Toxicidade do herbicida Roundup WG durante o desenvolvimento embrionário e larval do peixe-zebra Danio rerio

Abstract

Os herbicidas à base de glifosato têm sido cada vez mais utilizados mundialmente com o intuito de inibir o crescimento de plantas daninhas na agricultura e, assim, aumentar a produção. Contudo, devido à alta solubilidade desses herbicidas em água, quando aplicados nas lavouras penetram no solo, podendo atingir ambientes aquáticos e afetar organismos não-alvo. Deste modo, o objetivo do presente estudo foi caracterizar a toxicidade do herbicida à base de glifosato, Roundup WG ® (RWG ®), durante o desenvolvimento embrionário e larval, utilizando Danio rerio como modelo de estudo. Embriões e larvas foram expostos às concentrações ambientalmente relevantes de 0,065 mg/L (limite máximo estabelecido pelo CONAMA para águas de abastecimento para consumo humano) e de 6,5 mg/L (simula eventos de picos de contaminação no ambiente). Para tal, foram realizadas análises de (i) sobrevivência dos embriões e larvas, (ii) eclosão e movimentos espontâneos dos embriões, (iii) batimentos cardíacos dos embriões e das larvas, (iv) morfologias interna e externa (edema vitelínico, edema pericárdico, aspecto do córion, assimetria dos olhos, curvatura corporal e caudal, assimetria das nadadeiras, pigmentação corporal e expansão da bexiga natatória), (v) morfometria da área dos olhos, área pericárdica, área com vitelo do intestino médio, área da bexiga natatória, comprimento total das larvas, (vi) proliferação celular e apoptose e (vii) comportamento exploratório e de fototropismo das larvas. Os resultados mostraram aumento significativo na mortalidade dos embriões e larvas expostos à concentração de 0,065 mg/L RWG ® (p < 0,0001; p < 0,05) assim como redução dos movimentos espontâneos dos embriões, quando comparados ao controle (p < 0,05). Já a taxa de eclosão, avaliada em 2 e 3 dias pós-fertilização (dpf), não diferiu significativamente entre os grupos. Os batimentos cardíacos dos embriões expostos às concentrações de 0,065 e 6,5 mg/L RWG ® diferiram significativamente apenas no 2 dpf, quando comparados ao controle (p < 0,001); no 3 dpf os batimentos cardíacos das larvas expostas à concentração de 0,065 mg/L RWG ® e à concentração de 6,5 mg/L RWG ® não diferiram do controle; no 4 dpf os batimentos cardíacos das larvas expostas à concentração de 0,065 mg/L RWG ® diminuíram significativamente quando comparados ao das larvas expostas à concentração de 6,5 mg/L RWG ® , sendo que ambos não diferiram do controle (p < 0,05); já no 5 dpf o batimento cardíaco das larvas expostas à concentração de 6,5 mg/L RWG ® aumentou significativamente quando comparado ao controle (p < 0,05), não diferindo do controle; no 6 dpf as larvas expostas às concentrações de 0,065 mg/L RWG ® e de 6,5 mg/L RWG ® apresentaram batimento cardíaco significativamente maior, quando comparado ao controle (p < 0,05). As análises morfológicas e as morfometrias corporais das larvas não diferiram significativamente entre os grupos, assim como o comportamento exploratório e de fototropismo das larvas. A proliferação celular reduziu significativamente na região dos olhos das larvas com 3 dpf expostas às concentrações de 0,065 mg/L RWG ® e 6,5 mg/L RWG ® , quando comparada ao controle (p < 0,001). A apoptose aumentou significativamente na região dos olhos e das brânquias nas larvas com 3 dpf expostas à concentração de 6,5 mg/L RWG ® em relação as larvas expostas à concentração de 0,065 mg/L RWG ® e ao controle (p < 0,001; p < 0,05). As larvas com 6 dpf expostas à concentração de 0,065 mg/L RWG ® apresentaram apenas na região cefálica redução significativa da proliferação celular, quando comparado ao controle (p < 0,05). Estes resultados demonstraram o efeito tóxico de baixas concentrações do herbicida à base de glifosato RWG ® , consideradas ambientalmente relevantes, sobre o desenvolvimento de embriões e larvas de D. rerio.

Abstract: Glyphosate-based herbicides have been increasingly used worldwide in order to inhibit the growth of weeds in agriculture and thus, to the increase production. However, due to the high solubility of these herbicides in water, when applied in the crops, penetrate toward to the soil, being able to reach aquatic environments and affect non-target organisms. Thus, the aim of the present study was to characterize the toxicity of the glyphosate-based herbicide, Roundup WG ® (RWG ® ), during embryonic and larval development, using Danio rerio as a study model. Embryos and larvae were exposed to environmentally relevant concentrations of 0.065 mg/L (maximum limit established by CONAMA for drinking water for human consumption) and 6.5 mg/L (simulates peak contamination events in the environment). Thus, analyses of (i) survival of embryos and larvae, (ii) hatching and spontaneous movements of embryos, (iii) heartbeat of embryos and larvae, (iv) internal and external morphologies (vitellinic edema, pericardial edema, aspect of the chorion, asymmetry of the eyes, body and flow curvature, asymmetry of the fins, body pigmentation, and expansion of the swimming bladder), (v) morphometry of the eye area, pericardial area, yolk area of the midgut, swimming bladder area, total length of the larvae, (vi) cell proliferation and apoptosis and (vii) exploratory and phototropism behavior of the larvae were performed. The results showed a significant increase in the mortality of embryos and larvae exposed to the concentration of 0.065 mg/L RWG ® (p < 0,0001; p < 0,05), as well as a reduction in spontaneous movements of the embryos, when compared to control (p < 0.05). The hatching rate, assessed at 2 and 3 days post-fertilization (dpf), did not differ significantly among groups. The heartbeat of embryos exposed to concentrations of 0.065 and 6.5 mg/L RWG ® differed significantly only in the 2 dpf, when compared to control (p < 0.001); at 3 dpf the heartbeat of the larvae exposed to the concentration of 0.065 mg/L RWG ® and to the concentration of 6,5 mg/L RWG ® did not differ from the control; at 4 dpf the heartbeat of the larvae exposed to the concentration of 0.065 mg/L RWG ® decreased significantly when compared to the larvae exposed to concentration of 6.5 mg/L RWG ® , which did not differ from the control (p < 0.05); at 5 dpf, the heartbeat of larvae exposed to concentration of 6.5 mg/L RWG ® increased significantly when compared to the control (p < 0.05); at 6 dpf, the larvae exposed to concentrations of 0.065 mg/L RWG ® and 6.5 mg/L RWG ® showed a significantly higher heart rate, when compared to control (p < 0.05). The morphological analysis and the body morphometry of the larvae did not differ significantly between the groups, as well as the exploratory and phototropism behavior of the larvae. Cell proliferation decreased significantly in the eye region of larvae with 3 dpf exposed to concentrations of 0.065 mg/L RWG ® and 6.5 mg/L RWG ® , when compared to control (p < 0.001). Apoptosis increased significantly in the eyes and gills in larvae with 3 dpf exposed to concentration of 6.5 mg/L RWG ® compared to larvae exposed to the concentration of 0.065 mg/L RWG ® and the control (p < 0.001; p < 0.05). Larvae with 6 dpf exposed to the concentration of 0.065 mg/L RWG ® showed a significantly reduction in cell proliferation only in the head region when compared to control (p < 0.05). These results demonstrated the toxic effect of low concentrations of glyphosate-based herbicide mg/L RWG ® , considered environmentally relevant, on the development of D. rerio embryos and larvae.