Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Laboratorium Estimering af Net Trofiske overføringseffektiviteter af PCB-til Lake Trout ( Published: August 29, 2014 doi: 10.3791/51496
Automatic Translation
1, 2, 2, 3
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

Summary

En teknik til laboratorium estimering af netto trofisk overførsel effektivitet polychlorerede biphenyler (PCB) kongenere til fiskeædende fisk fra deres bytte præsenteres. For at maksimere anvendeligheden af ​​laboratorieresultater til feltet, bør fiskeædende fisk fodres bytte fisk, der typisk spises i marken.

Abstract

En teknik til laboratorium estimering af netto trofisk overførsel effektivitet (γ) af polychlorerede biphenyler (PCB) kongenere til fiskeædende fisk fra deres bytte er beskrevet heri. Under en 135-dages laboratorium eksperiment, vi fodres bloater (Coregonus hoyi), der var blevet fanget i Lake Michigan til sø ørred (Salvelinus namaycush) holdt i otte laboratorie tanke. Bloater er en naturlig føde for sø ørred. I fire af tankene blev en relativ høj strømningshastighed anvendes til at sikre relativt høj aktivitet ved søen ørred, mens en lav strømningshastighed blev brugt i de fire andre tanke, der giver mulighed for lav sø ørred aktivitet. På en tank-for-tanken grundlag blev mængden af ​​mad spist af søørred på hver dag i forsøget registreres. Hver sø ørred blev vejet ved begyndelsen og slutningen af ​​forsøget. Fire til ni søørred fra hver af de otte tanke blev aflivet ved starten af ​​eksperimentet, og alle 10 søørred tilbage i hver af tankene var euthanteriseret ved slutningen af ​​eksperimentet. Vi bestemmes koncentrationer af 75 PCB-i sø ørred ved starten af ​​eksperimentet, i søen ørred i slutningen af ​​eksperimentet, og bloaters fødes til sø ørred under eksperimentet. Baseret på disse målinger blev γ beregnes for hver af 75 PCB-congenere i hver af de otte tanke. Mean γ blev beregnet for hver af de 75 PCB-kongenere for både aktiv og inaktiv søørred. Fordi forsøget blev gentaget i otte tanke, standardafvigelsen omkring betyde γ kan anslås. Resultater fra denne type eksperiment er nyttige risikovurderingsmodeller at forudsige fremtidig risiko for mennesker og dyreliv spise forurenede fisk under forskellige scenarier for miljøforurening.

Protocol

1. laboratorieeksperiment

  1. Anskaf bytte fisk, der skal føres til rovfisk under eksperimentet. Fortrinsvis disse bytte fisk bør fanget i marken, frosset og opbevaret ved -30 ° C. Overvej kommercielle fiskeri som en potentiel kilde til bytte fisk.
  2. Indføre rovfisk ind i laboratoriet tanke, der skal bruges til forsøget. Op til 15 rovfisk er blevet indført i hver af 870-L tanke, og op til 30 rovfisk er blevet indført i hver af 2.380-L tanke i tidligere undersøgelser 16,18.
  3. Akklimatisere rovdyr fisk til en diæt af den valgte bytte fisk. Når akklimatiseret bør rovfisk forblive på denne diæt i 1-3 måneder, før du begynder eksperimentet.
  4. Braklægning prøver af byttefisk ved tilfældigt at udvælge 10 til 20 sammensatte prøver fra det parti bytte fisk. Antal bytte fisk i en sammensat prøve kan spænde fra 3 til 100, afhængigt af størrelsen af ​​byttefisk. Hver sammensatte prøve skal være dobbelt sække, frosset og opbevaret ved omkring -30 ° C.
  5. Indled eksperimentet ved at ofre 30 til 50% af fiskene i hver af tankene.
    1. At aflive fisken, bland 8 g Finquel med 45 l vand i en stor plastikbeholder og derefter placere fisk i beholderen med Finquel løsning.
    2. Når aflives, skal du placere alle de ofrede fisk fra en tank i en pose, og derefter dobbeltklikke taske, og opbevares ved omkring -30 ° C, indtil tidspunktet for behandlingen.
    3. Hver af de resterende i hver af tankene fisk vejes og optage vægte; et bedøvelsesmiddel vil sandsynligvis være behov for at foretage vejningen.
    4. At bedøve fisk, blandes 4,6 g Finquel med 45 l vand i en stor plastikbeholder, og derefter placere fisk i beholderen med Finquel løsning.
    5. Vent et par minutter, til bedøvelse for at træde i kraft før vejningen fisken.
  6. På hver dag i forsøget, optø enpassende mængde af bytte fisk, og skære bytte fisk i stykker vejer omkring 1 til 5 g. Mængden af ​​bytte fisk, der skal placeres i hver af tankene afvejes så drop byttet fiskestykker i hver tank, og lad rovfisk omkring 1 hr til foder. Derefter fjerne al uspist mad, lade maden lufttørre i ca 20 min, og vejes levnet mad til hver af tankene. Optag mængden af ​​fødevarer er placeret i tanken og mængden af ​​Foderrester for hver af tankene hver dag.
    BEMÆRK: For repræsentativt eksperiment blev ørred sø fodret så meget mad som de ville forbruge i løbet af en fodring periode hver dag 18. Imidlertid kunne rovfisk også anbringes på faste rationer 16,19.
  7. Afslut eksperimentet ved at ofre alle de resterende rovfisk i hver af tankene. At aflive fisken, bland 8 g Finquel med 45 l vand i en stor plastikbeholder og derefter placere fisk i beholderen med Finquel løsning. Optag than vægt for hver af de aflives fisk. For pålidelige resultater, skal forsøget køre i mindst 100 dage, fortrinsvis i mindst 130 dage. Placer alle fisk fra en tank i en pose, og derefter dobbeltklikke taske, og opbevares ved omkring -30 ° C indtil tidspunktet for behandlingen.

2. Fisk Homogenisering

  1. Vælg et sæt af rovfisk og / eller byttefisk kompositter til optøning. Lad kompositter til delvis optøning. Hver komposit kan kræve 0,5 til 1 time for at homogenisere.
  2. Brug de passende størrelse blendere, homogenisere hver af kompositter. For hver komposit, placere en prøve (fra 50 til 100 g) af homogenatet i en renset, acetone-skyllet og mærket krukke. Derefter cap krukken og opbevar krukken ved omkring -30 ° C, indtil det tidspunkt, hvor behandlingen.
  3. Vask alt udstyr, der anvendes til at homogenisere fisken, og derefter korrekt skylning med destilleret vand og methanol mellem prøverne.

3. Ekstraktion

  1. 20,0 g afvejesoptøet homogeniseret fiskevæv i et 200 ml bægerglas.
  2. Tilføj ca. 40 g natriumsulfat og bland godt med spatel.
  3. Tilføj surrogat spike opløsning indeholdende congenere 30, 61, 161 og 166. Spike ved en koncentration, der giver en slutkoncentration på 20 ng / ml i ekstraktet.
  4. Lad prøven tørres ved stuetemperatur under blanding hvert 20. minut.
  5. Lad prøven for at opnå en ensartethed i tørt sand, på hvilket tidspunkt prøven er klar til ekstraktion.
  6. Opsæt Soxhlet ekstraktion apparat med en 500 ml kolbe indeholdende teflon koge chips, Soxhlet, og kondensator.
  7. Tilsæt tørret fisk blanding til et glas fingerbøl med en grov-fritteskiven bunden eller papir fingerbøl.
  8. Tilføjes 150 ml 50% hexan og 50% dichlormethan til bægerglasset, der anvendtes for prøven og rør mens skrabe væggene i bægerglasset med en spatel.
  9. Overfør opløsningsmidlet til toppen af ​​Soxhlet med kolben fastgjort og gør det muligt at cykle gennem Soxhlet ogtil kolben.
  10. Gentag en anden gang med 150 ml igen.
  11. Placer Soxhlet med vedlagte kolben på varmelegemet og vedhæft kondensatoren.
  12. Tænd for varmeelementet og bringe opløsningsmidlet til en blid kog, derefter udtrække i mindst 16 timer at sikre, at koldt vand tilføres til kondensatorer.
  13. Efter at have ladet opløsningsmidlet afkøle, check for at se, om nogen af ​​prøven kolber indeholder vand. For de flasker, der indeholder vand, tilsættes natriumsulfat og slyng indtil vandet er absorberet af natriumsulfat.
  14. Koncentrer prøven ved hjælp af et nitrogen prøve koncentrator eller en Kaderna dansk (KD) glasvarer setup med et varmt vandbad.
  15. Lad prøven inddampes til et volumen på mindre end 2 ml og bringes derefter til et slutvolumen på 5 ml ved anvendelse af små vaskninger af hexan til at overføre prøven fra glasvarer anvendes til en 5 ml målekolbe.
  16. Overførsel til en 10 ml hætteglas og mærke med oplysningerne om prøverne.

  1. Forbered syrnet silicagel ved tilsætning af 44 g koncentreret svovlsyre til 100 g aktiveret silicagel.
  2. Tilsæt 10 g syrnet silicagel i en lille chromatografisøjle indeholdende en lille prop af glasuld i bunden.
  3. Der tilsættes 1 ml prøveekstrakt til kolonnen efter forrensning af søjlen med 10 ml hexan.
  4. Søjlen elueres med 20 ml hexan og opsamles i koniske 20 ml glasrør.
  5. Placer glasrør på kvælstof fordamper (N-Vap) apparat under en strøm af nitrogen og nedsænket i varmt vand.
  6. Inddampes til mindre end 1 ml, men ikke til tørhed.
  7. Fjern fra N-Vap apparatet og overføre til 1 ml målekolbe med små skyllevand hexan.
  8. Overførsel til et 1,8 ml autoprøveudtagningshætteglas mærket med oplysningerne om prøverne.
  9. Spike 4 pi intern standard ind i hætteglasset. Prøven er nu klar til analyse.

5. Analysis ved gaskromatografi - massespektrometri bruge negative kemisk ioniseringsmassespektrometer

  1. Brug standarder til at kalibrere instrumentet: standarderne findes i blandinger, der består af grupper af godt adskilt congenere. Blandinger 1-5 består af næsten alle de kongenere, der findes i Arochlors 1016 1221, 1232 1242, 1248, 1254 og 1260 Mix 1 bruges som et flerniveaukalibrering mix, og systemet linearitet bekræftes ved at forberede mindst fem kalibreringsindhold ved koncentrationer på mellem 2 og 100 ng / ml. Miks 2-5 anvendes som enkelt punkt kalibreringer for hvert beslægtet stof.
  2. Opsæt kromatografi - massespektrometri system i negativ kemisk ionisering tilstand med brint som bæregas (1 ml / min) og metan som reagens gas.
  3. Brug en kvartsglas, kapillarsøjle (60 m × 0,25 mm indvendig diameter), belagt med DB-XLB 0.25 um filmtykkelse til adskillelse. Program ovntemperatur 60-212 ° C ved 25 ° C / min, derefter til 260 ° C ved 1 ° C / min og derefter til 280 ° C ved 4 ° C / min, med en endelig holdetid på 4 min. Injektor og overførsel line temperaturer bør fastsættes til 280 ° C. Injicer 1 til 2 pi af prøven ved hjælp af splitless injektion tilstand.
  4. Analysere alle standarder og prøver ved den interne standard metode ved hjælp af 13 C-mærket decachlorobiphenyl.
  5. Udføre en kontrol på den oprindelige kalibrering ved at køre en anden kilde standard og Aroclors 1242 og 1260, og derefter sammenligne forudsagte værdier for Aroclor congenere med de observerede mængder fra denne kontrol procedure.
  6. Når den første kalibrering er blevet gennemført, fuldstændig analyse af samtlige prøver. Kør en kalibrering kontrollere hver ti prøver, at bruge nogen af ​​de kalibrerings blandinger fra den indledende kalibrering.

6. Beregning af Net trofiske Transfer Effektivitet

  1. Beregn netto trofisk overførsel effektivitet, γ, for hver kombination of tank og PCB-beslægtet stof ved hjælp af følgende ligning:
    Ligning 1 Hvor [PCB f] er den gennemsnitlige PCB congener koncentration af rovfisk i beholderen ved afslutningen af eksperimentet, W f er den gennemsnitlige vægt af rovfisk i beholderen ved afslutningen af eksperimentet, [PCB i] er den gennemsnitlige PCB congener koncentration af rovfisk i beholderen ved begyndelsen af eksperimentet, w i den gennemsnitlige vægt af rovfisk ved starten af eksperimentet, og mængden af PCB-kongener indtages refererer til vægten af den PCB-kongener indtages gennemsnit af hver søørred i tanken i løbet af eksperimentet.
  2. Beregn nævneren i ovenstående ligning ved at multiplicere den gennemsnitlige koncentration af PCB congener i byttedyrene fisk kompositter med det gennemsnitlige beløb (vægt) i bytte fisk spises pr rovdyr fisk i akvariet during hele forløbet af eksperimentet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Sø ørred viste en betydelig mængde af vækst under forsøget, som de oprindelige ørred sø betyde vægte varierede 694-907 g, mens søørred endelige betyde vægte varierede fra 853 til 1.566 g (tabel 1). Den gennemsnitlige mængde af fødevarer, der forbruges af en sø ørred i løbet af 135-dages eksperiment varierede fra 641 til 2.649 gram. Mean PCB congener koncentrationer i sø ørred steg i løbet af eksperimentet, som gennemsnit PCB congener koncentrationer varierede fra 0,01 til 7,14 ng / g (våd vægt) ved begyndelsen af ​​forsøget, mens middelværdien PCB congener koncentrationer varierede fra 0,03 til 29,31 ved afslutning af forsøget (tabel 2). Midling på tværs af de 10 sammensatte prøver af September-fanget bloater, PCB congener koncentrationer varierede fra 0,03 til 26,56 ng / g. Midling på tværs af de 10 sammensatte prøver af May-fanget bloater, PCB congener koncentrationer varierede fra 0,03 til 23,52 ng / g (tabel 2). SeMadenjian et al. 21 for flere detaljer om bloater anvendt i forsøget.

Mean estimater af γ varierede fra 0,309 til 0,988, baseret på et gennemsnit på tværs af alle otte tanke (Tabel 3). Standardfejl for disse middelværdier skøn varierede 0,029-0,227. For alle 75 af de PCB-kongenere, betyde γ for den aktive sø ørred afveg ikke væsentligt fra gennemsnitlige γ for inaktive sø ørred. Således aktiv søørred beholdt PCB-congenere fra den mad, de indtages med næsten samme effektivitet som inaktive sø ørred.

Som chloreringsgrad steg fra 5 til 10 chloratomer pr molekyle, estimater af γ viste en svag reduktion (figur 1). Men γ ikke variere betydeligt med graden af chlorering af de PCB-kongenere (en-vejs ANOVA: F = 2,16; frihedsgrader [df] = 6, 67, p = 0,0579). Gennemsnitsberegning γ tværs alle 75 kongenere, middelværdien var 0,664.

Da log K ow steg fra 6,0 til 8,2, γ faldt eksponentielt (figur 2). Denne nedgang var signifikant forskellig fra nul (t-test: t = -4,09; df = 64, p = 0,0001), men var lig med kun 7% pr log K ow. Baseret på den tilpassede kurve, γ var lig med 0,70 på K ow = 6, og γ var lig med 0,61 på K ow = 8 (figur 2).

For 66 af de 75 PCB-congenere, standardafvigelsen omkring den gennemsnitlige vurdering af γ var lille (≤ 0,05) (tabel 3). For seks af de ni andre PCB-kongenere, standardfejlene omkring middel estimat for γ var forholdsvis lav (≤ 0,10). Højere standardafvigelser var forbundet med en lavere grad af chlorering (3-5 chloratomer per molekyle).

telt "FO: keep-together.within-page =" altid "> Figur 1
Figur 1. Skøn over netto trofisk overførsel effektivitet (γ) af PCB-kongenere til sø ørred fra sit bytte afbildet som en funktion af antallet af chloratomer pr molekyle af PCB congener. Estimater er baseret på et laboratorium eksperiment, hvor bloaters var føres til sø ørred. Figur gengivet med tilladelse fra Madenjian m.fl.. 18.

Figur 2
Figur 2. Skøn over netto trofisk overførsel effektivitet (γ) af PCB-congenere til sø ørred fra sit bytte afbildet som en funktion af log K ow af PCB congener. Estimater er baseret på et laboratorium eksperiment, hvor bloaters blev fodret til sø ørred. Den monteres regression linje for congenere med log K ow større end 6 vises også. R2 værdi for regressionslinje repræsenterer den mængde variation i log γ forklares med log K ow. Figur gengivet med tilladelse fra Madenjian m.fl.. 18.

Tabel 1. Indledende gennemsnitsvægten og endelige gennemsnitlige vægt af søørred brugt i 135-dages laboratorium eksperiment. Bloaters blev fodret til søen ørred. Også inkluderet er den gennemsnitlige mængde af fødevarer spist af en sø ørred under hele løbet af forsøget. Tabel gengivet med tilladelse fra Madenjian m.fl.. 18.

Tanknummer Indledende gennemsnitlige vægt af sø ørred (g) Endelig gennemsnits vægt sø ørred (g) Forbrug (g)
1 907 1.345 1.734
2 860 1.339 1.999
3 890 1.518 2.344
4 817 1.566 2.649
5 694 1.242 1.870
6 729 853 641
7 754 1.050 1.203
8 729 1.092 1.336

Tabel 2. Indledende og afsluttende PCB congener koncentrationer i sø ørred, gennemsnit på tværs af de otte tanke i løbet af 135-dages laboratorium eksperiment. Gennemsnitlige PCB congener koncentrationer i September-fanget og May-fanget bloaters fodret til søen ørred under forsøget også vist. Tabel reproduced med tilladelse fra Madenjian m.fl.. 18. PCB-kongenere blev nummereret i henhold til Ballschmiter et al. 20.

PCB-congener Indledende søørred PCB congener middelkoncentration (ng / g) Afsluttende søørred PCB congener middelkoncentration (ng / g) September-fanget bloater PCB congener middelkoncentration (ng / g) Maj-fanget bloater PCB congener middelkoncentration (ng / g)
19 1.62 3.41 3.27 2.01
22 0,41 0,66 0.36 0.32
28 1.22 2.24 1.27 0.82
31 1.19 1,97 1.13 0.67
44 1.10 2,08 1,09 </ Td> 0,84
45 0,66 1.74 2.25 1.71
46 0,81 2,51 5.23 3.73
47 1.88 5,72 9.10 5.81
52 2.11 3.76 2.05 1,66
60 0,59 2.04 2.10 1.50
63 0,19 0,68 0,74 0,52
70 3.05 10.25 9.43 6,62
74 0.76 2.76 2.35 1,79
82 0.26 0.91 0.80 0.75
83 0.45 1.60 1.62 1.28
85 1.70 6.63 6.38 5.15
87 1.12 3.47 3.09 2,46
92 1.17 4.16 3,91 3.06
95 2.22 5.06 3.09 2.59
97 1.04 3.37 3.08 2.45
99 3.19 12.38 11.95 9.59
101 3.33 10.25 8.90 7.37
105 2.88 11.35 10.80 9.28
110 4.53 15.78 15.55 12.31
115 0.20 1.03 0,69 0,54 117 0.25 1.24 1.19 0.98
118 6.20 24.17 22.94 19.35
124 0.22 0,79 0.77 0,63
128 1,58 6.26 6.03 5.37
130 0.85 3.26 3.24 2.85
131 0.77 2,97 2,89 2.52
134 0.14 0,44 0,42 0.36
135 0,84 3.19 3.16 2.62
137 0,46 1,77 1,67 1.49
138 7.14 28.31 26,56 23.52
141 0,71 2.50 2.45 2.17
144 0.08 0.22 0,19 0.18
146 2.34 9.10 8.96 7,86
149 2,38 8.18 8.25 6.72
151 0,47 1.53 1,43 1.27
156 0,68 2.65 2.31 1.96
158 0,64 2,42 2.36 1.99
163 2.92 10.24 10.07 8.94
164 0,47 1.81 1,79 1,58
167 0,43 1.65 1,64 1,43
170 1.03 3.94 3.71 3.47
171 0,39 1,46 1,43 1.26
172 0.38 1.45 1.41 1.30
174 0,48 1,83 1.84 1,67
175 0.11 0,42 0,42 0,37
176 0.03 0.09 0.09 0.09
177 0,72 2,67 2.65 2.45
178 0,61 2,33 2.26 2.03
179 0,17 0.60 0,58 0.55
180 3.35 12.84 11.97 10.73
183 1.18 4.44 4.32 3.79
185 0.04 0.14 0.14 0.14
187 3.12 12.07 11.65 10.67
190 0.27 1.02 1.18 1.02
191 0.05 0.20 0.20 0,17
193 0.27 1.03 0,94 0.87
194 0,46 1,73 1,66 1.55
195 0.14 0,54 0,53 0,49
196 0.30 1.12 1.15 1.03
197 0.06 0,23 0,23 0.20
199 0.67 2,44 2.17 2.12
200 0.01 0.03 0.03 0.03
201 0.14 0,53 0,52 0,48
202 0.31 1.14 1.12 1.02
203 0,48 1,83 1,83 1,61
205 0.02 0.09 0.09 0.08
206 0,19 0.70 0.70 0,65
207 0.07 0.25 0.26 0.24
208 0.11 0,41 0,43 0.40
209 0.11 0.36 0.38 0.36

Tabel 3. Gennemsnitlige skøn over netto trofisk overførsel effektivitet (γ) af PCB-kongenere til sø ørred fra sit bytte. Estimater baseret på en 135-dages laboratorium eksperiment, hvor ørred sø blev fodret bloaters. For hvert beslægtet stof blev γ skøn fra alle otte tanke gennemsnit at give den gennemsnitlige estimat. Standardfejl af middelværdi i parentes. Tabel gengivet med tilladelse fra Madenjian m.fl.. 18. PCB-kongenere blev nummereret i henhold til Ballschmiter et al. 20.

PCB-congener Mean γ Standardafvigelse på middelværdi
19 0,563 0.046
22 0.813 0.127
28 0.900 0,086
31 0,848 0.065
44 0,988 0.058
45 0,474 0.058
46 0.309 0.035
47 0,401 0,029
52 0,911 0.059
60 0.625 0.034
63 0,596 0.036
70 0.702 0.039
74 0.753 0.050
82 0.700 0.038
83 0,644 0.039
85 0,677 0.037
87 0,699 0.038
92 0,681 0.032
95 0.887 0,102
97 0,683 0.032
99 0.675 0.035
101 0,705 0.035
105 0,678 0.035
110 0.647 0.037
115 0.957 0,227
117 0,704 0.050
118 0.680 0.035
124 0.655 0.037
128 0.666 0.035
130 0,644 0.034
131 0.659 0.037
134 0,646 0.032
135 0,653 0.034
137 0.675 0.035
138 0,686 0.033
141 0,639 0.037
144 0.680 0.050
146 0.650 0.034
149 0,628 0.036
151 0,653 0.034
156 0,733 0,051
158 0,657 0.032
163 0,632 0.042
164 0.648 0.035
167 0,642 0.033
170 0.668 0.039
171 0,649 0.038
172 0,649 0.035
174 0,646 0.037
175 0,632 0.038
176 0,636 0.046
177 0,636 0.031
178 0.654 0.040
179 0.647 0.034
180 0,681 0.036
183 0.654 0.038
185 0,611 0.036
187 0.659 0.036
190 0,549 0.031
191 0.629 0.032
193 0.693 0.037
194 0.654 0.035
195 0,643 0.039
196 0,614
197 0.640 0.040
199 0,696 0.036
200 0,543 0.042
201 0.634 0.040
202 0,639 0.036
203 0,631 0.036
205 0,645 0.038
206 0,617 0.036
207 0.606 0.039
208 0,592 0.038
209 0.570 0.037

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Til de mest nøjagtige estimater af γ skal forsøgslederen være i stand til præcist at spore både mængden af ​​fødevarer er placeret i hver af tankene, og mængden af ​​Foderrester i hver af tankene i løbet af eksperimentet. For at opnå dette, skal forsøgslederen være i stand til at fjerne alle de Foderrester fra tankene og præcist bestemme dens vægt. Foruden nøjagtig sporing af fødevarer faktisk spist af rovfisk, kan nøjagtig estimering af γ også afhænge af tilstrækkelig varighed af eksperimentet. Da bredt citeret laboratorieundersøgelser specielt designet til at estimere trofisk overførselseffektivitet af PCB til at fiske fra deres mad varierede 105-224 dage i varighed 22,23, en varighed på mindst 100 dage, og fortrinsvis på mindst 130 dage, anbefales. Endvidere kan skævhed indføres i estimering af γ med et utilstrækkeligt antal rovfisk i stikprøven, for bestemmelser PCB i starten af ​​experiment 14. Sandsynligheden for at opnå en prøve af rovfisk med PCB-koncentrationer ikke er repræsentative for den gennemsnitlige koncentration PCB for alle rovdyr fisk i akvariet stiger med faldende stikprøve. Ideelt set bør halvdelen af ​​fiskene i beholderen blive ofret for bestemmelser PCB ved starten af ​​forsøget.

For at maksimere relevansen og anvendeligheden af ​​laboratorieforsøg resultaterne til område bør et bytte fisk, der typisk er spist af rovfisk i feltet føres til rovfisk i laboratoriet eksperimentet. Netto trofisk overførsel effektivitet kan afhænge af arten af fødevaren matrix indeholdende PCB congenere 11,24. Dokumentation fra tidligere undersøgelser har antydet, at skøn over γ baseret på en kommerciel pellet kost kan være væsentligt mindre end γ skøn baseret på rovfisk fodring på faktiske bytte fisk 17. Derfor, en diæt af byttefisk snarere end en forarbejdet eller syanbefales nthesized kost.

For at minimere usikkerheden i estimaterne for γ bør både rovfisk og byttefisk kompositter være godt homogeniseret. Graden af ​​homogenisering afhænger delvist af den tilgængelige sæt i blendere. For store rovfisk, kan en stor blander være nødvendigt at indlede homogeniseringsprocessen. En delprøve af homogenatet fra store mixer kan derefter overføres til en mindre mixer, hvor der kan opnås en højere grad af homogenisering.

Nøjagtig bestemmelse af PCB koncentrationer beslægtet stof i homogeniserede fisk vævsprøver er et centralt element i processen med præcist at estimere γ for de forskellige PCB-congenere. Prøverne skal renses under opfølgningen udvindingsprocessen at fjerne matrix interferens og for at opnå et lavt niveau af registrering af de PCB-congenere. Anvendelse af en gaskromatografi - massespektrometri system med en negativkemisk ionisering kilde drevet i enkelt ion-mode kan føre til afsløring niveauer så lave som 0,02 ng / ml i ekstraktet for de mere stærkt klor PCB-congenere, selvom detektionsgrænsen for de lavere chlorerede PCB-kongenere ville være betydeligt højere end denne værdi 25 . En elektron capture detektor kan erstatte den negative kemisk ionisering instrument og denne fremgangsmåde vil give lavt afsløring niveau, men vil også være mere modtagelige for matrix interferens. Afhængigt af koncentrationen PCB congener i den homogeniserede fisk vævsprøver, vil forskeren nødt til at beslutte, hvilke metode (negativ kemisk ionisering eller fange elektron) er mere passende. Ved meget lave PCB congener koncentrationer kan indfangning af elektroner fremgangsmåde skal anvendes. Det skal bemærkes, at målinger nær detektionsgrænsen ofte forholdsvis lav præcision og nøjagtighed på grund af analytisk fejl 26.

Denmetode beskrevet i denne undersøgelse kan nemt tilpasses til at løse nye forskningsspørgsmål inden for PCB-akkumulering i fisk. For eksempel, som nævnt ovenfor, γ kan blive påvirket af fodring sats. Tidligere arbejde har foreslået, at γ falder med stigende sats for fødevareforbrug 14,17. Præcis hvordan γ ændrer sig med stigende fodring sats? Har forholdet mellem γ og chloreringsgrad eller mellem γ og log K ow, der er belyst i denne undersøgelse for fisk fodret ad libitum være konsekvent ved lavere fodring satser? Hvilket af følgende to faktorer har en større indflydelse på γ: mængden af mad indtages hver dag eller hyppigheden af fodring (dvs. fodring en gang dagligt versus fodring en gang hver to eller tre dage)? Hvilket af følgende to faktorer har en større indflydelse på γ: vægten af ​​mad indtages hver dag eller mængden af ​​energi i maden indtages hver dag? Methtode er beskrevet i denne undersøgelse er velegnet til at besvare disse spørgsmål, fordi både fodring sats og fødevarer type kan styres i laboratoriet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 could also be used as an anesthetic.
Ashland chef knife Chicago Cutlery SKU 1106336
Cutting board Williams-Sonoma 3863586
Hobart verical mixer (40 quart) Hobart Corporation
1.9-L food processor Robot Coupe, Inc. RSI 2Y1 
Polyethylene bags (various sizes) Arcan Inc.
I-Chem jars I-Chem 220-0125
Top-load electronic balance Mettler Toledo Mettler PM 6000 
Sodium sulfate, anhydrous - granular EMD SX0760E-3
Glass extraction thimbles (45 mm x 130 mm) Wilmad-Lab Glass LG-7070-114
Teflon boiling chips Chemware 919120
Rapid Vap nitrogen sample concentrator Labconco 7910000
N-Vap nitrogen concentrator Organomation 112
Soxhlet extraction glassware (500 ml) Wilmad-Lab Glass  LG-6900-104
Hexane Burdick & Jackson  Cat. 211-4
Dichloromethane Burdick & Jackson  Cat. 300-4
Silica gel BDH Cat. BDH9004-1KG
Labl Line 5000 mult-unit extraction heater Lab Line Instruments
Agilent 5973 GC/MS with chemical ionization Agilent 5973N
Internal standard solution  Cambridge Isotope Laboratories EC-1410-1.2
PCB congener calibration standards Accustandard C-CSQ-SET
DB-XLB column (60 m x 0.25 mm, 0.25 micron) Agilent/ J&W 122-1262

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Madenjian, C. P., Carpenter, S. R., Rand, P. S. Why are the PCB concentrations of salmonine individuals from the same lake so highly variable? Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 51 (4), 800-807 (1994).
  2. Madenjian, C. P., et al. Net trophic transfer efficiency of PCBs to Lake Michigan coho salmon from their prey. Environmental Science and Technology. 32 (20), 3063-3067 (1998).
  3. Thomann, R. V. Bioaccumulation model of organic chemical distribution in aquatic food chains. Environmental Science and Technology. 23 (6), 699-707 (1989).
  4. Calabrese, E. J., Baldwin, L. A. Performing ecological risk assessments. , Lewis. Boca Raton, Florida. (1993).
  5. Madenjian, C. P., et al. Variation in net trophic transfer efficiencies among 21 PCB congeners. Environmental Science and Technology. 33 (21), 3768-3773 (1999).
  6. Jackson, L. J., Schindler, D. E. Field estimates of net trophic transfer of PCBs from prey fishes to Lake Michigan salmonids. Environmental Science and Technology. 30 (6), 1861-1865 (1996).
  7. Gobas, F. A. P. C., Muir, D. C. G., Mackay, D. Dynamics of dietary bioaccumulation and faecal elimination of hydrophobic organic chemicals in fish. Chemosphere. 17 (5), 943-962 (1988).
  8. Madenjian, C. P., O’Connor, D. V., Rediske, R. R., O’Keefe, J. P., Pothoven, S. A. Net trophic transfer efficiencies of polychlorinated biphenyl congeners to lake whitefish (Coregonus clupeaformis) from their food. Environmental Toxicology and Chemistry. 27 (3), 631-636 (2008).
  9. Isosaarl, P., Kiviranta, H., Lie, Ø, Lundebye, A. K., Ritchie, G., Vartiainen, T. Accumulation and distribution of polychlorinated dibenzo-p-dioxin, dibenzofuran, and polychlorinated biphenyl congeners in Atlantic salmon (Salmo salar). Environmental Toxicology and Chemistry. 23 (7), 1672-1679 (2004).
  10. Buckman, A. H., Brown, S. B., Hoekstra, P. F., Solomon, K. R., Fisk, A. T. Toxicokinetics of three polychlorinated biphenyl technical mixtures in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Environmental Toxicology and Chemistry. 23 (7), 1725-1736 (2004).
  11. Burreau, S., Axelman, J., Broman, D., Jakobsson, E. Dietary uptake in pike (Esox lucius) of some polychlorinated biphenyls, polychlorinated naphthalenes and polybrominated diphenyl ethers administered in natural diet. Environmental Toxicology and Chemistry. 16 (12), 2508-2513 (1997).
  12. Madenjian, C. P., DeSorcie, T. J., Stedman, R. M. Ontogenic and spatial patterns in diet and growth of lake trout in Lake Michigan. Transactions of the American Fisheries Society. 127 (2), 236-252 (1998).
  13. Paterson, G., Whittle, D. M., Drouillard, K. G., Haffner, G. D. Declining lake trout (Salvelinus namaycush) energy density: are there too many salmonid predators in the Great Lakes? Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 66 (6), 919-932 (2009).
  14. Madenjian, C. P., O’Connor, D. V., Nortrup, D. A. A new approach toward evaluation of fish bioenergetics models. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 57 (5), 1025-1032 (2000).
  15. Madenjian, C. P., Pothoven, S. A., Kao, Y. C. Reevaluation of lake trout and lake whitefish bioenergetics models. Journal of Great Lakes Research. 39 (2), 358-364 (2013).
  16. Madenjian, C. P., et al. Evaluation of a lake whitefish bioenergetics model. Transactions of the American Fisheries Society. 135 (1), 61-75 (2006).
  17. Madenjian, C. P., O’Connor, D. V., Chernyak, S. M., Rediske, R. R., O’Keefe, J. P. Evaluation of a chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha) bioenergetics model. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 61 (4), 627-635 (2004).
  18. Madenjian, C. P., David, S. R., Rediske, R. R., O’Keefe, J. P. Net trophic transfer efficiencies of polychlorinated biphenyl congeners to lake trout (Salvelinus namaycush) from its prey. Environmental Toxicology and Chemistry. 31 (12), 2821-2827 (2012).
  19. Madenjian, C. P., O'Connor, D. V. Laboratory evaluation of a lake trout bioenergetics model. Transactions of the American Fisheries Society. 128 (5), 802-814 (1999).
  20. Ballschmiter, K., Bacher, R., Mennel, A., Fischer, R., Riehle, U., Swerev, M. The determination of chlorinated biphenyls, chlorinated dibenzodioxins, and chlorinated dibenzofurans by GC-MS. HRC Journal of High Resolution Chromatography. 15 (4), 260-270 (1992).
  21. Madenjian, C. P., David, S. R., Pothoven, S. A. Effects of activity and energy budget balancing algorithm on laboratory performance of a fish bioenergetics model. Transactions of the American Fisheries Society. 141 (5), 1328-1337 (2012).
  22. Lieb, A. J., Bills, D. D., Sinnhuber, R. O. Accumulation of dietary polychlorinated biphenyls (Aroclor 1254) by rainbow trout. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 22 (4), 638-642 (1974).
  23. Niimi, A. J., Oliver, B. G. Biological half-lives of polychlorinated biphenyl (PCB) congeners in whole fish and muscle of rainbow trout (Salmo gairdneri). Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 40 (9), 1388-1394 (1983).
  24. Gobas, F. A. P. C., Wilcockson, J. B., Russell, R. W., Haffner, G. D. Mechanism of biomagnification in fish under laboratory and field conditions. Environmental Science and Technology. 33 (1), 133-141 (1999).
  25. Dmitrovic, J., Chan, S. C. Determination of polychlorinated biphenyl congeners in human milk by gas chromatography – negative chemical ionization mass spectrometry after sample clean-up by solid-phase extraction. Journal of Chromatography B. 778 (1-2), 147-155 (2002).
  26. Zorn, M. E., Gibbons, R. D., Sonzogni, W. C. Weighted least-squares approach to calculating limits of detection and quantification by modeling variability as a function of concentration. Analytical Chemistry. 69 (15), 3069-3075 (1997).

Tags

Miljøvidenskab trofisk overførsel effektivitet polychlorerede biphenyler congenere sø ørred aktivitet forureningsstoffer ophobning risikovurdering toksiske ækvivalenter
Laboratorium Estimering af Net Trofiske overføringseffektiviteter af PCB-til Lake Trout (<em&gt; Salvelinus namaycush</em&gt;) Fra sit bytte
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Madenjian, C. P., Rediske, R. R.,… More

Madenjian, C. P., Rediske, R. R., O'Keefe, J. P., David, S. R. Laboratory Estimation of Net Trophic Transfer Efficiencies of PCB Congeners to Lake Trout (Salvelinus namaycush) from Its Prey. J. Vis. Exp. (90), e51496, doi:10.3791/51496 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter