Developmental Abnormality in Agricultural Region and Toxicity of the Fungicide Benomyl on Korea salamander, Hynobius leechii

한국산 도롱뇽(Hynobius leechii)의 농경지에서의 배 발생 이상과 살균제 Benomyl의 독성효과

  • Choi, Yeoung-Ju (Dept. of Biological Education, Graduate School of Education, Changwon National university) ;
  • Yoon, Chun-Sik (Institute of Genetic engineering, Changwon National university) ;
  • Park, Joo-Hung (Dept. of Biology, College of Natural Sciences, Changwon National university) ;
  • Jin, Jung-Hyo (Dept. of Biology, College of Natural Sciences, Changwon National university) ;
  • Cheong, Seon-Woo (Dept. of Biology, College of Natural Sciences, Changwon National university)
  • 최영주 (창원대학교 교육대학원 생물교육학과) ;
  • 윤춘식 (창원대학교 유전공학연구소) ;
  • 박주흥 (창원대학교 자연과학대학 생물학과) ;
  • 진정효 (창원대학교 자연과학대학 생물학과) ;
  • 정선우 (창원대학교 자연과학대학 생물학과)
  • Published : 2002.09.30

Abstract

A numerical variation and abnormalities were studied on egg bags and embryos of Korean salamander, Hynobius leechii from agricultural habitat. The teratogenic and toxic effects of fungicide benomyl were also investigated with early embryos from non-agricultural habitat. We collected 144 egg bags from agricultural region, and 3418 of early embryos were contained. The lengths of egg bags were varied from 10 to 23 cm and the most frequent length was 19 cm. The number of embryos was varied from 7 to 43, and the most frequent range was 22 to 26. Spontaneous abnormalities were occurred in 406 embryos among 116 egg bags, and 24 kinds of external abnormalities were found. Individuals showing severe external defect were histologically studied and they showed optic dyspalsia, thyroid carcinoma, somatic muscular dysplasia, partial biaxial structure, decrease of red blood cells in the heart, cephalic degeneration and intestinal dysplasia. 385 embryos from non-agricultural region were exposed to 200 nM${\sim}$ 1 ${\mu}$M of benomyl at blastula or gastrula for 12 days. All embryo were dead in the concentration of 1 ${\mu}$M (LD$_{100}$) and 75% of embryos were dead in 800nM of benomyl. Speciflc effect due to benomyl was acrania or cephalic dysplasia and this restult suggests that the benomyl inhibit stongly to the development of neural tissue. These abnormal developments may be caused by antimitotic action, inhibition of tubulin complex, destruction of microtubule, inhibitions of neurulation and closing of neural fold, and by the inhibition of the movement of neural crest cells.

한국산 도롱뇽의 알주머니를 농경지에서 채집하여 그 길이와 배의 수에 대한 변이를 조사하였으며 배의 이상 발생 패턴과 조직학적 이상을 연구하였다. 아울러 비 농경지로부터 채집한 도롱뇽의 배에 살균제 benomyl을 처리하여 기형발생을 비롯한 독성효과를 밝혔다. 알주머니의 길이 변이 폭은 10${\sim}$23 cm이었으며 상대빈도가 가장 높은 것은 19cm길이였다. 알주머니 당 배의 수는7${\sim}$43개의 변이 폭을 나타냈으며 22${\sim}$26개 사이가 가장 빈번하게 나타났다. 조사된 층 144개의 알주머니, 3418개을 일으킨 배중에서 116개의 알주머니, 406개의 배에서 발생정지 또는 외형적 이상 발생을 일으킨 배가 나타났다. 외형적 이상발생은 미부형성부전, 외새형성부전, 복부수포 등 24종류의 발생이상 패턴으로 정리되었다. 그 중 외형상 심각한 이상을 보이는 개체들의 조직절편을 관찰한 결과 눈의 불완전 발달, 갑상선종, 중배엽성 체절의 불완전 발달, 부분적인 이 축 발생, 심장의 비정상 발달, 적혈구 감소증, 뇌의 붕괴와 장의 발달부진 등이 관찰되었다. 포배 또는 낭배 초기 단계에 있는 도롱뇽 정상 배에 12일 동안 200 nM${\sim}$ 1 ${\mu}$M의 benomyl을 처리하였으며 모든 배는 1 ${\mu}$M의 농도에서 치사되었다. Benomyl처리의 특징적인 이상은 머리의 발달이 부진하거나 전혀 나타나지 않는 것이며, 이러한 이상은 benomyl이 도롱뇽의 발생과정에서 신경계의 발달을 크게 저해한다는 것을 뜻하며 이러한 조직발달의 비정상 현상은 benomyl의 유사분열억제, tubulin중합의 저해, microtubule의 파괴 등과 같은 세포내 작용과 신경배형성, 신경습의 폐쇄, 신경제세포의 이동을 저해하는 작용에 의해 일어나는 것으로 생각된다.의 4종이었다.. 결과적으로, 조사기간 중 하계에 지속적으로 관찰된 DO와 pH가 감소하는 것은 수생부유식물의 번성과 수중 퇴적물의 분해에 따른 영향인 것으로 나타났다.낮게 나타났다. 정화효율과 수리학적조건간의 상관계수($R^2$)는 수리학적 체류시간과 0.016-0.731,일처리유량과는 0.015-0.868을 나타내었으며, 시간당 정화량과 수리학적 조건간의 상관계수($R^2$)는 수리학적 체류시간과는 0.173-0.763,일처리유량과는 0.209-0.770의 범위를 나타내었다. 정화효율과 수리학적 부하조건간의 상관계수($R^2$)Tt 0.5 이상을 나타내는 각 수생식물 습지별 수질항목은 체류시간과 일처리유량에 대해각각 20%,정화속도와 수리학적 조건간의 상관계수는 체류시간에 대해 53%, 일처리유량에 대해73%가 0.5이상을 보이고 있어 시간당 정화량과 수리학적 조건간의 상관관계가 정화효율과의 상관관계보다 좀더 유의성 있게 나타났다. 이것은 높은 수리학적 부하조건이 영양염류 등의 정화효율에는 크게 영향을 미치지 않음을 보여주고 있으며, 따라서 비교적 낮은 농도의 영양염류를 가지고 있고, 많은 처리수량을 요구하는 부영양화된 저수지의 수질개선을 위해서는 높은 수리학적 부하조건에서 시간당 정화량을 늘리는 관리방법이 경제적이며, 이에 초점을 맞추어 나가야 할 것으로 사료된다.도로 검출되어 이를 고려한정수공정의 관리가 필요하리라 생각된다.$yr^{-1}$)의 71%가 감소되어야 할 필요성이 제기되었다. 또한 여름철 심층 산소 고갈이 야기되었고, 이 시기에 퇴적물로 용출된 인이 식물플랑크톤 성장에 이용될 수 있기때문에 퇴적물에 대한 관리도 수행될 필요가 있다.rsity)지수는 2000년 7월에 2.22로 가장 높았으며, 생물량도 조사기간중 36,640 cells ${\cdot}\;mL^{-1}$로 가장 많았다.의 후기에 광(光)

Keywords

References

  1. 강영선, 윤일병. 1975. 한국동식물도감 제17권 동물편(양서∙파충류). 문교부, p.55-69
  2. 정선우, 김정인, 윤춘식. 1999. 농경지에서 채집된 도롱뇽(Hynobius leechii) 초기 배의 수적 변이 및 자연적 배 발생이상, 한국육수학회지 32: 261-270
  3. 환경청. 1987. ’87 자연생태계 전국조사 (IV) 제2차년도(양서류∙파충류∙육상곤충). p. 5-12
  4. Alvarez, R., M.P. Honrubia and M.P. Herraez. 1995. Skeletal malfornations induced by the insecticides ZZ-Aphox and Folidol during larval development of Rana perezi. Arch. Environ. contam. Toxicol. 28: 349-356
  5. Banks, D. and M.R. Soliman. 1997. Protective effects of antioxidants against benomyl-induced lipid peroxidation and glutathione depletion in rats. Toxicology 116: 177-181
  6. Barnes, T.B., A.J. Verlangieri and M.C. Wilson. 1983. Reproductive toxicity of metyl-1 (butylcarbamoyl)-2-benzimidazole carbamate (benomyl) in male Wister rats. Toxicology 28: 103-115
  7. Boyer, R. and C.E. Grue. 1995. The need for water quality criteria for frogs. Environ. Health Perspect 103: 352-357
  8. Bridges, C.M. 2000. Long-term effects of pesticide exposure at various life stages of the Southern Leopard Frog (Rana sphenocepala). Arch. Environ. contam. Toxicol. 39: 91-96
  9. Burkhart, J.G., J.C. Helgen, D.J. Fort, K. Gallager, D. Bowers T.L. Propst, M. Gernes, J. Magner, M.D. Shelby and G. Lucier. 1998. Induction of mortality and malformation in Xenopus lavis embryos by water sources associated with field frog deformites. Environ. Health Perspect 106: 841-848
  10. Carter, S.D. and J.W. Laskey. 1982. Effect of benomyl on reproduction in the male rat. Toxicol. Lett. 11: 87-94
  11. Carter, S.D., J.F. Hein, G.L. Rehnberg and J.W. Laskey. 1984. Effect of benomyl on the reproductive development of male rats. J. Toxicol. Environ. Health 13: 53-68
  12. Chiocchio, V., N. Venedikian, A.E. Martinez, A. Menendez, J.A. Ocampo and A. Godeas. 2000. Effect of the fungicide benomyl on spore germination and hyphal length of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus mosseae. Int. Microbiol. 3: 173-175
  13. Cummings, A.M., S.T. Harris and G.L. Rehnberg. 1990. Effect of metyl benzimidazolecarbamate during early pregnancy in the rat. Fundam Appl. Toxicol. 15: 528-535
  14. Dolara, P., F. Torricelli and N. Antonelli. 1994. Cytogenetic effects on human lymphocytes of a mixture of fifteen pesticides commonly used in Italy. Mutat Res. 325: 47-51
  15. Edmund, J.C., O.N. David and E.J. Fichard. 1998. Interactions of gonadal steroids and pesticides (DDT, DDE) on gonaduct growth in larval tiger salamanders, Ambystoma Tigrinum. General and Comparative Endocrinology109: 94-105
  16. Elliott-Feeley, E. and J.B. Armstrong. 1982. Effects of fenitrothion and carbaryl on Xenopus laevis development. Toxicology 22: 319-335
  17. Flaskos, J., M.J. Fowler, C. Teurtrie, A.J. Hargreaves. 1999. The effects of carbaryl and trichlorophan on differentiating mouse N2a neuroblastema cells. Toxicol. Lett. 110: 79-84
  18. Hauptman, O., D.M. Albert, M.C. Plowman, S.M. Hopfer and F.W. Jr. Sunderman. 1993. Ocular malformations of Xenopus laevis exposed to nickel during embryogenesis. Ann. Clin. Lab. Sci. 23: 397-406
  19. Hess, R.A., B.J. Moore, J. Forrer, R.E. Linder and A.A. Abuel-Atta. 1991. The fungicide benomyl (metyl 1-(butylcarbamoyl)-2-benzimidazolecarbamate) causes testicular dysfunction by inducing the sloughing of germ cells and occlusion of efferent ductules. Fundam. Appl. Toxicol. 17: 733-745
  20. Hess, R.A. and M. Nakai. 2000. Histopathology of the male reproductive system induced by the fungicide benomyl. Histol. Histopathol. 15: 207-224
  21. Hoekstra, E.J., M. Kiefer and A. Tepper. 1996. Monitoring of exposure to be benomyl in nursery workers. J. Occ-up. Environ. Med. 38: 775-781
  22. Hurtt, M.E., C.A. Mebus and M.S. Bogdanffy. 1993. Investigation of the effects of benomyl on rat nasal mucosa. Fundam. Appl. Toxicol. 21: 253-255
  23. Jerome, M.G., L.R. Georgia and L.C. Ralph. 1989. Effect of the benomyl metabolite, carbendazim, on the hypothalamic-pituitary reproductive axis in the male rat. Toxicology 57: 173-182
  24. Kageura, H. 1995. Three regions of the 32-cell embryo of Xenopus laevis essential for formation of a complete tadpole. Developmental Biology 170: 376-386
  25. Kallen, B., E. Robert and J. Harris. 1996. The descriptive epidemiology of anophthalmia and microphtahlmia. Int. J. Epidemiol. 25: 1009-1016
  26. Kratke, R. and F. Kirschbaum. 1996. Effects of the antiepileptic drug valproic acid on the development of the axolotl (Ambystoma mexicanum) : histological investigations. Teratog. Carcinog. Mutagen 16: 149-167
  27. Linder, R.E., G.L. Rehnberg, L.F. Strader and J.P. Diggs. 1988. Evaluation of reproductive parameters in adult male Wistar rats aftersubchronic exposure (gavage) to benomyl. J. Toxicol. Environ. Health 25: 285-298
  28. Nakai, M., R.A. Hess, B.J. Moore, R.F. Guttroff, L.F. Strader and R.E. Linder. 1992. Acute and long-term effects of a single dose of the fungicide carbendazim on the Male reproductive system in the rat. Journal of Andrology 13: 507-518
  29. Nakai, M., R.A. Hess, F. Matsuo, Y. Gotoh, T. Nasu. 1997. Further observations on carbendazim-induced abnormalities of spermatid morphology in rats. Tissue & Cell 29: 477-485
  30. McLean, W.G., A.D. Holme, O. Janneh, A. Southgate, C.V. Howard and M.G. Reed. 1998. The effect of benomyl on neurite outgrowth in mouse NB2A and human SHSY5Y neuroblasoma cells in vitro. Neurotoxicology 19: 629-632
  31. Pilar Honrubia, M., M. Paz Herraez and R. Alvarez. 1993. The carbamate insecticide ZZ-Aphox induced structural changes of gills, liver, gall-bladder, heart, and notochord of Rana perezi tadpoles. Arch. Environ. contam. Toxicol. 25: 184-191
  32. Razmovski, R. and D. Pejin. 1997. Effect of benomyl on Saccharomyces cerevisiae during continuous cultivation. Acta. Microbiol. Immunol. Hung. 44: 249-256
  33. Schuytema, G.S. and A.V. Nebeker. 1998. Comparative toxicity of diuron on survival and growth of Pacific treefrog, bullfrog, red-legged frog, and African clawed frog embryos and tadpoles. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 34: 370-376
  34. Snawder, J.E. and J.E. Chambers. 1993. Osteothyrogenic effects of malathion in Xenopus embryos. Toxicol. Appl. Pharmacol. 121: 210-216
  35. Spencer, F., L. Chi and M.X. Zhu. 1996. Effect of benomyl and carbendazim on steroid and molecular mechanisms in uterine decidual growth in rats. J. Appl. Toxicol. 16: 211-214
  36. Staub, R.E., G.B. Quistad and J.E. Casida. 1998. Mechanism for benomyl action as a mitochondrial aldehyde dehydrogenase inhibitor in mice. Chem. Res. Toxicol. 11: 535-543
  37. Sunderman, F.J., M.C. Plowman and S. M. Hopfer. 1992. Teratogenicity of cadmium chloride in the South African frog, Xenopus laevis. IARC Sci. Publ. 118: 249-256
  38. Urani, C., E. Chiesara, P. Galvani, L. Marabini, A. Santagostino and M. Camatini. 1995. Benomyl affects the microtubule cytoskeleton and the glutathione level of mammalian primary cultured hepatocytes. Toxicol. Lett. 76: 135-144