छोटे जलीय टैडपोल के लिए वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन तैयारियों की मृत्यु दर और विषाक्तता

इस अध्ययन में वाणिज्यिक कीटनाशकों की घातकता, अल्पघातकता और विषाक्तता का आकलन किया गया।साइपरमेथ्रिनएनुरान टैडपोल के लिए फॉर्मूलेशन। तीव्र परीक्षण में, 96 घंटे के लिए 100-800 μg/L की सांद्रता का परीक्षण किया गया। क्रोनिक परीक्षण में, स्वाभाविक रूप से होने वाली साइपरमेथ्रिन सांद्रता (1, 3, 6, और 20 μg/L) की मृत्यु दर के लिए जाँच की गई, इसके बाद 7 दिनों के लिए माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण और लाल रक्त कोशिका परमाणु असामान्यताएँ की गईं। टैडपोल के लिए वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन का LC50 273.41 μg L−1 था। क्रोनिक परीक्षण में, उच्चतम सांद्रता (20 μg L−1) के परिणामस्वरूप 50% से अधिक मृत्यु दर हुई, क्योंकि इसने परीक्षण किए गए टैडपोल में से आधे को मार दिया। माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण ने 6 और 20 μg L−1 पर महत्वपूर्ण परिणाम दिखाए और कई परमाणु असामान्यताएँ पाई गईं, जो दर्शाता है कि वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन में पी. ग्रेसिलिस के खिलाफ जीनोटॉक्सिक क्षमता है। साइपरमेथ्रिन इस प्रजाति के लिए एक उच्च जोखिम है, जो दर्शाता है कि यह कई समस्याओं का कारण बन सकता है और अल्पावधि और दीर्घावधि में इस पारिस्थितिकी तंत्र की गतिशीलता को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन योगों का पी. ग्रेसिलिस पर विषाक्त प्रभाव पड़ता है।
कृषि गतिविधियों के निरंतर विस्तार और गहन अनुप्रयोग के कारणकीट नियंत्रणउपायों के कारण जलीय जीव अक्सर कीटनाशकों के संपर्क में आते हैं1,2. कृषि क्षेत्रों के पास जल संसाधनों का प्रदूषण उभयचरों जैसे गैर-लक्ष्यित 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, लार्वा की तीव्र वृद्धि दर, ट्रॉफिक स्थिति, पारगम्य त्वचा10,11, प्रजनन के लिए पानी पर निर्भरता12 और असुरक्षित अंडे11,13,14 जैसी अपनी अनूठी विशेषताओं के कारण एनुरान को पर्यावरण प्रदूषकों का अच्छा जैव संकेतक माना जाता है। छोटा पानी का मेंढक (फिजालेमस ग्रेसिलिस), जिसे आमतौर पर रोने वाले मेंढक के रूप में जाना जाता है, कीटनाशक प्रदूषण4,5,6,7,15 की एक जैव संकेतक प्रजाति के रूप में दिखाया गया है। यह प्रजाति अर्जेंटीना, उरुग्वे, पैराग्वे और ब्राजील1617 में स्थिर जल, संरक्षित क्षेत्रों या परिवर्तनशील आवास वाले क्षेत्रों में पाई जाती है और इसके व्यापक वितरण और विभिन्न आवासों के प्रति सहनशीलता18 के कारण IUCN वर्गीकरण द्वारा स्थिर मानी जाती है।
साइपरमेथ्रिन के संपर्क में आने के बाद उभयचरों में घातक प्रभाव देखे गए हैं, जिनमें टैडपोल में व्यवहारिक, रूपात्मक और जैव रासायनिक परिवर्तन23,24,25, मृत्यु दर और कायापलट समय में बदलाव, एंजाइमेटिक परिवर्तन, हैचिंग सफलता में कमी24,25, अति सक्रियता26, कोलिनेस्टरेज़ गतिविधि का अवरोध27 और तैराकी प्रदर्शन में बदलाव7,28 शामिल हैं। हालाँकि, उभयचरों में साइपरमेथ्रिन के जीनोटॉक्सिक प्रभावों के अध्ययन सीमित हैं। इसलिए, साइपरमेथ्रिन के प्रति एनुरान प्रजातियों की संवेदनशीलता का आकलन करना महत्वपूर्ण है।
पर्यावरण प्रदूषण उभयचरों की सामान्य वृद्धि और विकास को प्रभावित करता है, लेकिन सबसे गंभीर प्रतिकूल प्रभाव कीटनाशकों के संपर्क में आने से डीएनए को होने वाली आनुवंशिक क्षति है13. रक्त कोशिका आकृति विज्ञान विश्लेषण प्रदूषण और जंगली प्रजातियों के लिए किसी पदार्थ की संभावित विषाक्तता का एक महत्वपूर्ण जैव संकेतक है29. माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण पर्यावरण में रसायनों की जीनोटॉक्सिसिटी निर्धारित करने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधियों में से एक है30. यह एक तेज़, प्रभावी और सस्ती विधि है जो उभयचरों31,32 जैसे जीवों के रासायनिक प्रदूषण का एक अच्छा संकेतक है और जीनोटॉक्सिक प्रदूषकों33 के संपर्क में आने के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है।
इस अध्ययन का उद्देश्य माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण और पारिस्थितिक जोखिम मूल्यांकन का उपयोग करके छोटे जलीय टैडपोलों के लिए वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन की विषाक्त क्षमता का मूल्यांकन करना था।
परीक्षण की तीव्र अवधि के दौरान वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रताओं के संपर्क में आने वाले पी. ग्रेसिलिस टैडपोल की संचयी मृत्यु दर (%)।
एक दीर्घकालिक परीक्षण के दौरान वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रताओं के संपर्क में आने वाले पी. ग्रेसिलिस टैडपोल की संचयी मृत्यु दर (%)।
देखी गई उच्च मृत्यु दर साइपरमेथ्रिन (6 और 20 μg/L) की विभिन्न सांद्रताओं के संपर्क में आने वाले उभयचरों में जीनोटॉक्सिक प्रभावों का परिणाम थी, जैसा कि एरिथ्रोसाइट्स में माइक्रोन्यूक्लिआई (MN) और परमाणु असामान्यताओं की उपस्थिति से प्रमाणित होता है। MN का गठन माइटोसिस में त्रुटियों को इंगित करता है और यह सूक्ष्मनलिकाओं के साथ गुणसूत्रों के खराब बंधन, गुणसूत्र अवशोषण और परिवहन के लिए जिम्मेदार प्रोटीन परिसरों में दोष, गुणसूत्र पृथक्करण में त्रुटियों और डीएनए क्षति की मरम्मत में त्रुटियों38,39 से जुड़ा हुआ है और कीटनाशक-प्रेरित ऑक्सीडेटिव तनाव40,41 से संबंधित हो सकता है। मूल्यांकन की गई सभी सांद्रताओं में अन्य असामान्यताएं देखी गईं। साइपरमेथ्रिन सांद्रता में वृद्धि ने एरिथ्रोसाइट्स में परमाणु असामान्यताओं को क्रमशः सबसे कम (1 μg/L) और सबसे अधिक (20 μg/L) खुराक पर 5% और 20% तक बढ़ा दिया। उदाहरण के लिए, किसी प्रजाति के डीएनए में परिवर्तन से अल्पकालिक और दीर्घकालिक अस्तित्व दोनों पर गंभीर परिणाम हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जनसंख्या में गिरावट, प्रजनन क्षमता में बदलाव, अंतःप्रजनन, आनुवंशिक विविधता का नुकसान और प्रवास दरों में बदलाव 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 (द्विकेंद्रकीय एरिथ्रोसाइट्स)44,45 होता है; बहुखंडित नाभिक कई लोबों के साथ परमाणु झिल्ली के उभार होते हैं46, जबकि अन्य एरिथ्रोइड असामान्यताएं डीएनए प्रवर्धन से जुड़ी हो सकती हैं, जैसे कि परमाणु गुर्दे/ब्लब्स47। अकेंद्रकीय एरिथ्रोसाइट्स की उपस्थिति खराब ऑक्सीजन परिवहन का संकेत दे सकती है, विशेष रूप से दूषित पानी में48,49। एपोप्टोसिस कोशिका मृत्यु50 को इंगित करता है।
अन्य अध्ययनों ने भी साइपरमेथ्रिन के जीनोटॉक्सिक प्रभावों को प्रदर्शित किया है। कबाना एट अल.51 ने 96 घंटे तक साइपरमेथ्रिन (5000 और 10,000 μg L−1) की उच्च सांद्रता के संपर्क में आने के बाद ओडोन्टोफ्रीनस अमेरिकन कोशिकाओं में माइक्रोन्यूक्लियस और न्यूक्लियर परिवर्तन जैसे कि द्विकेन्द्रकीय कोशिकाओं और अपोप्टॉटिक कोशिकाओं की उपस्थिति को प्रदर्शित किया। साइपरमेथ्रिन-प्रेरित अपोप्टोसिस का पता पी. बिलिगोनिगेरस52 और राइनेला एरेनारम53 में भी लगाया गया। ये परिणाम बताते हैं कि साइपरमेथ्रिन का जलीय जीवों की एक श्रृंखला पर जीनोटॉक्सिक प्रभाव पड़ता है और एमएन और ईएनए परख उभयचरों पर उप-घातक प्रभावों का संकेतक हो सकता है और यह विषाक्त पदार्थों के संपर्क में आने वाली देशी प्रजातियों और जंगली आबादी पर लागू हो सकता है12।
साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन उच्च पर्यावरणीय खतरा (तीव्र और जीर्ण दोनों) पैदा करते हैं, जिसमें मुख्यालय अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (ईपीए) के स्तर54 से अधिक है जो पर्यावरण में मौजूद होने पर प्रजातियों पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकता है। जीर्ण 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 खतरा पैदा कर सकती है55। एंडोसल्फान और साइपरमेथ्रिन के मिश्रण के संपर्क में आने वाले आर. एरेनारम लार्वा के लिए घातक NOEC 168 घंटे के बाद 500 μg L−1 था; यह मान 336 घंटे बाद घटकर 0.0005 μg L−1 हो गया। लेखक दिखाते हैं कि संपर्क जितना लंबा होगा, प्रजातियों के लिए हानिकारक सांद्रता उतनी ही कम होगी इसके अलावा, मृत्यु दर के मामले में, साइपरमेथ्रिन के संपर्क में आने के बाद पी. ग्रेसिलिस का सीएचक्यू मूल्य 64.67 तक पहुंच गया, जो कि अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी54 द्वारा निर्धारित संदर्भ मूल्य से अधिक है, और आर. एरेनारम लार्वा का सीएचक्यू मूल्य भी इस मूल्य से अधिक था (336 घंटे के बाद सीएचक्यू > 388.00), यह दर्शाता है कि अध्ययन किए गए कीटनाशक कई उभयचर प्रजातियों के लिए उच्च जोखिम पैदा करते हैं। यह देखते हुए कि पी. ग्रेसिलिस को कायापलट पूरा करने के लिए लगभग 30 दिनों की आवश्यकता होती है56, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि साइपरमेथ्रिन की अध्ययन की गई सांद्रता संक्रमित व्यक्तियों को कम उम्र में वयस्क या प्रजनन अवस्था में प्रवेश करने से रोककर जनसंख्या में गिरावट में योगदान दे सकती है।
माइक्रोन्यूक्लियस और अन्य एरिथ्रोसाइट न्यूक्लियर असामान्यताओं के परिकलित जोखिम मूल्यांकन में, CHQ मान 14.92 से 97.00 तक था, जो दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन में अपने प्राकृतिक आवास में भी पी. ग्रेसिलिस के लिए संभावित जीनोटॉक्सिक जोखिम था। मृत्यु दर को ध्यान में रखते हुए, पी. ग्रेसिलिस के लिए सहनीय ज़ेनोबायोटिक यौगिकों की अधिकतम सांद्रता 4.24 μg L−1 थी। हालाँकि, 1 μg/L जितनी कम सांद्रता ने भी जीनोटॉक्सिक प्रभाव दिखाया। यह तथ्य असामान्य व्यक्तियों की संख्या में वृद्धि का कारण बन 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. ग्रेसिलिस के लिए उच्च तीव्र और जीर्ण विषाक्तता दिखाई। उच्च मृत्यु दर देखी गई, संभवतः विषाक्त प्रभावों के कारण, जैसा कि माइक्रोन्यूक्लियस और एरिथ्रोसाइट परमाणु असामान्यताओं, विशेष रूप से दाँतेदार नाभिक, लोबेड नाभिक और वेसिकुलर नाभिक की उपस्थिति से प्रमाणित होता है। इसके अलावा, अध्ययन की गई प्रजातियों ने तीव्र और जीर्ण दोनों तरह के पर्यावरणीय जोखिमों को बढ़ाया। ये डेटा, हमारे शोध समूह द्वारा पिछले अध्ययनों के साथ संयुक्त, ने दिखाया कि साइपरमेथ्रिन के विभिन्न व्यावसायिक फॉर्मूलेशन भी अभी भी एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ (AChE) और ब्यूटिरिलकोलिनेस्टरेज़ (BChE) गतिविधियों और ऑक्सीडेटिव तनाव58 को कम करते हैं, और इसके परिणामस्वरूप पी. ग्रेसिलिस में तैराकी गतिविधि और मौखिक विकृतियों59 में परिवर्तन होते हैं, जो दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन में इस प्रजाति के लिए उच्च घातक और उप-घातक विषाक्तता है। हार्टमैन एट अल। 60 ने पाया कि साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन पी. ग्रेसिलिस और उसी जीनस (पी. क्यूवियरी) की एक अन्य प्रजाति के लिए नौ अन्य कीटनाशकों की तुलना में सबसे अधिक जहरीले थे। इससे पता चलता है कि पर्यावरण संरक्षण के लिए साइपरमेथ्रिन की कानूनी रूप से स्वीकृत सांद्रता के परिणामस्वरूप उच्च मृत्यु दर और दीर्घकालिक जनसंख्या में गिरावट हो सकती है।
उभयचरों के लिए कीटनाशक की विषाक्तता का आकलन करने के लिए आगे के अध्ययनों की आवश्यकता है, क्योंकि पर्यावरण में पाए जाने वाले सांद्रता उच्च मृत्यु दर का कारण बन सकते हैं और पी. ग्रेसिलिस के लिए संभावित जोखिम पैदा कर सकते हैं। उभयचर प्रजातियों पर शोध को प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, क्योंकि इन जीवों पर डेटा दुर्लभ है, विशेष रूप से ब्राजील की प्रजातियों पर।
क्रोनिक विषाक्तता परीक्षण स्थिर स्थितियों के तहत 168 घंटे (7 दिन) तक चला और उप-घातक सांद्रताएँ थीं: 1, 3, 6 और 20 μg ai L−1। दोनों प्रयोगों में, प्रति उपचार समूह 10 टैडपोल का मूल्यांकन छह प्रतिकृतियों के साथ किया गया, कुल 60 टैडपोल प्रति सांद्रता के लिए। इस बीच, केवल पानी के उपचार ने नकारात्मक नियंत्रण के रूप में कार्य किया। प्रत्येक प्रायोगिक सेटअप में 500 मिली की क्षमता और 50 मिली घोल में 1 टैडपोल के घनत्व वाली एक बाँझ कांच की डिश शामिल थी। वाष्पीकरण को रोकने के लिए फ्लास्क को पॉलीइथिलीन फिल्म से ढका गया था और लगातार वातित किया गया था।
0, 96 और 168 घंटे पर कीटनाशक सांद्रता निर्धारित करने के लिए पानी का रासायनिक विश्लेषण किया गया। सबिन एट अल. 68 और मार्टिंस एट अल. 69 के अनुसार, विश्लेषण गैस क्रोमैटोग्राफी के साथ ट्रिपल क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री (वैरियन मॉडल 1200, पालो ऑल्टो, कैलिफोर्निया, यूएसए) का उपयोग करके फेडरल यूनिवर्सिटी ऑफ सांता मारिया के कीटनाशक विश्लेषण प्रयोगशाला (एलएआरपी) में किया गया था। पानी में कीटनाशकों का मात्रात्मक निर्धारण पूरक सामग्री (तालिका SM1) के रूप में दिखाया गया है।
माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण (एमएनटी) और लाल कोशिका परमाणु असामान्यता परीक्षण (आरएनए) के लिए, प्रत्येक उपचार समूह से 15 टैडपोल का विश्लेषण किया गया। टैडपोल को 5% लिडोकेन (50 मिलीग्राम जी-170) के साथ बेहोश किया गया और डिस्पोजेबल हेपरिनिज्ड सिरिंज का उपयोग करके कार्डियक पंचर द्वारा रक्त के नमूने एकत्र किए गए। स्टेराइल माइक्रोस्कोप स्लाइड पर रक्त स्मीयर तैयार किए गए, हवा में सुखाए गए, 2 मिनट के लिए 100% मेथनॉल (4 °C) के साथ स्थिर किए गए, और फिर अंधेरे में 15 मिनट के लिए 10% गिमेसा घोल से रंगे गए। प्रक्रिया के अंत में, अतिरिक्त दाग को हटाने के लिए स्लाइड को आसुत जल से धोया गया और कमरे के तापमान पर सुखाया गया।
एमएन और ईएनए की मौजूदगी का पता लगाने के लिए 71 ऑब्जेक्टिव वाले 100× माइक्रोस्कोप का इस्तेमाल करते हुए प्रत्येक टैडपोल से कम से कम 1000 आरबीसी का विश्लेषण किया गया। साइपरमेथ्रिन सांद्रता और नियंत्रणों पर विचार करते हुए टैडपोल से कुल 75,796 आरबीसी का मूल्यांकन किया गया। कैर्रास्को एट अल. और फेनेच एट अल.38,72 की विधि के अनुसार जीनोटॉक्सिसिटी का विश्लेषण निम्नलिखित परमाणु घावों की आवृत्ति का निर्धारण करके किया गया: (1) नाभिकविहीन कोशिकाएं: बिना नाभिक वाली कोशिकाएं; (2) एपोप्टोटिक कोशिकाएं: परमाणु विखंडन, क्रमादेशित कोशिका मृत्यु; (3) द्विकेंद्रकीय कोशिकाएं: दो नाभिक वाली कोशिकाएं; (4) परमाणु कलिका या ब्लैब कोशिकाएं: परमाणु झिल्ली के छोटे उभार वाले नाभिक वाली कोशिकाएं (6) नोकदार कोशिकाएँ: ऐसी कोशिकाएँ जिनके आकार में स्पष्ट दरारें या खांचे होते हैं, जिन्हें किडनी के आकार का नाभिक भी कहा जाता है; (7) लोब्यूलेटेड कोशिकाएँ: ऐसी कोशिकाएँ जिनमें ऊपर बताए गए पुटिकाओं से बड़े नाभिकीय उभार होते हैं; और (8) माइक्रोसेल्स: सघन नाभिक और कम कोशिका द्रव्य वाली कोशिकाएँ। परिवर्तनों की तुलना नकारात्मक नियंत्रण परिणामों से की गई।
तीव्र विषाक्तता परीक्षण के परिणाम (LC50) का विश्लेषण GBasic सॉफ्टवेयर और TSK-ट्रिम्ड स्पीयरमैन-कार्बर विधि74 का उपयोग करके किया गया। क्रोनिक परीक्षण डेटा को त्रुटि सामान्यता (शापिरो-विल्क्स) और भिन्नता की समरूपता (बार्टलेट) के लिए पूर्व-परीक्षण किया गया था। परिणामों का विश्लेषण एकतरफा विचरण विश्लेषण (ANOVA) का उपयोग करके किया गया था। ट्यूकी परीक्षण का उपयोग डेटा की तुलना करने के लिए किया गया था, और उपचार समूह और नकारात्मक नियंत्रण समूह के बीच डेटा की तुलना करने के लिए डननेट परीक्षण का उपयोग किया गया था।
डननेट परीक्षण का उपयोग करके LOEC और NOEC डेटा का विश्लेषण किया गया। सांख्यिकी परीक्षण स्टैटिस्टिका 8.0 सॉफ्टवेयर (स्टेटसॉफ्ट) का उपयोग करके 95% (पी < 0.05) के महत्व स्तर के साथ किए गए थे।