Vliv pesticidů a jejich metabolitů na vodní organismy

Ing. Nikola MIKUŠKOVÁ

Disertační práce

Effect of pesticides and their metabolites on aquatic organisms

Abstract:

Pesticidy jsou klíčovými látkami pro udržení efektivního zemědělského hospodaření, zároveň ale představují globální problém v oblasti znečištění životního prostředí (ŽP). Jejich metabolity vznikají biotransformačními procesy a mohou vykazovat odlišnou toxicitu než samotné pesticidy. Proto může být výsledná toxicita pesticidních prostředků a dopad na ŽP velmi rozdílná. Odtokem, splachy i drenážemi se mohou tyto látky dostávat do vodních ekosystémů, kde mohou být často snadno kumulovány v sedimentech a ve vodním sloupci. Jejich přítomnost negativně ovlivňuje například imunitu, reprodukci, chování, neurotoxicitu, a v extrémních případech mohou způsobit smrt necílových vodních organismů . Dodnes jsou v literatuře publikovány stovky vědeckých publikací na obecné téma ?toxicita pesticidů?. Chybí ale především údaje v oblasti dlouhodobých testů toxicity zaměřených na vliv pesticidních látek a jejich metabolitů v environmentálních koncentracích na vodní bezobratlé organismy jako jsou například raci nebo mlži. Proto se tato práce zabývá studiem chronických efektů primárního metabolitu herbicidu glyfosátu ? kyseliny aminofosfonové (AMPA), chloracetanilidových herbicidů ? kyseliny acetochlorethansulfonové (ACT-ESA) a kyseliny propachlorethansulfonové (PRL-ESA), a fungicidu tebukonazolu (TBZ) na úrovni environmentálně významných koncentrací pro vodní bezobratlé, a to raka mramorovaného (procambarus virginalis) a slávku středomořskou (Mytilus galloprovincialis). Tyto testované látky byly vybrány podle aktualizovaných údajů založených na monitoringu znečištění vod v České republice Českým hydrometeorologickým ústavem a Výzkumným ústavem meliorací a ochrany půdy a dostupné literatury. Chronické účinky metabolitů AMPA (4 ?g.L-1) a ACT-ESA (4 ?g.L-1) byly zkoumány jednotlivě i ve směsi (4 + 4 ?g.L-1) po 50 denní expozici na juvenilních jedincích raka mramorovaného. Výsledky testu prokázaly snížený růst a vyšší aktivitu u všech exponovaných skupin. Dále byl vyhodnocen efekt těchto metabolitů na oxidativní stres a antioxidativní enzymy v homogenátu celého těla raků, přičemž bylo prokázáno zvýšení aktivity superoxid dismutásy u všech exponovaných skupin a glutathion-S-transferázy ve skupině AMPA + ACT-ESA. Největší poškození žaberního epitelu bylo pozorováno u raků v testované směsi. Environmentální koncentrace a její násobek chloroacetanilidového metabolitu PRL-ESA (3,5 ?g.L-1, 35 ?g.L-1) a fungicidu TBZ (2 ng.L-1, 2 ?g.L-1) byly testovány po 10 a 20 denní expozici na slávce středomořské. Vzhledem k tomu, že slávka středomořská je komerčně produkována k lidské konzumaci, představuje největší riziko bioakumulace testovaných látek v jedlých tkáních slávek. PRL-ESA i TBZ způsobily morfologické změny žaber a slinivkojaterní žlázy u testovaných organismů. Zatímco bylo prokázáno, že PRL-ESA snižuje životaschopnost hemocytů a buněk slinivkojaterní žlázy, nebyl tento vliv pozorován u slávek vystavených TBZ. Většina testovaných parametrů v těchto experimentech byla ovlivněna délkou expozice a dávce polutantu. Tato práce poskytuje stručný přehled do problematiky toxicity vybraných pesticidů a jejich metabolitů, zdůrazňující jejich toxické účinky na necílové vodní organismy. Dále poukazuje na nutnost budoucího zkoumání těchto látek, neboť ve vodním prostředí se vyskytují stovky dalších xenobiotik a jejich metabolitů, které mohou mít různé synergické nebo antagonistické účinky, případně spolu reagovat a tvořit jiné komplexní sloučeniny, a tím ovlivňovat výsledný dopad na celý vodní ekosystém i člověka prostřednictvím potravního řetězce. V tomto ohledu je také důležité zvolit vhodné biomarkery a bioindikátory umožňující co nejl

Abstract:

Pesticides are key for maintaining agricultural management efficiency but pose a global environmental pollution problem. Biotransformation processes form their metabolites and may exhibit different toxicity than pesticides alone. Therefore, the resulting pesticide toxicity and impact on the RU may differ. Upon entering the aquatic ecosystem, they can quickly accumulate in sediments. Their presence has toxic consequences primarily on non-target aquatic organisms, including behavioural changes, reproductive disorders, neurotoxicity, hormonal dysfunction, and even death. Until nowadays, hundreds of scientific publications on the general topic of "pesticide toxicity" have been published in the literature, but data on long-term toxicity tests focusing on the influence of pesticides and their metabolites on aquatic invertebrates such as crayfish or bivalve molluscs are lacking. Therefore, this work deals with the study of chronic effects of the primary metabolite of the herbicide glyphosate - aminophosphonic acid (AMPA), chloroacetanilide herbicides ? acetochlor ethane sulfonic acid (ACT-ESA) and propachlor ethan sulfonic acid (PRL-ESA), and the fungicide tebuconazole (TBZ) at the level of environmentally significant concentrations for aquatic invertebrates, marbled crayfish (Procambarus virginalis) and Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis). These tested substances were chosen according to updated data based on water pollution monitoring in the Czech Republic by the Czech Hydrometeorological Institute and the Research Institute for Soil and Water Conservation. The chronic effects of the metabolites AMPA (4 mg.L-1) and ACT-ESA (4 mg.L-1) were investigated individually and in their mixture (4 + 4 mg.L-1) after 50 days of exposure on juveniles of marbled crayfish. The test results showed reduced growth and higher activity in all exposed groups. Furthermore, the effect of these metabolites on oxidative stress and antioxidant enzymes in the whole-body homogenate of crayfish was evaluated, demonstrating an increase in the activity of superoxide dismutase in all exposed groups and glutathione-S-transferase in the AMPA + ACT-ESA group. The most significant damage to the gill epithelium was seen in the crayfish in the mixture tested. The environmental concentration and its multiple of the chloroacetanilide metabolite PRL-ESA (3.5 ?g.L-1, 35 ?g.L-1) and the fungicide TBZ (2 ng.L-1, 2 ?g.L-1) were tested after 10 and 20 days exposure on the Mediterranean mussel. As Mediterranean mussels are commercially produced for human consumption, they pose the most significant risk via bioaccumulation in the edible tissues. PRL-ESA and TBZ caused morphological changes in test organisms' gills and digestive glands. While PRL-ESA has been shown to reduce the viability of haemocytes and digestive gland cells, there has been no evidence of these changes after exposure to TBZ. Most of the parameters tested in these experiments were influenced by the exposure duration and the pollutants' dose. This thesis briefly overviews the toxicity of selected pesticides and their metabolites, highlighting their effects on non-target aquatic organisms. It also points to the need for future investigation, as dozens of other xenobiotics and their metabolites are detected in waters and may have synergistic or antagonistic effects or possibly interact with each other to form different compounds, thereby affecting the resulting impact on the entire aquatic ecosystem and humans via a food chain. In this respect, it is also essential to choose suitable biomarkers and bioindicators to identify the effects of toxic substances in the environment.

Abstract:

épe identifikovat účinky toxických látek v životním prostředí.

Keywords

Toxicita, Raci, Mlži, Glyfosát, AMPA, Chloroacetanilide, Tebukonazol

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 8. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: dr. hab. Ing. Josef Velíšek, Ph.D.

JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH

Fakulta rybářství a ochrany vod

Doktorský studijní program / obor:
Ochrana vodních ekosystémů / Ochrana vodních ekosystémů