Evaluation of the Effects of Deltamethrin-Induced Stress, a Kind of Pyrethroid Insecticide, on Survival and Lifespan of Female and Male Populations of Drosophila melanogaster Oregon-R

Abstract

This study evaluated the chronic effects of Deltamethrin(DEL), a broad-spectrum synthetic pyrethroid insecticide widely used in both the agricultural and livestock sectors, as well as in public health settings such as homes, industrial storage areas, schools, and hospitals, on the lifespan of Drosophila melanogaster Oregon R, also known as the fruit fly, which is an important model organism. For this purpose, different concentrations of DEL(1,2,3 and 4ppm) were used for life span analysis, one of the short-term in vivo test methods. Following experimental applications, a negative correlation was observed between lifespan and increasing application dose in both female and male populations of the wild strain of D.melanogaster Oregon R. The lifespan of females in the control group was 78days, while in the highest application group(4ppmDEL) this period was 36days; similarly, the lifespan of males in the control group was 76days, while in the 4ppm application group it was 33days. For both populations, the reduction in lifespan observed due to DEL stimulation was found to be statistically significant at the p<0.05 level. Using all available data, the average life expectancy was calculated for both populations.The mean lifespan for the female population was47.49±1.35 days in the control group and27.03±0.85 days in the 4ppm treatment group; for the male population, these figures were47.80±1.76 days and25.41±0.70 days, respectively. Furthermore, the regression values were determined as-0.539 for the female population and-0.562 for the male population. All these findings indicate that chronic deltamethrin application causes a reduction in the lifespan of the non-target organism D.melanogaster, and that this type of insecticide application may be a strong risk factor for terrestrial organisms, especially in terms of biodiversity.

Keywords

• Synthetic pyrethroids
• chronic pesticide toxicity
• survival
• ecotoxicology
• sustainable pesticide management.

Bir Çeşit Piretroit İnsektisit olan Deltametrin Kaynaklı Stresin Drosophila melanogaster Oregon-R’nin Dişi ve Erkek Popülasyonlarında Hayatta Kalma ve Ömür Uzunluğu Üzerine Etkilerinin Değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmada hem tarım ve hayvancılık sektöründe hem de halk sağlığı bakımından evlerde, endüstriyel depo alanları ile okul ve hastane gibi farklı kamusal alanlarda yaygın olarak kullanılan geniş spektrumlu sentetik bir piretroid insektisit olan Deltametrin (DEL)’in, meyve sineği olarak da bilinen ve önemli bir model organizma olan Drosophila melanogaster Oregon R’nin yaşam süresi (ömür uzunluğu) üzerine kronik etkileri değerlendirilmiştir. Bu amaçla, DEL’in farklı konsantrasyonları (1,2,3 ve 4ppm) kısa süreli in vivo test yöntemlerinden birisi olan ömür uzunluğu analizi için kullanılmıştır. Yapılan deneysel uygulamalardan sonra D. melanogaster Oregon R’nin yabanıl soyuna ait hem dişi hem de erkek popülasyonlarında ömür uzunluğu ile artan uygulama dozu arasında negatif korelasyon gözlenmiştir. Kontrol grubunda dişilerin ömür uzunluğu 78 gün iken en yüksek uygulama grubunda (4ppm DEL) bu süre 36 gün; yine kontrol grubunda erkeklerin ömür uzunluğu 76 gün iken 4ppm uygulama grubunda 33 gün olarak belirlenmiştir. Her iki popülasyon için de DEL uyarımına bağlı olarak ömür uzunluğunda görülen kısalma, p<0,05 düzeyinde anlamlı bulunmuştur. Elde edilen tüm veriler kullanılarak, her iki popülasyon için ortalama ömür uzunluğu da hesaplanmıştır. Dişi popülasyonu için ortalama ömür uzunluğu kontrol grubunda 47,49±1,35gün iken 4ppm uygulama grubunda bu süre 27,03±0,85 gün; erkek popülasyonunda ise sırasıyla 47,80±1,76 gün ve 25,41±0,70 gün olarak bulunmuştur. Ayrıca regresyon değerleri de dişi popülasyonu için-0,539 ve erkek popülasyonu için-0,562 olarak belirlenmiştir. Elde edilen tüm bu bulgular, kronik deltametrin uygulamasının hedef olmayan organizmalardan D.melanogaster’in ömür uzunluğunda kısalmaya neden olduğunu ve bu türlü insektisit uygulamalarının özellikle biyoçeşitlilik açısından karacıl organizmalar için güçlü bir risk faktörü olabileceğini göstermektedir.Elde edilen tüm bu bulgular, kronik deltametrin uygulamasının hedef olmayan organizmalardan D.melanogaster’in ömür uzunluğunda kısalmaya neden olduğunu ve bu türlü insektisit uygulamalarının özellikle biyoçeşitlilik açısından karacıl organizmalar için güçlü bir risk faktörü olabileceğini göstermektedir.

Keywords

• Sentetik piretroitler
• kronik pestisit toksisitesi
• sağkalım
• ekotoksikoloji
• sürdürülebilir pestisit yönetimi

References

1. Abdulbaki H, Al-Deeb MA. 2023. Neuroprotective effects of ferulic acid and thymoquinone against deltamethrin-induced neurotoxicity in Drosophila melanogaster. Adv Life Sci. 10(2):289-297.
2. Akman Y, Ketenoğlu O, Evren H, Kurt L, Düzenli S. 2000. Çevre kirliliği (Çevre biyolojisi). Palme Yayıncılık.
3. Anand SS, Bruckner JV, Haines WT, Muralidhara S, Fisher JW, Padilla S. 2006. Characterization of deltamethrin metabolism by rat plasma and liver microsomes. Toxicol Appl Pharmacol. 212(2):156-166.
4. Ansari RA, Kaur M, Ahmad F, Rahman S, Rashid H, Islam F, Raisuddin S. 2009. Genotoxic and oxidative stress‐inducing effects of deltamethrin in the erythrocytes of a freshwater biomarker fish species, Channa punctata Bloch Environ Toxicol. 24(5):429-436.
5. Aydınoğlu H, Dursun HY, Bayraktar K. 2002. Bitki koruma ürünleri. T.C. Tarım ve Köyişleri Bakanlığı ve Kontrol Genel Müdürlüğü Yayınları, İstanbul.
6. Chihiya J, Gadzirayi CT, Mutandwa E. 2006. Effect of three different treatment levels of deltamethrin on the numbers of dung beetles in dung pats. Afr J Agric Res. 1(3):074-077
7. Costa G. 2015. The neurotoxicity of organochlorine and pyrethroid pesticides. Handb Clin Neurol. 131:135-148.
8. Dolara P, Salvadori M, Capobianco T, Torricelli F. 1992. Sister-chromatid exchanges in human lymphocytes induced by dimethoate, omethoate, deltamethrin, benomyl and their mixture. Mutat Res. 283(2):113-118.

9. Eriksson P, Fredriksson A. 1991. Neurotoxic effects of two different pyrethroids, bioallethrin and deltamethrin, on immature and adult mice: changes in behavioral and muscarinic receptor variables. Toxicol Appl Pharmacol 108(1):78-85.
10. Field LM, Emyr Davies TG, O’reilly AO, Williamson MS, Wallace BA. 2017. Voltage-gated sodium channels as targets for pyrethroid insecticides. Eur Biophys J. 46(7): 675-679.
11. Gajendiran A, Abraham J. 2018. An overview of pyrethroid insecticides. Front Biol. 13(2):79-90.
12. Ghazouani L, Feriani A, Mufti A, Tir M, Baaziz I, Mansour, HB, Mnafgui K. 2019. Toxic effect of alpha cypermethrin, an environmental pollutant, on myocardial tissue in male wistar rats. Environ Sci Pollut Res Int. 27:5709-5717.
13. Hossain MM, Suzuki T, Sato I, Takewaki T, Suzuki K, Kobayashi H. 2005. Neuromechanical effects of pyrethroids, allethrin, cyhalothrin and deltamethrin on the cholinergic processes in rat brain. Life Sci. 77(7):795-807.
14. Husain R, Husain R, Adhami VM, Seth PK. 1996. Behavioral, neurochemical, and neuromorphological effects of deltamethrin in adult rats. J Toxicol Environ Healt A. 48(5):515-516.
15. IRAC 2019. Insecticide mode of actions (Online) http://www.irac-online.org/ (Erişim Tarihi: 05 Şubat 2026).
16. Kızılet H, Uysal H. 2022. Genoprotective role of purslane methanol extract against somatic mutations induced by bifenthrin, a third generation prethyroid insecticide. J Agric Sci. 28(4):583-591.
17. Lengai GMW, Muthomi JW, Mbega ER. 2020. Phytochemical activity and role of botanical pesticides in pest management for sustainable agricultural crop production. Sci Afr. 7, e00239.
18. Lazarini CA, Florio JC, Lemonica IP, Bernardi MM. 2001. Effects of prenatal exposure to deltamethrin on forced swimming behavior, motor activity, and striatal dopamine levels in male and female rats. Neurotoxicol Teratol. 23(6):665-673.
19. Liu Y, Ge M, Zhang T, Chen L, Xing Y, Liu L, Li F, Cheng L. 2020. Exploring the correlation between deltamethrin stress and Keap1-Nrf2-ARE pathway from Drosophila melanogaster RNASeq data. Genomics. 112(2):1300-1308.
20. Lu Z, Gan J, Cui X, Delgado-Moreno L, Lin K. 2019. Understanding the bioavailability of pyrethroids in the aquatic environment using chemical approaches. Environ Int. 129:194-207.
21. Mani VM, Gokulakrishnan A, Sadiq AM. 2017. Molecular mechanism of neu-rodevelopmental toxicity risks of occupational exposure of pyrethroid pesticide with reference to Deltamethrin-A critical review. BAOJ Pathol. 1:008.
22. Mogilicherla K, Roy A. 2023. Epigenetic regulations as drivers of insecticide resistance and resilience to climate change in arthropod pests. Front Genet. 13:1044980.
23. Nayak MK, Collins PJ, Kopittke RA. 2002. Comparative residual toxicities of carbaryl, deltamethrin and permethrin as structural treatments against three liposcelidid psocid species (Psocoptera: Liposcelididae) infesting stored commodities. J Stored Prod Res. 38(3):247-258.
24. Ortiz-Pérez MD, Torres-Dosal A, Batres LE, López-Guzmán OD, Grimaldo M, Carranza C, Pérez-Maldonado IN, Martínez F, Pérez-Urizar J, Díaz-Barriga F. 2005. Environmental health assessment of deltamethrin in a malarious area of Mexico: environmental persistence, toxicokinetics, and genotoxicity in exposed children. Environ Health Persp. 113(6):782-786.
25. Rinkevich FD, Du Y, Dong K. 2013. Diversity and convergence of sodium channel mutations involved in resistance to pyrethroids. Pestic Biochem Physiol. 106(3):93-100.
26. Shi Y, Shi Y, Wang X, Lu Y, Yan S. 2007. Comparative effects of lindane and deltamethrin on mortality, growth, and cellulase activity in earthworms (Eisenia fetida). Pestic Biochem Phys. 89(1):31-38.
27. Shi T, Zhang Q, Chen X, Mao G, Feng W, Yang L, Zhao T, Wu X, Chen Y. 2024. Overview of deltamethrin residues and toxic effects in the global environment. Environ Geochem Health. 46(8):271.
28. Shukla Y, Taneja P. 2000. Mutagenic evaluation of deltamethrin using rodent dominant lethal assay. Mutat Res. 467(2):119-127.
29. Soderlund DM. 2008. Pyrethroids, knockdown resistance and sodium channels. Pest Manag Sci. 64(6):610-616.
30. Soderlund DM. 2011. Molecular mechanisms of pyrethroid insecticide neurotoxicity: recent advances. Arch Toxicol. 86(2):165-181.
31. Soderlund DM. 2012. Molecular mechanisms of pyrethroid insecticide neurotoxicity. Arch Toxicol. 86(2):165-181.
32. Stenersen J. 2004. Chemical Pesticides: Mode of Action and Toxicology. CRC Press, Boca Raton.
33. Şekeroğlu V, Şekeroğlu ZA, Kefelioğlu H. 2013. Cytogenetic effects of commercial formulations of deltamethrin and/or thiacloprid on wistar rat bone marrow cells. Environ Toxicol. 28(9):524-531.
34. United Nations, Department of Economic and Social Affairs, 2019. World Urbanization Prospects: The 2018 Revision. United Nations, New York.
35. Uysal H, Şişman T, Aşkın H. 2006. Drosophila Biology and Crossover Methods (Extended 2nd Edition). Atatürk University Publications, Erzurum.
36. Uysal H, Çelik H. 2021. Drosophila melanogaster’in farklı soylarında astaksantin’in in vivo kronik etkilerinin belirlenmesi. GUFBED. 11(1):135-146.
37. Uysal H, Aksakal Ö. 2025. From Production to Fields, From Fields to the Table: The Journey of Pesticides, Their Toxicity and a Brief Overview of Past and Present Research. In: Türkoğlu Ş (ed) Current Studies in Biology I, Livre de Lyon, France
38. Ulusal Zehir Danışma Merkezi (UZEM) Raporları 2014-2020 Yılları. Ankara, T.C. Sağlık Bakanlığı. 2021. https://hsgm.saglik.gov.tr/tr/yayinlarimiz-v2.html Erişim Tarihi 05 Şubat 2026.
39. Ünver S, Uysal H. 2014. Neonikotinoid insektisitlere bağlı olarak Drosophila melanogaster’in AChE aktivitesinde meydana gelen değişikliklerin bitkisel ekstraktlar ile giderilmesi üzerine araştırmalar. Cumhuriyet Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Bilimleri Dergisi, 35(4):107-116.
40. Vais H, Williamson MS, Goodson SJ, Devonshire AL, Warmke JW, Usherwood PN, Cohen CJ. 2000. Activation of Drosophila sodium channels promotes modification by deltamethrin: reductions in affinity caused by knock-down resistance mutations. J Gen Physiol. 115(3):305-318.
41. Yu SJ, 2014. The Toxicology and Biochemistry of Insecticides. CRC Press, Boca Raton.
42. Zhu F, Lavine L, O’Neal S, Lavine M, Foss C, Walsh D. 2016. Insecticide resistance and management strategies in urban ecosystems. Insects. 7(1):2.