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 Schatting van de netto Trofische Transfer Rendementen van PCB Congeneren naar 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

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.

Abstract

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.

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.

  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:
    Vergelijking 1 , 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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 varieerden 0,01-7,14 ng / g (nat gewicht basis) bij aanvang van het experiment terwijl de gemiddelde PCB congeneer concentraties varieerden 0,03-29,31 de sluiting van het experiment (tabel 2). Een gemiddelde over de 10 samengestelde monsters september gevangen bokking, PCB congeneer concentraties varieerden 0,03-26,56 ng / g. Een gemiddelde over de 10 samengestelde monsters van mei-gevangen bokking, PCB congeneer concentraties varieerden 0,03-23,52 ng / g (tabel 2). RaadpleegMadenjian e.a.. 21 voor meer informatie over de bloater gebruikt in het experiment.

Gemiddelde geschatte γ varieerde 0,309-0,988 basis van gemiddeld over alle acht tanks (tabel 3). Standaardfouten voor deze gemiddelde schattingen varieerden 0,029-0,227. Voor alle 75 van de PCB-congeneren, bedoel γ voor de actieve meer forel niet significant verschillen van de gemiddelde γ voor de inactieve meer forel. Zo actief meer forel behield de PCB-congeneren van het voedsel dat ze geconsumeerd met bijna dezelfde efficiency als inactief meer forel.

Naarmate de chlorering verhoogd van 5 naar 10 chlooratomen per molecule, ramingen van γ daalde licht (figuur 1). Echter, γ niet significant verschillen met de mate van chlorering van de PCB-congeneren (one-way ANOVA: F = 2,16; vrijheidsgraden [df] = 6, 67, p = 0,0579). Middeling over γ Alle 75 congeneren, de gemiddelde waarde was 0.664.

Als log K ow verhoogd 6,0-8,2, γ exponentieel af (figuur 2). Dit tempo van de daling was significant verschillend van nul (t-test: t = -4,09; df = 64, p = 0,0001), maar was gelijk aan slechts 7% per eenheid van de log K ow. Gebaseerd op de gepaste kromme, γ gelijk aan 0,70 bij Kow = 6 en γ gelijk aan 0,61 bij Kow = 8 (figuur 2).

Voor 66 van de 75 PCB-congeneren, de standaardafwijking over de schatting gemiddelde van γ was klein (≤ 0,05) (tabel 3). Voor zes van de negen andere PCB congeneren, de standaardfouten over de gemiddelde schatting van γ waren vrij laag (≤ 0,10). Hogere standaardfouten werden geassocieerd met een lagere chlorering (04:57 chloor atomen per molecuul).

tent "fo: keep-together.within-page =" always "> Figuur 1
Figuur 1 Schattingen van de trofische overdracht efficiëntie (γ) van de PCB-congeneren om meer forel uit zijn prooi afgeschilderd als een functie van het aantal chlooratomen per molecuul van de PCB-congeneren. Schattingen zijn gebaseerd op een laboratorium-experiment, waarin bokkingen waren gevoerd aan het meer forel. Figuur overgenomen met toestemming van Madenjian ea. 18.

Figuur 2
Figuur 2 Schattingen van de trofische overdracht efficiëntie (γ) van de PCB-congeneren om meer forel uit zijn prooi afgeschilderd als een functie van de log K ow van de PCB-congeneren. Schattingen zijn gebaseerd op een laboratorium-experiment, waarbij bokkingen werden gevoerd aan het meer forel. Het voorzien van regression lijn voor congeneren met een log K ow groter dan 6 wordt ook weergegeven. De r 2 waarde voor de aangebrachte regressielijn geeft de hoeveelheid variatie in log γ verklaard door log K ow. Figuur overgenomen met toestemming van Madenjian ea. 18.

Tabel 1: Initiële gemiddelde gewichten en de uiteindelijke gemiddelde gewichten van meer forel gebruikt in de 135-dag laboratoriumexperiment. Bokkingen werden gevoerd aan het meer forel. Ook inbegrepen is de gemiddelde hoeveelheid voedsel gegeten door een meer forel gedurende het gehele verloop van het experiment. Tabel overgenomen met toestemming van Madenjian ea. 18.

Tanknummer Initiële gemiddelde gewicht van meer forel (g) Final gemiddelde gewicht van meer forel (g) Verbruik (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: Eerste en laatste concentraties PCB congeneer in meer forel, gemiddeld over de acht tanks die worden gebruikt tijdens de 135-dag laboratoriumexperiment. Gemiddeld PCB congeneer concentraties in de September-gevangen en mei gevangen bloaters gevoed aan de meer forel tijdens het experiment worden ook getoond. Tabel reproduced met toestemming van Madenjian ea. 18. PCB congeneren werden genummerd volgens Ballschmiter et al. 20.

PCB congeneer Initial meer forel PCB congeneer gemiddelde concentratie (ng / g) Final meer forel PCB congeneer gemiddelde concentratie (ng / g) September-gevangen bokking PCB congeneer gemiddelde concentratie (ng / g) Kunnen gevangen bokking PCB congeneer gemiddelde concentratie (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: De gemiddelde schattingen van de netto-trofische overdracht efficiëntie (γ) van de PCB-congeneren om meer forel van zijn prooi. Schattingen gebaseerd op 135 dagen laboratoriumexperiment waarbij meer forel werden gevoed bloaters. Voor elke congeneer werden γ schattingen van alle acht tanks gemiddeld om de gemiddelde schatting opleveren. Standaardafwijking van het gemiddelde is tussen haakjes. Tabel overgenomen met toestemming van Madenjian ea. 18. PCB congeneren werden genummerd volgens Ballschmiter et al. 20.

PCB congeneer Bedoel γ Standaardfout van het gemiddelde
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

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 duur van het experiment. Aangezien veelvuldig geciteerd laboratoriumonderzoek specifiek ontworpen schatten trofische efficiëntere overdracht van PCB vissen hun eten varieerde 105-224 dagen duurden 22,23, een duur van ten minste 100 dagen en bij voorkeur ten minste 130 dagen, wordt aanbevolen. Verder kan vertekening in de schatting van γ worden opgenomen door een onvoldoende aantal roofvis bemonsterd PCB bepalingen aan het begin van de experiment 14. De kans op het verkrijgen van een monster van roofvis PCB concentraties niet representatief voor het gemiddelde PCB-concentratie voor alle roofvissen in de tank toeneemt bij afnemende monstergrootte. Idealiter zou de helft van de vis in de tank worden opgeofferd voor PCB bepalingen bij aanvang van het experiment.

Om de relevantie en toepasbaarheid van het laboratorium experiment resultaten naar het veld te maximaliseren, moet een prooi vis die meestal wordt opgegeten door de roofvissen in het veld om de roofvissen worden gevoerd tijdens het laboratoriumexperiment. Net trofische overdrachtsrendement kan afhangen van de aard van het voedingsmiddel matrix met de PCB congeneren 11,24. Bewijs uit eerdere studies is gesuggereerd dat schattingen van γ op basis van een commerciële pellet dieet aanzienlijk minder dan γ schattingen op basis van roofvissen voeden op werkelijke prooi vis 17 kunnen zijn. Vandaar dat een dieet van prooi vis in plaats van een bewerkt of synthesized voeding wordt aanbevolen.

Om de onzekerheid in de ramingen van γ te minimaliseren, dient zowel de roofvissen en prooivissen composieten goed gehomogeniseerd zijn. De mate van homogenisatie hangt gedeeltelijk af van de beschikbare reeks blenders en mixers. Voor grote roofvissen kan een grote menger nodig om de homogenisatie te starten. Een subgroep van het homogenaat van de grote menger kan vervolgens worden overgebracht naar een kleinere mixer, waarbij een hogere mate van homogenisatie kan worden bereikt.

Nauwkeurige bepaling van het PCB-congeneer concentraties in de gehomogeniseerde vis weefselmonsters is een belangrijk onderdeel van het proces van het nauwkeurig inschatten van γ voor de verschillende PCB-congeneren. De monsters moeten goed worden schoongemaakt tijdens de follow-up van de extractie proces matrix storingen te verwijderen en een laag niveau van detectie voor de PCB-congeneren bereiken. Gebruik van een gaschromatografie - massaspectrometrie systeem met een negatievechemische ionisatie bron in de gemeenschappelijke ion mode kan leiden tot detectieniveaus zo laag als 0,02 ng / ml in het extract van de hoger gechloreerde congeneren, hoewel de detectiegrens van de lager gechloreerde congeneren aanzienlijk boven deze waarde 25 zou . Een electron capture detector kan worden gesubstitueerd voor de negatieve chemische ionisatie instrument en deze aanpak lage detectie, maar ook gevoeliger voor storingen matrix zijn. Afhankelijk van de PCB-congeneren concentraties in het gehomogeniseerd vis weefselmonsters, zal de onderzoeker moeten beslissen over welke aanpak (negatieve chemische ionisatie of electron capture) is meer geschikt. Voor zeer lage PCB congeneer concentraties kan het electron capture aanpak worden gebruikt. Er zij op gewezen dat de metingen bij detectiegrens vaak relatief lage precisie en nauwkeurigheid door analysefout 26.

Hetmethodologie beschreven in deze studie kan gemakkelijk worden aangepast aan nieuwe vraagstellingen in het gebied van PCB accumulatie in vissen te pakken. Bijvoorbeeld, zoals hierboven vermeld, γ kan worden beïnvloed door toevoersnelheid. Eerdere werk heeft gesuggereerd dat γ afneemt met toenemende snelheid van de voedselconsumptie 14,17. Precies hoe γ veranderen met toenemende voeden tarief? Doe de relatie tussen γ en de mate van chlorering of tussen γ en log K ow, die zijn toegelicht in deze studie vis onbeperkt gevoerd, consistent blijven tegen lagere prijzen voeden? Welke van de volgende twee factoren heeft een grotere invloed op γ: de hoeveelheid voedsel geconsumeerd per dag of de frequentie van voeding (dwz toevoeren eenmaal daags versus voeden om de twee of drie dagen)? Welke van de volgende twee factoren heeft een grotere invloed op γ: het gewicht van voedsel geconsumeerd per dag of de hoeveelheid energie in de voeding per dag geconsumeerd? De methdologie beschreven in deze studie is zeer geschikt om deze vragen te beantwoorden, omdat zowel het voeden snelheid en het soort voedsel kan worden gecontroleerd in het laboratorium.

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

Environmental Sciences trofische overdracht efficiëntie polychloorbifenylen soortgenoten meer forel activiteit contaminanten accumulatie risicobeoordeling toxische equivalenten
Laboratorium Schatting van de netto Trofische Transfer Rendementen van PCB Congeneren naar Lake Trout (<em&gt; Salvelinus namaycush</em&gt;) Uit Zijn Prooi
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