ارزیابی آثار حشره‌کش و علف‌کش‌های مختلف بر جمعیت جلبک سبز سندسموس‌کواردیکودا (Scenedesmus quadricauda)

نوع مقاله: پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تولید وبهره برداری آبزیان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

2 دانشیار شیلات، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: ورود سموم کشاورزی به اکوسیستم‌های آبی که ممکن است به‌دلیل مصرف بی‌رویۀ آنها باشد، می‌تواند باعث آثار مخربی بر جمعیت گونه‌های آبزی شود. جلبک‌ها به طیف وسیعی از آلودگی از قبیل علف‌کش‌ها، فلزات وآفت‌کش‌های ارگانوکلر و مواد آلی صنعتی حساسیت نشان می‌دهند؛ بنابراین استفاده از آنها برای بررسی این آلودگی‌ها مرسوم است. این پژوهش با هدف بررسی آثار سموم کشاورزی در دو گروه حشره‌کش (مالاتیون و دیازینون)‌ وعلف‌کش (ماچتی و ساترن) در غلظت‌های مختلف بر جمعیت جلبک سبز سندسموسکواردیکودا (Scenedesmus quadricauda) به‌همراه تعیین غلظت مؤثر (EC5096 ساعته) برای هرکدام است.
مواد و روش‏‏ها: آزمایش در مدت 96 ساعت با 4 غلظت و ۳ تکرار برای هر سم به‌همراه شاهد براساس روش استاندارد (O.E.C.D)‌،در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. تیمارها با محیط کشت BBMدر شرایط نوری 12 ساعت تاریکی و12 ساعت روشنایی و شدت نور 60 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه در دمای 2±21 درجه سانتیگراد قرار داده شد.
نتایج: اختلاف معنی‌دار در رشد روزانه (05/0>p) بین برخی از غلظت‌های مختلف در هریک از سموم موردمطالعه مشاهده شد. به‌طوری که افزایش غلظت سموم باعث کاهش معنی‌داری در تراکم سلولی شد. بیشترین درصد تلفات در علف‌کش‌ها مربوط به ساترن در غلظت 81/52 میکروگرم بر لیتر و ماچتی در غلظت 36/58 میکروگرم بر لیتر، در حشره‌کش‌ها مربوط به مالاتیون در غلظت 73/63 میکروگرم بر لیتر و دیازینون در غلظت 087/6 میکروگرم بر لیتر است. همچنین میزان EC50 96ساعته به‌ترتیب برای دیازینون 234/174 میکروگرم بر لیتر، مالاتیون 858/9 میکروگرم بر لیتر، ماچتی 9/1 میکروگرم بر لیتر، ساترن 029/1 میکروگرم بر لیتر تعیین شد.
بحث و نتیجه‏گیری: با توجه به نتایج این مطالعه از (Scenedesmus quadricauda)میتوانبه‌عنوان یک شاخص بیولوژیکی در منابع آبی استفاده کرد؛ درنتیجه نیاز به مطالعات دقیق وگسترده‌تری دارد.‏‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effects of different types of herbicides and insecticides on population of green microalgae Scenedesmus quadricauda

نویسندگان [English]

  • Ahmadreza Pirali Zefrei 1
  • Omidvar Farhadian 2
1 Ph.D Student of Fisheries Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran
2 Associate Professor of Fisheries Sciences, Isfahan University of Technology, Iran
چکیده [English]

Introduction:Agricultural pesticides into aquatic ecosystems of use discriminate eventually devastating impact on the populations of aquatic species.Sensitivity of  algae to various pollutants such as herbicides, organochlorin, heavy metals and industrial organic matter has been shown in various studies. In addition to its application, checking the pollution is common. This study aimed to investigate the effects of different concentrations of two groups of herbicides, (macheteand saturn), and insecticides (malathion and diazinon) on the population of green algae (Scenedesmusquadricauda) with 96 hour EC50.
Materials and methods: The experiment was conducted in a completely randomized design during 96 hours in 4 treatments (four levels of pesticide and control) and 3 replicates in accordance with the standard method, OECD. The exposure regime consisted of a 12-hour photoperiod with a 12:12light-dark regimewith intensity of 80 µmol photons/m2/s in BBM medium (Bold Basal Medium) at 22± 2 °C.
Results: Statistical analysis of results also showed significant differences in daily growth rate (p < 0.05) between some different concentrations of studied toxic material, as the significant changes in the cell density observed by increasing concentrations of toxins. The highest mortality rate caused by herbicides in 52.81 µg/L of saturn and 58.36 µg/L ofmachete, and by insecticides in 63.76 µg/L of malathion and 6.087 µg/L. Also, 96 hour EC50was determined, as 174.234 µg/L for diazinon, 9.858 µg/L formalathion,1.9µg/L formachete and 1.029µg/Lfor Saturn.
Discussion and conclusion: According to the results of this study, (Scenedesmus quadricauda) can be used as a biological indicator in aquatic ecosystems while it needs more extensive and intensive studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Insecticides
  • Herbicides
  • EC50
  • Green Microalgae
  • Scenedesmus quadricauda

مقدمه.

امروزه توسعۀ کشاورزی، گسترش سطح زیر کشت و درنتیجه افزایش مصرف سموم کشاورزی باعث شده که منابع آبی در معرض خطر آلودگی سموم کشاورزی قرار گیرند که درنهایت این آلودگی‌ها به رودخانه‌ها، تالاب‌ها، دریاچه‌ها، دریاها و اقیانوس‌ها انتقال می‌یابند (1). هنگامی که محیط‌های آبی به طرق مختلف آلوده می‌شوند، آثار زیان‌بار این آلودگی‌ها پایه‌های اصلی در زنجیرۀ غذایی یعنی فیتوپلانکتون‌ها و زئوپلانکتون‌ها را تهدید جدی می‌کنند (2). جلبک‌ها مواد آلی و انرژی موردنیاز بی‌مهرگان و ماهی‌ها را در بیشتر اکوسیستم‌های آبی فراهم می‌کنند، استفاده زیاد از سموم کشاورزی آثاری را بر ارگانیسم‌های غیرهدف ازجمله جلبک‌ها می‌گذارد و از طرفی واکنش جلبک‌ها به مواد شیمیایی سمی خیلی گسترده است (3). شناسایی آثار توکسیکولوژیکی یک مادۀ شیمیایی در موجودات، تحت شرایط آزمایشگاهی اغلب راحت‌تر از شناسایی این آثار در جمعیت‌های موجود در طبیعت است؛ زیرا این آثار توسط شرایط فیزیولوژیکی موجود در سیستم‌های آزمایشگاهی کنترل می‌شود (4). به‌دلیل اینکه جلبک‌ها حساسیت خود را به طیف‌های وسیع آلودگی از قبیل علف‌کش‌ها، فلزات و آفت‌کش‌های ارگانوکلر و مواد آلی صنعتی نشان می‌دهند، از آنها برای بررسی این آلودگی‌ها استفاده می‌کنند (5). جلبک سبزScenedesmus quadricauda قابلیت استفاده برای نشان‌دادن تأثیرات آلایندگی علف‌کش‌ها در محیط‌های آبی را دارد. مطالعاتی در ارتباط با سمیت ترکیبات ارگانیک و غیرارگانیک بر جلبکScenedesmus quadricaudaصورت گرفته است که علت آن فراوانی این جلبک در محیط‌های آب شیرین و اینکه از اجزای اصلی در زنجیرۀ غذایی آب شیرین است (6). حساسیت‌های گوناگون در جلبک‌ها به سموم مختلف می‌تواند سبب تغییرات در جوامع جلبکی شود و ممکن است منجر به تغییرات در کارکرد و ساختارها در اکوسیستم‌های آبی بشود (7)؛ بنابراین ازScenedesmus quadricauda می‌توان به‌عنوان بیواندیکاتور مناسب برای آلایندگی سموم در محیط‌های آبی استفاده کرد (3). ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که حداکثر یک‌درصد آفت‌کش‌های مصرفی، صرف ازبین‌بردن آفات می‌شود و درنتیجه مقادیر هنگفتی از آنها وارد محیط زیست می‌شوند و منابع آبی و خاکی را آلوده می‌کنند (8)؛ بنابراین شناسایی این سموم در آب و مواد غذایی و محیط زیست انسان خطری برای سلامتی او به شمار می‌رود (9). در حال حاضر، باقیماندۀ آفت‌کش‌ها از آلاینده‌های مهم محیطی در تمامی نقاط دنیا شناخته شده است (10). سموم علف‌کش ازجملۀ پرمصرف‌ترین آفت‌کش‌ها به حساب می‌آیند؛ به‌طوری که حدود 60درصد سموم مصر‌ف‌شده را سموم علف‌کش به خود اختصاص می‌دهند. بعد از علف‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها بیشترین سهم مصرف (25درصد) را دارند، قارچ‌کش‌ها از دیگرگروه‌های سموم آفت‌کش به حساب می‌آیند که در حدود 16درصد مصرف سالیانه را به خود اختصاص می‌دهند (11). از گروه حشره‌کش‌های ارگانوفسفره مالاتیون با فرمول شیمیایی C10H19O6PS2 را اولین بار در سال 1956 در امریکا و دیازینون با فرمول شیمیایی C12H21N2O3PS را در سال 1952 شرکت سوئیسی سیبا جیجی[1] به‌عنوان جایگزینی برای حشره‌کش DDT تولید کرد (12). ارگانوفسفره‌ها جزء نوروتوکسین‌های بسیار سمی هستند، مکانیسم سمیت این نوع ترکیبات به‌صورت مهار آنزیم استیل‌کولین‌استراز[2] است (12). با توجه به مصرف فراوان سموم ارگانوفسفره برای مقاصد کشاورزی و آثار مخرب این ترکیبات بر محیط زیست، خصوصاً اکوسیستم‌های آبی، شناسایی و اندازه‌گیری باقیماندۀ این سموم در نمونه‌های آبی ضروری است (13). علف‌کش بوتاکلر (ماچتی) با فرمول شیمیایی C17H26ClNO2 از گروه کلرواستامیدها و در سال 1968 را شرکت مونسانتو[3] در امریکا به صورت تجاری درآورد؛ بوتاکلر با نام تجاری ماچتی در ایران تولید شده و در سال 1351 برای برنج به ثبت رسیده است (14). علف‌کش ماچتی یک بازدارندۀ رشد (تقسیم سلولی) ازطریق جلوگیری از سنتز پروتئین با جلوگیری از سنتز اسیدهای چرب با زنجیر بسیار بلند است و برای مبارزه با علف‌های هرز یک‌سالۀ کشیده‌برگ و بعضی پهن‌برگ‌ها در زراعت برنج، قبل از رویش در مزارع به کار برده می‌شود. اثر این سم به میزان آبی که در دسترس گیاه بستگی دارد (15). ساترن (بنتیوکارب) با فرمول شیمیایی C12H16ClNOS علف‌کشی است از گروه کاربامات‌ها و بازدارندۀ آنزیم استیلکوآنزیمآکربوکسیلاز[4]، یکی از آنزیم‌های اولیه در ساخت اسیدهای چرب و با نام تجاری ساترن در کشورمان شناخته می‌شود که آن را در سال 1970 برای اولین بار شرکت کومیای[5] معرفی کرد (14). جنس Scenedesmusدر زمینه‌های مختلف لیمنولوژی معادل موش‌های آزمایشگاهی مطرح و کاربرد فراوانی در علوم تحقیقاتی دارند. این جلبک‌ها معمولاً به‌عنوان میکروارگانیسم‌های استاندارد در بسیاری از تحقیقات آبی، تکنولوژی و مدیریت آب‌ها مطرح هستند (16). آزمایش سمیت در جلبک‌ها را پیش از این در سال 1910 آلن و نلسون[6] استفاده کردند (17)؛ اما اولین روش استاندارد به‌وسیلۀ جلبک‌های آب شیرین در سال 1960 توسعه داده شد. این روش با استفاده از گونۀ capricornutum Selenastrumرا اسکولبرگ[7] آغاز کرد (18) و بعدها آن را آژانس حفاظت محیط زیست امریکا[8] تحت‌عنوان پروتکل آزمایش جلبک به‌روش بطری[9] توسعه داد (19).‌ امروزه آزمایش سمیت در جلبک‌ها با استفاده از روش استاندارد (O.E.C.D[10]) صورت می‌گیرد (20). باتوجه به مطالعات محدود در ایران در زمینۀ تأثیر سموم کشاورزی بر جلبک‌ها، هدف از این پژوهش بررسی آثار این دسته از سموم مورداستفاده در مزارع کشاورزی و شالیزارها، در دو گروه حشره‌کش (مالاتیون ودیازینون)‌، علف‌کش (ماچتی و ساترن) بر جلبک سبز سندسموسکواردیکودا quadricauda Scenedesmusبا تأکید بر برآورد پویایی جمعیت و رشد و تعیین غلظت مؤثره[11] برای هریک از سموم فوق است.

 

‏‏مواد و روش‏ها.

تهیۀذخیرۀاولیه و خالص‌سازی جلبک: جلبک موردآزمایش Scenedesmus quadricauda متعلق به جنسScenedesmus تیرۀ Acenedesmaceae و راستۀ Chlorochocales از جلبک‌های سبزChlorophyta است (21). جمع‌آوری جلبک S. quadricauda از آب استخرهای خاکی کارگاه پرورش ماهیان مرکز تکثیر و پرورش اصفهان صورت گرفت. جلبک سندسموس پس از شناسایی، با کشت روی آگار خالص‌سازی شد. پس از اطمینان از خالص‌سازی، جلبک quadricaudaScenedesmusدر ارلن مایرهای دولیتری با محیط کشت [12]BBM مخصوص جلبک‌های آب شیرین جهت ذخیرۀ اولیۀ کشت داده شد. ترکیب محیط کشت BBM مورداستفاده در این پژوهش شامل NaNO3 (25 گرم)، K2HPO4 (10 گرم)، KH2PO4 (15 گرم)، MgSO4. 7H2O (5/7 گرم)، NaCl (5/2 گرم)، CaCl2 (5/2 گرم)، MnCl2 (44/1 گرم)، ZnSO4 (82/8 گرم)، MoO3 (71/0 گرم)، Co(NO3)2. 6H2O (49/0 گرم)، H3BO4 (4/11 گرم)، KOH (31 گرم)، FeSO4. 7H2O (98/4 گرم) و EDTA (50 گرم) که تماماً در یک لیتر آب مقطر ریخته شد و pH آن را قبل از اتوکلاوکردن با استفاده از HCl 1/0 نرمال و یا NaOH 1/0 نرمال در 8/6 تنظیم شد (22).

تهیۀسموم موردآزمایش: سموم استفاده‌شده در این پژوهش به‌ترتیب علف‌کش‌های ساترن 50درصد ساخت شرکت شیمیایی مشکفام فارس و ماچتی60درصد ساخت مجتمع صنعتی رجاشیمی، حشره‌کش‌های دیازینون60درصد و مالاتیون 57درصد ساخت آریاشیمی هستند. نظر به اینکه این سموم در مزارع کشاورزی و شالیزارها به‌طور وسیعی استفاده می‌شوند، برای این پژوهش تعیین و خریداری شد.

نحوۀانجام آزمایش: طول دورۀ آزمایش تعیین غلظت مؤثره 96 ساعت است و میزان مرگ‌ومیر در زمان‌های 24، 48، 72 و 96 ساعت محاسبه می‌شود. شایان ذکر است محاسبۀ غلظت مؤثره براساس بایومس (تراکم سلول‌ها) صورت گرفت که تعداد مرگ‌ومیر (تلفات) از زمان القای سم تا 24 ساعت، مرگ‌ومیر روز اول و بدین ترتیب تا روز چهارم محاسبه می‌شود. پس از آزمایش‌های اولیۀ تیمارهای نهایی براساس تصاعد هندسی برای هر سم 4 تیمار و 1 شاهد تعین شد. شامل غلظت‌های 0، 87/60، 087/6، 6087/0 و 06087/0 میکروگرم بر لیتر برای حشره‌کش دیازینون، غلظت‌های 0، 73/63، 373/6، 6373/0 و 06373/0 میکروگرم بر لیتر برای حشره‌کش مالاتیون، غلظت‌های 0، 36/58،836/5،5836/0 و 05836/0 میکروگرم بر لیتر برای علف‌کش ماچتی، غلظت‌های 0، 81/52، 281/5، 5281/0 و 05281/0 میکروگرم بر لیتر برای علف‌کش ساترن با 3 تکرار در هر تیمار تعیین شد. تیمارها در لوله‌های آزمایش 10میلی‌لیتری همراه با محیط کشت BBM در شرایط نوری 12 ساعت تاریکی و 12 ساعت روشنایی و شدت نور 60 میکرومول فوتون بر مترمربع بر ثانیه در دمای 2±21 درجه سانتیگراد قرار داده شد. شمارش روزانۀ جلبک‌ها از هر لوله به‌وسیلۀ لام هموسایتومتر (2/0 × 0625/0 میلیمتر) و میکروسکوپ اینورت[13] براساس روش مارتینز و چاکروف در سال 1975 انجام شد (23). تعیین غلظت مؤثرۀ نمونه‌ها با توجه به استاندارد O.E.C.D جهت ارزیابی سمیت در جلبک‌ها و آنالیز پروبیت[14] استفاده شد. میزان حداکثر غلظت مجاز[15] (میزان غلظت مؤثره 96ساعته تقسیم بر 10) که به‌عبارتی غلظت غیرمؤثر[16] نیز خوانده می‌شود و درجه سمیت طبق جداول استاندارد (2-3) مشخص شد (20).

آنالیز آماری: آنالیز آماری داده‌ها با آزمون واریانس یک‌طرفه[17] و ارزیابی احتمال معنی‌داربودن میانگین داده‌ها با آزمون دانکن[18] در سطح اطمینان 95درصد (05/0p<) تعیین شد. کلیۀ آنالیزهای آماری با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS نسخۀ ۱۶ و رسم نمودارها با استفاده از برنامۀ Excell 2013 انجام شد.

 

نتایج.

نمودارهای پویایی جمعیت برحسب تراکم سلولی( از زمان القای سموم به هر تیمار تا 24، 48، 72 و 96 ساعت) به‌ترتیب در شکل 1- 4 آورده شده است.

 

 

زمان بر حسب ساعت

شکل1- تغییرات پویایی جمعیت جلبک S. quadricauda در غلظت‌های مختلف دیازینون طی96 ساعت

 

 

زمان بر حسب ساعت

شکل2- تغییرات پویایی جمعیت جلبک S. quadricauda در غلظت‌های مختلف مالاتیون طی96 ساعت

 

 

زمان بر حسب ساعت

شکل3- تغییرات پویایی جمعیت جلبک S. quadricaudaدر غلظت‌های مختلف ماچتی طی96 ساعت

 

زمان بر حسب ساعت

شکل4- تغییرات پویایی جمعیت جلبک S. quadricauda در غلظت‌های مختلف ساترن طی96 ساعت

 

 

بررسی نمودارهای پویایی جمعیت (شکل4-1) نشان می‌دهد بیشترین و کمترین تراکم سلول‌های جلبک سبزScenedesmus quadricauda در حشره‌کش دیازینون مربوط به غلظت‌های6087/0 میکروگرم در لیتر (105×3/10سلول در هرمیلی لیتر) و 87/60 میکروگرم در لیتر (105×5سلول در هر میلی‌لیتر) است. در حشره‌کش مالاتیون بیشترین و کمترین تراکم سلول‌های جلبک مربوط به غلظت‌های 0637/0 میکروگرم در لیتر (105×88/8سلول در هر میلی‌لیتر) و 373/6 میکروگرم در لیتر (105×3/5سلول در هر میلی‌لیتر) است. در علف‌کش ماچتی بیشترین و کمترین تراکم سلول‌های جلبک مربوط به غلظت‌های 05836/0 میکروگرم در لیتر (105×4/8سلول در هر میلی‌لیتر) و 36/58 میکروگرم در لیتر (105×5/2سلول در هر میلی‌لیتر) است. در علف‌کش ساترن بیشترین و کمترین تراکم سلول‌های جلبک مربوط به غلظت‌های 05281/0 میکروگرم در لیتر (105×6/7سلول در هر میلی‌لیتر) و 81/52 میکروگرم در لیتر (105×87/1 سلول در هر میلی‌لیتر) است. نتایج آنالیز آماری نیز نشان‌دهندۀ اختلاف معنی‌دار در رشد روزانه (05/0>p) بین برخی از غلظت‌های مختلف در هر یک از سموم موردمطالعه بود. به‌طوری که افزایش غلظت سموم باعث تغییرات معنی‌داری (05/0>p) در تراکم سلولی می‌شود. در شکل‌های 8-5 به‌ترتیب میانگین درصد تغییرات سلول‌های جلبک سبز سندسموسکواردیکودا نسبت به سلول‌های اولیه تحت‌تأثیر غلظت‌های مختلف سموم موردمطالعه آورده شده است.

طبق شکل‌های 8-5 بیشترین کاهش سلول جلبک در گروه علف‌کش‌ها مربوط به ساترن در غلظت 81/52 میکروگرم بر لیتر و ماچتی در غلظت 36/58 میکروگرم بر لیتر، در گروه حشره‌کش‌ها مربوط به مالاتیون در غلظت 73/63 میکروگرم بر لیتر و دیازینون در غلظت 087/6 میکروگرم بر لیتر است. در جدول 1 غلظت‌های مؤثرۀ 96ساعته هر یک از سموم گزارش شده است.

 

جدول 1- غلظت‌های مؤثرۀ سموم

سم

EC5096ساعته 0

دیازینون

234/174 میکروگرم بر لیتر

مالاتیون

858/9 میکروگرم بر لیتر

ماچتی

9/1 میکروگرم بر لیتر

ساترن

029/1 میکروگرم بر لیتر

 

 

زمان بر حسب ساعت

 

شکل5- درصد تغییرات سلول‌های جلبک سبز سندسموسکواردیکودا نسبت به سلول‌های اولیه تحت‌تأثیر غلظت‌های مختلف دیازینون

 

 

زمان بر حسب ساعت

شکل6- درصد تغییرات سلول‌های جلبک سبز سندسموسکواردیکودا نسبت به سلول‌های اولیه تحت‌تأثیر غلظت‌های مختلف مالاتیون

 

زمان بر حسب ساعت

 

شکل 7- درصد تغییرات سلول‌های جلبک سبز سندسموسکواردیکودا نسبت به سلول‌های اولیه تحت‌تأثیر غلظت‌های مختلف ماچتی

 

زمان بر حسب ساعت

شکل 8- درصد تغییرات سلول‌های جلبک سبز سندسموسکواردیکودا نسبت به سلول‌های اولیه تحت‌تأثیر غلظت‌های مختلف ساترن        

 

 

براساس استاندارد آب آشامیدنی اتحادیۀ اروپا حداکثر غلظت مجاز آفت‌کش‌ها در منابع آبی 5/0 میکروگرم بر لیتر است (24). میزان غلظت مؤثرۀ دیازینون در طی چهار روز متوالی (96 ساعت) برای 50درصد از جمعیت جلبک سندسموسکواردیکودا 234/174 میکروگرم بر لیتر(جدول 1) و حداکثر غلظت مجاز این سم یا به‌عبارتی غلظت غیرمؤثر 423/17 میکروگرم بر لیتر به دست آمد. میزان غلظت مؤثرۀ مالاتیون در طی چهار روز متوالی (96 ساعت) 858/9 میکروگرم بر لیتر و حداکثر غلظت مجاز آن 985/0 میکروگرم بر لیتر است. میزان غلظت مؤثرۀ ماچتی در طی چهار روز متوالی (96 ساعت) 9/1 میکروگرم بر لیتر و حداکثر غلظت مجاز 19/0 میکروگرم بر لیتر است. میزان غلظت مؤثرۀ ساترن در طی چهار روز متوالی (96 ساعت) 029/1 میکروگرم بر لیتر و حداکثر غلظت مجاز 102/0 میکروگرم بر لیتر است.

 

 

بحث و نتیجه‏‏گیری.

در مطالعه سمیت کوتاه‌مدت یا حاد[xix] دو متغیر حائز اهمیت است؛ یکی میزان پاسخ موجود زنده به سم که به‌صورت مرگ‌ومیر اندازه‌گیری می‌شود و دیگری غلظت سم مورداستفاده یا غلظت‌های مختلف (13). امروزه با افزایش کاربرد بسیاری از ترکیبات شیمیایی در بخش‌های کشاورزی و صنعتی در دنیا ضروری است روش‌های سنجش و تعیین مقادیر سمیت این‌گونه ترکیبات نیز توسعه پیدا کند. در مرحلۀ نخست، سمیت حاد این مواد بر جلبک‌ها، ماهی‌ها و دیگر موجودات زنده باید ارزیابی شود تا خطرهای ناشی از مواجهه با آنها مشخص شوند (25). بررسی میزان رشد جلبک Scenedesmus quadricauda طبق شکل 1- 6 نشان می‌دهد جلبکS. quadricaudaدربرابر حشره‌کش دیازینون در غلظت 87/60 میکروگرم بر لیتر بعد از 24ساعت و در غلظت 6087/0 میکروگرم بر لیتر بعد از 48 ساعت توانایی غلبه بر شرایط موجود را داشته و به رشد خود ادامه داده است. درمورد حشره‌کش مالاتیون نیز در غلظت‌های 373/6 و 6373/0 میکروگرم بر لیتر بعد از 24 ساعت مشابه حالت قبل، اقدام به بازسازی جمعیت خود با تقسیم سلولی و درنهایت رشد کرده است؛ از دلایل این امر جدا از مقاوم‌بودن جلبکS. quadricaudaطبق مطالعۀ حاضر[xx]‌، می‌توان به حل‌نشدن این گروه از آفت‌کش‌های ارگانوفسفره در آب و عملکرد این گروه، مهارکنندۀ آنزیم استیلکولیناستراز در سیستم عصبی اشاره کرد. هرچند این نوع حشره‌کش‌ها برای جلبک‌ها از اکثر ارگانوکلره‌ها کمتر سمی‌اند (26)؛ اما استفادۀ وسیع از سموم ارگانوفسفره و در معرض قرارگرفتن متعاقب با جمعیت‌های آبزی ممکن است تهدیدی جدی برای رشد جلبک‌ها و تنوع جمعیت ایجاد کند (27). در علف‌کش‌های ماچتی و ساترن نیز طی 24 و 48 ساعت به‌ترتیب در غلظت‌های 36/58، 836/5، 5836/0، 5281/0 و 05281/0 میکروگرم بر لیتر شاهد نوساناتی با توجه به نقش بازدارندگی رشد (تقسیم سلولی) توسط این علف‌کش‌ها در جمعیت جلبک
 S. quadricaudaهستیم. در مطالعات جفروی[xxi] و همکاران علف‌کش فلومیگزانین[xxii] بطورشدیدی باعث بازدارندگی رشد Scenedesmus obliquus با کاهش تقسیم سلولی شده است(28). نتایج استفاده از علف کش اکسی فلورفن[xxiii] و دیوران[xxiv] در مطالعات جفروی وهمکاران نشان داد که شدیداً مانع رشد Scenedesmus obliquusشده است (29). در مطالعات ونگ[xxv] در حضور غلظت کم علف‌کش‌های2,4-D یا گلیفسات [xxvi]باعث تحریک رشدS. quadricauda شده است و در غلظت‌های بیشتر (200 و 20 میلی‌گرم در لیتر به‌ترتیب برای 2,4-D و گلیفسات) رشد کاملاً متوقف شد و درنتیجه کاهش یا افزایش در غلظت سم باعث تحریک یا توقف رشد جلبک می‌شود (6). سموم و علف‌کش‌های مختلف به‌گونه‌ای طراحی و ساخته می‌شوند که بتوانند به‌صورت انتشار از غشای سلولی عبور کنند. این مواد پس از ورود به سلول معمولاً فرآیندهای متابولیسمی سلول مانند فتوسنتز، تنفس و فرایندهای بیوسنتزی را هدف قرار می‌دهند (29). علف‌کش‌ها در غلظت‌های بالا باعث کاهش کلروفیل جلبک و غشای سلولی آن را متلاشی و تأثیر منفی بر رشد سلولی و فتوسنتز جلبک‌ها می‌گذارند. معمولاً سمیت سم در ارگانیسم هدف به دو عامل بستگی دارد: نفوذ ازطریق غشای بیولوژیکی و اثر متقابل سم در مکان اثر(30). جانقانز[xxvii] و همکاران مشاهده کردند تفاوت مقادیر غلظت مؤثره در علف‌کش‌های گروه کلرواستامید در جلبک سبز Scenedesmus vacuolatusبه‌شدت با مولکول‌های لیپوفلیسیته (چربی‌دوست) علف‌کش‌ها در ارتباط است (31). همچنین در مطالعات بونت[xxviii] و همکاران مشخص شد که بین سمیت و آب‌گریزی در چند نوع علف‌کش و نحوۀ اثرشان بر گیاهان آبزی و جلبک ارتباط معنی‌داری وجود دارد (32). سموم ارگانوفسفره به‌لحاظ ممانعت از فعالیت آنزیم استیلکولیناستراز، سموم ارگانوکلره ازنظر امکان تجمع در بدن موجودات زنده و افزایش غلظت در زنجیرۀ غذایی و سموم کارباماته به‌لحاظ آثار جهش‌زایی و تأثیر بر سیستم اعصاب مرکزی بسیار مهم هستند (10). طبق جداول 2-3 و با توجه به مقادیر حداکثر غلظت مجاز می‌توان درجۀ سمیت سموم موردآزمایش برای جلبک Scenedesmus quadricauda در این مطالعه را تعیین کرد. بدین ترتیب سموم دیازینون، مالاتیون در درجۀ غیرسمی، سموم ماچتی، ساترن در درجۀ سمیت کم برای جلبک سندسموسکواردیکودا قرار می‌گیرند. متأسفانه اطلاعات چندانی دربارۀ آثار سمیت حشره‌کش‌ها بر جلبکS. quadricaudaدر دسترس نیست. درمورد آزمایشات سمیت علف‌کش‌های مختلف بر گونه‌های جنس سندسموس (Scenedesmus spp.)، جانقانز و همکاران مقدار غلظت مؤثره برای علف‌کش متاکلر در جلبک Scenedesmus vacuolatus ۲۳۲ میکروگرم بر لیتر (31)‌، ما وهمکارانمقدار غلظت مؤثره برای علف‌کش بوتاکلر در جلبک Scenedesmus quadricauda2/0 میلی‌گرم بر لیتر (7)، هی[xxix] و همکاران مقدار غلظت مؤثره برای علف‌کش بوتاکلر در جلبک Scenedesmus obliquus31/2 میلی‌گرم‌ بر لیتر (33)، نیستروم[xxx] و همکاران مقادیر غلظت مؤثره برای علف‌کش‌های کلروسولفورون و مت‌سولفورون‌متیل در جلبک Scenedesmus obtusiusculusبه‌ترتیب 10 و 15 میکرومولار (34) و ایبراهیم[xxxi] مقادیر غلظت مؤثره برای علف‌کش گراماکسون در Scenedesmus dimorphus8/39 میکروگرم بر لیتر به دست آورده‌اند (35). اختلاف در مقادیر غلظت مؤثره در آزمایش‌های سمیت در جلبک‌هاتحت‌تأثیر فاکتورهایی نظیر دما، pH، میزان و شدت نور، مدت‌زمان و نحوۀ انجام آزمایش، تراکم جلبک، نوع سموم، محیط کشت و جلبک مورداستفاده است (36) که بخشی از تفاوت‌ها را توجیه می‌کند. در بررسی مقایسۀ ارزیابی سمیت در سایر بیواندیکانورها می‌توان به مطالعۀ اکوتوکسیکولوژی دافنی ماگناDaphina magna تحت‌تأثیر سموم ماچتی، ساترن، دیازینون و مالاتیون که پیری و همکاران انجام داده‌اند اشاره کرد. مقادیر غلظت مؤثره در 24 ساعت برای سموم ذکرشده به‌ترتیب، 49/18، 46/4، 31/0 و 5/1 میلی‌گرم در لیتر به دست آمد و سموم حشره‌کش در کلاس خیلی سمی برای این ارگانیسم ارزیابی شد (37). مقایسه‌ای که پیری و اردگ بین سمیت دافنی ماگنا Daphina magna و جلبکSelenastrum capricornutum انجام دادند نشان داد حساسیت دافنی در برابر سموم شیمیایی کمتر است و در بین آنها سموم ریلف‌اچ و ساترن سمی‌ترین علف‌کش برای دافنی ماگنا ارزیابی شد (38). گونه‌های جنس سندسموس (Scenedesmus spp.) را اغلب برای نشان‌دادن تغییرات فیزیکوشیمیایی و شرایط زیست‌محیطی استفاده می‌کنند و همچنین برای حذف و جذب مواد مغذی یا سموم در اکوسیستم‌های آبی بسیار کاربرد دارد (39). تجزیۀ آرام و بلندمدت آفت‌کش‌ها در طبیعت و انباشت تدریجی آنها در بدن جاندران یکی از مهم‌ترین مسائل شایانِ‌توجه در استفاده و توسعۀ آفت‌کش‌ها است. در صورتی که هرگونه آفت‌کش با درنظرگرفتن ویژگی‌های شیمیایی آن به‌طور صحیح استفاده شود، می‌تواند در افزایش عملکرد محصولات کشاورزی و د نتیجه بهبود کیفیت زندگی انسان مؤثر واقع شود؛ در غیر این صورت، ضربات جبران‌ناپذیر بر پیکرۀ طبیعت وارد خواهد کرد (40)؛ بنابراین با توجه به نتایج این مطالعه و اهمیت و نقش جلبک‌ها در زنجیرۀ غذایی (41) در طبیعت و از طرفی تهدید جوامع آبزی با ورود سموم کشاورزی مختلف، مدیریت صحیح و نظارت بر مصرف همراه با کنترل سموم ضروری است. همچنین از S. quadricaudaمیتوانبه‌عنوان یک شاخص بیولوژیکی در منابع آبی به‌دلیل پاسخ‌های سریع به آلاینده‌ها استفاده کرد و درنتیجه نیاز به مطالعات دقیق وگسترده‌تری دارد.

 

 

جدول2- تقسیم‌بندی علف‌کش‌ها براساس میزان سمیت (برحسب میلی‌گرم بر لیتر) (42)

سطح

درجه سمیت

EC50

A

غیرسمی

500<

B

سمیت کم

500-100

C

سمیت متوسط

100-10

D

سمی

1-9

E

خیلی سمی

1>

 

جدول3- تقسیم‌بندی حشره‌کش‌ها براساس میزان سمیت (برحسب میلی گرم برلیتر) (43)

سطح

درجه سمیت

EC50

A

تقریباً غیرسمی

100<

B

سمیت کم

10- 100

C

سمیت متوسط

1-10

D

سمیت زیاد

1/0 - 1

E

سمیت خیلی زیاد

1/0>

 

تشکر و قدردانی

از معاونت پژوهشی دانشگاه صنعتی اصفهان برای فراهم‌آوردن بودجه و امکان پژوهش و همچنین از کارشناسان محترم گروه شیلات دانشکده منابع طبیعی که نهایت همکاری را در انجام این پژوهش به عمل آوردند، تشکر و سپاسگزاری می‌شود.



[1]- CIBA-Geigy

[2]- AChE

[3]- Monsanto

[4]- ACCase

[5]- Kumiai

[6]- Allen and Nelson

[7]- Skulberg

[8]- EPA

[9]- algal assay bottle test” protocol (AAP test)

[10]- Organisation for Economic Co-operation and Development

[11]- EC50

[12]- Bold Basal Medium

[13]- Ceti Belgium

[14]- ProbitAnalysis

[15]- Mac value

[16]- NOEC

[17]- One- way ANOVA

[18]- Duncan

[xix]- Acute toxicity

[xx]- Ma

[xxi]- Geoffroy

[xxii]- flumioxazin

[xxiii]- oxyfluorfen

[xxiv]- diuron

[xxv]- Wong

[xxvi]- Glyphosate

[xxvii]- Junghans

[xxviii]- Bonnet

[xxix]- He

[xxx]- Nystrom

[xxxi]- Ibrahim

(1)              Hela DG., Lambropoulou DA., Konstantinou IK., Albains TA. Environmental monitoring and ecological risk assessment for pesticide contamination and effects in Lake Pamvotis, northwestern Greece. Environmental Toxicology and Chemistry 2005; 24(6): 1548-56.

(2)              Kardavani P. Geo Hydrobiology. Tehran: Tehran University Press; 1995.

(3)              Ma J. Differential sensitivity to 30 herbicides among populations of two green alga Scenedesmus obliquus and Chlorella pyrenoidosa. Environmental Contamination and Toxicology 2002; 68(1): 275–281.

(4)              Kumar A. Aquatic Environment and Toxicology. Environment Biology Reserarch Unit. Dumaka: Dumaka University Press; 2003.

(5)              Fairchild JF., Ruessler DS., Carlson AR. Comparative sensitivity of five species of macrophytes and six species of algae to atrazine, metribuzin, alachlor, and metolachlor. Environmental Toxicology and Chemistry 1998; 17(1): 1830–1834

(6)              Wong PK. Effects of 2,4-D glyphosate and paraquat on growth, photosynthesis and chlorophyll a synthesis of Scenedesmus quadricauda. Chemosphere 2000; 41(1): 177-182.

(7)              Ma J., Lin F., Wang S., Xu L. Acute toxicity assessment of 20 herbicides to the green alga Scenedesmus quadricauda. Environmental Contamination & Toxicology 2004; 72(1): 1164–1171.

(8)              Young A‌L. Minimising the risk aociated with peticides minimizing the risk. ragsdale N., kuhr R‌J. (editors). Washington DC: American Chemical Society; 1987.

(9)              FAO/ WHO. Pesticide residue a food.Joint FAO/WHO. Available from: http://www.fao.org/fileadmin/templates/agphome/documents/Pests_Pesticides/JMPR/2008_JMPR_Evaluations.pdf; 2008.

(10)          Abdel-Halim K‌Y., Salama A‌K., El Khatceb E‌N., Bakrym N‌M. Organophosphates pollutants in aquatic environment at Damieta Governorate, Egypt: implication for monitoring and public Health Risks. WashingtonDC: World Research Institute;2006.

(11)          Edwards JW., Lee SG., Heath LM., Pisaniello DL. Worker exposure and a risk assessment of malathion and fenthion used in the control of Mediterranean fruit fly in South Australia. Environmental Research 2007;‌ 103(1): 38 –45.

 

(12)          Tomlin CDS. The Pesticide Manual - World Compendium. 11 th ed. British Crop. England:Protection Council Surrey; 1997‌.

(13)          Elia A‌C., Galarini R., Taticchi M‌I., Dorr A‌J., Mantilacci L. Antioxidant responses

(14)          and bioaccumulation in Ictalurusmelas under mercury exposure. Ecotoxicology and Environmental Safety 2003; 55(1): 162–167.

(15)          Weed Society of America. Herbicide Handbook. 6th edition. USA:Champaign IL; 1994.

(16)          Zand A., Saremi H. Herbicides, BiologyandApplication. Zanjan: Zanjan University Press; 2002.

(17)          Zachleder V., Wittenburg E., Abarzua S. Factors controlling the inhibitory effects of 3, 4-benzo (a) pyrene on the chlorococcal alga Scenedesmus quadricauda. Archiv für Hydrobiologie 1986; 43(1): 281-296.

(18)          Allen E‌J., Nelson E‌W. On the artificial culture of marine plankton organisms. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom 1910; 8(1): 421-474.

(19)          Skulberg O‌M. Algal Problems Related to the Eutrophication of European Water Supplies and a Bio-Assay Method to Assess Fertilizing Influences of Pollution on Inland Waters. In: Algae and Man Ed. Jackson D‌F. NewYork: Plenum Press; 1964: 262-299.

(20)          EPA Method 507. Test Method for Drinking Water and Raw Source Water. Pesticides Capillary Column. USA: EPA; ‌1987: 1-6.

(21)          O.E.C.D. Guideline for testing on chemicals. Freshwater Alga and Cyanobacteria, Growth Inhibition Test. USA: OECD; 2006.

(22)          Hegewald E., Hanagata N. Validation of the new combinations of Coelastrella and Neodesmus and the description of the new subfamily Desmodesmoideae of the Scenedesmaceae

(23)          (Chlorophyta). Archiv für Hydrobiologie 2002; 11(‌143): 7-9.

(24)          Nichols HW. Growth media – freshwater. In: Stein JR, (editor). Handbook of Phycological Methods Culture Methods and Growth Measurements. Cambridge: Cambridge University Press; 1973: 7–24.

(25)          Martinez M‌P., Chakroff J‌B‌P. Direct phytoplankton counting technique using using the hemacytometer. Philippine Agriculture Science 1975; 59(1): 43-50.

(26)          Gray NF. Drinking Water Quality problems and solutions.‌ NewYork: JohnWileyandSons;‌ 1996.

(27)                                                                                                                        Brando C., Bohets HL., Vyver IE., Dierickx PJ. Correlation between the in vivo cytotoxicity to cultured fathead minnow fish cells and fish lethality data for 50 chemicals. Chemosphere 1992; 25(2): 553-62.

(28)          Duttaa H‌M., Meijerb H‌J‌M. Sublethal effects of diazinon on the structure of the testis of bluegill, Lepomis macrochirus: a microscopic analysis. Environmental Pollution 2003; 4(1): 355–36.

(29)          Doggett S‌M., Rhodes R‌G. Effects of a Diazinon Formulation on Unialgal Growth Rates and Phytoplankton Diversity. Environmental contamination and toxicology 1991; 47(1): 36-42.

(30)          Geoffroy L., Frankart C., Eullaffroy P. Comparison of different physiological parameter responses in Lemna minor and Scenedesmus obliquus exposed to herbicide flumioxazin. Environmental Pollution 2004; 12(131): 234-241.

(31)          Geoffroy L., Teisseire H., Couderchet M., Vernet G. Effect of oxyfluorfen and diuron alone and in mixture on antioxidative enzymes of Scenedesmus obliquus Pesticide Biochemistry and Physiology 2002; 12(72): 178–185.

(32)          McFarland J‌W. On the parabolic relationship between drug potency and hydrophobicity. Journal of Medicinal Chemistry 1970; 13(1): 1192–1196.

(33)          Junghans M., Backhaus T., Faust M., Scholze M., Grimme LH. Predictability of combined effects of eight chloroacetanilide herbicides on algal reproduction. Pest Management Science 2003; 8(59): 1101–1110.

(34)          Bonnet J‌L., Bonnemoy F., Dusser M., Bohatier J. Assessment of the potential toxicity of herbicides and their degradation products to nontarget cells using two microorganisms, the bacteria Vibrio fischeri and the ciliate Tetrahymena pyriformis. Environmental Toxicology 2007; 12(1): 78–91.

(35)          He H., Yu J., Chen G., Li W., He J., Li H. Acute toxicity of butachlor and atrazine to freshwater green alga Scenedesmus obliquus and cladoceran Daphnia carinata. Ecotoxicology and Environmental Safety 2012; 12(80): 91–96

(36)          Nystrom B., Bjomsater B., Blanck H. Effects of sulfonylurea herbicides on non-target aquatic micro-organisms Growth inhibition of micro-algae and short-term inhibition of adenine and thymidine incorporation in periphyton communities Aquatic Toxicology 1999; 12(47): 9–22.

(37)          Ibrahim E‌A. The influence of the herbicide paraquat gramoxon on growth and metabolic activity of three chlorophytes. Water, Air & Soil Pollution 1990; 51: 89–93.

(38)          Lewis M‌A. Use of freshwater plants for phytotoxicity testing: A review. Environmental Pollution 1995; 12(87): 319–336.

(39)          Piri M., Nezami SH., Ordog V. Ecotoxicology study of Daphnia magna and Effect of Machete , Saturn, Diazinon, Malathion on this organism. Iranian Fisheries 1998; 6(3): 23-34.

(40)          Piri M., Ordog V. Effect of some herbicides commonly used in Iran on Selenastrum carpricornutum and Daphnia magna. Iranian Fisheries 1997; 6(2): 19-26.

(41)          Trainor FR. The sequence of ecomorph formation in a phenotypicly plastic, multispined Scenedesmus species(Chlorophyceae). Archiv für Hydrobiologie 1995; 15(133): 161-171.

(42)          ‌Abedini M. EnvironmentalChemistry.Tehran: University Press Center; 2010.

(43)          Naderi Farsani M., Meshkiniy S., Manaffar R., Asal Pishe Z. Response of growth, protein and fatty acid content of Desmodesmus cuneatus to the repletion and depletion of nitrogen. Biological Journal of Microorganism 2015; 3(‌12): 59- 68.

(44)          Wasserweschadstoff-katalog H. Berlin, Germany: Von Institute für Wasserwirtschaft; 1975.

(45)          ‌Pesticide Dictionary Fertilizer Dictionary. Farm Chemical Handbook.‌ American: Meister; 1993.