enligt den metod som föreslagits av Euler–Lotka: bisexuell e-rxlxmx = 1, där lx = andelen överlevande till ålder x, mx = åldersspecifik fecundity och x = Tid i dagar. Alla beräkningar baserades på 14-dagars experiment . Skillnaderna mellan behandlingsgrupper och kontroller bestämdes genom envägsanalys av varians (ANOVA). Signifikanta skillnader () utmärkte sig genom att använda Dunnets testmetod. Alla data presenteras som medianubbi SD.
3. Resultat och diskussion
3.1. Akut toxicitet
ingen dödlighet inträffade i kontrollen under den experimentella tiden för akut test. Den högsta testade koncentrationen av diazinon resulterade i 100% dödlighet hos båda daphniderna. Diazinon visade emellertid högre toxicitet för D. lumholtzi. 48 h LC50-värdena för diazinon för D. magna och D. lumholtzi under de testade experimentella betingelserna, vid 95% konfidensintervall, var 4, 63 och 3.41 occurg * L-1, respektive.
de toxiska effekterna av bekämpningsmedel på vattenlevande organismer undersöks ofta med hjälp av den tempererade D. magna under laboratorieförhållanden. Det finns emellertid fortfarande liten förståelse för de akuta och kroniska effekterna av diazinon på kräftdjur, särskilt för arter som härstammar från tropiska regioner. De 48 h LC50-värden för diazinon som rapporterades i denna studie var i intervallet med de 48 h LC50-värden som rapporterades för nauplius av copepod Eodiaptomus (48 h LC50 = 2,8 usclg.L−1), Mesocyklops (48 h LC50 = 2,9 oc·L-1) och Termocyklops (48 h LC50 = 4.1 msk·L-1). Värdena var emellertid lägre än 48 h LC50−värdena för vuxna av Eodiaptomus (48 h LC50 = 46,8 occurg·L−1), Mesocyklops (48 h LC50 = 30,6 occurg·L−1) och Termocyklops (48 h LC50 = 40,2 occurg·L−1) eller högre än 48 h LC50-värden för andra kladoceraner såsom Ceriodaphnia dubia (48 h LC50 h LC50 = 0,21 occurg·L-1) . Resultat från akuta analyser dokumenterade högre känslighet hos tropiska D. lumholtzi nyfödda till diazinon jämfört med den tempererade D. magna. Ur ett praktiskt tillämpningsperspektiv visade dessa resultat tydligt att D. lumholtzi kan fungera som ett lämpligt surrogat för den tempererade arten D. magna, det vill säga som en toxicitetsindikatorart, under tropiska förhållanden.
3.2. Kronisk toxicitet
effekterna av subletala diazinonkoncentrationer på överlevnad och reproduktion av D. magna och D. lumholtzi under 14 dagars inkubation visas i Tabell 1 och figur 1. Överlevnaden för båda daphniderna minskade med ökande koncentrationer av diazinon under 14-dagarstestet. Signifikanta minskningar i livshistoriesvar observerades för D. magna och D. lumholtzi när de exponerades för diazinon. Båda daphniderna växte bra i kontrollinkubationen (längden av D. magna och D. lumholtzi ökade upp till 4,1 respektive 2,4 mm i slutet av experimentet). Alla individer i kontrollen överlevde under hela experimentperioden (14 dagar) och producerade många avkommor (27,4 3,6 unga exemplar per D. magna och 18,2 2,1 per D. lumholtzi).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
notera. .
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(a)
(b)
(a)
(b)
Diazinon orsakade signifikanta effekter och dosberoende ökningar av reproduktionen (antal kullar per hona) av båda daphniderna (Tabell 1). För D. magna resulterade diazinon i koncentrationen upp till 0,1 Kg·L−1 eller högre i en signifikant minskning av reproduktionen (antal kullar per kvinna), medan för D. lumholtzi registrerades en signifikant minskning av reproduktionen från den lägsta testade koncentrationen (0,05 Kg·L−1). Reproduktionen av båda daphniderna försenades signifikant (), från 6,5 dagar för kontrollen till 9,6 dagar för D. magna (som diazinonkoncentrationen upp till 0,1 oc·L-1 eller högre), och från 3,5 dagar i kontrollen till 5,4 dagar för D. lumholtzi (som diazinonkoncentrationen upp till 0,05 oc·L−1 eller högre) (Tabell 1). Resultaten av båda testade arterna indikerade att antalet nyfödda födda per kvinna minskade signifikant vid diazinonkoncentrationen på 0,1 oc·L−1 eller högre (Tabell 1). Den genomsnittliga kroppslängden minskade signifikant i dessa daphnider (som diazinonkoncentrationen upp till 0,2 kg·L−1 eller högre) inom 14-dagars testperiod, från 4,1 till 3,1 mm och från 2,4 till 1,9 mm i D. magna respektive D. lumholtzi.
resultaten av livsresponshistoriken för både D. magna och D. lumholtzi-arter. Exponering för subletala koncentrationer av diazinon under laboratorieförhållanden visade att diazinon signifikant minskade antalet avkommor som producerades per kvinna och försenades i åldern vid första kullen. De erhållna resultaten överensstämmer med tidigare observationer som visade en minskning av den genomsnittliga avkommans produktion och undertryckande av tillväxten i D. magna eller Ceriodaphnia dubia efter exponering för diazinon .
resultaten från den kroniska analysen visade att D. lumholtzi var en känslig art för diazinon. S occurnchez et al. föreslog att kräftdjur är nära besläktade med insekter, mer än andra ryggradslösa djur. Därför är de mer känsliga för bekämpningsmedel än andra ryggradslösa djur. Modra et al. indikerade att toxiciteten hos diazinon påverkas av många faktorer såsom organismens biotransformationsförmåga, vattentemperatur, närvaro av andra föroreningar och andra icke-identifierade miljövariabler. Å andra sidan, genom att använda en toxisk kinetisk och dynamisk modell för att studera diazinontoxicitet, Kretschmann et al. föreslog att känsligheten hos testarter till diazinon kan bero på avgiftning förmåga diazinon och diazoxon (en toxisk metabolit av diazoxon). Dessa författare avslöjade att, jämfört med D. magna, amfipod kräftdjur Gammarus pulex är mindre känslig för diazinon eftersom avgiftningen av diazinon och diazoxon är sex gånger snabbare vilket i sin tur orsakar mindre skadliga effekter. Författarna föreslog också att mekanistbaserade effektmodeller skulle användas för att förklara de faktiska orsakerna, effekterna och de mindre skillnaderna mellan olika ryggradslösa vattendjur .
3.3. Effekter av Diazinon på befolkningsökningen
effekterna av diazinon på RPI visas i Figur 2. Diazinonkoncentrationer lika med och / eller större än 0,1 occurg·L−1 minskade signifikant RPI för båda daphniderna under det 14-dagars kroniska testet (). Det kan observeras att båda daphniderna exponerade för diazinon visade en nästan liknande trend under det 14-dagars kroniska testet. I naturliga miljöer är diazinon känt för att orsaka negativa effekter på många djurplanktonarter inklusive Daphnia, även vid låga koncentrationer (från 5,3 till 26,3 nM) . RPI för Daphnia-befolkningen är en viktig indikator för förutsägelse av befolkningstrender. Överlevnadsgraden, antalet avkommor per kvinna och ålder av fecundity är alla avgörande för förutsägelsen . En minskning av RPI indikerade kronisk toxisk stress av bekämpningsmedel på Daphnia .
våra resultat indikerade att båda testarterna var känsliga för diazinon och kunde användas för att förutsäga risken för insekticider. De nuvarande resultaten tyder tydligt på att tillväxttakten för D. magna och D. lumholtzi i kontrollbehandlingarna var inom det intervall som rapporterades i litteraturen . I tropiska länder är det nödvändigt att fastställa riktmärket för organofosfatinsekticider. För att minimera miljörisker förknippade med bekämpningsmedel i tropiska ekosystem rekommenderar vi starkt ytterligare studier om kort – och långsiktiga toxiska effekter av organofosfatinsekticider på olika tropiska grupper av organismer.
4. Slutsatser
den aktuella studien bekräftade att diazinon utgör en betydande risk för vattenlevande organismer, nämligen arter som inte target Daphnia. Befolkningstillväxten av D. magna och D. lumholtzi påverkades negativt av diazinon efter en kronisk exponeringsperiod. Jämfört med D. magna visade D. lumholtzi ännu högre känslighet för diazinon i det akuta testet. Resultaten av denna studie är viktiga för förutsägelse av toxiska effekter och miljörisk i samband med insekticider. Ytterligare studier med hjälp av ytterligare organofosfatinsekticider, olika tropiska testarter och testförhållanden behövs för att bedöma den möjliga miljörisken i samband med bekämpningsmedel i tropiska akvatiska ekosystem.