छोटे जलीय टैडपोलों पर व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन तैयारियों की मृत्यु दर और विषाक्तता

इस अध्ययन में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उत्पादों की घातकता, उप-घातकता और विषाक्तता का आकलन किया गया।साइपरमेथ्रिनमेंढकों के टैडपोलों पर व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन का परीक्षण किया गया। तीव्र परीक्षण में, 100–800 μg/L की सांद्रता का 96 घंटे तक परीक्षण किया गया। दीर्घकालिक परीक्षण में, प्राकृतिक रूप से पाई जाने वाली साइपरमेथ्रिन सांद्रता (1, 3, 6, और 20 μg/L) पर मृत्यु दर का परीक्षण किया गया, इसके बाद 7 दिनों तक माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण और लाल रक्त कोशिका नाभिकीय असामान्यताओं का परीक्षण किया गया। टैडपोलों के लिए व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन का LC50 273.41 μg L−1 था। दीर्घकालिक परीक्षण में, उच्चतम सांद्रता (20 μg L−1) पर 50% से अधिक मृत्यु दर देखी गई, क्योंकि इसने परीक्षण किए गए आधे टैडपोलों को मार डाला। माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण में 6 और 20 μg L−1 पर महत्वपूर्ण परिणाम दिखे और कई नाभिकीय असामान्यताओं का पता चला, जो यह दर्शाता है कि व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन में P. gracilis के विरुद्ध जीनोटॉक्सिक क्षमता है। साइपरमेथ्रिन इस प्रजाति के लिए अत्यधिक जोखिमकारी है, जो दर्शाता है कि यह कई समस्याएं पैदा कर सकता है और अल्पकालिक एवं दीर्घकालिक रूप से इस पारिस्थितिकी तंत्र की गतिशीलता को प्रभावित कर सकता है। अतः, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन का पी. ग्रैसिलिस पर विषाक्त प्रभाव पड़ता है।
कृषि गतिविधियों के निरंतर विस्तार और गहन उपयोग के कारणकीट नियंत्रणउपायों के कारण, जलीय जीव अक्सर कीटनाशकों के संपर्क में आते हैं1,2। कृषि क्षेत्रों के पास जल संसाधनों का प्रदूषण उभयचर जैसे गैर-लक्षित जीवों के विकास और अस्तित्व को प्रभावित कर सकता है।
पर्यावरण मैट्रिक्स के आकलन में उभयचरों का महत्व लगातार बढ़ता जा रहा है। जटिल जीवन चक्र, तीव्र लार्वा वृद्धि दर, पोषण स्तर, पारगम्य त्वचा10,11, प्रजनन के लिए पानी पर निर्भरता12 और असुरक्षित अंडे11,13,14 जैसी अनूठी विशेषताओं के कारण एन्यूरन को पर्यावरणीय प्रदूषकों का अच्छा जैव-सूचक माना जाता है। छोटा जल मेंढक (फाइसेलेमस ग्रैसिलिस), जिसे आमतौर पर रोने वाले मेंढक के नाम से जाना जाता है, कीटनाशक प्रदूषण की जैव-सूचक प्रजाति के रूप में सिद्ध हुआ है4,5,6,7,15। यह प्रजाति अर्जेंटीना, उरुग्वे, पैराग्वे और ब्राजील1617 में स्थिर जल, संरक्षित क्षेत्रों या विभिन्न आवासों वाले क्षेत्रों में पाई जाती है और अपने व्यापक वितरण और विभिन्न आवासों के प्रति सहनशीलता के कारण आईयूसीएन वर्गीकरण द्वारा स्थिर मानी जाती है18।
साइपरमेथ्रिन के संपर्क में आने के बाद उभयचरों में उपघातक प्रभाव देखे गए हैं, जिनमें टैडपोल में व्यवहारिक, रूपात्मक और जैव रासायनिक परिवर्तन23,24,25, मृत्यु दर और कायापलट के समय में परिवर्तन, एंजाइमेटिक परिवर्तन, अंडे से बच्चे निकलने की सफलता में कमी24,25, अतिसक्रियता26, कोलिनेस्टेरेज गतिविधि का अवरोध27 और तैराकी प्रदर्शन में परिवर्तन7,28 शामिल हैं। हालांकि, उभयचरों में साइपरमेथ्रिन के जीनोटॉक्सिक प्रभावों पर अध्ययन सीमित हैं। इसलिए, साइपरमेथ्रिन के प्रति एन्यूरन प्रजातियों की संवेदनशीलता का आकलन करना महत्वपूर्ण है।
पर्यावरण प्रदूषण उभयचरों के सामान्य विकास और वृद्धि को प्रभावित करता है, लेकिन सबसे गंभीर प्रतिकूल प्रभाव कीटनाशकों के संपर्क में आने से डीएनए को होने वाली आनुवंशिक क्षति है।13 रक्त कोशिका आकारिकी विश्लेषण प्रदूषण और जंगली प्रजातियों के लिए किसी पदार्थ की संभावित विषाक्तता का एक महत्वपूर्ण जैव-संकेतक है।29 माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण पर्यावरण में रसायनों की जीनविषाक्तता निर्धारित करने के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधियों में से एक है।30 यह एक तीव्र, प्रभावी और सस्ता तरीका है जो उभयचरों जैसे जीवों के रासायनिक प्रदूषण का एक अच्छा संकेतक है।31,32 यह जीनविषाक्त प्रदूषकों के संपर्क में आने की जानकारी प्रदान कर सकता है।33
इस अध्ययन का उद्देश्य माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण और पारिस्थितिक जोखिम मूल्यांकन का उपयोग करके छोटे जलीय टैडपोल पर व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन की विषाक्त क्षमता का मूल्यांकन करना था।
परीक्षण की तीव्र अवधि के दौरान व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रताओं के संपर्क में आने वाले पी. ग्रैसिलिस टैडपोल की संचयी मृत्यु दर (%)।
एक दीर्घकालिक परीक्षण के दौरान व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रताओं के संपर्क में आने वाले पी. ग्रैसिलिस टैडपोल की संचयी मृत्यु दर (%)।
देखी गई उच्च मृत्यु दर, साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रताओं (6 और 20 μg/L) के संपर्क में आने वाले उभयचरों में जीनोटॉक्सिक प्रभावों का परिणाम थी, जैसा कि एरिथ्रोसाइट्स में माइक्रोन्यूक्ली (MN) और नाभिकीय असामान्यताओं की उपस्थिति से स्पष्ट होता है। MN का निर्माण समसूत्री विभाजन में त्रुटियों को इंगित करता है और गुणसूत्रों के माइक्रोट्यूब्यूल्स से खराब बंधन, गुणसूत्र ग्रहण और परिवहन के लिए जिम्मेदार प्रोटीन कॉम्प्लेक्स में दोष, गुणसूत्र पृथक्करण में त्रुटियां और डीएनए क्षति मरम्मत में त्रुटियों से जुड़ा है38,39 और कीटनाशक-प्रेरित ऑक्सीडेटिव तनाव40,41 से संबंधित हो सकता है। अन्य असामान्यताएं सभी मूल्यांकित सांद्रताओं पर देखी गईं। साइपरमेथ्रिन की बढ़ती सांद्रता ने एरिथ्रोसाइट्स में नाभिकीय असामान्यताओं को सबसे कम (1 μg/L) और सबसे अधिक (20 μg/L) खुराक पर क्रमशः 5% और 20% तक बढ़ा दिया। उदाहरण के लिए, किसी प्रजाति के डीएनए में परिवर्तन अल्पकालिक और दीर्घकालिक दोनों ही अस्तित्व के लिए गंभीर परिणाम दे सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जनसंख्या में गिरावट, प्रजनन क्षमता में परिवर्तन, अंतःप्रजनन, आनुवंशिक विविधता का नुकसान और प्रवासन दरों में परिवर्तन हो सकता है। ये सभी कारक प्रजातियों के अस्तित्व और रखरखाव को प्रभावित कर सकते हैं42,43। एरिथ्रोइड असामान्यताओं का निर्माण साइटोकाइनेसिस में अवरोध का संकेत दे सकता है, जिसके परिणामस्वरूप असामान्य कोशिका विभाजन (द्विकेंद्रीकृत एरिथ्रोसाइट्स) हो सकता है44,45; बहु-लोब वाले नाभिक, कई पालियों वाली नाभिकीय झिल्ली के उभार होते हैं46, जबकि अन्य एरिथ्रोइड असामान्यताएं डीएनए प्रवर्धन से जुड़ी हो सकती हैं, जैसे कि नाभिकीय गुर्दे/ब्लेब्स47। केंद्रक रहित एरिथ्रोसाइट्स की उपस्थिति ऑक्सीजन परिवहन में बाधा का संकेत दे सकती है, विशेष रूप से दूषित पानी में48,49। एपोप्टोसिस कोशिका मृत्यु को दर्शाता है50।
अन्य अध्ययनों ने भी साइपरमेथ्रिन के जीनोटॉक्सिक प्रभावों को प्रदर्शित किया है। कबाना एट अल.51 ने 96 घंटों तक साइपरमेथ्रिन (5000 और 10,000 μg L−1) की उच्च सांद्रता के संपर्क में आने के बाद ओडोन्टोफ्राइनस अमेरिकनस कोशिकाओं में माइक्रोन्यूक्ली और द्विनाभिकीय कोशिकाओं और एपोप्टोटिक कोशिकाओं जैसे नाभिकीय परिवर्तनों की उपस्थिति का प्रदर्शन किया। साइपरमेथ्रिन-प्रेरित एपोप्टोसिस पी. बिलिगोनिगेरस52 और राइनेला एरेनरम53 में भी पाया गया। ये परिणाम बताते हैं कि साइपरमेथ्रिन का जलीय जीवों की एक विस्तृत श्रृंखला पर जीनोटॉक्सिक प्रभाव होता है और एमएन और ईएनए परख उभयचरों पर उप-घातक प्रभावों का एक संकेतक हो सकता है और विषाक्त पदार्थों के संपर्क में आने वाली देशी प्रजातियों और जंगली आबादी पर लागू हो सकता है12।
साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन पर्यावरण के लिए अत्यधिक खतरा (तीव्र और दीर्घकालिक दोनों) पैदा करते हैं, जिनकी उच्च गुणवत्ता (HQ) अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (EPA) के स्तर 54 से अधिक है, जो पर्यावरण में मौजूद होने पर प्रजातियों को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकती है। दीर्घकालिक जोखिम मूल्यांकन में, मृत्यु दर के लिए NOEC 3 μg L−1 था, जो इस बात की पुष्टि करता है कि पानी में पाई जाने वाली सांद्रता प्रजातियों के लिए जोखिम पैदा कर सकती है55। एंडोसल्फान और साइपरमेथ्रिन के मिश्रण के संपर्क में आने वाले R. arenarum लार्वा के लिए घातक NOEC 168 घंटे के बाद 500 μg L−1 था; यह मान 336 घंटे के बाद घटकर 0.0005 μg L−1 हो गया। लेखकों ने दिखाया है कि जितना अधिक समय तक संपर्क में रहता है, प्रजातियों के लिए हानिकारक सांद्रता उतनी ही कम होती जाती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि NOEC मान समान संपर्क समय पर P. gracilis की तुलना में अधिक थे, जो दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन के प्रति प्रजातियों की प्रतिक्रिया प्रजाति-विशिष्ट है। इसके अलावा, मृत्यु दर के संदर्भ में, साइपरमेथ्रिन के संपर्क में आने के बाद पी. ग्रैसिलिस का सीएचक्यू मान 64.67 तक पहुंच गया, जो अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी द्वारा निर्धारित संदर्भ मान से अधिक है।54, आर. एरेनरम लार्वा का सीएचक्यू मान भी इस मान से अधिक था (336 घंटे के बाद सीएचक्यू > 388.00), जो दर्शाता है कि अध्ययन किए गए कीटनाशक कई उभयचर प्रजातियों के लिए उच्च जोखिम पैदा करते हैं। यह देखते हुए कि पी. ग्रैसिलिस को कायापलट पूरा करने में लगभग 30 दिन लगते हैं।56, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि साइपरमेथ्रिन की अध्ययन की गई सांद्रता संक्रमित जीवों को कम उम्र में वयस्क या प्रजनन अवस्था में प्रवेश करने से रोककर जनसंख्या में गिरावट का कारण बन सकती है।
माइक्रोन्यूक्ली और अन्य एरिथ्रोसाइट नाभिकीय असामान्यताओं के परिकलित जोखिम मूल्यांकन में, CHQ मान 14.92 से 97.00 तक थे, जो यह दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन में P. gracilis के प्राकृतिक आवास में भी संभावित जीनोटॉक्सिक जोखिम है। मृत्यु दर को ध्यान में रखते हुए, P. gracilis के लिए ज़ेनोबायोटिक यौगिकों की अधिकतम सहनीय सांद्रता 4.24 μg L−1 थी। हालांकि, 1 μg/L जितनी कम सांद्रता ने भी जीनोटॉक्सिक प्रभाव दिखाया। यह तथ्य असामान्य व्यक्तियों की संख्या में वृद्धि कर सकता है57 और उनके आवासों में प्रजातियों के विकास और प्रजनन को प्रभावित कर सकता है, जिससे उभयचर आबादी में गिरावट आ सकती है।
कीटनाशक साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन ने पी. ग्रैसिलिस के प्रति उच्च तीव्र और दीर्घकालिक विषाक्तता प्रदर्शित की। उच्च मृत्यु दर देखी गई, जो संभवतः विषाक्त प्रभावों के कारण थी, जैसा कि माइक्रोन्यूक्ली और एरिथ्रोसाइट नाभिकीय असामान्यताओं, विशेष रूप से दांतेदार नाभिक, लोब वाले नाभिक और पुटिकाकार नाभिक की उपस्थिति से स्पष्ट होता है। इसके अलावा, अध्ययन की गई प्रजाति ने तीव्र और दीर्घकालिक दोनों प्रकार के पर्यावरणीय जोखिमों में वृद्धि दिखाई। ये आंकड़े, हमारे शोध समूह द्वारा किए गए पिछले अध्ययनों के साथ मिलकर, यह दर्शाते हैं कि साइपरमेथ्रिन के विभिन्न व्यावसायिक फॉर्मूलेशन भी एसिटाइलकोलिनेस्टेरेज (AChE) और ब्यूटिरिलकोलिनेस्टेरेज (BChE) गतिविधियों में कमी और ऑक्सीडेटिव तनाव58 का कारण बनते हैं, और पी. ग्रैसिलिस में तैराकी गतिविधि और मौखिक विकृतियों59 में परिवर्तन लाते हैं, जो दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन इस प्रजाति के लिए उच्च घातक और उपघातक विषाक्तता रखते हैं। हार्टमैन एट अल. 60 अध्ययनों में पाया गया कि साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फार्मूलेशन नौ अन्य कीटनाशकों की तुलना में पी. ग्रैसिलिस और उसी वंश की एक अन्य प्रजाति (पी. कुविएरी) के लिए सबसे अधिक विषैले थे। इससे पता चलता है कि पर्यावरण संरक्षण के लिए कानूनी रूप से स्वीकृत साइपरमेथ्रिन की सांद्रता से उच्च मृत्यु दर और दीर्घकालिक जनसंख्या में गिरावट हो सकती है।
पर्यावरण में पाई जाने वाली इस कीटनाशक की सांद्रता उभयचरों के लिए उच्च मृत्यु दर का कारण बन सकती है और पी. ग्रैसिलिस के लिए संभावित खतरा पैदा कर सकती है, इसलिए उभयचर प्रजातियों पर शोध को प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, क्योंकि इन जीवों, विशेष रूप से ब्राज़ीलियाई प्रजातियों पर, डेटा बहुत कम उपलब्ध है।
दीर्घकालिक विषाक्तता परीक्षण स्थिर परिस्थितियों में 168 घंटे (7 दिन) तक चला और उप-घातक सांद्रताएँ 1, 3, 6 और 20 μg ai L⁻¹ थीं। दोनों प्रयोगों में, प्रत्येक उपचार समूह में 10 टैडपोल का मूल्यांकन छह प्रतिकृतियों के साथ किया गया, जिससे प्रत्येक सांद्रता के लिए कुल 60 टैडपोल हो गए। इस बीच, केवल जल उपचार को नकारात्मक नियंत्रण के रूप में उपयोग किया गया। प्रत्येक प्रायोगिक सेटअप में 500 मिलीलीटर क्षमता वाली एक रोगाणुरहित कांच की थाली थी, जिसमें 50 मिलीलीटर घोल में 1 टैडपोल का घनत्व था। वाष्पीकरण को रोकने के लिए फ्लास्क को पॉलीथीन फिल्म से ढका गया था और इसमें लगातार वायु संचार किया जाता था।
पानी में कीटनाशकों की सांद्रता निर्धारित करने के लिए 0, 96 और 168 घंटे पर रासायनिक विश्लेषण किया गया। सबिन एट अल. 68 और मार्टिंस एट अल. 69 के अनुसार, विश्लेषण सांता मारिया के संघीय विश्वविद्यालय की कीटनाशक विश्लेषण प्रयोगशाला (एलएआरपी) में गैस क्रोमेटोग्राफी और ट्रिपल क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री (वेरियन मॉडल 1200, पालो ऑल्टो, कैलिफोर्निया, यूएसए) का उपयोग करके किया गया। पानी में कीटनाशकों का मात्रात्मक निर्धारण पूरक सामग्री (तालिका SM1) में दिखाया गया है।
माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण (MNT) और लाल रक्त कोशिका नाभिकीय असामान्यता परीक्षण (RNA) के लिए, प्रत्येक उपचार समूह से 15 टैडपोल का विश्लेषण किया गया। टैडपोल को 5% लिडोकेन (50 मिलीग्राम ग्राम-170) से बेहोश किया गया और डिस्पोजेबल हेपरिनाइज्ड सिरिंज का उपयोग करके हृदय पंचर द्वारा रक्त के नमूने एकत्र किए गए। रक्त स्मीयर को रोगाणुरहित माइक्रोस्कोप स्लाइड पर तैयार किया गया, हवा में सुखाया गया, 2 मिनट के लिए 100% मेथनॉल (4 डिग्री सेल्सियस) से स्थिर किया गया, और फिर अंधेरे में 15 मिनट के लिए 10% जिम्सा घोल से रंगा गया। प्रक्रिया के अंत में, अतिरिक्त रंग हटाने के लिए स्लाइड को आसुत जल से धोया गया और कमरे के तापमान पर सुखाया गया।
प्रत्येक टैडपोल से कम से कम 1000 आरबीसी का विश्लेषण 71 ऑब्जेक्टिव वाले 100× माइक्रोस्कोप का उपयोग करके एमएन और ईएनए की उपस्थिति का पता लगाने के लिए किया गया था। साइपरमेथ्रिन सांद्रता और नियंत्रणों को ध्यान में रखते हुए टैडपोल से कुल 75,796 आरबीसी का मूल्यांकन किया गया। जीनविषाक्तता का विश्लेषण कैरास्को एट अल. और फेनेच एट अल.38,72 की विधि के अनुसार निम्नलिखित नाभिकीय घावों की आवृत्ति निर्धारित करके किया गया: (1) अनाकेन्द्रकीय कोशिकाएँ: बिना नाभिक वाली कोशिकाएँ; (2) अपोप्टोटिक कोशिकाएँ: नाभिकीय विखंडन, प्रोग्राम्ड सेल डेथ; (3) द्विकेन्द्रकीय कोशिकाएँ: दो नाभिक वाली कोशिकाएँ; (4) नाभिकीय कलियाँ या ब्लीब कोशिकाएँ: नाभिकीय झिल्ली के छोटे उभारों वाली कोशिकाएँ, माइक्रोन्यूक्ली के आकार के समान ब्लीब; (5) कैरियोलाइज्ड कोशिकाएँ: आंतरिक सामग्री के बिना केवल नाभिक की रूपरेखा वाली कोशिकाएँ। (6) खांचेदार कोशिकाएँ: ऐसी कोशिकाएँ जिनके नाभिकों में स्पष्ट दरारें या खांचे होते हैं, जिन्हें गुर्दे के आकार के नाभिक भी कहा जाता है; (7) लोबदार कोशिकाएँ: ऐसी कोशिकाएँ जिनमें उपर्युक्त पुटिकाओं से बड़े नाभिकीय उभार होते हैं; और (8) सूक्ष्म कोशिकाएँ: संघनित नाभिक और कम साइटोप्लाज्म वाली कोशिकाएँ। इन परिवर्तनों की तुलना नकारात्मक नियंत्रण परिणामों से की गई।
तीव्र विषाक्तता परीक्षण परिणामों (LC50) का विश्लेषण GBasic सॉफ़्टवेयर और TSK-ट्रिम्ड स्पीयरमैन-कार्बर विधि74 का उपयोग करके किया गया। दीर्घकालिक परीक्षण डेटा की त्रुटि सामान्यता (शपिरो-विल्क्स) और प्रसरण की समरूपता (बार्टलेट) के लिए पूर्व-परीक्षण किया गया। परिणामों का विश्लेषण एक-तरफ़ा प्रसरण विश्लेषण (ANOVA) का उपयोग करके किया गया। डेटा की आपस में तुलना करने के लिए ट्यूकी परीक्षण का उपयोग किया गया, और उपचार समूह और नकारात्मक नियंत्रण समूह के बीच डेटा की तुलना करने के लिए डनेट परीक्षण का उपयोग किया गया।
LOEC और NOEC डेटा का विश्लेषण डनेट परीक्षण का उपयोग करके किया गया। सांख्यिकीय परीक्षण 95% (p < 0.05) के महत्व स्तर के साथ स्टैटिस्टिका 8.0 सॉफ्टवेयर (स्टेटसॉफ्ट) का उपयोग करके किए गए।