이 연구에서는 상업용 살상력, 미살상력 및 독성을 평가했습니다.시페르메트린무란 올챙이에 대한 제형. 급성 시험에서 100–800 μg/L의 농도를 96시간 동안 시험했습니다. 만성 시험에서 자연적으로 발생하는 시페르메트린 농도(1, 3, 6 및 20 μg/L)를 사망률을 위해 시험한 다음, 미소핵 검사와 적혈구 핵 이상을 7일 동안 시험했습니다. 올챙이에 대한 상업용 시페르메트린 제형의 LC50은 273.41 μg L−1이었습니다. 만성 시험에서 가장 높은 농도(20 μg L−1)는 시험한 올챙이의 절반을 죽였기 때문에 50% 이상의 사망률을 초래했습니다. 미소핵 검사는 6 및 20 μg L−1에서 유의미한 결과를 보였으며 여러 핵 이상이 검출되어 상업용 시페르메트린 제형이 P. gracilis에 대해 유전독성 가능성이 있음을 나타냅니다. 시퍼메트린은 이 종에게 고위험 물질로, 여러 문제를 야기하고 단기 및 장기적으로 이 생태계의 역학에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 따라서 시판 시퍼메트린 제제는 P. gracilis에 독성을 나타낼 수 있다고 결론지을 수 있습니다.
농업 활동의 지속적인 확대와 집약적인 적용으로 인해해충 방제수생 동물은 살충제에 자주 노출됩니다.1,2 농경지 근처의 수자원 오염은 양서류와 같은 비표적 생물의 발달과 생존에 영향을 미칠 수 있습니다.
양서류는 환경 지표 평가에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 무미류(Anurans)는 복잡한 생활사, 빠른 유충 성장 속도, 영양 상태, 투과성 피부10,11, 생식을 위한 물 의존성12, 그리고 보호되지 않은 알11,13,14과 같은 고유한 특성으로 인해 환경 오염 물질의 좋은 생물 지표로 간주됩니다. 흔히 울음개구리(weeping frog)로 알려진 작은물개구리(Physalaemus gracilis)는 살충제 오염의 생물 지표종으로 알려져 있습니다4,5,6,7,15. 이 종은 아르헨티나, 우루과이, 파라과이, 브라질의 정체수역, 보호구역 또는 다양한 서식지에서 발견되며1617, 넓은 분포 범위와 다양한 서식지에 대한 내성으로 인해 IUCN 분류에서는 안정적인 종으로 간주됩니다18.
양서류에서 시퍼메트린 노출 후 치사량에 가까운 영향이 보고되었는데, 여기에는 올챙이의 행동, 형태 및 생화학적 변화23,24,25, 사망률 및 변태 시간 변화, 효소 변화, 부화 성공률 감소24,25, 과잉행동26, 콜린에스테라제 활성 억제27, 그리고 유영 능력 변화7,28 등이 포함됩니다. 그러나 양서류에서 시퍼메트린의 유전독성 영향에 대한 연구는 제한적입니다. 따라서 무미류 종의 시퍼메트린 감수성을 평가하는 것이 중요합니다.
환경 오염은 양서류의 정상적인 성장과 발달에 영향을 미치지만, 가장 심각한 부작용은 살충제 노출로 인한 DNA의 유전적 손상입니다.13 혈액 세포 형태 분석은 오염 및 야생종에 대한 물질의 잠재적 독성을 나타내는 중요한 생물학적 지표입니다.29 소핵 검사는 환경 내 화학 물질의 유전독성을 측정하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다.30 이 검사는 빠르고 효과적이며 저렴한 방법으로, 양서류와 같은 생물체의 화학적 오염을 잘 나타내는 지표이며31,32 유전독성 오염 물질 노출에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.33
이 연구의 목적은 미소핵 검사와 생태학적 위험 평가를 사용하여 상업용 사이페르메트린 제제가 작은 수생 올챙이에 미치는 독성 가능성을 평가하는 것입니다.
시험의 급성 기간 동안 상업용 시페르메트린의 다양한 농도에 노출된 P. gracilis 올챙이의 누적 사망률(%).
만성 테스트 동안 다양한 농도의 상업용 시페르메트린에 노출된 P. gracilis 올챙이의 누적 사망률(%).
관찰된 높은 사망률은 서로 다른 농도의 시페르메트린(6 및 20 μg/L)에 노출된 양서류에서 유전독성 효과로 인한 것으로, 소핵(MN)의 존재와 적혈구의 핵 이상을 통해 입증되었습니다. 소핵의 형성은 유사분열 오류를 나타내며, 염색체와 미세소관의 결합 불량, 염색체 흡수 및 운반을 담당하는 단백질 복합체의 결함, 염색체 분리 오류, DNA 손상 복구 오류38,39와 관련이 있으며, 살충제로 인한 산화 스트레스40,41와 관련이 있을 수 있습니다. 평가된 모든 농도에서 다른 이상 징후가 관찰되었습니다. 시페르메트린 농도가 증가함에 따라 적혈구의 핵 이상은 최저(1 μg/L) 및 최고(20 μg/L) 용량에서 각각 5%와 20% 증가했습니다. 예를 들어, 종의 DNA 변화는 단기 및 장기 생존 모두에 심각한 결과를 초래할 수 있으며, 개체군 감소, 생식 적합도 변화, 근친 교배, 유전적 다양성 손실, 그리고 이동률 변화를 초래할 수 있습니다. 이러한 모든 요인은 종의 생존과 유지에 영향을 미칠 수 있습니다42,43. 적혈구 이상 형성은 세포질 분열의 차단을 나타낼 수 있으며, 이는 비정상적인 세포 분열(이핵 적혈구)44,45을 초래합니다. 다엽 핵은 여러 개의 엽으로 이루어진 핵막의 돌출부입니다46. 또한, 핵신/수포47와 같은 다른 적혈구 이상은 DNA 증폭과 관련이 있을 수 있습니다. 무핵 적혈구의 존재는 특히 오염된 물에서 산소 운반 장애를 나타낼 수 있습니다48,49. 세포자멸사는 세포 사멸을 나타냅니다50.
다른 연구에서도 시퍼메트린의 유전독성 효과가 입증되었습니다. Kabaña 외 연구진은 96시간 동안 고농도의 시퍼메트린(5,000 및 10,000 μg L−1)에 노출된 후, 아메리카산 참개구리(Odontophrynus americanus) 세포에서 소핵과 이핵 세포, 세포자멸사 세포와 같은 핵 변화가 관찰되었다고 밝혔습니다. 시퍼메트린에 의해 유도된 세포자멸사는 P. biligonigerus52와 Rhinella arenarum53에서도 관찰되었습니다. 이러한 결과는 시퍼메트린이 다양한 수생 생물에 유전독성 효과를 나타내며, MN 및 ENA 분석법이 양서류에 대한 아치사적 효과를 나타내는 지표가 될 수 있으며, 독성 물질에 노출된 토종 및 야생 개체군에도 적용될 수 있음을 시사합니다.12
영어: 상업용 사이퍼메트린 제형은 높은 환경 위험(급성 및 만성 모두)을 초래하며, HQ는 미국 환경 보호청(EPA) 수준54을 초과하여 환경에 존재할 경우 종에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 만성 위험 평가에서 사망률에 대한 NOEC는 3μg L−1이었으며, 이는 물에서 발견되는 농도가 종에 위험을 초래할 수 있음을 확인시켜 줍니다55. 엔도설판과 사이퍼메트린 혼합물에 노출된 R. arenarum 유충의 치사적 NOEC는 168시간 후 500μg L−1이었으며, 이 값은 336시간 후 0.0005μg L−1로 감소했습니다. 저자들은 노출 시간이 길어질수록 종에 해로운 농도가 낮아진다는 것을 보여줍니다. 또한 NOEC 값이 동일한 노출 시간에서 P. gracilis의 값보다 높았으며, 이는 사이퍼메트린에 대한 종의 반응이 종 특이적임을 나타낸다는 점을 강조하는 것이 중요합니다. 또한, 사망률 측면에서, 시퍼메트린 노출 후 P. gracilis의 CHQ 값은 64.67에 도달하여 미국 환경보호청(EPA)에서 정한 기준치보다 높았고, R. arenarum 유충의 CHQ 값 또한 이 값(336시간 후 CHQ > 388.00)보다 높았습니다. 이는 연구된 살충제가 여러 양서류 종에 높은 위험을 초래함을 시사합니다. P. gracilis가 변태를 완료하는 데 약 30일이 걸린다는 점을 고려할 때, 연구된 시퍼메트린 농도는 감염된 개체가 어린 나이에 성충 또는 생식 단계에 진입하는 것을 막아 개체군 감소에 기여할 수 있다고 결론지을 수 있습니다.
소핵 및 기타 적혈구 핵 이상에 대한 계산된 위험 평가에서 CHQ 값은 14.92에서 97.00 사이로, 이는 시퍼메트린이 자연 서식지에서도 P. gracilis에 잠재적인 유전독성 위험을 가짐을 시사합니다. 사망률을 고려할 때, P. gracilis가 견딜 수 있는 이물질 화합물의 최대 농도는 4.24μg/L였습니다. 그러나 1μg/L만큼 낮은 농도에서도 유전독성 효과가 나타났습니다. 이러한 사실은 이상 개체 수의 증가로 이어질 수 있으며,57 서식지에서 종의 발달 및 번식에 영향을 미쳐 양서류 개체군 감소로 이어질 수 있습니다.
살충제 시퍼메트린의 시판 제형은 P. gracilis에 대해 높은 급성 및 만성 독성을 나타냈습니다. 미세핵과 적혈구 핵 이상, 특히 톱니핵, 엽상핵, 소포핵의 존재로 미루어 보아 독성 효과로 인한 것으로 추정되는 높은 사망률이 관찰되었습니다. 또한, 연구 대상 종은 급성 및 만성 환경적 위험 증가를 보였습니다. 이러한 데이터를 본 연구 그룹의 이전 연구와 결합하면, 시퍼메트린의 다른 시판 제형조차도 P. gracilis에서 아세틸콜린에스테라제(AChE)와 부티릴콜린에스테라제(BChE) 활성 감소와 산화 스트레스58를 유발하고, 유영 활동과 구강 기형59의 변화를 초래하는 것으로 나타났습니다. 이는 시퍼메트린의 시판 제형이 이 종에 대해 높은 치사 및 아치사 독성을 나타냄을 시사합니다. Hartmann et al. 60명의 연구진은 시퍼메트린의 시판 제형이 다른 9종의 살충제에 비해 P. gracilis와 같은 속의 다른 종(P. cuvieri)에 가장 큰 독성을 보였다는 사실을 발견했습니다. 이는 환경 보호를 위해 법적으로 허용된 시퍼메트린 농도가 높은 사망률과 장기적인 개체군 감소를 초래할 수 있음을 시사합니다.
양서류에 대한 살충제의 독성을 평가하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다. 환경에서 검출되는 농도는 높은 사망률을 유발하고 P. gracilis에 잠재적 위험을 초래할 수 있기 때문입니다. 양서류, 특히 브라질 종에 대한 자료가 부족하므로 양서류에 대한 연구를 장려해야 합니다.
만성 독성 시험은 정적 조건에서 168시간(7일) 동안 진행되었으며, 치사량에 가까운 농도는 1, 3, 6, 20 μg ai L−1이었습니다. 두 실험 모두 처리군당 올챙이 10마리씩 6회 반복하여 평가했으며, 농도당 총 60마리의 올챙이를 사용했습니다. 한편, 물만 처리한 처리군은 음성 대조군으로 사용했습니다. 각 실험 장치는 500 ml 용량의 멸균 유리 접시로 구성되었으며, 용액 50 ml당 올챙이 1마리의 밀도를 유지했습니다. 플라스크는 증발을 방지하기 위해 폴리에틸렌 필름으로 덮고 지속적으로 통기시켰습니다.
0, 96, 168시간 후의 살충제 농도를 측정하기 위해 물을 화학적으로 분석했습니다. Sabin 외 연구진 68 과 Martins 외 연구진 69 에 따르면, 분석은 산타마리아 연방대학교 살충제 분석실(LARP)에서 삼중 사중극자 질량 분석기(Varian 모델 1200, 미국 캘리포니아주 팔로알토)와 결합된 가스 크로마토그래피를 사용하여 수행되었습니다. 물 속 살충제의 정량 분석은 보충 자료(표 SM1)에 제시되어 있습니다.
소핵 검사(MNT)와 적혈구 핵 이상 검사(RNA)를 위해 각 처리군에서 15마리의 올챙이를 분석했습니다. 올챙이는 5% 리도카인(50 mg g-170)으로 마취시키고, 일회용 헤파린 주사기를 사용하여 심장 천자를 통해 혈액 샘플을 채취했습니다. 혈액 도말은 멸균 현미경 슬라이드에 준비하여 공기 건조하고, 100% 메탄올(4°C)로 2분간 고정한 후, 10% 김자 용액으로 15분간 암실에서 염색했습니다. 염색이 끝나면 슬라이드를 증류수로 세척하여 과도한 염색을 제거하고 실온에서 건조했습니다.
각 올챙이에서 최소 1000개의 RBC를 71배 목적의 100배 현미경을 사용하여 분석하여 MN과 ENA의 존재를 확인했습니다.올챙이에서 총 75,796개의 RBC를 시페르메트린 농도와 대조군을 고려하여 평가했습니다.유전독성은 Carrasco et al. 및 Fenech et al.38,72의 방법에 따라 다음 핵 병변의 빈도를 확인하여 분석했습니다.(1) 무핵 세포: 핵이 없는 세포;(2) 세포사멸 세포: 핵 단편화, 프로그램된 세포 사멸;(3) 이핵 세포: 핵이 두 개인 세포;(4) 핵싹 또는 거품 세포: 핵막의 작은 돌출부가 있는 핵을 가진 세포, 소핵과 크기가 비슷한 거품;(5) 핵분해 세포: 내부 물질이 없는 핵의 윤곽만 있는 세포; (6) 노치 세포: 핵에 뚜렷한 균열이나 노치가 있는 세포로, 신장 모양 핵이라고도 함; (7) 소엽 세포: 앞서 언급한 소포보다 큰 핵 돌출부를 가진 세포; (8) 미세 세포: 핵이 응축되고 세포질이 감소된 세포. 이러한 변화는 음성 대조군 결과와 비교되었다.
급성 독성 시험 결과(LC50)는 GBasic 소프트웨어와 TSK-Trimmed Spearman-Karber 방법74을 사용하여 분석했습니다. 만성 시험 데이터는 오차 정규성(Shapiro-Wilks)과 분산의 동질성(Bartlett)을 사전 검정했습니다. 결과는 일원 분산 분석(ANOVA)을 사용하여 분석했습니다. Tukey 검정은 데이터 간 비교에 사용되었고, Dunnett 검정은 치료군과 음성 대조군 간의 데이터 비교에 사용되었습니다.
LOEC 및 NOEC 자료는 Dunnett 검정을 사용하여 분석하였다. 통계 검정은 Statistica 8.0 소프트웨어(StatSoft)를 사용하여 유의수준 95%(p < 0.05)로 수행하였다.
게시 시간: 2025년 3월 13일