הערכת מעבדה של יעילות העברה הנקי התזונתית של קרוב בPCB לאגם פורל ( Salvelinus namaycush) מטרפו

מבין כל הגורמים המשפיעים על הקצב שבו דגים צוברים מזהמים, היעילות שבה דגים שומרים על מזהמים מהמזון שהם אוכלים היא אחת החשובות ביותר^1-3. מודלים להערכת סיכונים פותחו כדי לחזות סיכונים עתידיים הן לאנשים והן לחיות בר שאוכלים דגים מזוהמים בתרחישים שונים של זיהום סביבתי, והאמינות של תחזיות אלה תלויה באופן קריטי בדיוק ההערכות של היעילות שבה דגים שומרים על מזהמים ממזונם.

היעילות שבה המזהם במזון שנבלע על ידי הטורף מועבר דרך דופן המעי ידועה כיעילות העברה טרופית גולמית⁵. חלק מכמות המזהם המועברת דרך דופן המעיים של הטורף עלולה בסופו של דבר ללכת לאיבוד באמצעות טיהור ו/או טרנספורמציה מטבולית. היעילות שבה המזהם במזון שנבלע על ידי הטורף נשמר על ידי הטורף, כולל כל הפסד עקב סילוק וטרנספורמציה מטבולית, ידועה כיעילות העברה טרופית נטו⁶.

יעילות ההעברה הטרופית הגולמית של מזהמים אורגניים לדגים מטרפם משתנה בהתאם לתכונות הכימיות של המזהם, כולל שיוך שומנים כפי שנמדד על ידי מקדם חלוקת אוקטאנול-מים, K_ow^3,7. על פי קשר אמפירי שפותח על ידי תומן³, יעילות ההעברה הטרופית ברוטו גבוהה יחסית כאשר log K_ow שווה לערך בין 5 ל-6. יעילות ההעברה הטרופית הגולמית יורדת באופן אקספוננציאלי בשיעור של 50% ליחידת לוג K_כאשר לוג K_עולה מ-6 ל-10, על פי יחס תומן³.

עם זאת, נראה כי יעילות ההעברה הטרופית הגולמית והנטו של קונגנרים ביפניל פולי-כלורי (PCB) לדגים מטרפם אינה עוקבת אחר הקשר של תומן³ ברוב המקרים. למרות שיעילות ההעברה הטרופית של קונגנרים PCB לדג לבן אגם (Coregonus clupeaformis) ממזונו עקבה אחר הקשר שהציע תומן⁸, יעילות ההעברה הטרופית של קונגנרים PCB הייתה רק חלשה או לא קשורה כלל ללוג K_ow עבור סלמון אטלנטי (Salmo salar)⁹, טרוטת הקשת (Oncorhynchus mykiss)¹⁰, סלמון קוהו (Oncorhynchus kisutch)¹¹ופייק צפוני (Esox lucius)¹¹.,

המטרה הכוללת של מחקר זה הייתה להציג טכניקת מעבדה להערכת יעילות ההעברה הטרופית נטו של קונגנרים PCB לדג אוכל דגים מטרפו. טרוטת האגם (Salvelinus namaycush) נבחרה כדג אוכלי הדגים לניסוי שלנו מאחר שקל יחסית לתחזק את טרוטת האגם במיכלי מעבדה. Bloater (Coregonus hoyi) נבחר כדג הטרף שיואכלו לטרוטת האגם מכיוון שפורל האגם נאכל על ידי טרוטת האגם בסביבתו הטבעית¹². בנוסף, קבענו אם יעילות ההעברה הטרופית נטו של טרוטת האגם שהוערכה מניסוי המעבדה שלנו עקבה אחר הקשר של תומן³. קבענו גם אם למידת הפעילות של טרוטת האגם הייתה השפעה משמעותית על יעילות ההעברה הטרופית נטו (γ) של קונגנרים PCB. מאמינים כי פעילות טרוטת האגם באגמים הגדולים של לורנטיאן גברה לאחרונה מכיוון ששינויים בשרשרת המזון גרמו לטרוטת האגם להקצות יותר אנרגיה לחיפוש מזון¹³. טרוטת האגם נאלצה להתאמן בקבוצה אחת של טנקים על ידי הכפפת טרוטת האגם לקצבי זרימה גבוהים יחסית, בעוד שטרוטת האגם האחרת הורשתה להישאר לא פעילה יחסית על ידי הכפפתם לקצבי זרימה נמוכים יחסית. לבסוף, נדונים הפרטים הספציפיים של נוהל המעבדה שלנו שיש לעקוב אחריהם בקפידה כדי להבטיח את רמת הדיוק הגבוהה ביותר בהערכות γ וכדי להפוך את תוצאות המעבדה לישימות בתחום, כמו גם כיוונים עתידיים למחקר המתבסס על טכניקת המעבדה שלנו. ניתן להעריך את יעילות ההעברה הטרופית נטו הן במעבדה והן בשטח, ויתרונות וחסרונות קשורים לשתי הגישות. הדיוק בהערכת γ תלוי בדיוק אומדן צריכת המזון. ניתן לקבוע במדויק את כמות המזון שאוכלים דגים במעבדה כאשר מקפידים על פרוטוקולים מתאימים, בעוד שכמות המזון שאוכלים דגים בשדה מוערכת בדרך כלל באמצעות מודלים ביו-אנרגטיים. לשימוש במודלים ביו-אנרגטיים כדי לגזור את כמות המזון הנאכלת יש פוטנציאל להכניס כמות משמעותית של אי ודאות להערכות צריכת המזון. מודלים ביו-אנרגטיים של דגים הוכחו כמעריכים את צריכת המזון ללא הטיה ניתנת לזיהוי במקרה של טרוטת האגם^14,15, אך זוהתה הטיה ניכרת בהערכות המודל הביו-אנרגטי של צריכת מזון במקרה של דג לבן באגם^15,16. מצד שני, הערכות של יעילות העברה טרופית נטו המוערכות במעבדה עשויות שלא להיות ישימות לשדה עקב הבדל בשיעורי ההזנה בין המעבדה לשדה¹⁷. עדויות הן מהמעבדה והן מהשטח מצביעות על כך שקצב ההזנה יכול להשפיע על γ^14,17.

המתודולוגיה ששימשה במחקר הנוכחי להערכת γ במעבדה ישימה למצבים שבהם הדג הטורף ניזון מדגי טרף, וניתן לעקוב במדויק אחר כמות דגי הטרף שנאכלים על ידי הטורף. כדי להשיג זאת, על הנסיין לשקול את כל המזון לפני הכנסתו למיכל; והנסיין חייב להיות מסוגל להוציא את כל המזון שלא נאכל מהמיכל, ואז לשקול את המזון שלא נאכל. בנוסף, צריכה להיות זמינה חבילה נאותה של מערבלים ובלנדרים כדי להשיג מידה מספקת של הומוגניזציה של הדגימות של דגי טורף וטרף כאחד. לבסוף, מכשור כרומטוגרפיית הגז - ספקטרומטריית מסה המשמש לקביעת ריכוזי הקונגנר PCB חייב להיות מסוגל לזהות ולכמת קונגנרים בודדים של PCB בריכוזים נמוכים יחסית.

ניסוי מעבדה .1

1. השג את דגי הטרף להיות מוזן לדגים טורפים במהלך הניסוי. רצוי צריך להיות בשבי דג הטרף האלה בתחום, הקפוא, ומאוחסן בכ -30 C °. קחו למשל את פעילות דיג מסחרית כמקור פוטנציאלי לדגי הטרף.
2. להציג את דג הטורף למכלי המעבדה שישמש לניסוי. עד 15 דגי טורף הוכנס לתוך כל אחד מטנקי 870-L, ועד 30 דגי טורף הוכנס לתוך כל אחד מטנקי 2,380-L במחקרים קודמים ^16,18.
3. להסתגל דג הטורף לדיאטה של ​​דגי טרף שנבחרו. ברגע שהתאקלם, דגי הטורף צריכים להישאר על דיאטה זו ל1-3 חודשים לפני תחילת הניסוי.
4. מניח בצד דגימות של דגי טרף על ידי באופן אקראי בחירת 10 עד 20 דגימות מרוכבים מהקבוצה של דגי טרף. מספר דגי טרף במדגם מרוכבים יכול נע בין 3 עד 100, תלוי בגודל של הטרףדגים. כל דגימה מרוכבים צריכה להיות כפולה בשקית, קפוא, ומאוחסן בכ -30 C °.
5. ליזום הניסוי על ידי הקרבת 30 עד 50% מהדגים בכל אחד מהטנקים.
   1. להרדים את הדגים, לערבב 8 גרם של Finquel עם 45 ליטר של מים במכל פלסטיק גדול ולאחר מכן למקם את הדג במכל עם פתרון Finquel.
   2. מורדמים פעם, למקם את כל הדגים הקריבו מטנק אחד לשקית, שקית לאחר מכן לחצו פעמיים, וחנות בכ -30 ° C עד הזמן של העיבוד.
   3. לשקול כל אחד מהדגים שנותרו בכל אחד מהטנקים, ולהקליט את המשקולות; הרדמה סבירה להניח שתהיה צורך לנהל במשקל.
   4. כדי להרדים את הדגים, לערבב 4.6 גרם של Finquel עם 45 ליטר של מים במכל פלסטיק גדול, ולאחר מכן למקם את הדג במכל עם פתרון Finquel.
   5. חכה כמה דקות עד שחומר ההרדמה תיכנס לתוקף לפני שקילת הדגים.
6. בכל יום של הניסוי, להפשירכמות המתאימה של דגי טרף, ולחתוך את דגי טרף לחתיכות במשקל של כ 1 עד 5 גרם. לשקול את כמות דגי טרף כדי להיות ממוקם בכל אחד מהטנקים, ולאחר מכן שחרר את חתיכות דג טרף לכל טנק ולאפשר לדגים טורפים על 1 שעות כדי להאכיל. ואז להסיר את כל מזון שלא נאכל, לאפשר מזון לייבוש באוויר במשך כ20 דקות, ולאחר מכן לשקול את המזון שלא נאכל לכל אחד מהטנקים. רשום את כמות המזון ממוקמת בטנק ואת כמות מזון שלא נאכל לכל אחד מהטנקים בכל יום.
   הערה: לניסוי הנציג, טרוטה הואכלו כמזון ממש כמו שהיה לצרוך בתקופה אחת האכלה בכל יום ^18. עם זאת, הדגים טורפים יכולים גם להיות ממוקמים במנות קבועות ^16,19.
7. לסיים את הניסוי על ידי הקרבת כל הדגים טורפים שנותרו בכל אחד מהטנקים. להרדים את הדגים, לערבב 8 גרם של Finquel עם 45 ליטר של מים במכל פלסטיק גדול ולאחר מכן למקם את הדג במכל עם פתרון Finquel. הרשומה tהוא המשקל של כל אחד מהדגים הקריבו. לקבלת תוצאות אמינות, הניסוי חייב לרוץ ל100 ימים לפחות, רצוי לפחות 130 ימים. מניחים את כל הדגים מטנק לתוך תיק אחד, תיק לאחר מכן כפול, וחנות בכ -30 ° C עד מועד עיבוד.

Homogenization 2 דגים

1. בחר קבוצה של דגים טורפים ו / או חומרים מרוכבים דגי טרף להפשרה. לאפשר מרוכבים להפשיר באופן חלקי. כל מרוכבים עשויים לדרוש 0.5-1 שעה לhomogenize.
2. באמצעות הבלנדרים המתאימים בגודל, homogenize כל אחד מהחומרים מרוכבים. עבור כל מרוכבים, למקם מדגם (50-100 ז) לhomogenate לתוך צנצנת ניקתה, ושטף אצטון, וכותרתו. לאחר מכן מכסה את הצנצנת ולאחסן את הצנצנת בכ -30 ° C עד למועד העיבוד.
3. לשטוף את כל הציוד המשמש לhomogenize הדגים, ולאחר מכן לשטוף היטב במים מזוקקים ומתנול, בין דגימות.

.3 הפקה

1. שוקל 20.0 גרםשל מופשר רקמות דג הומוגני בכוס 200 מ"ל.
2. להוסיף כ 40 גרם של נתרן גופרתי ומערבבים היטב עם מרית.
3. הוסף פתרון ספייק פונדקאית המכיל קרוב ב30, 61, 161, ו166. ספייק בריכוז כי תשואות ריכוז סופי של 20 / מ"ל ​​ng בתמצית.
4. לאפשר המדגם להתייבש על RT תוך כדי ערבוב כל 20 דקות.
5. לאפשר את המדגם כדי להגיע עקביות של חול יבש, ובנקודה המדגם מוכן להפקה.
6. להגדיר את מנגנון חילוץ Soxhlet עם בקבוק 500 מ"ל מכיל שבבי רתיחה טפלון, Soxhlet, וקבל.
7. מוסיף את תערובת דגים המיובש לאצבעון זכוכית עם תחתית דיסק-fritted גס או אצבעון נייר.
8. הוסף 150 מ"ל של הקסאן 50% וdichloromethane 50% לכוס המשמשת למדגם ומערבבים תוך גירוד הקירות של הכוס עם מרית.
9. העבר את הממס לחלק העליון של Soxhlet עם הבקבוק המצורף ולאפשר לו לעבור בין Soxhlet וב לבקבוק.
10. חוזר בשנית עם 150 מ"ל שוב.
11. הנח את Soxhlet עם הבקבוק המצורף אל גוף החימום ולצרף את הקבל.
12. הפעל את גוף החימום ולהביא הממס לרתיחה עדינה, ואז לחלץ למינימום של 16 שעות כדי לוודא שמים קרים מסופקים למעבים.
13. לאחר שאפשר הממס להתקרר, לבדוק אם כל אחד מצלוחיות המדגם מכיל מים. עבור אלה צלוחיות המכילות מים, להוסיף נתרן גופרתי ולערבל עד שהמים נספגים על ידי נתרן גופרתי.
14. לרכז את המדגם באמצעות concentrator מדגם חנקן או התקנת Kaderna הדני (KD) כלי זכוכית עם אמבט מים חם.
15. לאפשר המדגם להתאדות בהיקף של פחות מ 2 מ"ל, ולאחר מכן להביא לנפח סופי של 5 מ"ל באמצעות כביסות קטנות של הקסאן להעביר את הדגימה מכלי הזכוכית המשמשות לבקבוק מדידה 5 מ"ל.
16. העברה ל10 מ"ל בקבוקון ותווית עם מידע מדגם.

s = "jove_title"> 4. לחלץ נקי-up

1. הכן סיליקה ג'ל acidified ידי הוספת 44 גרם של חומצה גופרתית המרוכזת לשל סיליקה ג'ל מופעל 100 גרם.
2. הוסף 10 גרם של סיליקה ג'ל acidified לעמודת כרומטוגרפיה קטנה המכילה התוספת קטנה של צמר זכוכית בתחתית.
3. הוסף 1 מ"ל של תמצית מדגם לעמודה לאחר שלפני ניקוי העמודה עם 10 מ"ל של הקסאן.
4. Elute העמודה עם 20 מ"ל של הקסאן ולאסוף בשפופרת זכוכית 20 מ"ל מחודדת.
5. מניחים את צינור הזכוכית על מכשיר מאייד חנקן (N-Vap) תחת זרם של חנקן ושקוע במים חמים.
6. להתאדות פחות מ 1 מ"ל אבל לא ליובש.
7. מוציאים ממנגנון N-Vap ולהעביר לבקבוק המדידה 1 מ"ל עם כביסות קטנות של הקסאן.
8. העברה ל1.8 מ"ל autosampler בקבוקון שכותרתו עם מידע מדגם.
9. ספייק 4 μl לסטנדרטים פנימיים לתוך הבקבוקון. המדגם הוא מוכן לניתוח עכשיו.

.5 אנאלייסיס על ידי גז כרומטוגרפיה - ספקטרומטריית מסת השימוש שלילי כימי יינון

1. השתמש בסטנדרטים לכייל את המכשיר: הסטנדרטים זמינים בתערובות מורכבות מקבוצות של קרובים במופרד היטב. תערובות 1-5 כוללות כמעט את כל הקרובים במצא ב -1016 Arochlors, 1221, 1232 1242, 1248, 1,254, ו1260. מערבבים 1 משמש כתערובת כיול רב ברמה, וליניאריות מערכת אושר על ידי הכנה לפחות חמש רמות כיול בריכוזים בין 2 ל 100 ng / ml. תערובות 2-5 משמשות ככיולי נקודה אחת עבור כל משלימתו.
2. הגדרת כרומטוגרפיה - מערכת ספקטרומטריית מסה במצב היינון הכימי השלילי עם מימן כגז המוביל (1 מ"ל / דקה) ומתאן כגז מגיב.
3. השתמש התמזגה סיליקה, טור נימים (60 מ '× 0.25 מ"מ הקוטר פנימי) מצופה בDB-XLB בעובי סרט 0.25-מיקרומטר להפרדה. טמפרטורת תכנית תנור 60-212 ° C 25 מעלות צלזיוס / דקה, ולאחר מכן ל260 ° C ב1 ° C / min, ולאחר מכן ל280 ° C ב 4 ° C / דקה, עם זמן את האחיזה סופית של 4 דקות. יש להגדיר טמפרטורות מזרק וקו ההעברה ב280 ° C. הזרק 1 עד 2 μl של המדגם באמצעות מצב זריקת splitless.
4. לנתח את כל הסטנדרטים ודגימות בשיטה סטנדרטית הפנימית באמצעות ¹³ decachlorobiphenyl שכותרתו C.
5. לבצע בדיקה על הכיול הראשוני על ידי הפעלה סטנדרטי מקור שני וAroclors 1,242 ו1260, ולאחר מכן להשוות ערכים חזויים לקרובים בAroclor עם הסכומים שנצפו מהליך בדיקה זו.
6. ברגע שהליך הכיול הראשוני הושג בהצלחה ניתוח מלא, של כל הדגימות. הפעל כיול לבדוק כל עשר דגימות, באמצעות כל אחד מתערובות הכיול מהכיול הראשוני.

.6 חישוב העברה יעיל הנקי הטרופית

1. לחשב את יעילות העברה תזונתית נטו, γ, עבור כל שילוב oטנק f ומשלימתו PCB באמצעות המשוואה הבאה:
   , שבו _[f PCB] היא ריכוז משלימתו PCB הממוצע של דג הטורף במכל בסוף הניסוי, _f W היא המשקל הממוצע של הדגים טורפים במכל בסוף הניסוי, [PCB _i] הוא ריכוז משלימתו PCB הממוצע של דג הטורף במכל בתחילת הניסוי, W הוא _i המשקל הממוצע של הדגים טורפים בתחילת הניסוי, ואת כמות משלימתו PCB בלע מתייחסת למשקל של משלימתו PCB בליעה, בממוצע, על ידי כל אחד טרוטה בטנק במהלך הניסוי.
2. לחשב את המכנה במשוואה לעיל על ידי הכפלת הריכוז הממוצע של משלימתו PCB בחומרים מרוכבים דגי טרף על ידי הכמות הממוצעת (במשקל) של דגי הטרף אכל לדגים טורפים בdur הטנקing את כל מהלך הניסוי.

טרוטה הראתה כמות משמעותית של צמיחה במהלך הניסוי, כטרוטה הראשונית אומרת משקולות נעות 694-907 g כאשר טרוטה הסופית אומרת משקולות נעות בין 853 ל1,566 גר '(טבלת 1). כמות המזון הממוצעת הנצרכת על ידי טרוטה במהלך הניסוי 135 היום נעה בין 641 ל2,649 גרם. אומר ריכוזי משלימתו PCB בטרוטה עלה במהלך הניסוי, כריכוזים ממוצעים PCB משלימתו נעו 0.01-7.14 ng / g (בסיס רטוב במשקל) בתחילת הניסוי ואילו ריכוזים הממוצעים PCB משלימתו נעו .03-29.31 על ידי מסקנה של הניסוי (טבלה 2). בממוצע על פני 10 דגימות מרוכבים של מנופח תפס ספטמבר, ריכוזי משלימתו PCB נעו 0.03-26.56 ng / g. בממוצע על פני 10 דגימות מרוכבים של מנופח נתפס במאי, ריכוזי משלימתו PCB נעו .03-23.52 ng / g (טבלה 2). עייןMadenjian et al. 21 לפרטים נוספים על המנופח המשמש בניסוי.

הערכות ממוצעת של γ נעו 0.309-0.988, המבוססות על ממוצע על פני כל שמונת הטנקים (לוח 3). סטיות התקן להערכות ממוצעים אלה נעות 0.029-0.227. לכל 75 של קרוב בPCB, אומר γ עבור טרוטה הפעילה לא היה שונה באופן משמעותי מממוצע γ עבור טרוטה לא פעילה. לפיכך, טרוטה פעילה נשמרת קרוב בPCB מהמזון שהם צרכו עם כמעט באותה היעילות כמו טרוטה לא פעילה.

כמידת הכלרה המוגברת בין 5 ל 10 אטומים כלור לכל מולקולה, הערכות של γ הראו ירידה קלה (איור 1). עם זאת, γ לא משתנה באופן משמעותי עם תואר של הכלרה של קרוב בPCB (בכיוון אחד ANOVA: F = 2.16; דרגות חופש [DF] = 6, 67, p = .0579). מיצוע γ פני כל 75 הקרובים ב, הערך הממוצע היה 0.664.

כמו K יומן ow מוגבר 6.0-8.2, γ ירד באופן אקספוננציאלי (איור 2). שיעור זה של ירידה היה שונה באופן מובהק מאפס (מבחן t: t = -4.09; df = 64, p = 0.0001), אבל היה שווה רק 7% ליחידה של ow K היומן. על הבסיס העקום המצויד, γ היה שווה ל0.70 בK ow = 6, וγ היה שווה ל0.61 בK ow = 8 (איור 2).

ל66 לקרובים בPCB 75, השגיאה סטנדרטית על האומדן הממוצע של γ הייתה קטנה (≤ 0.05) (לוח 3). לשש מתוך תשעה הקרובים בPCB האחר, סטיות ההתקן על האומדן הממוצע של γ היו נמוכות למדי (≤ 0.10). סטיות התקן גבוהות יותר היו קשורים עם שיעור נמוך יותר של הכלרה (שלושה עד חמש אטומי כלור לכל מולקולה).

איור 2 אומדני יעילות נטו תזונתית העברה (γ) של קרוב בPCB לטרוטה מהטרף שלה מתואר כפונקציה של K יומן ow של משלימתו PCB. אומדנים התבססו על ניסוי מעבדה, שבמהלכו bloaters הואכל לאגם פורל. R המצוידשורת egression לקרובה בעם K יומן ow יותר מ -6 מוצגת גם. R 2 הערך עבור הקו הרגרסיה המצויד מייצג את כמות הווריאציה בγ יומן מוסבר על ידי ow K יומן. איור לשכפל באישור מMadenjian et al. 18.

1 משקולות השולחן ראשוניות ממוצעת ומשקלים ממוצע סופיים של טרוטה משמשת בניסוי המעבדה 135 היום. Bloaters הואכלו לטרוטה. היא כללה גם את כמות המזון הממוצעת נאכלה על ידי טרוטה במהלך הקורס כולו של הניסוי. שולחן לשכפל באישור מMadenjian et al. 18.

לוח 2: ריכוזי משלימתו PCB ראשוניים וסופיים בטרוטה, בממוצע על פני הטנקים שמונה משמשים במהלך ניסוי המעבדה 135 היום. ריכוזי משלימתו PCB הממוצע בbloaters ספטמבר-נתפס ונתפס במאי המוזן לטרוטה במהלך הניסוי גם מוצג. repr שולחןoduced באישור Madenjian et al. 18. הקרובים בPCB היה ממוספר לפי et Ballschmiter אל. 20.

</p>

לוח 3 הערכות ממוצעת של יעילות נטו תזונתית העברה (γ) של קרוב בPCB לטרוטה מהטרף שלה. אומדנים התבססו על ניסוי מעבדה 135 ימים, שבמהלכו טרוטה הואכלו bloaters. עבור כל משלימתו, הערכות γ מכל שמונת הטנקים היו בממוצע להניב האומדן הממוצע. שגיאת תקן של הממוצע מוקפת בסוגריים. שולחן לשכפל באישור מMadenjian et al. 18. הקרובים בPCB היה ממוספר לפי et Ballschmiter אל. 20.

ללא.