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

इस अध्ययन में वाणिज्यिक की घातकता, उप-घातकता और विषाक्तता का आकलन किया गयासाइपरमेथ्रिनएनुरान टैडपोल के लिए फॉर्मूलेशन। तीव्र परीक्षण में, 96 घंटे के लिए 100-800 μg/L की सांद्रता का परीक्षण किया गया था। क्रोनिक परीक्षण में, स्वाभाविक रूप से होने वाली साइपरमेथ्रिन सांद्रता (1, 3, 6, और 20 μg/L) की मृत्यु दर के लिए परीक्षण किया गया था, इसके बाद 7 दिनों के लिए माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण और लाल रक्त कोशिका परमाणु असामान्यताएं 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 असामान्यताएं पाई गईं, साइपरमेथ्रिन इस प्रजाति के लिए एक उच्च जोखिम है, जो दर्शाता है कि यह कई समस्याएँ पैदा कर 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 व्यावसायिक साइपरमेथ्रिन योगों का पी. ग्रेसिलिस पर विषाक्त प्रभाव पड़ता है।
कृषि गतिविधियों के निरंतर विस्तार और गहन अनुप्रयोग के कारणकीट नियंत्रणउपायों के बावजूद, जलीय जीव अक्सर कीटनाशकों के संपर्क में आते हैं1,2. कृषि क्षेत्रों के पास जल संसाधनों का प्रदूषण उभयचरों जैसे गैर-लक्षित जीवों के विकास और अस्तित्व को प्रभावित कर सकता है।
पर्यावरणीय मैट्रिक्स के आकलन में उभयचरों का महत्व लगातार बढ़ता जा रहा है। जटिल जीवन चक्र, तीव्र लार्वा वृद्धि दर, पोषी स्थिति, पारगम्य त्वचा10,11, प्रजनन के लिए जल पर निर्भरता12 और असुरक्षित अंडों11,13,14 जैसी अनूठी विशेषताओं के कारण, एनुरान को पर्यावरणीय प्रदूषकों का अच्छा जैवसूचक माना जाता है। छोटा जलीय मेंढक (फिज़ालेमस ग्रेसिलिस), जिसे आमतौर पर रोते हुए मेंढक के रूप में जाना जाता है, कीटनाशक प्रदूषण4,5,6,7,15 की एक जैवसूचक प्रजाति साबित हुई है। यह प्रजाति अर्जेंटीना, उरुग्वे, पैराग्वे और ब्राज़ील1617 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 इसे स्थिर माना जाता है।
साइपरमेथ्रिन के संपर्क में आने के बाद उभयचरों में कुछ घातक प्रभाव देखे गए हैं, जिनमें टैडपोल में व्यवहारिक, रूपात्मक और जैवरासायनिक परिवर्तन23,24,25, मृत्यु दर और कायापलट समय में परिवर्तन, एंजाइमी परिवर्तन, अंडों से अंडे निकलने की सफलता में कमी24,25, अतिसक्रियता26, कोलिनेस्टरेज़ गतिविधि का अवरोध27 और तैराकी क्षमता में परिवर्तन7,28 शामिल हैं। हालाँकि, उभयचरों में साइपरमेथ्रिन के जीनोटॉक्सिक प्रभावों के अध्ययन सीमित हैं। इसलिए, साइपरमेथ्रिन के प्रति अनुरान 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 आकारिकी विश्लेषण प्रदूषण और जंगली प्रजातियों के लिए किसी पदार्थ की संभावित विषाक्तता का एक महत्वपूर्ण जैवसूचक 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 के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है।
इस अध्ययन का उद्देश्य माइक्रोन्यूक्लियस परीक्षण और पारिस्थितिक जोखिम मूल्यांकन का उपयोग करके छोटे जलीय टैडपोल के लिए वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन फॉर्मूलेशन की विषाक्त क्षमता का मूल्यांकन करना था।
परीक्षण की तीव्र अवधि के दौरान वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रता के संपर्क में आने वाले पी. ग्रेसिलिस टैडपोल की संचयी मृत्यु दर (%)।
एक दीर्घकालिक परीक्षण के दौरान वाणिज्यिक साइपरमेथ्रिन की विभिन्न सांद्रता 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 से गुणसूत्रों के खराब बंधन, गुणसूत्र अवशोषण और परिवहन के लिए जिम्मेदार प्रोटीन परिसरों में दोषों, गुणसूत्र पृथक्करण में त्रुटियों और डीएनए क्षति की मरम्मत में त्रुटियों38,39 से जुड़ा है और कीटनाशक-प्रेरित ऑक्सीडेटिव तनाव40,41 से संबंधित हो सकता है। अन्य असामान्यताएं सभी मूल्यांकित सांद्रताओं में देखी गईं। साइपरमेथ्रिन सांद्रता में वृद्धि ने एरिथ्रोसाइट्स में परमाणु असामान्यताओं को क्रमशः न्यूनतम (1 μg/L) और उच्चतम (20 μg/L) खुराक पर 5% और 20% तक बढ़ा दिया। उदाहरण के लिए, किसी प्रजाति के डीएनए में परिवर्तन के अल्पकालिक और दीर्घकालिक अस्तित्व, दोनों पर गंभीर परिणाम हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जनसंख्या में गिरावट, प्रजनन क्षमता में परिवर्तन, अंतःप्रजनन, आनुवंशिक विविधता का ह्रास और प्रवासन दर में परिवर्तन हो सकते हैं42,43। एरिथ्रोइड असामान्यताओं का निर्माण साइटोकाइनेसिस में अवरोध का संकेत हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप असामान्य कोशिका विभाजन (द्विकेंद्रकीय एरिथ्रोसाइट्स)44,45 होता है; बहुखंडी नाभिक, केंद्रक झिल्ली के कई खंडों वाले उभार होते हैं46, जबकि अन्य एरिथ्रोइड असामान्यताएँ डीएनए प्रवर्धन से जुड़ी हो सकती हैं, जैसे कि केंद्रकीय वृक्क/ब्लेब्स47। केंद्रकरहित एरिथ्रोसाइट्स की उपस्थिति, विशेष रूप से दूषित जल में, ऑक्सीजन परिवहन में व्यवधान का संकेत दे सकती है48,49। एपोप्टोसिस कोशिका मृत्यु50 का संकेत देता 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 रहने के बाद ओडोन्टोफ्रीनस अमेरिकनस कोशिकाओं में द्विकेंद्रकीय कोशिकाओं और अपोप्तोटिक कोशिकाओं जैसे सूक्ष्मकेंद्रक और केंद्रकीय परिवर्तनों की उपस्थिति प्रदर्शित की। साइपरमेथ्रिन-प्रेरित अपोप्टोसिस का पता पी. बिलिगोनिगेरस52 और राइनेला एरेनारम53 में भी चला। 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 सूचक 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 उच्च पर्यावरणीय खतरा (तीव्र और जीर्ण दोनों) पैदा करते हैं, जिसमें मुख्यालय अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (ईपीए) के स्तर54 से अधिक होता 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 के बाद घटकर 0.0005 μg L−1 हो गया। लेखक बताते हैं कि जितना लंबा एक्सपोजर होगा, प्रजातियों के लिए हानिकारक सांद्रता उतनी ही कम होगी इसके अलावा, मृत्यु दर के संदर्भ में, साइपरमेथ्रिन के संपर्क में आने के बाद पी. ग्रेसिलिस का CHQ मान 64.67 तक पहुँच गया, जो अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी द्वारा निर्धारित संदर्भ मान54 से अधिक है, और आर. एरेनारम लार्वा का CHQ मान भी इस मान से अधिक था (336 घंटे बाद CHQ > 388.00), जो दर्शाता है कि अध्ययन किए गए कीटनाशक कई उभयचर प्रजातियों के लिए एक उच्च जोखिम पैदा करते हैं। यह देखते हुए कि पी. ग्रेसिलिस को कायापलट पूरा करने में लगभग 30 दिन लगते हैं56, 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 कमी लाने में योगदान दे सकती है।
सूक्ष्मकणिकाओं और अन्य लाल रक्त कोशिका नाभिकीय असामान्यताओं के परिकलित जोखिम मूल्यांकन में, CHQ मान 14.92 से 97.00 के बीच था, जो दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन में अपने प्राकृतिक आवास में भी पी. ग्रैसिलिस के लिए एक संभावित जीनोटॉक्सिक जोखिम था। मृत्यु दर को ध्यान में रखते हुए, पी. ग्रैसिलिस 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 दिखाए। यह तथ्य असामान्य जीवों 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 दीर्घकालिक विषाक्तता दिखाई। उच्च मृत्यु दर देखी गई, जो संभवतः विषाक्त प्रभावों के कारण थी, जैसा कि सूक्ष्मकेन्द्रक और एरिथ्रोसाइट नाभिकीय असामान्यताओं, विशेष रूप से दाँतेदार केन्द्रक, लोबयुक्त केन्द्रक और पुटिकायुक्त केन्द्रक की उपस्थिति से स्पष्ट होता है। इसके अतिरिक्त, अध्ययन की गई प्रजातियों में तीव्र और दीर्घकालिक दोनों तरह के पर्यावरणीय जोखिम बढ़े हुए थे। ये आँकड़े, हमारे शोध समूह द्वारा किए गए पिछले अध्ययनों के साथ मिलकर, दर्शाते हैं कि साइपरमेथ्रिन के विभिन्न व्यावसायिक फॉर्मूलेशन भी एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ (AChE) और ब्यूटिरिलकोलिनेस्टरेज़ (BChE) गतिविधियों और ऑक्सीडेटिव तनाव58 में कमी का कारण बने, और इसके परिणामस्वरूप पी. ग्रेसिलिस में तैराकी गतिविधि और मौखिक विकृतियों59 में परिवर्तन हुए, जो दर्शाता है कि साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन में इस प्रजाति के लिए उच्च घातक और उप-घातक विषाक्तता है। हार्टमैन एट अल। 60 में पाया गया कि साइपरमेथ्रिन के व्यावसायिक फॉर्मूलेशन, नौ अन्य कीटनाशकों की तुलना में पी. ग्रेसिलिस और उसी वंश की एक अन्य प्रजाति (पी. क्यूवियरी) के लिए सबसे ज़्यादा ज़हरीले थे। इससे पता चलता है कि पर्यावरण संरक्षण के लिए साइपरमेथ्रिन की कानूनी रूप से स्वीकृत सांद्रता से उच्च मृत्यु दर और दीर्घकालिक जनसंख्या में गिरावट हो सकती है।
उभयचरों के लिए कीटनाशक की विषाक्तता का आकलन करने के लिए और अधिक अध्ययनों की आवश्यकता है, क्योंकि पर्यावरण में पाई जाने वाली सांद्रता उच्च मृत्यु दर का कारण बन सकती है और पी. ग्रेसिलिस के लिए संभावित खतरा पैदा कर सकती है। उभयचर प्रजातियों पर शोध को प्रोत्साहित किया जाना चाहिए, क्योंकि इन जीवों, विशेष रूप से ब्राज़ीलियाई प्रजातियों पर, के आँकड़े दुर्लभ हैं।
स्थैतिक परिस्थितियों में दीर्घकालिक विषाक्तता परीक्षण 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, जिससे प्रति सांद्रता कुल 60 टैडपोल प्राप्त हुए। इस बीच, केवल जल उपचार ने नकारात्मक नियंत्रण के रूप में कार्य किया। प्रत्येक प्रायोगिक सेटअप में 500 मिलीलीटर क्षमता वाला एक बाँझ काँच का बर्तन और 50 मिलीलीटर घोल में 1 टैडपोल का घनत्व शामिल था। वाष्पीकरण को रोकने के लिए फ्लास्क को पॉलीइथाइलीन फिल्म से ढक दिया गया था और लगातार वातित किया जा रहा था।
0, 96 और 168 घंटों पर कीटनाशक सांद्रता निर्धारित करने के लिए पानी का रासायनिक विश्लेषण किया गया। सबिन एट अल. 68 और मार्टिंस एट अल. 69 के अनुसार, ये विश्लेषण सांता मारिया संघीय विश्वविद्यालय की कीटनाशक विश्लेषण प्रयोगशाला (LARP) में गैस क्रोमैटोग्राफी और ट्रिपल क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री (वेरियन मॉडल 1200, पालो ऑल्टो, कैलिफ़ोर्निया, अमेरिका) का उपयोग करके किए गए थे। पानी में कीटनाशकों का मात्रात्मक निर्धारण पूरक सामग्री के रूप में दिखाया गया है (सारणी SM1)।
सूक्ष्मनाभिकीय परीक्षण (एमएनटी) और लाल रक्त कोशिका नाभिकीय असामान्यता परीक्षण (आरएनए) के लिए, प्रत्येक उपचार समूह से 15 टैडपोल का विश्लेषण किया गया। टैडपोल को 5% लिडोकेन (50 मिलीग्राम ग्राम-170) से निश्चेतित किया गया और डिस्पोजेबल हेपरिनिज्ड सिरिंजों का उपयोग करके हृदय पंचर द्वारा रक्त के नमूने एकत्र किए गए। रक्त के नमूने जीवाणुरहित सूक्ष्मदर्शी स्लाइडों पर तैयार किए गए, हवा में सुखाए गए, 100% मेथनॉल (4°C) में 2 मिनट के लिए स्थिर किए गए, और फिर अंधेरे में 15 मिनट के लिए 10% गिमेसा विलयन से अभिरंजित किए गए। प्रक्रिया के अंत में, अतिरिक्त अभिरंजक हटाने के लिए स्लाइडों को आसुत जल से धोया गया और कमरे के तापमान पर सुखाया गया।
एमएन और ईएनए की उपस्थिति निर्धारित करने के लिए 71 उद्देश्य के साथ 100 × माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्रत्येक टैडपोल से कम से कम 1000 आरबीसी का विश्लेषण किया गया था। साइपरमेथ्रिन सांद्रता और नियंत्रणों पर विचार करते हुए टैडपोल से कुल 75,796 आरबीसी का मूल्यांकन किया गया था। निम्नलिखित परमाणु घावों की आवृत्ति का निर्धारण करके कैरास्को एट अल और फेनेच एट अल 38,72 की विधि के अनुसार जीनोटॉक्सिसिटी का विश्लेषण किया गया था: (1) एन्यूक्लिएट कोशिकाएं: बिना नाभिक वाली कोशिकाएं; (2) एपोप्टोटिक कोशिकाएं: परमाणु विखंडन, प्रोग्राम्ड सेल डेथ; (3) बाइन्यूक्लिएट कोशिकाएं: दो नाभिक वाली कोशिकाएं; (4) परमाणु कलिकाएं या ब्लेब कोशिकाएं: (6) नोकदार कोशिकाएँ: ऐसी कोशिकाएँ जिनके केंद्रक के आकार में स्पष्ट दरारें या खाँचे होते हैं, जिन्हें वृक्क के आकार का केंद्रक भी कहा जाता है; (7) खंडित कोशिकाएँ: ऐसी कोशिकाएँ जिनके केंद्रक उभार ऊपर बताई गई पुटिकाओं से बड़े होते हैं; और (8) सूक्ष्म कोशिकाएँ: सघन केंद्रक और कम कोशिकाद्रव्य 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। दीर्घकालीन परीक्षण आँकड़ों का त्रुटि सामान्यता (शापिरो-विल्क्स) और प्रसरण समरूपता (बार्टलेट) के लिए पूर्व-परीक्षण किया गया। परिणामों का विश्लेषण एक-तरफ़ा प्रसरण विश्लेषण (ANOVA) का उपयोग करके किया गया। ट्यूकी परीक्षण का उपयोग उपचार समूह और नकारात्मक नियंत्रण समूह के बीच आँकड़ों की तुलना करने के लिए किया गया, और डननेट परीक्षण का उपयोग उपचार समूह के बीच आँकड़ों की तुलना करने के लिए किया गया।
LOEC और NOEC डेटा का विश्लेषण डननेट परीक्षण का उपयोग करके किया गया। सांख्यिकीय परीक्षण स्टैटिस्टिका 8.0 सॉफ़्टवेयर (स्टेटसॉफ्ट) का उपयोग करके 95% (p < 0.05) के महत्व स्तर के साथ किए गए।