湖トラウトのPCB同族体の正味栄養の導入効率の実験室推定（イワナnamaycush）獲物から

サマリー

獲物から魚食性魚類のポリ塩化ビフェニル（PCB）同族体の正味の栄養転送効率の研究室推定のための技術が提供される。フィールドに検査結果の適用可能性を最大にするために、魚食性の魚​​は、一般的にフィールドに食べられている獲物の魚を供給する必要があります。

要約

獲物から魚食性魚類のポリ塩化ビフェニル（PCB）同族体の正味の栄養転送効率（γ）の研究室で推定するための技術は、本明細書に記載されている。 135日間の室内実験中、当社は8実験室の水槽に保管ブローターレイクトラウト（ イワナのnamaycush）にミシガン湖で捕獲されていた（Coregonus hoyi）を供給した。ブローターはレイクトラウトのための自然な獲物である。タンク4内に、比較的高い流量が低流量が低いレイクトラウトの活性を可能にする、他の4つのタンクに使用したのに対し、レイクトラウト比較的高い活性を保証するために使用した。タンク·バイ·タンクベースでは、実験のそれぞれの日にレイクトラウトが食べた食物の量を記録した。各レイクトラウト、実験の開始時と終了時に秤量した。 8各タンクからの4〜9個のレイクトラウトは、実験の開始時に屠殺し、各タンクに残っているすべての10レイクトラウトはeuthanあった実験の終了時化された。私たちは、実験の最後にレイクトラウトに、実験開始時にレイクトラウト75 PCB同族体の濃度を決定し、bloatersで実験中レイクトラウトに供給。これらの測定に基づいて、γは、8つのタンクのそれぞれに75 PCB同族体のそれぞれについて計算した。 γは、アクティブおよび非アクティブの両方のレイクトラウト75 PCB同族体毎に算出された平均。実験は8タンク内に複製されたため、約標準誤差はγを推定することができたわけで。この種の実験の結果は、環境汚染のさまざまなシナリオの下で汚染された魚を食べた人間や野生生物への将来のリスクを予測するために、リスク評価モデルにおいて有用である。

概要

魚が汚染物質を蓄積する速度に影響を与えるすべての要因の中で、魚が食べる食物からの汚染物質を保持する効率は最も重要なものの一つです^1-3。 リスク評価モデルは、環境汚染のさまざまなシナリオの下で汚染された魚を食べる人々と野生生物の両方に対する将来のリスクを予測するために開発されており、これらの予測の信頼性は、魚が食品から汚染物質を保持する効率の推定の精度に大きく依存しています⁴。

捕食者が摂取した食物中の汚染物質が腸壁を通って輸送される効率は、総栄養移動効率⁵として知られています。 捕食者の腸壁を通って輸送される汚染物質の量の一部は、最終的には浄化および/または代謝変換によって失われる可能性があります。 捕食者が摂取した食物中の汚染物質が捕食者によって保持される効率は、排泄および代謝変換による損失を含め、正味栄養移動効率⁶として知られている。

有機汚染物質の獲物からの魚への総栄養移動効率は、オクタノール-水分配係数K_ow^3,7によって測定される脂質の所属を含む汚染物質の化学的性質によって異なるようです。 Thomann³によって開発された経験的関係によれば、log K_owが5と6の間の値に等しい場合、総栄養移動効率は比較的高くなります。 総栄養移動効率は、Thomann³の関係によれば、log K_owが6から10に増加すると、log K_owの単位あたり50%の割合で指数関数的に低下します。

>jove_content<それにもかかわらず、ポリ塩化ビフェニル(PCB)同族体が獲物から魚を釣るための総栄養および正味の栄養移動効率は、ほとんどの場合、トーマン³の関係に従っていないようです。 PCB同族体の湖畔白身魚(Coregonus clupeaformis)への栄養移動効率は、Thomann⁸によって提案された関係に従っていたが、PCB同族体の栄養移動効率は、アトランティックサーモン(Salmo salar)⁹、ニジマス(Oncorhynchus mykiss)¹⁰、ギンザケ(Oncorhynchus kisutch)¹¹のlog K_owとわずかに関連しているか、まったく関連していなかった、およびノーザンパイク(Esox lucius)¹¹。

この研究の全体的な目標は、獲物から魚食性の魚へのPCB同族体の正味栄養移動効率を推定するための実験室技術を提示することでした。 レイクトラウト(Salvelinus namaycush)は、レイクトラウトが実験室の水槽で比較的簡単に維持できるため、私たちの実験の魚食性魚として選ばれました。 Bloater(Coregonus hoyi)は、Bloaterが自然環境でレイクトラウトに食べられるため、レイクトラウトに餌を与える獲物として選択されました¹²。 さらに、実験室での実験から推定されたレイクトラウトの正味の栄養移動効率がトーマン³の関係に従っているかどうかを決定しました。 また、レイクトラウトの活動度がPCB同族体の正味栄養移動効率(γ)に有意な影響を与えたかどうかも判断した。 ローレンシア五大湖のレイクトラウトの活動は、食物網の変化によりレイクトラウトが餌の検索により多くのエネルギーを割り当てるようになったため、最近増加したと考えられています¹³。 レイクトラウトは、これらのレイクトラウトを比較的高い流量にさらすことにより、一方のタンクセットで運動することを余儀なくされましたが、もう一方のレイクトラウトは、比較的低い流量にさらすことにより、比較的不活発なままでいることが許可されました。 最後に、γ推定の精度を最高に高め、実験結果を現場に適用できるようにするために慎重に従う必要がある実験手順の具体的な詳細と、実験技術に基づく研究の将来の方向性について説明します。 正味の栄養移動効率は、実験室と現場の両方で推定でき、長所と短所は両方のアプローチに関連しています。 γの推定精度は、食品消費量の推定精度に依存します。 実験室で魚が食べる食物の量は、適切なプロトコルに従えば正確に決定できますが、野外で魚が食べる食物の量は通常、生体エネルギーモデリングによって推定されます。 生体エネルギーモデリングを使用して食事の量を導き出すと、食料消費の推定値にかなりの不確実性がもたらされる可能性があります。 魚類の生体エネルギーモデルは、レイクトラウト^14,15の場合には検出可能なバイアスなしに食物消費量を推定することが示されていますが、湖の白身魚^15,16の場合、食物消費の生体エネルギーモデルの推定値にかなりのバイアスが検出されています。 一方、実験室で推定された正味の栄養移動効率の推定値は、実験室とフィールド¹⁷との間の摂食速度の違いのために、フィールドに適用できない可能性がある。 実験室と現場の両方からの証拠は、摂食率がγ^14,17に影響を与える可能性があることを示唆しています。

実験室でのγ推定のために本研究で使用された方法論は、捕食者の魚が獲物の魚を与えられ、捕食者が食べる獲物の魚の量を正確に追跡できる状況に適用できます。 これを達成するために、実験者はタンクに入れる前にすべての食品の重さを量る必要があります。また、実験者は、タンクから食べ残しの食べ物をすべて取り除き、食べ残しの食べ物の重さを量ることができなければなりません。 さらに、捕食魚と被食魚の両方のサンプルの十分な均質化を得るために、適切なミキサーとブレンダーのスイートが利用可能であるべきです。 最後に、PCB同族体濃度を決定するために使用されるガスクロマトグラフィー(質量分析装置)は、比較的低濃度で個々のPCB同族体を検出および定量できる必要があります。

プロトコル

1室内実験

1. 実験中に捕食魚に供給される獲物の魚を入手します。好ましくは、これらの獲物の魚は、フィールドに入力されてい凍結し、約-30°Cで保存してください。獲物の魚のための潜在的な供給源としての商業漁業を考えてみましょう。
2. 実験室タンクに捕食魚を導入する実験に使用する。 15捕食魚まで870リットルのタンクのそれぞれに導入し、最大30捕食魚されてきたこれまでの研究^16,18で2380リットルのタンクのそれぞれに導入されている。
3. 選択した獲物の魚の食事に捕食魚を順応。順化後、捕食魚は、実験を開始する前に、1〜3ヶ月間、このダイエットを維持する必要があります。
4. ランダムに獲物の魚のバッチから10〜20の複合サンプルを選択することで、獲物の魚のサンプルを置いておきます。複合サンプル中の捕食魚の数は、獲物のサイズに応じて、3〜100の範囲であり得る魚。各複合試料は凍結し、袋詰めし、約-30℃で保存し、二重にする必要があります。
5. 各タンクに魚を30〜50％の犠牲にして実験を開始する。
   1. 、魚を安楽死させる大規模なプラスチック容器に水45リットルでFinquelの8グラムを混合し、次いでFinquel液の入った容器に魚を置きます。
   2. いったん安楽死させ、処理時まで約-30°Cで二重包装した後、袋に1タンクから犠牲に魚のすべてを置き、店。
   3. 各タンクに残っている魚をそれぞれ秤量し、重さを記録。麻酔薬は、おそらく計量を行うために必要とされるであろう。
   4. 、魚を麻酔大型プラスチック容器内の水の45リットルでFinquelの4.6グラムを混ぜ、その後、Finquel液の入った容器に魚を置きます。
   5. 魚を計量する前に有効にするには、麻酔薬のための数分待ちます。
6. 実験のそれぞれの日には、解凍適切な獲物の魚の量、およびおよそ1〜5グラムの重さの断片に獲物の魚を切った。各タンクに捕食魚のピースをドロップし、各タンクに配置される獲物の魚の量を計量し、捕食者の魚を養うために約1時間を可能にします。そして、全ての食べ残しを取り除く約20分間空気乾燥さ食べ物を許可してから、タンクのそれぞれについて、食べ残しの重量を量る。タンク内に配置された食物の量と、毎日のタンクのそれぞれについて、食べ残しの量を記録します。
   注：代表的な実験のために、レイクトラウトは、それらがそれぞれ¹⁸日目1給餌期間中に消費するように多くの食べ物として供給した。しかし、捕食者の魚も固定配給^16,19上に配置することができた。
7. 各タンクに残っている捕食魚のすべてを犠牲にして実験を終了します。 、魚を安楽死させる大規模なプラスチック容器に水45リットルでFinquelの8グラムを混合し、次いでFinquel液の入った容器に魚を置きます。録音トン犠牲に魚のそれぞれの彼は体重。信頼性の高い結果を得るためには、実験は、好ましくは少なくとも130日間、少なくとも100日間、実行する必要があります。 1袋にタンクから魚のすべてを置き、その後二重袋、処理時まで約-30℃で保存してください。

2魚の均質化

1. 捕食者の魚、および/または解凍するための獲物の魚の複合材料のセットを選択します。複合材料は、部分的に解凍することができます。各複合材料は、均質化する0.5〜1時間が必要な場合があります。
2. 適切なサイズのブレンダーを使用して、複合体のそれぞれを均質化する。各複合のために、洗浄アセトンすすぎ、ラベル瓶にホモジネート（50〜100グラム）のサンプルを配置します。その後、瓶キャップや処理の時まで約-30℃で瓶を保管。
3. 魚を均質化するために使用されるすべての機器を洗浄した後、適切にサンプルの間、蒸留水、メタノールですすいでください。

3。抽出

1. 20.0グラムを量りの200mlのビーカーに均質化された魚の組織を解凍した。
2. 硫酸ナトリウムの約40グラムを加え、へらでよく混ぜる。
3. 抽出物中の20 ng / mlでの最終濃度をもたらす濃度でサロゲートスパイク同族体30を含む溶液を、61、161、および166スパイクを追加します。
4. 20分毎に混合しながら、サンプルを室温で乾燥することができます。
5. サンプルは、サンプルが抽出のための準備ができて、その時点で乾燥砂の一貫性に到達することを許可します。
6. テフロン沸騰チップ、ソックスレーおよびコンデンサを含む500mlフラスコでソックスレー抽出装置を設定します。
7. 粗フリットディスクボトムや紙シンブルのガラスシンブルに干物混合物を追加します。
8. サンプルに使用ビーカーに、50％ヘキサン及び50％ジクロロメタン150mlを加え、スパチュラでビーカーの壁を掻き取りながら撹拌する。
9. ソックスレー通ってサイクルに装着フラスコによるソックスレーのトップに溶剤を移し、それを許可フラスコへ。
10. 再び150ミリリットルで2回繰り返します。
11. 発熱体に付着したフラスコをソックスレーを配置し、コンデンサーを接続します。
12. 発熱体をオンにして、穏やかな沸騰に溶剤を持参し、冷たい水が凝縮器に供給されていることを確認しながら16時間、最低取り出す。
13. 溶剤を冷却させた後、試料フラスコのいずれかが水を含んでいないか確認してください。水を硫酸ナトリウムにより吸収されるまで水を含有するものフラスコために、硫酸ナトリウムやスワールを追加する。
14. 窒素サンプルコンセントレータまたは温水浴でKadernaデンマーク（KD）ガラス製品のセットアップを使用してサンプルを濃縮する。
15. 試料は2ml未満の体積まで蒸発し、次いで5mlのメスフラスコに用いられるガラス製品からサンプルを転送するためにヘキサンの小さい洗浄液を用いて、5 mlの最終容積に戻すことができるようにする。
16. 10mlのバイアルに移し、サンプル情報とラベルを付けます。

1. 活性シリカゲル100gに濃硫酸44グラムを追加することにより酸性化したシリカゲルを準備します。
2. 底部にガラスウールの小さなプラグを含む小さなクロマトグラフィーカラムに酸性化し、10gのシリカゲルを添加する。
3. 10mlのヘキサンでカラムを前洗浄した後、カラムに試料抽出物の1ミリリットルを追加します。
4. ヘキサン20mlでカラムを溶出し、テーパ20mlのガラス管中に収集する。
5. 窒素気流下で窒素蒸発器（N-バップ）装置上でガラス管を配置し、熱水に浸漬した。
6. 1ml未満に蒸発させますが乾燥するまではない。
7. N-バップ装置から取り外し、ヘキサンの小さな洗浄液を1ミリリットルのメスフラスコに移す。
8. サンプル情報で標識した1.8ミリリットルオートサンプラーバイアルに移す。
9. バイアルに内部標準4μlのスパイク。サンプルは現在、分析のための準備ができました。

5。アナル負化学イオン化を用いた質量分析 - ガスクロマトグラフィーによるysis

1. 計器を校正する標準規格を使用します。基準がよく分離同族体の基からなる混合物中で利用できます。混合物1-5はほぼArochlors 1016、1221、1232、1242、1248、1254に見られる同族体の全てから成り、1260ミックス1は、マルチレベルキャリブレーションミックスとして使用され、システムの線形性は、少なくとも調製することによって確認される2および100 ng / mlの間の濃度で5較正レベル。ミックス2-5は、各同族のためのシングルポイントキャリブレーションとして使用されている。
2. 試薬ガスなどのキャリアガス（1ml /分）及びメタン等の水素と負化学イオン化モードでの質量分析システム - クロマトグラフィーを設定する。
3. 分離のための0.25μmの膜厚で、DB-XLBで被覆された溶融シリカキャピラリカラム（内径0.25mm×60メートル）を使用します。 26次いで25℃/分で、60〜212℃のオーブン温度プログラム、1℃/分で0℃、4℃/分、その後280℃で4分間の最終保持時間を有する。インジェクタおよびトランスファーライン温度は280℃に設定してください。スプリットレス注入モードを用いた試料1〜2μLを注入する。
4. ¹³ C標識デカクロロビフェニルを用いた内部標準法により、すべての標準液およびサンプルを分析する。
5. 第2のソース標準とアロクロール1242および1260を実行して、初期校正のチェックを実行してから、このチェック·プロシージャからの観察量のアロクロール同族の予測値を比較します。
6. すべての試料の初期キャリブレーション手順が正常に遂行された後、完全な分析。キャリブレーションが初期較正の較正混合物のいずれかを使用して、すべての10個のサンプルをチェックして実行する。

ネット栄養転送効率の6。計算

1. ネット栄養転送効率を計算し、γ、各組み合わせoを用以下の式を用いてfのタンクとPCB同族。
   [PCB _fは ]実験終了時にタンク内の捕食魚の平均PCB同族体濃度であり、W _fは 、実験の終了時にタンク内の捕食魚の平均重量である[PCB _i]は私は実験開始時捕食魚の平均重量であり、摂取されたPCBの同族体の量は、重量を指すW実験開始時タンク内の捕食魚の平均のPCB同族体の濃度であり、 PCB同族体は、実験の過程でタンク内の各レイクトラウトにより、平均して、摂取した。
2. タンクDURに捕食魚ごとに食べて獲物の魚の平均量（重量）によって捕食魚の複合材料でのPCB同族体の平均濃度を乗じて上式の分母を計算する実験の全過程をる。

結果

最後のレイクトラウトの平均重量は853から1566グラム（ 表1）の範囲であった間に、最初のレイクトラウトの平均重量は694〜907グラムの範囲であったようにレイクトラウトは、実験中に成長のかなりの量を示した。 135日間の実験中レイクトラウトによって消費された食物の平均量は641から2649グラムの範囲であった。平均のPCB同族体濃度はによって0.03から29.31の範囲であった間に、平均のPCB同族体濃度は実験開始時に0.01〜7.14 ngの/ gの（ウェット重量ベース）の範囲であったとしてレイクトラウト中のPCB同族体の濃度は、実験中に増加した平均実験（ 表2）の結論。 9月キャッチブローターの10の複合サンプル全体で平均化、PCBの同族体の濃度は、0.03〜26.56 ngの/ gの範囲であった。月キャッチブローターの10の複合サンプル全体で平均化、PCBの同族体の濃度は、0.03〜23.52 ngの/ gである（ 表2）の範囲であった。参照する実験に用いたブローターの詳細についてはMadenjian ら <...

ディスカッション

γの最も正確な推定値では、実験者は正確に実験中のタンクやタンクのそれぞれに食べ残しの量のそれぞれに配置された食物の量の両方を追跡することができなければならない。これを実現するために、実験者はタンクから食べ残しをすべて削除し、正確に重量を測定することができなければならない。実際に捕食魚に食べられ、食物の正確なトラッキングに加えて、γの正確な推定はまた、実験に十分な期間に依存してもよい。広く引用実験室での研究は、具体的に自分の食べ物は持続^22,23 105〜224日の範囲であったから、魚にPCBの栄養伝達効率を推定するために設計されていることを考えると、少なくとも100日の期間、好ましくは少なくとも130日は、お勧めします。さらに、バイアスは、expの開始時にPCBの測定のためにサンプリング捕食魚の数が不足することによってγの推定に導入することができるeriment ^14。サンプルサイズの減少と共に、タンク増加捕食魚のすべてについての平均PCB濃度を表さないPCB濃度の捕食魚のサンプルを得る確率。理想的には、タンク内の魚の半分は実験開始時のPCBの測定のために犠牲にする必要があります。

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材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
870-Lグラスファイバータンク	極寒のユニット	RT-430-1
2,380-Lグラスファイバータンク	極寒のユニット	RT-630-1
トリカインメタンスルホン酸塩(フィンケル)	アージェントケミカルラボラトリーズ株式会社	C-FINQ-UE-100G	オイゲノールは麻酔薬としても使用できます。
アッシュランド シェフ ナイフ	シカゴ カトラリー	SKU 1106336
まな板	ウィリアムズ・ソノマ	3863586
ホバート ベリカルミキサー (40 クォート)	ホバート・コーポレーション
1.9-L フードプロセッサー	ロボットクーペ	RSI 2Y1
ポリエチレン袋(各種サイズ)	株式会社アルカン
I-Chemジャー	I-Chem	220-0125
トップロード電子天びん	メトラー・トレド	メトラーPM 6000
硫酸ナトリウム、無水粒性 - 粒状	EMD	SX0760E-3
ガラス抽出シンブル (45 mm x 130 mm)	Wilmad-Lab ガラス	LG-7070-114
テフロン沸騰チップ	Chemware	919120
Rapid Vap 窒素サンプル濃縮器	Labconco	7910000
N-Vap 窒素濃縮器	Organomation	112
ソックスレー抽出ガラス器具(500ml)	Wilmad-Lab Glass	LG-6900-104
ヘキサン	・バーディック &ジャクソン	カタログ211-4
ジクロロメタン	・バーディック &ジャクソン	カタログ300-4
シリカゲル	BDH	カタログBDH9004-1KG
Labl Line 5000マルチユニット抽出ヒーター	Lab Line Instruments
Agilent 5973 GC/MS with chemical ionization	Agilent	5973N
Internal standard solution	Cambridge Isotope Laboratories	EC-1410-1.2
PCB congoner calibration standards	Accustandard	C-CSQ-SET
DB-XLB カラム (60 m x 0.25 mm, 0.25 micron)	Agilent/ J&	W122-1262