Degradação de atrazina por processo foto-Fenton monitorado por injeção seqüencial e cromatografia a líquido de alta eficiência

Processos de fotodegradação de compostos orgânicos tóxicos têm sido bastante estudados. Este trabalho trata da aplicação do processo foto-Fenton para a degradação de atrazina em água (composto modelo). O efeito das concentrações dos seguintes compostos foi avaliado: peróxido de hidrogênio (2 a 6 mmol L-1) e ferrioxalato de potássio (0,2 a 1 mmol L-1). Os experimentos foram realizados em um reator com lâmpada UV - 8W (254nm). O processo de fotodegradação foi monitorado por medidas de espectrofotometria de absorção molecular automatizada por injeção seqüencial (SIA) para determinação de peróxido de hidrogênio e por cromatografia a líquido de alta eficiência (CLAE) para determinação de atrazina e metabólitos. Os experimentos demonstram que o processo de foto-Fenton é viável para o tratamento de atrazina em água.

Toxicity of herbicides on Escherichia coli growth

Agriculture uses a huge variety and quantity of chemicals. If, on one hand, the goal is to increase productivity, on the other hand these products contaminate aquatic environments. Among these products, herbicides deserve greater attention in relation to contamination of aquatic environments due to their extensive use to weed control. This study was carried out because the effects of these molecules on aquatic microorganisms such as Escherichia coli, is still unclear. Using microdilution plate assays, Escherichia coli were exposed to various commercial formulations of herbicides widely used in Brazil. The herbicide paraquat was the only one able to prevent the growth of Escherichia coli and is characterized as bacteriostatic.

Genotoxic risk of herbicides to Anguilla anguilla L.

No contexto dos contaminantes aquáticos, os herbicidas são considerados como um dos grupos mais perigosos. Uma vez aplicados, estes são facilmente transportados para cursos de água, quer devido a uma pulverização pouco cuidada ou devido a fenómenos de escorrência superficial e/ou subterrânea. A presença destes agroquímicos no ambiente tem vindo a ser associada a efeitos nefastos em organismos não-alvo, como é o caso dos peixes. Contudo, existe ainda uma grande lacuna no que diz respeito à informação científica relacionada com o seu impacto genotóxico. Deste modo, a presente tese foi delineada com o intuito de avaliar o risco genotóxico em peixes de duas formulações de herbicidas: o Roundup®, que tem como princípio activo o glifosato, e o Garlon®, que apresenta o triclopir na base da sua constituição, produtos estes largamente utilizados na limpeza de campos agrícolas, assim como em florestas. Foi ainda planeado desenvolver uma base de conhecimento no que diz respeito aos mecanismos de dano do ADN. Como último objectivo, pretendeu-se contribuir para a mitigação dos efeitos dos agroquímicos no biota aquático, nomeadamente em peixes, fornecendo dados científicos no sentido de melhorar as práticas agrícolas e florestais. Este estudo foi realizado adoptando a enguia europeia (Anguilla anguilla L.) como organismo-teste, e submetendo-a a exposições de curta duração (1 e 3 dias) dos produtos comerciais mencionados, em concentrações consideradas ambientalmente realistas. Para a avaliação da genotoxicidade foram aplicadas duas metodologias: o ensaio do cometa e o teste das anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Enquanto o ensaio do cometa detecta quebras na cadeia do ADN, um dano passível de ser reparado, o aparecimento das ANE revela lesões cromossomais, sinalizando um tipo de dano de difícil reparação. O ensaio do cometa foi ainda melhorado com uma nova etapa que incluiu a incubação com enzimas de reparação (FPG e EndoIII), permitindo perceber a ocorrência de dano oxidativo no ADN. No que diz respeito ao Roundup®, o envolvimento do sistema antioxidante como indicador de um estado próoxidante foi também alvo de estudo. Uma vez que as referidas formulações se apresentam sob a forma de misturas, o potencial genotóxico dos seus princípios activos foi também avaliado individualmente. No caso particular do Roundup®, também foram estudados o seu surfactante (amina polietoxilada; POEA) e o principal metabolito ambiental (ácido aminometilfosfórico; AMPA). Os resultados obtidos mostraram a capacidade do Roundup® em induzir tanto dano no ADN (em células de sangue, guelras e fígado) como dano cromossómico (em células de sangue). A investigação sobre o possível envolvimento do stresse oxidativo demonstrou que o tipo de dano no ADN varia com as concentrações testadas e com a duração da exposição. Deste modo, com o aumento do tempo de exposição, os processos relacionados com o envolvimento de espécies reactivas de oxigénio (ERO) ganharam preponderância como mecanismo de dano no ADN, facto que é corroborado pela activação do sistema antioxidante observado nas guelras, assim como pelo aumento dos sítios sensíveis a FPG em hepatócitos. O glifosato e o POEA foram também considerados genotóxicos. O POEA mostrou induzir uma maior extensão de dano no ADN, tanto comparado com o glifosato como com a mistura comercial. Apesar de ambos os componentes contribuirem para a genotoxicidade da formulação, a soma dos seus efeitos individuais nunca foi observada, apontando para um antagonismo entre eles e indicando que o POEA não aumenta o risco associado ao princípio activo. Deste modo, realça-se a necessidade de regulamentar limiares de segurança para todos os componentes da formulação, recomendando, em particular, a revisão da classificação do risco do POEA (actualmente classificado com “inerte”). Uma vez confirmada a capacidade do principal metabolito do glifosato – AMPA – em exercer dano no ADN assim como dano cromossómico, os produtos da degradação ambiental dos princípios activos assumem-se como um problema silencioso, realçando assim a importância de incluir o AMPA na avaliação do risco relacionado com herbicidas com base no glifosato. A formulação Garlon® e o seu princípio activo triclopir mostraram um claro potencial genotóxico. Adicionalmente, o Garlon® mostrou possuir um potencial genotóxico mais elevado do que o seu princípio activo. No entanto, a capacidade de infligir dano oxidativo no ADN não foi demonstrada para nenhum dos agentes. No que concerne à avaliação da progressão do dano após a remoção da fonte de contaminação, nem os peixes expostos a Roundup® nem os expostos a Garlon® conseguiram restaurar completamente a integridade do seu ADN ao fim de 14 dias. No que concerne ao Roundup®, o uso de enzimas de reparação de lesões específicas do ADN associado ao teste do cometa permitiu detectar um aparecimento tardio de dano oxidativo, indicando deste modo um decaimento progressivo da protecção antioxidante e ainda uma incapacidade de reparar este tipo de dano. O período de pós-exposição correspondente ao Garlon® revelou uma tendência de diminuição dos níveis de dano, apesar de nunca se observar uma completa recuperação. Ainda assim, foi evidente uma intervenção eficiente das enzimas de reparação do ADN, mais concretamente as direccionadas às purinas oxidadas. A avaliação das metodologias adoptadas tornou evidente que o procedimento base do ensaio do cometa, que detecta apenas o dano nãoespecífico no ADN, possui algumas limitações quando comparado com a metodologia que incluiu a incubação com as enzimas de reparação, uma vez que a última mostrou reduzir a possibilidade de ocorrência de resultados falsos negativos. Os dois parâmetros adoptados (ensaio do cometa e teste das ANE) demonstraram possuir aptidões complementares, sendo assim recomendado a sua utilização conjunta com vista a efectuar uma avaliação mais adequada do risco genotóxico. Globalmente, os resultados obtidos forneceram indicações de grande utilidade para as entidades reguladoras, contribuindo ainda para a (re)formulação de medidas de conservação do ambiente aquático. Neste sentido, os dados obtidos apontam para a importância da avaliação de risco dos herbicidas incluir testes de genotoxicidade. A magnitude de risco detectada para ambas as formulações adverte para a necessidade de adopção de medidas restritivas em relação à sua aplicação na proximidade de cursos de água. Como medidas mitigadoras de impactos ambientais, aponta-se o desenvolvimento de formulações que incorporem adjuvantes selecionados com base na sua baixa toxicidade.

Contribution of antioxidant enzymes to toxicity assessment in fluvial biofilms

Per tal d’avaluar l’impacte de la contaminació en els ecosistemes aquàtics, aquesta tesi es centra en una aproximació multi-biomarcador en els biofilms. En complement dels biomarcadors clàssics, es va demostrar que les activitats dels enzims antioxidants (AEA): catalasa, ascorbat peroxidasa i glutatió reductasa eren biomarcardors d'estrès oxidatiu en els biofilms. Tot i que les AEA poden veure's influenciades amb la mateixa mesura per factors naturals (edat del biofilm, llum de colonització o d'exposició) i contaminants (herbicides i farmacèutics), aquestes AEA permeten entendre millor l'efecte dels contaminants. Cal remarcar que assajos de toxicitat aguda es poden utilitzar per comparar la capacitat antioxidant entre comunitats i conèixer la seva pre-exposició a l'estrès oxidatiu. Aquesta aproximació multi-biomarcador a nivell de comunitat és especialment interessant per avaluar la toxicitat dels contaminants emergents (β-blockers) sobre espècies no-diana. Per tal de millorar-la, també es va verificar la possibilitat de mesurar l'expressió gènica en biofilms.

Poly(epsilon-caprolactone)nanocapsules as carrier systems for herbicides: Physico-chemical characterization and genotoxicity evaluation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Ecotoxicological Evaluation of Poly(epsilon-Caprolactone) Nanocapsules Containing Triazine Herbicides

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Chitosan nanoparticles loaded the herbicide paraquat: The influence of the aquatic humic substances on the colloidal stability and toxicity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effects of atrazine and picloram on grass carp: acute toxicity and histological assessment

The aim of this study was to evaluate the acute toxicity of atrazine and picloram separately to grass carp (Ctenopharyngodon idella). Firstly, fingerlings were exposed to nominal concentrations of these herbicides to determine the lethal concentration (LC50) (96 h). After this, the animals were treated with sub-acute concentrations of the herbicides to measure the effects on gill histology. The LC50 (96 h) of the atrazine and picloram were, respectively, 37mg L-1 and 4.4 mgL(-1). Four types of alterations were found in gills exposed to atrazine, which were epithelial lifting, partial cell proliferation, lamellar fusion, and aneurysm. Nominal concentrations of picloram caused epithelial lifting, partial cell proliferation, and lamellar fusion.

Phototoxicity of photosystem II (PSII) herbicides to coral

Recent reports of contamination of the Great Barrier Reef Marine Park by herbicides used in antifouling paints and in agriculture have caused concern over the possible effects on corals in nearshore areas. Pulse-Amplitude Modulated (PAM) chlorophyll fluorescence techniques were used to examine changes in the maximum effective quantum yield (ΔF/Fm′) of symbiotic dinoflagellates within the host tissues (in hospite) of the coral Seriatopora hystrix exposed to a number of Photosystem II (PSII) inhibiting herbicides in short-term toxicity tests. The concentration of herbicide required to reduce ΔF/Fm′ by 50% (median effective concentration [EC50]) differed by over 2 orders of magnitude: Irgarol 1051 (0.7 μg l-1) > ametryn (1.7 μg l-1) > diuron (2.3 μg l-1) > hexazinone (8.8 μg l -1) > atrazine (45 μg l-1) > simazine (150 μg l-1) > tebuthiuron (175 μg l-1) > ionynil (> 1 mg l-1). Similar absolute and relative toxicities were observed with colonies of the coral Acropora formosa (Irgarol 1051 EC50: 1.3 μg l-1, diuron EC50: 2.8 μg l-1), Time-course experiments indicated that ΔF/Fm′ was rapidly reduced (i.e. within minutes) in S. hystrix exposed to Irgarol 1051 and diuron. On return to fresh running seawater, ΔF/Fm′ recovered quickly in diuron-exposed corals (i.e. in minutes to hours), but slowly in corals exposed to Irgarol 1051 (i.e. hours to days). Time-course experiments indicated that the effects of diuron (3 μg l-1) on S. hystrix were inversely related to temperature over the range 20 to 30 °C, although initially the effects were less at the lower temperatures. Repeated exposure to pulses of Irgarol 1051 (daily 2 h exposure to 30 μg l -1 over 4 d) resulted in a 30% decrease in the density of symbiotic dinoflagellates in the tissues of S. hystrix.

Effects of Photosystem II inhibiting herbicides on mangroves - preliminary toxicology trials

Mangroves are sensitive to the root application of Photosystem II inhibiting herbicides and Avicennia marina is more sensitive than other mangroves tested. Seedlings of four mangrove species, including two salt-excreting species (A. marina and Aegiceras corniculatum) and two salt-excluding species (Rhizophora stylosa and Ceriops australis) were treated with a range of concentrations of the herbicides diuron, ametryn and atrazine. Assessment of responses required the separation of seedlings into two groups: those that had only their roots exposed to the herbicides through the water (A. marina and R. stylosa) and those that had both roots and leaves exposed to herbicides through the water (A. corniculatum and C australis). Salt-excreting species in each group were more susceptible to all herbicide treatments than salt-excluding species, indicating that root physiology was a major factor in the uptake of toxic pollutants in mangroves. Submergence of leaves appeared to facilitate herbicide uptake, having serious implications for seedling recruitment in the field. Each herbicide was ranked by its toxicity to mangrove seedlings from most damaging to least effective, with diuron > ametryn > atrazine. The relative sensitivity of A. marina found in these pot trials was consistent with the observed sensitivity of this species in the field, notably where severe dieback had specifically affected A. marina in the Mackay region, north eastern Australia. (c) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Application of a novel phytotoxicity assay for the detection of herbicides in Hervey Bay and the Great Sandy Straits

A novel phytotoxicity assay was incorporated into an environmental assessment of Hervey Bay and the Great Sandy Straits, to investigate the role of run-off associated herbicides in the deteriorated health of intertidal seagrass meadows. Dose response curves of common herbicides were performed and their toxicity equivalents elucidated to assist in analysis. The results of the assay were reproducible and corresponded strongly with results of chemical analyses. The incorporation of the assay into the assessment of surface waters added an important aspect to the study by allowing investigation of the toxicity of cumulative herbicide concentrations and yielding biologically relevant data. The highest herbicide concentration detected during the study was equivalent to 0.23 mu g 1(-1) diuron; a concentration known to inhibit photosynthetic efficiency of the assay biomaterial by approximately 3%. (c) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Poly(epsilon-caprolactone)nanocapsules as carrier systems for herbicides: Physico-chemical characterization and genotoxicity evaluation

The toxicity of herbicides used in agriculture is influenced by their chemical stability, solubility, bioavailability, photodecomposition, and soil sorption. Possible solutions designed to minimize toxicity include the development of carrier systems able to modify the properties of the compounds and allow their controlled release. Polymeric poly(epsilon-caprolactone) (PCL) nanocapsules containing three triazine herbicides (ametryn, atrazine, and simazine) were prepared and characterized in order to assess their suitability as controlled release systems that could reduce environmental impacts. The association efficiencies of the herbicides in the nanocapsules were better than 84%. Assessment of stability (considering particle diameter, zeta potential, polydispersity, and pH) was conducted over a period of 270 days, and the particles were found to be stable in solution. In vitro release kinetics experiments revealed controlled release of the herbicides from the nanocapsules, governed mainly by relaxation of the polymer chains. Microscopy analyses showed that the nanocapsules were spherical, dense, and without aggregates. In the infrared spectra of the PCL nanocapsules containing herbicides, there were no bands related to the herbicides, indicating that interactions between the compounds had occurred. Genotoxicity tests showed that formulations of nanocapsules containing the herbicides were less toxic than the free herbicides. The results indicate that the use of PCL nanocapsules is a promising technique that could improve the behavior of herbicides in environmental systems. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.