Vliv triazinových pesticidů a jejich metabolitů na necílové vodní organizmy

Ing. Dalibor KOUTNIK

Doctoral thesis

The effect of triazine based pesticides and their metabolites on no-target aquatic organisms

Abstract:

Pesticidy používané v zemědělství a lesnictví vstupují do vodního prostředí, pokud se používají v přilehlých oblastech nebo pokud dojde k jejich úniku. Pro naše studie jsme zvolili raná vývojová stádia kapra obecného (Cyprinus carpio L.) a raka mramorovaného (Procambarus fallax f. virginalis). U zvolených organizmů jsme sledovali dlouhodobý vliv triazinů (prometrynu, terbutylazinu, metribuzinu) a jejich metabolitů (terbuthylazin-desethyl a tebuthylazinu-2-hydroxy) v koncentracích běžně se vyskytujících v povrchových vodách české republiky. První část práce se zabývala sledováním vlivu triazinů (prometrynu, terbuthylazinu) na raná vývojová stadia kapra a raka mramorovaného. Subchronická expozice raných vývojových stádií kapra prometrynu v koncentracích 1200 a 4000 ?g/L způsobila snížení růstu, zpoždění ontogenetického vývoje a histopatologické změny v tkáních. Expozice terbuthylazinu v koncentracích 1400 a 3000 ?g/L způsobila významné snížení hmotnosti, celkové délky těla, zpoždění vývoje a alternaci tubulárního systému kaudální ledviny kapra. Prometryn v koncentracích 144, 1444 a 4320 ?g/L způsobil snížení hmotnosti, specifické rychlosti růstu a histopatologické změny v žábrech raků. Navíc prometryn v koncentraci 4320 ?g/L způsobil zpoždění ontogenetického vývoje. Druhá část práce se zabývala vlivem nízkých koncentrací triazinových metabolitů (terbuthylazin-desethylu a tebuhylazin-2-hydroxy) na raná vývojová stádia kaprů a raků mramorovaných. Chronická expozice terbuthylazin-udesethylu v koncentracích 180, 900 a 1 800 ?g/L způsobila snížení růstu, zpomalení ontogenetického vývoje a poškození antioxidačního systému a rovněž způsobila patologické změny v kaudální ledvině raných vývojových stadií u kaprů. Chronická expozice terbuthylazinu-2-hydroxy v koncentracích 2, 9, 70, 1400 a 3500 ?g/L zapříčinila snížení celkové aktivity superoxid dismutázy raných vývojových stadií kaprů. Mimo to koncentrace 1400 a 3500 ?g/L terbuthylazinu-2-hydroxy způsobily zpoždění ontogenetického vývoje a patologické změny v kaudální ledvině kaprů. Chronická expozice terbuthylazinu-2-hydroxy v koncentracích 75 ?g/L a vyšších ovlivnila růst, ontogenetický vývoj, antioxidační systémy a způsobila oxidační stres a patologické změny hepatopankreatu raných vývojových stadií raků. Poslední část naší studie se zabývala dlouhodobým vlivem metribuzinu na raka signálního (Pacifastacus leniusculus Dana). Raci byli vystaveni koncentraci metribuzinu 0,52 ?g/L a 3,06 mg/L po dobu 30 dnů a 30 denní fázi depurace. Statisticky významné rozdíly byly zjištěny ve všech tkáních (žábry, sval, hepatopankreas) v reaktivních látkách kyseliny thiobarbiturové, v aktivitě superoxid dismutázy a katalázy ve srovnání s kontrolní skupinou. Statisticky významné rozdíly byly zjištěny v aktivitě glutation reduktázy v hepatopankreatu po 10 dnech v obou testovaných koncentracích a po 30 dnech v koncentraci 3,06 mg/L. Metribuzin způsobil rozsáhlou fokální autolytickou degeneraci tubulárního epitelu hepatopankreatu raků vystavených metribuzinu. Výsledky této práce shrnují a poskytují důležité informace o hodnocení dlouhodobého dopadu a vlivu triazinů (prometrynu, terbuthylazinu a metribuzinu) a jejich metabolitů (terbuthylazin-desethyl a tebuthylazinu-2-hydroxy) na vodní prostředí, v koncentracích běžně se vyskytujících v povrchových vodách.

Abstract:

Pesticides used in agro-ecosystems and forests enter aquatic environments such as streams, rivers, and lakes if applied in adjacent areas or if an accidental spill occurs. For the studies, we chose the early life stages of common carp (Cyprinus carpio L.) and marbled crayfish (Procambarus fallax f. virginalis). In selected organisms, we observed long-term effect of triazine herbicides (prometryne, terbuthylazine, metribuzine) and their metabolites (terbuthylazine-desethyl and tebuthylazine-2-hydroxy) in concentrations commonly occurring in Czech rivers. The first part is about monitoring the effects of triazines (prometryne, terbuthylazine) on the early development stages of carp and marble crayfish. Subchronic prometryne exposure of early-life stages of common carp at concentrations of 1 200 and 4 000 ?g/L affected their survival, growth rate, early ontogeny, and histology. Terbuthylazine in concentration 1 400 and 3 000 ?g/L caused significant decrease of mass, total length, delayed in development and cause of alternation of tubular system of caudal kidney of carp. Prometryne in concentration 144, 1 444 and 4 320 ?g/L caused decrease of weight, specific growth rates and caused histopathological changes in gill of crayfish. Moreover concentration 4 320 ?g/L of prometryne caused delay in ontogenetic development of crayfish. Second part of the work has included effects of low concentrations of metabolites (terbuthylazine-desethyl and tebuthylazine-2-hydroxy) on the early development stages of carp and marble crayfish. Chronic terbuthylazine-desethyl exposure in concentrations 180, 900, and 1 800 ?g/L affected growth, ontogenetic development, and the antioxidant system and caused pathological changes in the caudal kidney of early life stages of carp. Chronic terbuthylazine-2-hydroxy exposure in concentrations 2.9, 70, 1 400 and 3 500 ?g/L caused decreased of total superoxide dismutase activity of early life stages of carp. Moreover concentration 1 400 and 3 500 ?g/L of terbuthylazine-2-hydroxy caused delay in ontogenetic development and pathological changes in the caudal kidney of carp. Chronic terbuthylazine-2-hydroxy exposure in concentrations up 75 ?g/l affected growth, ontogenetic development, antioxidant system, caused oxidative stress and pathological changes in hepatopancreas of early life stages of marbled crayfish. The last part of our study examined the effect of metribuzine on signal crayfish (Pacifastacus leniusculus Dana). Crayfish were exposed to metribuzine concentrations of 0.52 ?g/L and 3.06 mg/L for 30 days and a 30-day depuration period. In the thiobarbituric acid reactive substances, superoxide dismutase, and catalase were observed differences in all examined tissues (gill, muscle, hepatopancreas) compared to the control group. Differences from control were observed in glutathione reductase activity in hepatopancreas after 10 days for both exposure concentrations and after 30 days at 3.06 mg/L. Histological examination revealed extensive focal autolytic disintegration of tubular epithelium in hepatopancreas of crayfish exposed to metribuzin. These studies provided important results for the evaluation of long-term impact and effect of (prometryne, terbuthylazine and metribuzine) and their metabolites (terbuthylazine-desethyl and tebuthylazine-2-hydroxy) on the water non-target organisms, even in real concentrations founded in surface waters.

Keywords

raci, kapr, pesticidy, herbicidy, ontogenetický vývoj, antioxidační systém, oxidativní stres, patologické změny

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 3. 2019

Thesis defence

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

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Doctoral programme / field:
Zootechnics / Fishery