Hierdie studie het die letaliteit, subletaliteit en toksisiteit van kommersiëlesipermetrienformulasies aan anuran-paddavissies. In die akute toets is konsentrasies van 100–800 μg/L vir 96 uur getoets. In die chroniese toets is natuurlik voorkomende sipermetrienkonsentrasies (1, 3, 6 en 20 μg/L) vir mortaliteit getoets, gevolg deur mikronukleustoetsing en rooibloedselkernafwykings vir 7 dae. Die LC50 van die kommersiële sipermetrienformulering aan paddavissies was 273.41 μg L−1. In die chroniese toets het die hoogste konsentrasie (20 μg L−1) tot meer as 50% mortaliteit gelei, aangesien dit die helfte van die getoetste paddavissies gedood het. Die mikronukleustoets het beduidende resultate by 6 en 20 μg L−1 getoon en verskeie kernafwykings is opgespoor, wat aandui dat die kommersiële sipermetrienformulering genotoksiese potensiaal teen P. gracilis het. Sipermetrien is 'n hoë risiko vir hierdie spesie, wat aandui dat dit verskeie probleme kan veroorsaak en die dinamika van hierdie ekosisteem op kort en lang termyn kan beïnvloed. Daarom kan die gevolgtrekking gemaak word dat kommersiële sipermetrienformulerings toksiese effekte op P. gracilis het.
As gevolg van die voortdurende uitbreiding van landbouaktiwiteite en intensiewe toepassing vanplaagbeheermaatreëls, word waterdiere gereeld aan plaagdoders blootgestel1,2. Besoedeling van waterbronne naby landbouvelde kan die ontwikkeling en oorlewing van nie-teikenorganismes soos amfibieë beïnvloed.
Amfibieë word toenemend belangrik in die assessering van omgewingsmatrikse. Anurane word as goeie bio-aanwysers van omgewingsbesoedelingstowwe beskou as gevolg van hul unieke eienskappe soos komplekse lewensiklusse, vinnige larwale groeitempo's, trofiese status, deurlaatbare vel10,11, afhanklikheid van water vir voortplanting12 en onbeskermde eiers11,13,14. Die klein waterpadda (Physalaemus gracilis), algemeen bekend as die huilende padda, is getoon as 'n bio-aanwyserspesie van plaagdoderbesoedeling4,5,6,7,15. Die spesie word aangetref in stilstaande waters, beskermde gebiede of gebiede met veranderlike habitat in Argentinië, Uruguay, Paraguay en Brasilië1617 en word deur die IUCN-klassifikasie as stabiel beskou as gevolg van sy wye verspreiding en verdraagsaamheid teenoor verskillende habitats18.
Subletale effekte is in amfibieë gerapporteer na blootstelling aan sipermetrien, insluitend gedrags-, morfologiese en biochemiese veranderinge in paddavissies23,24,25, veranderde mortaliteits- en metamorfosetyd, ensiematiese veranderinge, verminderde uitbroei-sukses24,25, hiperaktiwiteit26, inhibisie van cholinesterase-aktiwiteit27 en veranderinge in swemprestasie7,28. Studies oor die genotoksiese effekte van sipermetrien in amfibieë is egter beperk. Daarom is dit belangrik om die vatbaarheid van anura-spesies vir sipermetrien te bepaal.
Omgewingsbesoedeling beïnvloed die normale groei en ontwikkeling van amfibieë, maar die ernstigste nadelige effek is genetiese skade aan DNA wat veroorsaak word deur blootstelling aan plaagdoders13. Bloedselmorfologie-analise is 'n belangrike bio-aanwyser van besoedeling en potensiële toksisiteit van 'n stof vir wilde spesies29. Die mikronukleustoets is een van die mees gebruikte metodes om die genotoksisiteit van chemikalieë in die omgewing30 te bepaal. Dit is 'n vinnige, effektiewe en goedkoop metode wat 'n goeie aanduiding is van chemiese besoedeling van organismes soos amfibieë31,32 en kan inligting verskaf oor blootstelling aan genotoksiese besoedelstowwe33.
Die doel van hierdie studie was om die toksiese potensiaal van kommersiële sipermetrienformulerings vir klein akwatiese paddavissies te evalueer deur gebruik te maak van 'n mikronukleustoets en ekologiese risikobepaling.
Kumulatiewe mortaliteit (%) van P. gracilis-paddavissies wat blootgestel is aan verskillende konsentrasies kommersiële sipermetrien gedurende die akute periode van die toets.
Kumulatiewe mortaliteit (%) van P. gracilis-paddavissies wat tydens 'n chroniese toets aan verskillende konsentrasies kommersiële sipermetrien blootgestel is.
Die waargenome hoë mortaliteit was 'n gevolg van genotoksiese effekte in amfibieë wat blootgestel is aan verskillende konsentrasies sipermetrien (6 en 20 μg/L), soos blyk uit die teenwoordigheid van mikronuklei (MN) en kernafwykings in eritrosiete. Die vorming van MN dui op foute in mitose en word geassosieer met swak binding van chromosome aan mikrotubuli, defekte in proteïenkomplekse wat verantwoordelik is vir chromosoomopname en -vervoer, foute in chromosoomsegregasie en foute in DNA-skadeherstel38,39 en kan verband hou met plaagdoder-geïnduseerde oksidatiewe stres40,41. Ander abnormaliteite is waargeneem by alle geëvalueerde konsentrasies. Toenemende sipermetrienkonsentrasies het kernafwykings in eritrosiete met onderskeidelik 5% en 20% verhoog by die laagste (1 μg/L) en hoogste (20 μg/L) dosisse. Veranderinge in die DNA van 'n spesie kan byvoorbeeld ernstige gevolge hê vir beide kort- en langtermyn-oorlewing, wat lei tot populasie-afname, veranderde reproduktiewe fiksheid, inteling, verlies aan genetiese diversiteit en veranderde migrasietempo's. Al hierdie faktore kan 'n impak hê op spesies se oorlewing en instandhouding42,43. Die vorming van eritroïede abnormaliteite kan dui op 'n blok in sitokinese, wat lei tot abnormale seldeling (binukleêre eritrosiete)44,45; meerkwabbige kerne is uitsteeksels van die kernmembraan met veelvuldige lobbe46, terwyl ander eritroïede abnormaliteite geassosieer kan word met DNA-amplifikasie, soos kernniere/blebs47. Die teenwoordigheid van anukleêre eritrosiete kan dui op verswakte suurstofvervoer, veral in besmette water48,49. Apoptose dui op seldood50.
Ander studies het ook die genotoksiese effekte van sipermetrien gedemonstreer. Kabaña et al.51 het die teenwoordigheid van mikronuklei en kernveranderinge soos binucleêre selle en apoptotiese selle in Odontophrynus americanus-selle gedemonstreer na blootstelling aan hoë konsentrasies sipermetrien (5000 en 10 000 μg L−1) vir 96 uur. Sipermetrien-geïnduseerde apoptose is ook in P. biligonigerus52 en Rhinella arenarum53 opgespoor. Hierdie resultate dui daarop dat sipermetrien genotoksiese effekte op 'n reeks waterorganismes het en dat die MN- en ENA-toets 'n aanduiding van subletale effekte op amfibieë kan wees en van toepassing kan wees op inheemse spesies en wilde populasies wat aan gifstowwe blootgestel word12.
Kommersiële formulerings van sipermetrien hou 'n hoë omgewingsgevaar in (beide akuut en chronies), met HQ's wat die Amerikaanse Omgewingsbeskermingsagentskap (EPA) vlak54 oorskry, wat die spesie nadelig kan beïnvloed indien dit in die omgewing teenwoordig is. In die chroniese risikobepaling was die NOEC vir mortaliteit 3 μg L−1, wat bevestig dat die konsentrasies wat in water gevind word, 'n risiko vir die spesie55 kan inhou. Die dodelike NOEC vir R. arenarum-larwes wat aan 'n mengsel van endosulfan en sipermetrien blootgestel is, was 500 μg L−1 na 168 uur; hierdie waarde het na 336 uur tot 0.0005 μg L−1 gedaal. Die outeurs toon aan dat hoe langer die blootstelling, hoe laer die konsentrasies wat skadelik vir die spesie is. Dit is ook belangrik om te beklemtoon dat die NOEC-waardes hoër was as dié van P. gracilis met dieselfde blootstellingstyd, wat aandui dat die spesie se reaksie op sipermetrien spesiespesifiek is. Verder, wat mortaliteit betref, het die CHQ-waarde van P. gracilis na blootstelling aan sipermetrien 64.67 bereik, wat hoër is as die verwysingswaarde wat deur die Amerikaanse Omgewingsbeskermingsagentskap54 gestel is, en die CHQ-waarde van R. arenarum-larwes was ook hoër as hierdie waarde (CHQ > 388.00 na 336 uur), wat aandui dat die bestudeerde insekdoders 'n hoë risiko vir verskeie amfibiese spesies inhou. Aangesien P. gracilis ongeveer 30 dae benodig om metamorfose56 te voltooi, kan daar afgelei word dat die bestudeerde konsentrasies van sipermetrien kan bydra tot populasie-afname deur te verhoed dat besmette individue op 'n vroeë ouderdom die volwasse of voortplantingsstadium betree.
In die berekende risikobepaling van mikronuklei en ander eritrosietkernafwykings, het die CHQ-waardes gewissel van 14.92 tot 97.00, wat aandui dat sipermetrien 'n potensiële genotoksiese risiko vir P. gracilis inhou, selfs in sy natuurlike habitat. Met inagneming van mortaliteit, was die maksimum konsentrasie van xenobiotiese verbindings wat vir P. gracilis verdraagsaam is, 4.24 μg L−1. Konsentrasies so laag as 1 μg/L het egter ook genotoksiese effekte getoon. Hierdie feit kan lei tot 'n toename in die aantal abnormale individue57 en die ontwikkeling en voortplanting van spesies in hul habitats beïnvloed, wat lei tot 'n afname in amfibiese populasies.
Kommersiële formulerings van die insekdoder sipermetrien het hoë akute en chroniese toksisiteit vir P. gracilis getoon. Hoër mortaliteitsyfers is waargeneem, waarskynlik as gevolg van toksiese effekte, soos blyk uit die teenwoordigheid van mikrokerne en eritrosietkernafwykings, veral getande kerne, gelobde kerne en vesikulêre kerne. Daarbenewens het die bestudeerde spesies verhoogde omgewingsrisiko's getoon, beide akuut en chronies. Hierdie data, gekombineer met vorige studies deur ons navorsingsgroep, het getoon dat selfs verskillende kommersiële formulerings van sipermetrien steeds verminderde asetielcholinesterase (AChE) en butirielcholinesterase (BChE) aktiwiteite en oksidatiewe stres58 veroorsaak het, en gelei het tot veranderinge in swemaktiwiteit en orale misvormings59 in P. gracilis, wat aandui dat kommersiële formulerings van sipermetrien hoë letale en subletale toksisiteit vir hierdie spesie het. Hartmann et al. 60 het bevind dat kommersiële formulerings van sipermetrien die giftigste vir P. gracilis en 'n ander spesie van dieselfde genus (P. cuvieri) was in vergelyking met nege ander plaagdoders. Dit dui daarop dat wettiglik goedgekeurde konsentrasies van sipermetrien vir omgewingsbeskerming kan lei tot hoë mortaliteit en langtermyn bevolkingsafname.
Verdere studies is nodig om die toksisiteit van die plaagdoder vir amfibieë te bepaal, aangesien die konsentrasies wat in die omgewing voorkom, hoë mortaliteit kan veroorsaak en 'n potensiële risiko vir P. gracilis kan inhou. Navorsing oor amfibiese spesies moet aangemoedig word, aangesien data oor hierdie organismes skaars is, veral oor Brasiliaanse spesies.
Die chroniese toksisiteitstoets het 168 uur (7 dae) onder statiese toestande geduur en die subletale konsentrasies was: 1, 3, 6 en 20 μg ai L−1. In beide eksperimente is 10 paddavissies per behandelingsgroep met ses replikate geëvalueer, vir 'n totaal van 60 paddavissies per konsentrasie. Intussen het die slegs-waterbehandeling as 'n negatiewe kontrole gedien. Elke eksperimentele opstelling het bestaan uit 'n steriele glasbakkie met 'n kapasiteit van 500 ml en 'n digtheid van 1 paddavissie per 50 ml oplossing. Die fles is met poliëtileenfilm bedek om verdamping te voorkom en is voortdurend belug.
Die water is chemies geanaliseer om plaagdoderkonsentrasies na 0, 96 en 168 uur te bepaal. Volgens Sabin et al. 68 en Martins et al. 69 is die ontledings uitgevoer by die Plaagdoderanalise-laboratorium (LARP) van die Federale Universiteit van Santa Maria met behulp van gaschromatografie gekoppel aan drievoudige kwadrupoolmassaspektrometrie (Varian-model 1200, Palo Alto, Kalifornië, VSA). Die kwantitatiewe bepaling van plaagdoders in water word as aanvullende materiaal getoon (Tabel SM1).
Vir die mikronukleustoets (MNT) en rooibloedselkernafwykingstoets (RNA) is 15 paddavissies van elke behandelingsgroep geanaliseer. Paddavissies is verdoof met 5% lidokain (50 mg g-170) en bloedmonsters is versamel deur hartpunksie met behulp van weggooibare gehepariniseerde spuite. Bloedsmere is op steriele mikroskoopskyfies voorberei, luggedroog, vir 2 minute met 100% metanol (4 °C) gefikseer en dan vir 15 minute in die donker met 10% Giemsa-oplossing gekleur. Aan die einde van die proses is die skyfies met gedistilleerde water gewas om oortollige kleurstof te verwyder en by kamertemperatuur gedroog.
Ten minste 1000 rooibloedselle van elke paddavissie is geanaliseer met behulp van 'n 100× mikroskoop met 'n 71-objektief om die teenwoordigheid van MN en ENA te bepaal. 'n Totaal van 75 796 rooibloedselle van paddavissies is geëvalueer met inagneming van sipermetrienkonsentrasies en kontroles. Genotoksisiteit is geanaliseer volgens die metode van Carrasco et al. en Fenech et al.38,72 deur die frekwensie van die volgende kernletsels te bepaal: (1) anukleêre selle: selle sonder kerne; (2) apoptotiese selle: kernfragmentasie, geprogrammeerde seldood; (3) binukleêre selle: selle met twee kerne; (4) kernknoppe of blaarselle: selle met kerne met klein uitsteeksels van die kernmembraan, blaarselle soortgelyk in grootte aan mikrokerne; (5) karioliseerde selle: selle met slegs die buitelyn van die kern sonder interne materiaal; (6) gekerfde selle: selle met kerne met duidelike krake of kerwe in hul vorm, ook genoem niervormige kerne; (7) lobuleerde selle: selle met kernuitsteeksels groter as die bogenoemde vesikels; en (8) mikroselle: selle met gekondenseerde kerne en verminderde sitoplasma. Die veranderinge is vergelyk met die negatiewe kontroleresultate.
Die resultate van die akute toksisiteitstoets (LC50) is geanaliseer met behulp van GBasic-sagteware en die TSK-Trimmed Spearman-Karber-metode74. Die chroniese toetsdata is vooraf getoets vir foutnormaliteit (Shapiro-Wilks) en homogeniteit van variansie (Bartlett). Die resultate is geanaliseer met behulp van eenrigting-variansie-analise (ANOVA). Tukey se toets is gebruik om data onder mekaar te vergelyk, en Dunnett se toets is gebruik om data tussen die behandelingsgroep en die negatiewe kontrolegroep te vergelyk.
LOEC- en NOEC-data is met behulp van Dunnett se toets geanaliseer. Statistiese toetse is uitgevoer met behulp van Statistica 8.0-sagteware (StatSoft) met 'n betekenisvlak van 95% (p < 0.05).
Plasingstyd: 13 Maart 2025