Laboratorium Schatting van de netto Trofische Transfer Rendementen van PCB Congeneren naar Lake Trout ( Salvelinus namaycush) Uit Zijn Prooi

Samenvatting

Een techniek voor het laboratorium schatting van de netto-trofische overdracht efficiëntie van polychloorbifenylen (PCB) congeneren om visetende vis uit hun prooi wordt gepresenteerd. Om de toepasbaarheid van de laboratorium resultaten te maximaliseren naar het veld, moet de visetende vissen worden gevoed prooi vis die doorgaans worden gegeten in het veld.

Samenvatting

Een techniek voor het laboratorium schatting van de netto-trofische overdracht efficiëntie (γ) van polychloorbifenylen (PCB) congeneren om visetende vis uit hun prooi wordt hierin beschreven. Tijdens een 135-dag laboratoriumexperiment, we gevoed bokking (Coregonus hoyi) dat gevangen was in Lake Michigan om meer forel (Salvelinus namaycush) in acht laboratorium tanks bewaard. Bokking is een natuurlijke prooi voor meer forel. In vier van de tanks, werd een relatief hoge stroomsnelheid benutten om relatief hoge activiteit van het meer forel, terwijl een lage stroomsnelheid werd gebruikt in de andere vier tanks, waardoor lage meerforel activiteit. Op een tank-by-tank basis, de hoeveelheid voedsel gegeten door de meer forel op elke dag van het experiment werd opgenomen. Elk meer forel werd gewogen aan het begin en einde van het experiment. Vier tot negen meer forel uit elk van de acht tanks werden gedood bij het begin van het experiment en al 10 meer forel resteert in elk van de tanks waren euthanized aan het einde van het experiment. We bepaalden concentraties van 75 PCB congeneren in het meer forel bij aanvang van het experiment in het meer forel aan het einde van het experiment en in bokkingen toegevoerd aan het meer forel tijdens het experiment. Gebaseerd op deze metingen werd γ berekend voor elke 75 PCB congeneren in elk van de acht tanks. Bedoel γ werd berekend voor elk van de 75 PCB-congeneren op zowel actieve als inactieve meer forel. Omdat het experiment werd herhaald in acht tanks, de standaardfout over betekenen γ kan worden geschat. Resultaten van dit type experiment zijn nuttig in de risicoanalyse van modellen om toekomstige risico's voor mensen en dieren het eten van besmette vis onder verschillende scenario's van verontreiniging van het milieu te voorspellen.

Inleiding

Van alle factoren die van invloed zijn op de snelheid waarmee vissen verontreinigingen ophopen, is de efficiëntie waarmee vissen verontreinigingen vasthouden uit het voedsel dat ze eten een van de belangrijkste^1-3. Risicobeoordelingsmodellen zijn ontwikkeld om toekomstige risico's te voorspellen voor zowel mensen als wilde dieren die verontreinigd vis eten onder verschillende scenario's van milieuverontreiniging, en de betrouwbaarheid van deze voorspellingen hangt kritisch af van de nauwkeurigheid van de schattingen van de efficiëntie waarmee vissen verontreinigingen uit hun voedsel vasthouden⁴.

De efficiëntie waarmee de verontreiniging in het voedsel dat door de predator wordt ingenomen, door de darmwand wordt getransporteerd, staat bekend als bruto trofisch overdrachtsefficiëntie⁵. Een deel van de hoeveelheid verontreiniging die door de darmwand van de predator wordt getransporteerd, kan uiteindelijk verloren gaan door depuratie en/of metabolische transformatie. De efficiëntie waarmee de verontreiniging in het voedsel dat door de predator wordt ingenomen, door de predator wordt vastgehouden, inclusief eventuele verliezen door eliminatie en metabolische transformatie, staat bekend als netto trofisch overdrachtsefficiëntie⁶.

De bruto trofisch overdrachtsefficiëntie van organische verontreinigingen naar vissen vanuit hun prooi lijkt te variëren met de chemische eigenschappen van de verontreiniging, inclusief de lipofielenatuur zoals gemeten door de octanol-water verdelingscoëfficiënt, K_ow^3,7. Volgens een empirische relatie ontwikkeld door Thomann³, is de bruto trofisch overdrachtsefficiëntie relatief hoog wanneer log K_ow gelijk is aan een waarde tussen 5 en 6. De bruto trofisch overdrachtsefficiëntie neemt exponentieel af met een snelheid van 50% per eenheid van log K_ow terwijl log K_ow toeneemt van 6 tot 10, volgens de relatie van Thomann³.

Niettemin lijken de bruto en netto trofisch overdrachtsefficiënties van polychloorbifenyl (PCB) congeners naar vissen vanuit hun prooi in de meeste gevallen niet te volgen de relatie van Thomann³. Hoewel de trofisch overdrachtsefficiënties van PCB congeners naar meerforel (Coregonus clupeaformis) uit zijn voedsel de relatie volgden die door Thomann voorgesteld werd⁸, waren trofisch overdrachtsefficiënties van PCB congeners ofwel slechts zwak gerelateerd of helemaal niet gerelateerd aan log K_ow voor Atlantische zalm (Salmo salar)⁹, regenboogforel (Oncorhynchus mykiss)¹⁰, cohozalm (Oncorhynchus kisutch)¹¹, en noordelijke snoekbaars (Esox lucius)¹¹.

Het algemene doel van deze studie was om een laboratoriumtechniek te presenteren voor het schatten van de netto trofisch overdrachtsefficiënties van PCB congeners naar een visenetende vis vanuit zijn prooi. Meerforel (Salvelinus namaycush) werd gekozen als de visenetende vis voor ons experiment omdat meerforel relatief gemakkelijk te onderhouden is in laboratoriumtanks. Bloater (Coregonus hoyi) werd geselecteerd als prooivis om aan de meerforel te worden gevoerd omdat bloater in zijn natuurlijke omgeving wordt gegeten door meerforel¹². Daarnaast bepaalden we of de netto trofisch overdrachtsefficiënties voor meerforel geschat uit ons laboratoriumexperiment de relatie van Thomann³ volgden. We bepaalden ook of de mate van activiteit door de meerforel een significant effect had op de netto trofisch overdrachtsefficiëntie (γ) van de PCB congeners. Activiteit door meerforel in de Grote Meren van Laurentia wordt verondersteld onlangs te zijn toegenomen omdat veranderingen in de voedselketens hebben geleid tot meerforel die meer energie toewijst aan het zoeken naar voedsel¹³. Meerforel werd gedwongen om te oefenen in één set tanks door deze meerforel te onderwerpen aan relatief hoge stromingssnelheden, terwijl de andere meerforel relatief inactief mochten blijven door hen te onderwerpen aan relatief lage stromingssnelheden. Ten slotte worden de specifieke details van onze laboratoriumprocedure die zorgvuldig moeten worden gevolgd om de hoogste mate van nauwkeurigheid in de γ schattingen te waarborgen en om de laboratoriumresultaten toepasbaar te maken op het veld besproken, evenals toekomstige richtingen voor onderzoek gebaseerd op onze laboratoriumtechniek. Netto trofisch overdrachtsefficiëntie kan zowel in het laboratorium als in het veld worden geschat, en voordelen en nadelen zijn geassocieerd met beide benaderingen. Nauwkeurigheid in de schatting van γ hangt af van de nauwkeurigheid van de schatting van voedselconsumptie. De hoeveelheid voedsel die door vissen in het laboratorium wordt gegeten, kan nauwkeurig worden bepaald wanneer correcte protocollen worden gevolgd, terwijl de hoeveelheid voedsel die door vissen in het veld wordt gegeten, meestal wordt geschat via bio-energetisch modelleren. Gebruik van bio-energetisch modelleren om de hoeveelheid gegeten voedsel af te leiden, heeft het potentieel om een substantieel bedrag aan onzekerheid in de schattingen van voedselconsumptie te introduceren. Visbio-energetische modellen zijn getoond dat ze voedselconsumptie schatten zonder detecteerbare bias voor het geval van meerforel^14,15, maar er is aanzienlijke bias in bio-energetische modelgeschatte voedselconsumptie gedetecteerd voor het geval van meerforel^15,16. Aan de andere kant kunnen schattingen van netto trofisch overdrachtsefficiëntie geschat in he

Protocol

1 Laboratorium Experiment

1. Het verkrijgen van de prooi vis aan de roofvissen kan worden ingevoerd tijdens het experiment. Bij voorkeur worden deze prooi vissen worden meegenomen in het gebied, bevroren en opgeslagen bij ongeveer -30 ° C. Overweeg commerciële visserij als een potentiële bron voor de prooi vis.
2. Breng de roofdiervissen in het laboratorium tanks worden gebruikt voor het experiment. Tot 15 roofvis zijn ingevoerd in elk van 870 L-tanks, en tot 30 roofvis zijn ingevoerd in elk van 2380-L tanks in eerdere studies ^16,18.
3. Acclimatiseren de roofvissen aan een dieet van de geselecteerde prooi vis. Eenmaal gewend, moet de roofvissen op dit dieet gedurende 1-3 maanden voor het begin van het experiment.
4. Zet opzij monsters van prooi vis door willekeurig te selecteren 10-20 samengestelde monsters uit de partij van prooi vis. Aantal prooi vis in een mengmonster kan variëren 3-100, afhankelijk van de grootte van de prooifish. Elk mengmonster moet dubbel verpakt, ingevroren en opgeslagen bij ongeveer -30 ° C zijn.
5. Start het experiment te offeren 30 tot 50% van de vissen in elk van de tanks.
   1. Om de vis te euthanaseren, mix 8 g Finquel met 45 liter water in een grote plastic container en leg dan de vis in de container met de Finquel oplossing.
   2. Eenmaal gedood, leg alle opgeofferd vis van de ene tank in een zak, dan dubbele zak, en bewaar bij ongeveer -30 ° C tot aan de tijd van de verwerking.
   3. Weeg elk van de overige in elk van de tanks vis en noteer het gewicht; een verdoving zal waarschijnlijk nodig zijn om het gedrag van de wegen.
   4. Om de vissen te verdoven, meng 4,6 g Finquel met 45 liter water in een grote plastic container, en leg dan de vis in de container met de Finquel oplossing.
   5. Wacht een paar minuten voor de verdoving van kracht worden vóór het wegen van de vis.
6. Op elke dag van het experiment, ontdooien eenjuiste hoeveelheid prooi vis, en snijd de prooi vis in stukken met een gewicht van ongeveer 1 tot 5 g. Weeg de hoeveelheid prooi vis in elk van de tanks worden geplaatst, dan vallen de prooi vis stukken in elke tank en laat de roofvis ongeveer 1 uur te voeden. Verwijder alle voedselresten, zodat het voedsel aan de lucht drogen gedurende 20 minuten, en weeg de voedselresten voor elk van de tanks. Noteer de hoeveelheid voedsel geplaatst in de tank en de hoeveelheid voedselresten voor elk van de tanks elke dag.
   OPMERKING: Voor de vertegenwoordiger experiment werden meer forel gevoed zo veel eten als ze tijdens een voeding periode elke dag ¹⁸ zou verbruiken. Echter, de roofvissen kan ook worden op vaste rantsoenen ^16,19 geplaatst.
7. Beëindig het experiment zonder al het resterende roofvissen in elk van de tanks. Om de vis te euthanaseren, mix 8 g Finquel met 45 liter water in een grote plastic container en leg dan de vis in de container met de Finquel oplossing. Record thij gewicht van elk van de opgeofferd vis. Voor betrouwbare resultaten moet het experiment werking ten minste 100 dagen, bij voorkeur gedurende ten minste 130 dagen. Plaats alle van de vis uit een reservoir in een zak, dan dubbele zak, en bewaar bij ongeveer -30 ° C tot aan de tijd van de verwerking.

2 Fish Homogenisering

1. Selecteer een set van roofvis en / of prooi vis composieten voor ontdooien. Laat de composieten gedeeltelijk ontdooien. Elke samenstelling kan vereisen 0,5 tot 1 uur te homogeniseren.
2. Met behulp van de juiste afmeting blenders, homogeniseren elk van de composieten. Voor elke samengestelde, plaats een monster (50-100 g) van het homogenaat in een schoongemaakte, aceton gespoeld en moeten jar. Cap vervolgens de pot en bewaar de pot bij ongeveer -30 ° C tot het moment van verwerking.
3. Was alle gebruikt om de vis homogeniseren apparatuur en vervolgens goed spoelen met gedistilleerd water en methanol, tussen de monsters.

3 Extraction

1. Weeg 20,0 gontdooid gehomogeniseerd visweefsel in een bekerglas van 200 ml.
2. Voeg ongeveer 40 g natriumsulfaat en meng goed met een spatel.
3. Voeg surrogaat spike oplossing die congeneren 30, 61, 161 en 166 Spike bij een concentratie die een eindconcentratie van 20 ng / ml in het extract oplevert.
4. Laat het monster gedroogd bij kamertemperatuur onder mengen om de 20 minuten.
5. Laat het monster een consistentie van droog zand, waarna het monster is klaar voor extractie bereikt.
6. Het opzetten van de Soxhletextractie apparaat met een 500 ml kolf met Teflon kook chips, Soxhlet en condensor.
7. Voeg de gedroogde vis mengsel aan een glazen huls met een grove gesinterde disc bottom of papieren vingerhoed.
8. Voeg 150 ml van 50% hexaan en 50% dichloormethaan in het bekerglas dat voor de steekproef en roer schrapen terwijl de wanden van het bekerglas met een spatel.
9. Breng de oplossing aan de top van de Soxhlet met de kolf verbonden en laat om door de Soxhlet ende kolf.
10. Herhaal een tweede keer met 150 ml weer.
11. Plaats de Soxhlet met de bijgevoegde fles op het verwarmingselement en bevestig de condensor.
12. Zet het verwarmingselement en breng het oplosmiddel de kook en trek gedurende minimaal 16 uur te zorgen dat koud water wordt toegevoerd aan de condensors.
13. Na aftrek van het oplosmiddel te koelen, te controleren om te zien of een van de sample flesjes water bevatten. Voor flessen met water, voeg natriumsulfaat en zwenk totdat het water wordt geabsorbeerd door de natrium sulfaat.
14. Concentreer het monster met behulp van een stikstof monster concentrator of een Kaderna Deense (KD) glaswerk setup met een warm waterbad.
15. Laat het monster verdampen tot een volume van minder dan 2 ml en breng op een eindvolume van 5 ml met kleine wassingen van hexaan om het monster te brengen van het glaswerk een 5-ml volumetrische kolf.
16. Over te dragen aan een 10-ml flesje en label met voorbeeld informatie.

4. Extract Clean-up

1. Bereid aangezuurd door toevoeging van silicagel 44 g geconcentreerd zwavelzuur en 100 g silicagel.
2. Voeg 10 g aangezuurde silica gel in een kleine chromatografiekolom met een kleine prop glaswol bij de bodem.
3. Voeg 1 ml monsterextract op de kolom na voorreiniging de kolom met 10 ml hexaan.
4. Elueer de kolom met 20 ml hexaan en in een conische 20 ml glazen buis.
5. Plaats de glazen buis aan het stikstofatoom verdamper (N-Vap) inrichting onder een stikstofstroom en ondergedompeld in heet water.
6. Damp minder dan 1 ml, maar niet tot droog.
7. Haal ze uit de N-Vap apparatuur en over te brengen naar 1 ml maatkolf met kleine wassingen van hexaan.
8. Transfer naar een 1,8 ml autosampler flesje voorzien van sample informatie.
9. Spike 4 pi van de interne standaard in de flacon. Het monster is nu klaar voor analyse.

5 Analelyse door gaschromatografie - massaspectrometrie met behulp van negatieve Chemische ionisatie

1. Gebruik standaarden om het instrument te kalibreren: De normen beschikbaar zijn in mengsels, bestaande uit groepen van goed gescheiden soortgenoten. Mengsels 1-5 uit bijna alle congeneren in Arochlors 1016, 1221, 1232, 1242, 1248, 1254 en 1260 Mix 1 wordt gebruikt als een multi-level kalibratie mix en systeem lineariteit wordt bevestigd door het bereiden van ten minste vijf kalibratie niveaus in concentraties tussen 2 en 100 ng / ml. Mixes 2-5 worden gebruikt als single point kalibraties voor elke congeneer.
2. Stel de chromatografie - massaspectrometrie systeem in negatieve chemische ionisatie modus met waterstof als dragergas (1 ml / min) en methaan als het reagensgas.
3. Gebruik een fused-silica capillaire kolom (60 m × 0,25 mm binnendiameter) gecoat met DB-XLB van 0,25 micrometer laagdikte voor de scheiding. Programma oventemperatuur 60-212 ° C bij 25 ° C / min, vervolgens naar 260 ° C bij 1 ° C / min, en vervolgens tot 280 ° C bij 4 ° C / min, met een laatste houdtijd van 4 minuten. Injector en overdracht lijn temperaturen vast te stellen op 280 ° C. Injecteer 1 tot 2 ul van het monster met de splitless injectiemodus.
4. Analyseren van alle standaarden en monsters door de interne standaard methode met ¹³ C-gelabeld decachlorobiphenyl.
5. Voer een controle op de initiële kalibratie door het uitvoeren van een tweede bron standaard en Aroclors 1242 en 1260, en vervolgens vergelijken voorspelde waarden voor de Aroclor congeneren met de waargenomen hoeveelheden van deze controle procedure.
6. Zodra de aanvankelijke kalibratieprocedure succesvol is volbracht volledige analyse van alle monsters. Voer een kalibratie controleren elke tien monsters, met een van de kalibratie mengsels van de initiële kalibratie.

6 Berekening van de netto Trofische Transfer Efficiency

1. Bereken net trofische transferrendement, γ, voor elke combinatie of tank en PCB congeneer met de volgende formule:
   , Waarbij [PCB _f] is de gemiddelde PCB congeneer concentratie van de roofvis in de tank aan het einde van het experiment, W _f het gemiddelde gewicht van de roofvis in de tank aan het einde van het experiment [PCB _i] de gemiddelde PCB congeneer concentratie van de roofvis in de bak aan het begin van het experiment, W _i het gemiddelde gewicht van de roofvis aan het begin van het experiment en de hoeveelheid PCB congeneer ingenomen verwijst naar het gewicht van de PCB congeneer ingenomen, gemiddeld met elk meer forel in de tank tijdens het experiment.
2. Bereken de noemer in de bovenstaande vergelijking van de gemiddelde concentratie van de PCB-congeneer te vermenigvuldigen in de prooi vis composieten met het gemiddelde bedrag (gewicht) van de prooi vis gegeten per roofvissen in de tank during het gehele verloop van het experiment.

Resultaten

Lake forel toonde een aanzienlijke hoeveelheid groei tijdens het experiment als de oorspronkelijke meerforel gemiddelde gewicht varieerde 694-907 g terwijl de laatste meer forel gemiddelde gewicht varieerde van 853 tot 1.566 g (tabel 1). De gemiddelde hoeveelheid voedsel geconsumeerd door een meer forel in de loop van de 135-dag experiment varieerde van 641 tot 2.649 g. Gemiddelde PCB congeneer concentraties van meer forel verhoogd tijdens het experiment als gemiddelde PCB congeneer concentraties variee...

Discussie

Voor de meest nauwkeurige schattingen van γ, moet de onderzoeker in staat zijn om nauwkeurig bijhouden zowel de hoeveelheid voedsel geplaatst in elk van de tanks en de hoeveelheid voedselresten in elk van de tanks in de loop van het experiment. Om dit te bereiken, moet de onderzoeker in staat zijn om alle voedselresten uit de tanks verwijderd en het gewicht nauwkeurig te bepalen. Naast het nauwkeurig volgen van het voedsel daadwerkelijk door de roofvis gegeten kan nauwkeurige schatting van γ ook afhangen van toereikende...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
870-L fiberglass tanks	Frigid Units	RT-430-1
2,380-L fiberglass tanks	Frigid Units	RT-630-1
Tricaine methanesulfonate (Finquel)	Argent Chemical Laboratories, Inc.	C-FINQ-UE-100G	Eugenol zou ook als verdoving kunnen worden gebruikt.
Ashland chef's knife	Chicago Cutlery	SKU 1106336
Snijplank	Williams-Sonoma	3863586
Hobart verticale mixer (40 kwart)	Hobart Corporation
1,9-L voedselprocessor	Robot Coupe, Inc.	RSI 2Y1
Polyethyleen zakken (verschillende maten)	Arcan Inc.
I-Chem potten	I-Chem	220-0125
Top-load elektronische weegschaal	Mettler Toledo	Mettler PM 6000
Natriumsulfaat, watervrij - korrelig	EMD	SX0760E-3
Glazen extractie-timpjes (45 mm x 130 mm)	Wilmad-Lab Glass	LG-7070-114
Teflon kooksteentjes	Chemware	919120
Rapid Vap stikstof monsterconcentrator	Labconco	7910000
N-Vap stikstof concentrator	Organomation	112
Soxhlet extractieglaswerk (500 ml)	Wilmad-Lab Glass	LG-6900-104
Hexaan	Burdick & Jackson	Cat. 211-4
Dichloormethaan	Burdick & Jackson	Cat. 300-4
Silicagel	BDH	Cat. BDH9004-1KG
Labl Line 5000 multi-eenheid extractie verwarming	Lab Line Instruments
Agilent 5973 GC/MS met chemische ionisatie	Agilent	5973N
Interne standaardoplossing	Cambridge Isotope Laboratories	EC-1410-1.2
PCB-congenere kalibratiestandaarden	Accustandard	C-CSQ-SET
DB-XLB kolom (60 m x 0,25 mm, 0,25 micron)	Agilent/ J&W	122-1262