Pollen abortion rates, nitrogen dioxide by passive diffusive tubes and bioaccumulation in tree barks are effective in the characterization of air pollution

This study aims to evaluate the feasibility of using simple techniques - pollen abortion rates, passive diffusive tubes (NO(2)) and trace element accumulation in tree barks - when determining the area of influence of pollution emissions produced in a traffic corridor. Measurements were performed at 0, 60 and 120 meters from a major road with high vehicular traffic, taking advantage of a sharp gradient that exists between the road and a cemetery. NO(2) values and trace elements measured at 0 meters were significantly higher than those measured at more distant points. Al, S. Cl, V. Fe, Cu, and Zn exhibited a higher concentration in tree barks at the vicinity of the traffic corridor. The same pattern was observed for the pollen abortion rates measured at the three different sites. Our data suggests that simple techniques may be applied either to validate dispersion land-based models in an urban settings or, alternatively, to provide better spatial resolution to air pollution exposure when high-resolution pollution monitoring data are not available. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Evaluation of the potential of translocated common cockle for ecological risk assessment studies: bioaccumulation and biomarkers test

Thesis submitted to the Faculdade de Ciências e Tecnologia to obtain the Master’s degree in Environmental Engineering, profile in Ecological Engineering

Occurrence and bioaccumulation study of PCDD and PCDF from mineral feed additives

Occurrence of polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) was evaluated in sepiolite as a widely employed binder and anti-caking agent for animal feed. Also, naturally contaminated kaolinitic clay was used for comparative purposes. Since sepiolite shows remarkable adsorption properties, particular interest was paid to the extraction steps as they become critical for the final determination of these pollutants in such matrixes. Furthermore, classical Soxhlet extraction using different extracting strategies as well as acid treatment were carried out with simultaneous liquid-liquid extraction. Results obtained depended on the extraction procedure applied. Acid treatment or Soxhlet extraction using a mixture of toluene:ethanol as solvent allowed to reach the minimum requirements of recovery rates. However, Soxhlet extraction using a mixture cyclohexane:toluene as extracting solvent did not allow to comply with minimum specifications for recovery. Significant differences were obtained in TEQ units when acid treatment was applied in comparison to Soxhlet extraction. This fact can be explained because the use of drastic acid conditions allows removing strongly adsorbed analytes which can be uniquely extracted after a total destruction of the crystalline structure of sepiolite. On the contrary, Soxhlet extraction was not able to destroy the structure of sepiolite and as a consequence the PCDDs/Fs were strongly adsorbed in the internal structure of the mineral. From biological point of view the availability of these toxicants constitutes a critical aspect playing an important role in the final decision choosing particular analytical procedures. Then, acid conditions in the digestive tract should be taken into account. In this scenario, a bioaccumulation study was conducted to evaluate the transference of PCDDs/PCDFs from the sepiolite into the animal tissues when fed with feed containing sepiolite. To this end, chickens were used as a model to examine the bioavailability of PCDDs/PCDFs. Four groups of chickens were exposed through their diet to a control feed, feed with 3% w/w sepiolite as additive, feed contaminated with PCDDs/PCDFs at concentration around 2.8 pg WHO-TEQ/g and feed with 2% of a contaminated kaolinitic clay (460 pg TEQ/g mineral). Livers of the four studied groups were analyzed throughout the exposure period. Results of this trial showed that the performance of broilers was not affected by the presence of dioxins at levels tested, and chickens did not show any abnormal behaviour. Dioxins intentionally added to the diet were absorbed and accumulated in the liver in a significant manner, whereas the PCDDs/Fs from sepiolite were not available for chickens since livers from broilers fed 3% sepiolite presented similar WHO-TEQ values than those from broilers fed control diet.

Bioaccumulation of 210Pb and 210Po in fish tissues in a radioactive naturally enhanced area: the Peníscola marsh (Castelló, Spain)

210Pb and 210Po concentration in fish tissues from Peníscola marsh were analyzed, being this area a radioactive naturally enhanced marsh located in the East coast of Spain. Results showed that 210Po accumulation in tissues could reach values ranging from 28±8 Bq kg-1 in muscle of Cyprinus carpio, to 8558±6378 Bq kg-1 in gut content of Chelon labrosus. On the other hand, 210Pb concentrations ranged from 8±4 Bq kg-1 in muscle of Cyprinus carpio, to 475±481 Bq kg-1 in gut content of Chelon labrosus. Bioaccumulation pattern is generally 210Po&210Pb, except in spine, where more 210Pb than 210Po is accumulated. When comparing our samples to those collected as blanks, individuals from Peníscola marsh showed an enrichment in 210Po and 210Pb in their tissues compared to the blanks. Bioaccumulation factors showed that feeding is the major input route of 210Pb and 210Po into the fish body. Highest values of 210Pb and 210Po concentration in tissues were found on Chelon labrosus and Carassius auratus, being Cyprinus carpio the species with the lowest average values of 210Pb and 210Po accumulation.

Insights into low fish mercury bioaccumulation in a mercury-contaminated reservoir, Guizhou, China.

We examined Hg biogeochemistry in Baihua Reservoir, a system affected by industrial wastewater containing mercury (Hg). As expected, we found high levels of total Hg (THg, 664-7421 ng g(-1)) and monomethylmercury (MMHg, 3-21 ng g(-1)) in the surface sediments (0-10 cm). In the water column, both THg and MMHg showed strong vertical variations with higher concentrations in the anoxic layer (>4m) than in the oxic layer (0-4 m), which was most pronounced for the dissolved MMHg (p < 0.001). However, mercury levels in biota samples (mostly cyprinid fish) were one order of magnitude lower than common regulatory values (i.e. 0.3-0.5 mg kg(-1)) for human consumption. We identified three main reasons to explain the low fish Hg bioaccumulation: disconnection of the aquatic food web from the high MMHg zone, simple food web structures, and biodilution effect at the base of the food chain in this eutrophic reservoir.

Bioaccumulation of metals in aquatic insects of streams located in areas with sugar cane cultivation

Streams located in areas of sugar cane cultivation receive elevated concentrations of metal ions from soils of adjacent areas. The accumulation of metals in the sediments results in environmental problems and leads to bioaccumulation of metal ions by the aquatic organisms. In the present study, bioaccumulation of the metals ions Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn and Zn in aquatic insects in streams impacted by the sugar cane was evaluated. The results pointed out that the insects were contaminated by the sediment and that the collector organisms as Chironomus species accumulated higher concentration of metals than the predator organisms.

Bioaccumulation du méthylmercure chez les invertébrés aquatiques aux latitudes tempérées et polaires : rôle des facteurs écologiques, biologiques et géochimiques

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Effet du calcium, plomb et cuivre sur la bioaccumulation du cadmium et la production des phytochélatines par Chlamydomonas reinhardtii

Dans les milieux contaminés par les métaux, les organismes vivants sont exposés à plusieurs d’entre eux en même temps. Les modèles courants de prédiction des effets biologiques des métaux sur les organismes (p. ex., modèle du ligand biotique, BLM ; modèle de l’ion libre, FIAM), sont des modèles d’équilibre chimique qui prévoient, en présence d'un deuxième métal, une diminution de la bioaccumulation du métal d’intérêt et par la suite une atténuation de ses effets. Les biomarqueurs de toxicité, tels que les phytochélatines (PCs), ont été utilisés comme étant un moyen alternatif pour l’évaluation des effets biologiques. Les phytochélatines sont des polypeptides riches en cystéine dont la structure générale est (γ-glu-cys)n-Gly où n varie de 2 à 11. Leur synthèse semble dépendante de la concentration des ions métalliques ainsi que de la durée de l’ exposition de l’organisme, aux métaux. L'objectif de cette étude était donc de déterminer, dans les mélanges binaires de métaux, la possibilité de prédiction de la synthèse des phytochélatines par les modèles d’équilibres chimiques, tel que le BLM. Pour cela, la quantité de phytochélatines produites en réponse d’une exposition aux mélanges binaires : Cd-Ca, Cd-Cu et Cd-Pb a été mesurée tout en surveillant l’effet direct de la compétition par le biais des concentrations de métaux internalisés. En effet, après six heures d’exposition, la bioaccumulation de Cd diminue en présence du Ca et de très fortes concentrations de Pb et de Cu (de l’ordre de 5×10-6 M). Par contre, avec des concentrations modérées de ces deux métaux, le Cd augmente en présence de Cu et ne semble pas affecté par la présence de Pb. Dans le cas de la compétition Cd-Cu, une bonne corrélation a été observée entre la production de PC2, PC3 et PC4 et la quantité des métaux bioaccumulés. Pour la synthèse des phytochélatines et la bioaccumulation, les effets étaient considérés comme synergiques. Dans le cas du Cd-Ca, les quantités de PC3 et PC4 ont diminué avec le métal internalisé (effet antagoniste), mais ce qui était remarquable était la grande quantité de cystéine (GSH) et PC2 qui ont été produites à de fortes concentrations du Ca. Le Pb seul n’a pas induit les PCs. Par conséquent, il n’y avait pas de variation de la quantité de PCs avec la concentration de Pb à laquelle les algues ont été exposées. La détection et la quantification des PCs ont été faites par chromatographie à haute performance couplée d’un détecteur de fluorescence (HPLC-FL). Tandis que les concentrations métalliques intracellulaires ont été analysées par spectroscopie d’absorption atomique (AAS) ou par spectrométrie de masse à source plasma à couplage inductif (ICP-MS).

Mercure, arsenic et sélénium au Burkina Faso : bioaccumulation, transfert trophique dans les systèmes aquatiques et évaluation de bioaccessibilité chez les humains

L’extraction aurifère est l’une des activités humaines qui a fortement accru l’émission de contaminants métalliques dans l’environnement. Le mercure (Hg), l’arsenic (As) et le sélénium (Se) sont 3 polluants métalliques de grande toxicité environnementale. En milieu aquatique, ils peuvent subir des transformations menant à des composés capables de bioaccumulation et de bioamplification. Il peut en résulter des concentrations 106 fois celle mesurée dans l’eau chez les poissons et les organismes situés en haut des chaînes alimentaires posant de ce fait de graves menaces pour la santé de ces organismes ainsi que leurs consommateurs y compris les humains. Cette étude a évalué les teneurs en Hg, As et Se dans les milieux aquatiques au Burkina Faso, une région d’Afrique sub-saharienne soumise à une exploitation minière intensive. Le risque potentiel pour les organismes aquatiques et les humains a été évalué en considérant les effets des interactions antagonistes Se/Hg et As/Se. La bioaccumulation et le transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques sont également décrits. L’exposition au Hg de poissons par les humains a été également évalué au laboratoire par mesure de la bioaccessibilité comme équivalent de la biodisponibilité par simulation de la digestion humaine. En général, les milieux aquatiques étudiés étaient peu affectés par ces 3 métal(loïd)s bien que certaines espèces de poisson issus des réservoirs les plus profonds indiquent des teneurs de Hg au dessus de 500 ngHg/g (poids frais) recommandé par l’OMS. Ces niveaux sont susceptibles de présenter des risques toxicologiques pour les poissons et pour leurs consommateurs. En considérant l’antagonisme Se/Hg, 99 % des échantillons de poisson seraient moins exposés à la toxicité du Hg dû à la présence simultanée du sélénium dans le milieu et pourraient être consommés sans risque. Cependant, les effets potentiels de l’antagonisme As/Se pourraient réduire les effets bénéfiques du Se et ramener cette proportion à 83 %. L’application des mesures de signatures en isotopes stables d’azote (δ15N) et de carbone (δ13C) des organismes aquatiques a permis le traçage des voies de transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques. On y observe des chaînes trophiques très courtes (3 - 4 niveaux trophiques) et des poissons majoritairement benthiques. L’approche isotopique n’a cependant pas permis de détecter les variations saisonnières des niveaux de contamination en Hg des poissons. L’exploration des contenus stomacaux des poissons a permis de mieux expliquer la baisse des concentrations en Hg et Se observées chez certains poissons au cours de la saison sèche en lien avec la variation de la composition des proies que l’analyse isotopique n’a pas cerné. L’étude suggère que l’analyse de contenus stomacaux ainsi que l’étude de la dynamique des communautés d’invertébrés couplées à celle des métaux pourraient améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes étudiés. Enfin, l’évaluation expérimentale de l’exposition au Hg indique que les modes de traitement avant consommation ainsi que l’usage de composés alimentaires tels le thé, le café lors de repas de poisson par certaines communautés humaines ont un impact sur la bioaccessibilité du Hg de poisson. Ces résultats, sous réserve de validation par des modèles animaux, suggèrent la prise en compte des habitudes alimentaires des communautés dans l’élaboration adéquat des avis de consommation de poisson.

La bioaccumulation d’une nanoparticule d’argent (nAg) par l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii : distinguer la contribution de la particule de celle de l’ion Ag+

L’explosion de la nanotechnologie a permis l’intégration d’une multitude de nanoparticules dans des produits de consommation. Les nanoparticules d’argent (nAg) sont les plus utilisées à ces fins, selon les derniers recensements disponibles. La plupart des études toxicologiques, à ce jour, ont fait état de l’implication très évidente de l’ion Ag+ dans la toxicité aigüe des nAg; cependant, quelques études ont mis en évidence des effets toxicologiques dus aux nAg. Il y a un certain consensus à propos d’un risque de contamination des eaux douces via leur rejet par les effluents des réseaux d’aqueducs. Puisque les concentrations en Ag+ sont généralement très faibles dans les eaux douces (de l’ordre du pg L-1), de par la formation de complexes non-labiles avec des thiols (organiques et inorganiques) et des sulfures, la toxicité inhérente aux nAg pourrait ne pas être négligeable- comparativement aux tests en laboratoires. Cette étude s’intéressait donc aux mécanismes de bioaccumulation d’argent par l’algue verte C. reinhardtii suite à l’exposition à des nAg de 5 nm (enrobage d’acide polyacrylique). La bioaccumulation d’argent pour l’exposition à Ag+ servait de point de comparaison; également, les abondances de l’ARNm de l’isocitrate lyase 1 (ICL1) et de l’ARNm de Copper Transporter 2 (CTR2) étaient mesurées comme témoins biologiques de la bioaccumulation de Ag+. Les expériences ont été menées en présence d’un tampon organique (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) à pH de 7,00. Pour des expositions à temps fixe de 2 heures, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+; cependant, il n’y avait pas de différence d’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 entre nAg et Ag+. D’un autre côté, pour une exposition à temps variables, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+ et une augmentation de l’abondance de l’ARNm de ICL1 était notée pour nAg. Cependant, il n’y avait aucune différence significative au niveau de l’abondance de l’ARNm de CTR2 entre nAg et une solution équivalente en Ag+. L’ajout d’un fort ligand organique (L-Cystéine; log K= 11,5) à une solution de nAg en diminuait radicalement la bioaccumulation d’argent par rapport à nAg-sans ajout de ligand. Par contre, l’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 étaient stimulées significativement par rapport à une solution contrôle non-exposée à nAg, ni à Ag+. Les résultats suggéraient fortement que les nAg généraient des ions Ag+ au contact de C. reinhardtii.

Les effets de revêtements de surface sur la dissolution et la bioaccumulation de nanoparticules d'oxyde de zinc par l'algue unicellulaire, C. reinhardtii

Au cours de la dernière décennie, les nanoparticules ont connu un essor sans précédent dans plusieurs domaines. On peut retrouver ces nanoparticules dans des secteurs aussi variés tels que la médecine, l’électronique, les écrans solaires, les cosmétiques et les plastiques, pour ne nommer que ceux-là. Cette utilisation massive a eu un effet pervers sur l’environnement, sachant qu’une grande partie de ces produits se sont retrouvés inévitablement dans les milieux naturels. Plusieurs études révèlent qu’autant la présence des nanoparticules que leurs produits de dissolution sont à prendre en considération lorsque des travaux toxicologiques ou le devenir de ces matériaux sont étudiés. Il est désormais clair que les propriétés de surface de ces nanoparticules jouent un rôle central sur leur comportement dans les solutions aqueuses; que ce soit les interactions avec des organismes ou entre les particules elles-mêmes. Afin d’évaluer le devenir de nZnO, une étude sur la dissolution ainsi que la bioaccumulation a été réalisée avec l’algue modèle Chlamydomonas reinhardtii en présence de nanoparticules ayant différents enrobages. Les nanoparticules d’oxyde de zinc suivantes ont été étudiées : (i) nZnO sans enrobage (nZnO); (ii) nZnO avec enrobage d’acide polyacrylique (nZnO-PAA) et (iii) nZnO avec enrobage d’hexamétaphosphate de sodium (nZnO-HMP). La dissolution était mesurée à l’aide de trois techniques : ultrafiltration par centrifugation (CU); technique potentiométrique (scanned stripping chronopotentiometry, SSCP) et spectrométrie de masse – plasma à couplage inductif couplé à une résine échangeuse d’ions (resin-based inductively coupled plasma-mass spectrometry, resin-based ICP-MS). Les résultats obtenus démontrent une grande tendance à la dissolution pour le nZnO (presque totale) tandis que pour le nZnO-PAA et le nZnO-HMP, la dissolution est dépendante de la nature de l’enrobage le composant. Pour la bioaccumulation sur l’algue testée, les données montrent une grande dépendance au zinc libre issu de la dissolution pour nZnO et nZnO-PAA. À l’inverse, le nZnO-HMP démontre une bioaccumulation plus élevée par comparaison aux mêmes concentrations d’expositions du zinc libre, expliquée par la stimulation de l’internalisation du zinc provoqué par la présence de phosphate constituant l’enrobage de nZnO-HMP.

Polycyclic aromatic hydrocarbons and toxic trace metals in seawater and sediments from the west coast of India and their bioaccumulation in some selected species of fishes

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and other toxic compounds from industrial effluents are noted for their high potency for skin, lung, bladder and gastrointestinal cancers. Increased industrialization, and population growth led to greater production of wastes, Pesticides and PAHs have received attention due to their carcinogenic effects. The main objectives of the study were; to collect base line data on the concentration of PAHs in seawater and sediment from the west coast of India, the concentration of PAHs in certain species of fishes, the comparative levels of PAHs in fish, the influence of sediment characteristics on the concentration of PAH in sediment, changes in PAH concentration in water, sediment and fish, to provide a base line concentration of trace metals in water, sediment and fish, the seasonal changes in content of selected trace metals in water, sediment and fish from the west coast of India. The present study revealed that a predominance of silt and clay at all stations in the off Cochin area. The study has provided comprehensive information available to date for PAHs in seawater, sediment and fishes from the west cost of India especially from the Quilon to Mangalore region.

The influence of time on lead toxicity and bioaccumulation determined by the OECD earthworm toxicity test

Internationally agreed standard protocols for assessing chemical toxicity of contaminants in soil to worms assume that the test soil does not need to equilibrate with the chemical to be tested prior to the addition of the test organisms and that the chemical will exert any toxic effect upon the test organism within 28 days. Three experiments were carried out to investigate these assumptions. The first experiment was a standard toxicity test where lead nitrate was added to a soil in solution to give a range of concentrations. The mortality of the worms and the concentration of lead in the survivors were determined. The LC(50)s for 14 and 28 days were 5311 and 5395 mug(Pb) g(soil)(-1) respectively. The second experiment was a timed lead accumulation study with worms cultivated in soil containing either 3000 or 5000 mug(Pb) g(soil)(-1). The concentration of lead in the worms was determined at various sampling times. Uptake at so' Sol both concentrations was linear with time. Worms in the 5000 mug g(-1) soil accumulated lead at a faster rate (3.16 mug Pb g(tissue)(-1) day(-1)) tiss than those in the 3000 mug g(-1) soil (2.21 mug Pb-tissue g(-1) day(-1)). The third experiment was a timed experiment with worms cultivated in tiss soil containing 7000 mugPb g(soil)(-1). Soil and lead nitrate solution were mixed and stored at 20 degreesC. Worms were added at various times over a 35-day period. The time to death increased from 23 h, when worms were added directly after the lead was added to the soil, to 67 It when worms were added after the soil had equilibrated with the lead for 35 days. In artificially Pb-amended soils the worms accumulate Pb over the duration of their exposure to the Pb. Thus time limited toxicity tests may be terminated before worm body load has reached a toxic level. This could result in under-estimates of the toxicity of Pb to worms. As the equilibration time of artificially amended Pb-bearing soils increases the bioavailability of Pb decreases. Thus addition of worms shortly after addition of Pb to soils may result in the over-estimate of Pb toxicity to worms. The current OECD acute worm toxicity test fails to take these two phenomena into account thereby reducing the environmental relevance of the contaminant toxicities it is used to calculate. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Metal bioaccumulation and cellular fractionation in an epigeic earthworm (Lumbricus rubellus): the interactive influences of population exposure histories, site-specific geochemistry and mitochondrial genotype

Subcellular fractionation techniques were used to describe temporal changes (at intervals from T0 to T70 days) in the Pb, Zn and P partitioning profiles of Lumbricus rubellus populations from one calcareous (MDH) and one acidic (MCS) geographically isolated Pb/Zn-mine sites and one reference site (CPF). MDH and MCS individuals were laboratory maintained on their native field soils; CPF worms were exposed to both MDH and MCS soils. Site-specific differences in metal partitioning were found: notably, the putatively metal-adapted populations, MDH and MCS, preferentially partitioned higher proportions of their accumulated tissue metal burdens into insoluble CaPO4-rich organelles compared with naive counterparts, CPF. Thus, it is plausible that efficient metal immobilization is a phenotypic trait characterising metal tolerant ecotypes. Mitochondrial cytochrome oxidase II (COII) genotyping revealed that the populations indigenous to mine and reference soils belong to distinct genetic lineages, differentiated by 13%, with 7 haplotypes within the reference site lineage but fewer (3 and 4, respectively) in the lineage common to the two mine sites. Collectively, these observations raise the possibility that site-related genotype differences could influence the toxico-availability of metals and, thus, represent a potential confounding variable in field-based eco-toxicological assessments.

Modelling 2,4-dichlorophenol bioavailability and bioaccumulation by the freshwater fingernail clam Sphaerium corneum using artificial particles and humic acids

The complex and variable composition of natural sediments makes it very difficult to predict the bioavailability and bioaccumulation of sediment-bound contaminants. Several approaches have been proposed to overcome this problem, including an experimental model using artificial particles with or without humic acids as a source of organic matter. For this work, we have applied this experimental model, and also a sample of a natural sediment, to investigate the uptake and bioaccumulation of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) by Sphaerium corneum. Additionally, the particle-water partition coefficients (K-d) were calculated. The results showed that the bioaccumulation of 2,4-DCP by clams did not depend solely on the levels of chemical dissolved, but also on the amount sorbed onto the particles and the characteristics and the strength of that binding. This study confirms the value of using artificial particles as a suitable experimental model for assessing the fate of sediment-bound contaminants. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.