Artigo de método

Estimativa Laboratório de Líquido tróficas eficiências de transferência de PCB para Lake Trout ( Salvelinus namaycush) De sua rapina

DOI:

10.3791/51496

⸱

29 de agosto de 2014

 ,  ,  , 
1Great Lakes Science Center, U. S. Geological Survey, 2Annis Water Resources Institute, Grand Valley State University, 3Daniel P. Haerther Center for Conservation and Research, Shedd Aquarium

Neste artigo

Resumo

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Uma técnica para estimativa de laboratório da rede trófica eficiência de transferência de bifenil policlorados (PCB) congêneres de peixes piscívoros de suas presas é apresentado. Para maximizar a aplicabilidade dos resultados do laboratório para o campo, o piscívoro deve ser alimentado presa peixe que são tipicamente consumidos no campo.

Resumo

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Uma técnica para estimativa de laboratório da rede trófica eficiência de transferência (γ) de bifenil policlorados (PCB) congêneres de peixes piscívoros de suas presas é aqui descrito. Durante um experimento de laboratório de 135 dias, nos alimentamos arenque defumado (Coregonus hoyi), que tinha sido capturado no lago Michigan para a truta do lago (Salvelinus namaycush) mantidos em oito tanques de laboratório. Bloater é uma presa natural para a truta do lago. Em quatro dos tanques, uma taxa de fluxo relativamente elevada foi usado para assegurar a actividade relativamente elevada da truta do lago, ao passo que uma baixa taxa de fluxo foi utilizado nas outras quatro tanques, permitindo a baixa actividade truta do lago. Em uma base de tanque-a-tanque, a quantidade de alimentos ingeridos pela truta do lago, em cada dia do experimento foi gravado. Cada truta do lago foi pesado no início e no fim da experiência. De quatro a nove truta do lago de cada um dos oito tanques foram sacrificados no início da experiência, e todas as 10 a truta do lago restante em cada um dos tanques foram euthanzado no final da experiência. Foram determinadas as concentrações de 75 congéneres de PCB na truta do lago, no início da experiência, na truta do lago, no final da experiência, e em bloaters alimentada à truta do lago, durante a experiência. Com base nestas medições, γ foi calculada para cada um dos 75 congéneres de PCB em cada um dos oito tanques. A média de γ foi calculada para cada um dos 75 congéneres de PCB, tanto para ativos e inativos truta do lago. Como o experimento foi repetido em oito tanques, o erro padrão sobre significar γ pode ser estimada. Os resultados deste tipo de experiência são úteis em modelos de avaliação de risco para prever risco futuro para os seres humanos e os animais selvagens que comem peixes contaminados em vários cenários de contaminação ambiental.

Introdução

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De todos os fatores que afetam a taxa na qual os peixes acumulam contaminantes, a eficiência com que os peixes retêm contaminantes dos alimentos que comem é um dos mais importantes1-3. Modelos de avaliação de risco foram desenvolvidos para prever riscos futuros para pessoas e animais selvagens que comem peixes contaminados em vários cenários de contaminação ambiental, e a confiabilidade dessas previsões depende criticamente da precisão das estimativas da eficiência com que os peixes retêm contaminantes de seus alimentos4.

A eficiência com que o contaminante no alimento ingerido pelo predador é transportado através da parede intestinal é conhecida como eficiência de transferência trófica bruta5. Uma parte da quantidade do contaminante transportada através da parede intestinal do predador pode eventualmente ser perdida por depuração e/ou transformação metabólica. A eficiência com que o contaminante no alimento ingerido pelo predador é retido pelo predador, incluindo quaisquer perdas devido à eliminação e transformação metabólica, é conhecida como eficiência de transferência trófica líquida6.

A eficiência de transferência trófica bruta de contaminantes orgânicos para peixes de suas presas parece variar com as propriedades químicas do contaminante, incluindo a afiliação lipídica medida pelo coeficiente de partição octanol-água, Kow3,7. De acordo com uma relação empírica desenvolvida por Thomann3, a eficiência de transferência trófica bruta é relativamente alta quando log Kow é igual a um valor entre 5 e 6. A eficiência de transferência trófica bruta diminui exponencialmente a uma taxa de 50% por unidade de log Kow à medida que log Kow aumenta de 6 para 10, de acordo com a relação de Thomann3.

No entanto, as eficiências de transferência trófica bruta e líquida de congêneres de bifenil policlorado (PCB) para peixes de suas presas não parecem seguir a relação de Thomann3 na maioria dos casos. Embora as eficiências de transferência trófica de congêneres de PCB para o peixe branco do lago (Coregonus clupeaformis) de seu alimento seguissem a relação proposta por Thomann8, as eficiências de transferência trófica de congêneres de PCB estavam apenas fracamente relacionadas ou não estavam relacionadas ao log K ow para salmão do Atlântico (Salmo salar) 9, truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss) 10, salmão coho (Oncorhynchus kisutch) 11, e lúcio do norte (Esox lucius)11.

O objetivo geral deste estudo foi apresentar uma técnica laboratorial para estimar as eficiências líquidas de transferência trófica de congêneres de PCB para um peixe piscívoro de sua presa. A truta do lago (Salvelinus namaycush) foi escolhida como o peixe piscívoro para nosso experimento porque a truta do lago é relativamente fácil de manter em tanques de laboratório. O inchaço (Coregonus hoyi) foi selecionado como a presa a ser alimentada pela truta do lago porque o inchaço é comido pela truta do lago em seu ambiente natural12. Além disso, determinamos se as eficiências líquidas de transferência trófica para trutas do lago estimadas em nosso experimento de laboratório seguiram a relação de Thomann3. Também determinamos se o grau de atividade da truta do lago teve um efeito significativo na eficiência de transferência trófica líquida (γ) dos congêneres de PCB. Acredita-se que a atividade da truta do lago nos Grandes Lagos Laurentianos tenha aumentado recentemente porque as mudanças nas teias alimentares fizeram com que a truta do lago alocasse mais energia para a busca de comida13. As trutas do lago foram forçadas a se exercitar em um conjunto de tanques, sujeitando-as a taxas de fluxo relativamente altas, enquanto as outras trutas do lago foram autorizadas a permanecer relativamente inativas, sujeitando-as a taxas de fluxo relativamente baixas. Finalmente, são discutidos os detalhes específicos de nosso procedimento laboratorial que precisam ser cuidadosamente seguidos para garantir o mais alto grau de precisão nas estimativas γ e para tornar os resultados laboratoriais aplicáveis ao campo, bem como direções futuras para pesquisas baseadas em nossa técnica de laboratório. A eficiência líquida de transferência trófica pode ser estimada tanto em laboratório quanto em campo, e vantagens e desvantagens estão associadas a ambas as abordagens. A precisão na estimativa de γ depende da precisão da estimativa do consumo de alimentos. A quantidade de comida ingerida pelos peixes no laboratório pode ser determinada com precisão quando os protocolos adequados são seguidos, enquanto a quantidade de comida ingerida pelos peixes no campo é normalmente estimada por meio de modelagem bioenergética. O uso da modelagem bioenergética para derivar a quantidade de alimentos ingeridos tem o potencial de introduzir uma quantidade substancial de incerteza nas estimativas do consumo de alimentos. Os modelos bioenergéticos de peixes demonstraram estimar o consumo de alimentos sem viés detectável para o caso da truta do lago14,15, mas um viés considerável nas estimativas do modelo bioenergético do consumo de alimentos foi detectado para o caso do peixe branco do lago15,16. Por outro lado, as estimativas de eficiência líquida de transferência trófica estimadas em laboratório podem não ser aplicáveis ao campo devido a uma diferença nas taxas de alimentação entre o laboratório e o campo17. Evidências de laboratório e de campo sugerem que a taxa de alimentação pode influenciar γ14,17.

A metodologia utilizada no presente estudo para estimar γ em laboratório é aplicável a situações em que o peixe predador é alimentado com presas, e a quantidade de presas ingeridas pelo predador pode ser rastreada com precisão. Para conseguir isso, o experimentador deve pesar todos os alimentos antes de colocá-los no tanque; e o experimentador deve ser capaz de remover todos os alimentos não consumidos do tanque e, em seguida, pesar os alimentos não consumidos. Além disso, um conjunto adequado de misturadores e misturadores deve estar disponível para obter um grau suficiente de homogeneização das amostras de peixes predadores e presas. Finalmente, a cromatografia gasosa - instrumentação de espectrometria de massa usada para determinar as concentrações de congêneres de PCB deve ser capaz de detectar e quantificar congêneres de PCB individuais em concentrações relativamente baixas.

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Protocolo

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1 Laboratório de Experiência

  1. Obter o peixe presa para ser alimentado para o peixe predador durante a experiência. De preferência, estes peixe presa deve ser observado no campo, congelado e armazenado a cerca de -30 ° C. Considere operações de pesca comercial como uma fonte potencial para os peixes presas.
  2. Introduzir a peixes predadores para os tanques de laboratório a ser utilizado para a experiência. Até 15 predador peixe foram introduzidos em cada um dos tanques 870-L, e até 30 peixes predadores foram introduzidos em cada um dos tanques de 2380-L, em estudos anteriores 16,18.
  3. Aclimatar os peixes predadores de uma dieta do peixe presa seleccionado. Uma vez aclimatados, o peixe predador deve permanecer nesta dieta por 1-3 meses antes do início do experimento.
  4. Separe amostras de peixes presa por seleção aleatória de 10 a 20 amostras compostas a partir do lote de peixe presa. Número de peixe presa em uma amostra de compósito pode variar entre 3 e 100, dependendo do tamanho da presapeixes. Cada amostra deve ser composto de embalagem dupla, congelado e armazenado a cerca de -30 ° C.
  5. Inicia-se a experiência com o sacrifício de 30 a 50% dos peixes em cada um dos tanques.
    1. Para sacrificar o peixe, misture 8 g de Finquel com 45 L de água em um grande recipiente de plástico e, em seguida, coloque o peixe no recipiente com a solução Finquel.
    2. Depois de sacrificados para colocar todos os peixes de um tanque sacrificados em um saco, bolsa, em seguida, e armazenar a cerca de -30 ° C até à altura de processamento.
    3. Pesar cada um dos restantes peixes em cada um dos tanques, e registra os pesos; um anestésico provavelmente serão necessárias para realizar a pesagem.
    4. Para anestesiar o peixe, misture 4,6 g de Finquel com 45 L de água em um recipiente de plástico grande, e em seguida, coloque o peixe no recipiente com a solução Finquel.
    5. Aguarde alguns minutos para que o anestésico para entrar em vigor antes da pesagem do peixe.
  6. Em cada dia da experiência, descongelar umaquantidade adequada de peixe presa, e cortar o peixe presa em pedaços pesando aproximadamente 1-5 g. Pesa-se a quantidade de peixe presa para ser colocado em cada um dos tanques, em seguida, deixar cair os pedaços de peixe presa em cada um dos tanques e permitir que o peixe predador cerca de 1 hora para se alimentar. Em seguida, retire todos os restos de comida, deixe a comida secar ao ar por cerca de 20 min, e em seguida, pesar a restos de comida para cada um dos tanques. Registar a quantidade de comida colocada no tanque e da quantidade de restos de comida para cada um dos tanques de cada dia.
    NOTA: Para o experimento representativo, truta do lago foram alimentados com comida tanto quanto eles iriam consumir durante um período de alimentação a cada dia 18. No entanto, o peixe predador pode também ser colocado em rações fixos 16,19.
  7. Terminar a experiência sacrificando todos os peixes predadores restante em cada um dos tanques. Para sacrificar o peixe, misture 8 g de Finquel com 45 L de água em um grande recipiente de plástico e, em seguida, coloque o peixe no recipiente com a solução Finquel. Grave tele peso de cada um dos peixes sacrificados. Para obter resultados confiáveis, o experimento deve ser executado por pelo menos 100 dias, de preferência, pelo menos, 130 dias. Coloque todos os peixes de um tanque em um saco, então bag duplo, e armazenar a cerca de -30 ° C até o momento do processamento.

Homogeneização 2. Peixe

  1. Selecione um conjunto de peixes predadores e / ou compósitos de peixe presa para descongelamento. Permitir que os compósitos para descongelar parcialmente. Cada composto pode exigir de 0,5 a 1 hora para homogeneizar.
  2. Usando os liquidificadores de tamanho adequado, homogeneizar cada um dos compostos. Para cada composto, colocar uma amostra (de 50 a 100 g) do homogeneizado em um frasco limpo, acetona-lavado, e etiquetado. Em seguida, o frasco de tampa e armazenar o frasco a cerca de -30 ° C até o tempo de processamento.
  3. Lave todos os equipamentos utilizados para homogeneizar o peixe, e depois enxaguar bem com água destilada e metanol, entre as amostras.

3. Extraction

  1. Pesar 20,0 gdescongeladas de tecido homogeneizado peixe num copo de 200 ml.
  2. Adicionar cerca de 40 g de sulfato de sódio e misturar bem com uma espátula.
  3. Adicionar solução de pico de substituição contendo os congéneres 30, 61, 161, e 166 a uma concentração pico que dá uma concentração final de 20 ng / ml no extracto.
  4. Deixar a amostra secar à temperatura ambiente, enquanto se mistura a cada 20 min.
  5. Deixar a amostra para alcançar uma consistência de areia seca, altura em que a amostra está pronta para a extracção.
  6. Configure o aparelho de extração Soxhlet com um frasco de 500 ml contendo chips de Teflon fervura, Soxhlet, e do condensador.
  7. Adicione a mistura de peixe seco para um dedal de vidro com um disco de fundo fritted-grossa ou dedal papel.
  8. Adicionar 150 ml de 50% de hexano e 50% de diclorometano para o copo utilizado para a amostra e agitar durante a raspagem das paredes do balão com uma espátula.
  9. Transferir o solvente para o topo da Soxhlet com o balão ligado e permitir que o ciclo através de Soxhlet e empara o balão.
  10. Repetir uma segunda vez com 150 ml mais uma vez.
  11. Coloque o Soxhlet com o balão anexado para o elemento de aquecimento e anexar o condensador.
  12. Ligar o elemento de aquecimento e trazer o solvente a uma fervura suave, em seguida o extracto durante um período mínimo de 16 horas para garantir que a água fria é fornecida para os condensadores.
  13. Depois de se permitir que o solvente de cool, verifica para ver se qualquer um dos frascos das amostras conter água. Para os frascos com água, adicionar sulfato de sódio e homogeneizar até que a água é absorvida pelo sulfato de sódio.
  14. Concentra-se a amostra usando um concentrador de amostra de azoto ou uma configuração de artigos de vidro Kaderna dinamarquesa (KD) com um banho de água quente.
  15. Deixar a amostra evaporar até um volume de menos de 2 ml, e, em seguida, levar a um volume final de 5 ml, utilizando pequenas lavagens de hexano para transferir a amostra do material de vidro utilizado para um balão volumétrico de 5 ml.
  16. Transfira para um frasco de 10 ml e etiqueta com informações de amostra.

  1. Prepare gel de sílica acidificado pela adição de 44 g de ácido sulfúrico concentrado e 100 g de gel de sílica activado.
  2. Adicionar 10 g de gel de sílica acidificado numa pequena coluna de cromatografia contendo um pequeno tampão de lã de vidro no fundo.
  3. Adicionar 1 ml de extracto da amostra à coluna após a pré-limpeza da coluna com 10 ml de hexano.
  4. Eluir a coluna com 20 ml de hexano e recolha afilada em tubo de vidro de 20 ml.
  5. Colocar o tubo de vidro sobre o aparelho de evaporador de azoto (N-Vap) sob uma corrente de azoto e imerso em água quente.
  6. Evapora-se a menos de 1 ml mas não até à secura.
  7. Retire do aparelho N-Vap e transferir para um frasco volumétrico de 1 ml com pequenas lavagens de hexano.
  8. Transferir para um frasco de autoamostragem de 1,8 ml marcado com a informação da amostra.
  9. Pico de 4 mL de padrão interno para dentro do frasco. A amostra está pronto para análise.

5. Analysis por Cromatografia Gasosa - Espectrometria de Massa Usando Negativa de Ionização Química

  1. Use padrões para calibrar o instrumento: As normas estão disponíveis em misturas que consistem em grupos de congêneres bem separados. Misturas 1-5 consistem em quase todos os compostos afins encontrados em Arochlors 1016, 1221, 1232, 1242, 1248, 1254, 1260 e uma mistura é utilizada como uma mistura de calibração multi-nível, e a linearidade do sistema é confirmada através da preparação de pelo menos cinco níveis de calibragem em concentrações entre 2 e 100 ng / ml. Mixes 2-5 são usados ​​como calibrações de um único ponto para cada congênere.
  2. Defina-se a cromatografia em - sistema de espectrometria de massa no modo de ionização química negativa com hidrogénio como gás de arraste (1 ml / min) e metano como gás reagente.
  3. Use uma sílica fundida, a coluna capilar (60 m x 0,25 milímetros de diâmetro interno) revestida com DB-XLB a espessura da película de 0,25 mm para a separação. Programa de temperatura do forno 60-212 ° C a 25 ° C / min, em seguida a 260 ° C a 1 ° C / min, e em seguida a 280 ° C a 4 ° C / min, com um tempo de retenção final de 4 min. Injector e linha de transferência temperaturas deve ser fixado em 280 ° C. Injectar 1 a 2 mL da amostra utilizando o modo de splitless injecção.
  4. Analisar todos os padrões e as amostras pelo método de padrão interno usando 13 marcado com C decachlorobiphenyl.
  5. Execute uma verificação da calibração inicial, executando um segundo padrão de fonte e Aroclors 1242 e 1260, e depois comparar os valores previstos para os congéneres Aroclor com os valores observados deste procedimento de verificação.
  6. Uma vez que o procedimento de calibração inicial foi realizada com sucesso, uma análise completa de todas as amostras. Execute uma calibração verificar a cada dez amostras, utilizando qualquer uma das misturas de calibração a partir da calibração inicial.

6 Cálculo da Net Trófico Transferência Eficiência

  1. Calcular a eficiência da transferência líquida trófico, γ, para cada combinação of tanque e PCB congênere com a seguinte equação:
    figure-protocol-1 , Onde [PCB f] é a concentração média de PCB congénere do peixe predador no tanque, no final da experiência, W f é o peso médio dos peixes predadores no tanque, no final da experiência, [PCB i] é a concentração média de PCB congénere do peixe predador no reservatório no inicio da experiência, W i é o peso médio dos peixes predadores no início da experiência, e a quantidade de PCB congénere ingerido refere-se ao peso do congéneres de PCB ingerida, em média, por cada truta do lago no tanque durante o curso do experimento.
  2. Calcular o denominador na equação acima, multiplicando a concentração média dos congéneres de PCB nos compósitos de peixe presa pela quantidade média (peso) do peixe presa comido por peixes predadores no tanque durcontendo todo o curso da experiência.

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Resultados

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Truta do lago mostrou uma quantidade substancial de crescimento durante o experimento, como a truta do lago iniciais significa pesos variaram 694-907 g, enquanto as trutas finais lago significa peso variou de 853 a 1.566 g (Tabela 1). A quantidade média de comida consumida por uma truta do lago, durante o decurso da experiência de 135 dias variou de 641 a 2.649 g. As concentrações de PCB de congéneres significa na truta do lago aumentado durante o ensaio, em termos de concentração média de congéneres de...

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Discussão

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Para as estimativas mais precisas de γ, o experimentador deve ser capaz de controlar com precisão a quantidade de ambos os alimentos colocados em cada um dos tanques e a quantidade de restos de comida em cada um dos tanques durante o curso da experiência. Para realizar isto, o experimentador deve ser capaz de remover todo o alimento não consumido a partir dos tanques e determinar com precisão o seu peso. Além controle preciso do alimento comido efectivamente pelos peixes predadores, estimativa exacta de γ também pode de...

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Agradecimentos

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Este trabalho foi financiado, em parte, pela Comissão de Pesca dos Grandes Lagos e pelo Instituto de Recursos Hídricos de Annis. O uso de nomes comerciais, de produtos ou de empresas não implica endosso do governo dos EUA. Este artigo é a Contribuição 1867 do Centro de Ciências dos Grandes Lagos do Serviço Geológico dos EUA.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Tanques de fibra de vidro de 870 LUnidades FrígidasRT-430-1
Tanques de fibra de vidro de 2.380 LUnidades FrígidasRT-630-1
Tricaína metanossulfonato (Finquel)Argent Chemical Laboratories, Inc.C-FINQ-UE-100GEugenol também pode ser usado como anestésico.
Faca de chef AshlandChicago CutelariaSKU 1106336
Tábua de cortarWilliams-Sonoma3863586
Misturador vertical Hobart (40 quartos)Hobart Corporation
1.9-LRobot Coupe, Inc.RSI 2Y1 
Sacos de polietileno (vários tamanhos)Arcan Inc.
Frascos I-ChemI-Chem220-0125
Balança eletrônica de carga superiorMettler ToledoMettler PM 6000 
Sulfato de sódio, anidro - granularEMDSX0760E-3
Dedais de extração de vidro (45 mm x 130 mm)Wilmad-Lab GlassLG-7070-114
Chips de ebulição de teflonChemware919120
Concentrador de amostras de nitrogênio Rapid VapLabconco7910000
Concentrador de nitrogênio N-VapOrganomation112
Vidro de extração Soxhlet (500 ml)Wilmad-Lab Glass  LG-6900-104
HexanoBurdick & Jackson Cat. 211-4
DiclorometanoBurdick & Jackson Cat. 300-4
Gel de sílicaBDHCat. BDH9004-1KG
Labl Line 5000 aquecedor de extração de várias unidadesInstrumentos de linha
Agilent 5973 GC/MS com ionização químicaAgilent5973N
Solução padrão interna Cambridge Isotope LaboratoriesEC-1410-1.2
Padrões de calibração de congêneres PCBColuna AccustandardC-CSQ-SET
DB-XLB (60 m x 0,25 mm, 0,25 mícron)Agilent / J & W122-1262
Processador de alimentos de laboratório

Referências

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