Waiting
Login processing...

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

Environment

Laboratory Estimering av Net trofiske overføringer effektiviteten av PCB-forbindelsene 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 teknikk for laboratorium estimering av netto trofisk overføring effektiviteten av polyklorerte bifenyler (PCB) enere til piscivorous fisk fra deres byttedyr er presentert. For å maksimere anvendelsen av laboratorieresultatene til feltet, bør piscivorous fisken mates byttefisk som vanligvis spises i felten.

Abstract

En teknikk for laboratorium estimering av netto trofisk overføringseffektivitet (γ) av polyklorerte bifenyler (PCB) enere til piscivorous fisk fra deres byttedyr er beskrevet her. I løpet av en 135-dagers laboratorieeksperiment, matet vi bloater (Coregonus hoyi) som hadde blitt fanget i Lake Michigan til storørret (Salvelinus namaycush) holdt i åtte laboratorietanker. Bloater er et naturlig byttedyr for storørret. I fire av tankene, er en relativt høy strømningshastighet brukes til å sikre relativt høy aktivitet ved sjø-ørret, mens en lav strømningshastighet ble benyttet i de fire andre tanker, slik at for høy sjø-ørret aktivitet. På en tank-til-tank basis, ble mengden av mat som spises av sjø-ørret på hver dag av forsøket registreres. Hver innsjø ørret ble veid ved starten og slutten av forsøket. Fire til ni sjø-ørret fra hver av de åtte tankene ble avlivet ved starten av forsøket, og alle 10 sjø-ørret gjenværende i hver av tankene var euthansert ved slutten av forsøket. Vi bestemte konsentrasjoner av 75 PCB-forbindelsene i sjøen ørret ved starten av forsøket, i sjøen ørret ved slutten av forsøket, og i bloaters matet til sjø-ørret i løpet av eksperimentet. Basert på disse målingene ble γ beregnet for hver av 75 PCB-forbindelsene i hver av de åtte beholdere. Middel γ ble beregnet for hver av de 75 PCB-forbindelsene for både aktiv og inaktiv sjø-ørret. På grunn av at forsøket ble replikert i åtte beholdere, standard feil om betyr γ kunne estimeres. Resultatene fra denne type forsøk er nyttige i risikovurderingsmodeller for å forutsi fremtidig risiko for mennesker og dyreliv spiser forurenset fisk under ulike scenarier for miljøforurensning.

Protocol

1. Laboratorie Experiment

  1. Skaff byttedyr fisk å bli matet til rovfisk under forsøket. Fortrinnsvis er disse byttedyr fisken skal fanges opp i felten, frosset og lagret ved omtrent -30 ° C. Vurdere kommersielle fisket som en potensiell kilde for byttedyr fisk.
  2. Introduser rovfisk inn i laboratorietanker som skal anvendes for forsøket. Opp til 15 rovfisk har blitt introdusert inn i hver av 870-L tanker, og opp til 30 rovfisk har blitt introdusert inn i hver av 2380-L-tanker i tidligere studier 16,18.
  3. Akklimatisere predator fisk til en diett av den valgte byttefisk. Når aklimatisert, bør rovfisk forbli på denne dietten for 1-3 måneder før du starter eksperimentet.
  4. Sett av prøver av byttefisk ved tilfeldig velge 10 til 20 samleprøver fra batch av byttefisk. Antall byttedyr fisk i en sammensatt prøve kunne variere fra 3 til 100, avhengig av størrelsen på byttedyrfisk. Hver samleprøve skal være dobbelt pose frosset, og lagres på ca -30 ° C.
  5. Initiere eksperimentet ved å ofre 30 til 50% av fisken i hver av tankene.
    1. For å avlive fisken, bland 8 g Finquel med 45 l vann i en stor plastbeholder og deretter plassere fisken i beholderen med Finquel løsning.
    2. Når avlives, plassere alle de ofret fisk fra en tank til en pose, og dobbeltpose, og oppbevares ved ca -30 ° C helt til tidspunktet for behandlingen.
    3. Veie hver av fisken igjen i hver av tankene, og registrere vekten; bedøvelse vil sannsynligvis være nødvendig for å gjennomføre den veiing.
    4. For å bedøve fisken, bland 4,6 g Finquel med 45 l vann i en stor plastbeholder, og deretter plassere fisken i beholderen med Finquel løsning.
    5. Vent noen minutter for narkosen skal tre i kraft før veiing fisken.
  6. På hver dag av forsøket tines enpassende mengde byttedyr fisk, og kutt byttedyr fisken i biter som veier omtrent 1-5 g. Vei mengden av byttedyr fisk å bli plassert i hver av tankene, og deretter slippe byttedyr fiskebiter i hver tank og la predator fisk ca 1 time å mate. Deretter fjerner all uspist mat, la maten lufttørke i ca 20 min, og deretter veie oppspore mat for hver av tankene. Registrere mengden av mat plassert i tanken og mengden uspist mat for hver av tankene hver dag.
    MERK: For representant eksperiment ble storørret matet så mye mat som de ville forbruke i løpet av en fôringsperioden hver dag 18. Imidlertid kunne rovfisk også plasseres på faste rasjoner 16,19.
  7. Avslutt eksperimentet ved å ofre alle de gjenværende predator fisk i hver av tankene. For å avlive fisken, bland 8 g Finquel med 45 l vann i en stor plastbeholder og deretter plassere fisken i beholderen med Finquel løsning. Record than vekten av hver av de ofret fisk. For pålitelige resultater, må forsøket kjøres i minst 100 dager, fortrinnsvis i minst 130 dager. Plasser all fisk fra en tank til en pose, og dobbeltpose, og oppbevares ved ca -30 ° C inntil tidspunktet for behandlingen.

2. Fisk Homogenisering

  1. Velg et sett med predator fisk og / eller byttefisk kompositter for tining. La de kompositter å delvis tine. Hvert kompositt kan kreve 0,5 til 1 time for å homogenisere.
  2. Ved hjelp av de riktige store blender, homogenisere hver av kompositter. For hver kompositt, plassere en prøve (fra 50 til 100 g) av homogenatet i en renset, aceton-skyllet, og som er merket jar. Deretter cap glasset og lagre glasset på ca -30 ° C frem til tidspunktet for behandling.
  3. Vask alt utstyr som anvendes for å homogenisere fisk, og deretter riktig skyll med destillert vann og metanol, mellom prøvene.

3. Utvinning

  1. Vei 20,0 gTint fisk av homogenisert vev i en 200-ml begerglass.
  2. Legg ca 40 g natrium sulfat og bland godt med slikkepott.
  3. Legg surrogat pigg oppløsning inneholdende congenere 30, 61, 161, og 166. Spike ved en konsentrasjon som gir en endelig konsentrasjon på 20 ng / ml i ekstraktet.
  4. Tillat prøven å tørke ved romtemperatur under kraftig omrøring hvert 20 min.
  5. Tillat prøven å nå en konsistens på tørr sand, på hvilket tidspunkt prøven er klar for ekstraksjon.
  6. Sett opp Soxhlet utvinning apparat med en 500 ml flaske som inneholder Teflon koke chips, Soxhlet, og kondensator.
  7. Legg tørrfisken blandingen til et glass fingerbøl med en grov fritted plate bunn eller papir fingerbøl.
  8. Tilsett 150 ml av 50% heksan og 50% diklormetan til begerglasset som brukes for prøven og røre mens skrape veggene i begerglasset med en spatel.
  9. Overfør det løsningsmiddel som toppen av Soxhlet med kolben festet og tillate den å gå gjennom den, og i Soxhlettil kolben.
  10. Gjenta en gang med 150 ml igjen.
  11. Plasser Soxhlet med vedlagte kolbe på varmeelementet og feste kondensatoren.
  12. Slå på varmeelementet og få det løsningsmiddel som en svak kokning, og deretter trekke ut et minimum av 16 timer å sørge for at kaldt vann tilføres kondensatorene.
  13. Etter at løsemiddelet for å kjøle, sjekk for å se om noen av prøveflasker inneholde vann. For de kolber som inneholder vann, tilsett natrium-sulfat og virvel inntil vannet blir absorbert av natriumsulfat.
  14. Konsentrer prøven med et nitrogen prøve konsentrator eller en Kaderna dansk (KD) glass oppsett med et varmt vannbad.
  15. Tillat prøven å fordampe til et volum på mindre enn 2 ml, og deretter bringe til et endelig volum på 5 ml ved hjelp av små vaskinger med heksan for å overføre prøven fra glass som brukes til en 5 ml målekolbe.
  16. Overføring til en 10-ml hetteglass og merke med sample informasjon.

  1. Forbered surgjort silikagel ved å tilsette 44 g konsentrert svovelsyre til 100 g av aktivert silikagel.
  2. Tilsett 10 g silikagel surgjort til en liten kromatografikolonne inneholdende en liten plugg av glassull i bunnen.
  3. Tilsett 1 ml prøve ekstrakt i kolonnen etter pre-rensing av kolonnen med 10 ml heksan.
  4. Eluer kolonnen med 20 ml heksan og samles i en avsmalnende 20 ml glassrør.
  5. Plasser glassrør på nitrogenet fordamper (N-Vap)-apparat under en strøm av nitrogen, og nedsenket i varmt vann.
  6. Fordamp til mindre enn 1 ml, men ikke til tørrhet.
  7. Fjern fra N-Vap apparatur og overføre til 1-ml målekolbe med små vaskinger med heksan.
  8. Overføring til en 1,8 ml autosampler hetteglass merket med prøve informasjon.
  9. Spike 4 pl av intern standard inn i ampullen. Prøven er nå klar for analyse.

5. Analysis ved gasskromatografi - massespektrometri bruke negative Kjemisk ionisering

  1. Bruke standarder for å kalibrere instrumentet: Standardene er tilgjengelige i blandinger som består av grupper av godt atskilt kongenere. Blandinger 1-5 består av nesten alle kongener funnet i Arochlors 1016, 1221, 1232, 1242, 1248, 1254, og 1260. Mix 1 brukes som en flernivå kalibrerings blanding, og systemet linearitet er bekreftet ved å fremstille i det minste fem nivåer kalibrerings ved konsentrasjoner mellom 2 og 100 ng / ml. Mixes 2-5 brukes som enkelt punkt kalibreringer for hver kongener.
  2. Sett opp-kromatografi - masse-spektrometri-systemet i den negative kjemisk ionisering modus med hydrogen som bærergass (1 ml / min) og metan som reagens gass.
  3. Bruk en smeltet-silika, kapillær kolonne (60 m × 0,25 mm indre diameter) belagt med DB-XLB på 0,25 mikrometer tykkelse for separasjon. Program ovnstemperaturen 60-212 ° C ved 25 ° C / min, deretter til 260 ° C ved 1 ° C / min, og deretter til 280 ° C ved 4 ° C / min, med en slutt-hold tid på 4 min. Injektor og overføringslinje temperaturer bør settes ved 280 ° C. Injiser 1 til 2 pl av prøven ved hjelp av injeksjon splitless-modus.
  4. Analysere alle standarder og prøver ved intern standard metode med 13 C-merket decachlorobiphenyl.
  5. Utføre en sjekk på den opprinnelige kalibreringen ved å kjøre en ekstra kilde standard og Aroclors 1242 og 1260, og deretter sammenligne predikerte verdier for de Aroclor kongener med de observerte beløp fra dette sjekkprosedyre.
  6. Når den innledende kalibreringsprosedyre har blitt oppnådd, komplett analyse av alle prøvene. Kjør en kalibrering sjekke hvert tiende prøver, bruker noen av blandinger kalibrerings fra første kalibrering.

6. Beregning av Net Trofisk Transfer Efficiency

  1. Beregn netto trofiske overføringseffektivitet, γ, for hver kombinasjon of tank og PCB kongener ved hjelp av følgende ligning:
    Ligning 1 , Hvor [PCB f] er den gjennomsnittlige PCB kongener konsentrasjonen av rovfisk i tanken ved slutten av forsøket, er W f den gjennomsnittlige vekten av rovfisk i tanken ved slutten av forsøket, [PCB i] er den gjennomsnittlige PCB kongener konsentrasjonen av rovfisk i tanken ved starten av forsøket, V i er den gjennomsnittlige vekten av rovfisk ved starten av forsøket, og mengden av PCB kongener inge refererer til vekten av PCB-forbindelser av inntatt i snitt, etter hvert sjø-ørret i tanken i løpet av eksperimentet.
  2. Beregn nevneren i ovenstående ligning ved å multiplisere den gjennomsnittlige konsentrasjon av PCB kongener i byttefisk kompositter med gjennomsnittlig mengde (vekt) av byttefisk spist pr rovfisk i tanken during hele løpet av eksperimentet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Lake ørret viste en betydelig mengde vekst i løpet av eksperimentet, som den innledende sjø-ørret betyr vektene varierte 694-907 g, mens den endelige sjø-ørret betyr vektene varierte fra 853 til 1566 g (Tabell 1). Den gjennomsnittlige mengden mat konsumert av en innsjø ørret i løpet av den 135-dagers eksperiment varierte fra 641 til 2649 g. Mener PCB kongener konsentrasjoner i sjøen ørret økte i løpet av forsøket, som gjennomsnitt PCB kongener konsentrasjoner varierte 0,01 til 7,14 ng / g (våt vekt basis) ved starten av forsøket, mens gjennomsnittlig PCB kongener konsentrasjoner varierte 0,03 til 29,31 ved Konklusjonen av eksperimentet (tabell 2). Gjennomsnitt over de 10 samleprøver i september fanget bloater, PCB kongener konsentrasjoner varierte 0,03 til 26,56 ng / g. Gjennomsnitt over de 10 sammensatte prøver av mai fanget bloater, PCB kongener konsentrasjoner varierte 0,03 til 23,52 ng / g (tabell 2). Referer tilMadenjian et al. 21 for mer informasjon om bloater brukt i forsøket.

Mean estimater av γ varierte 0,309 til 0,988, basert på et gjennomsnitt på tvers av alle åtte beholdere (tabell 3). Standardfeil for disse gjennomsnitts estimatene varierte 0,029 til 0,227. For alle 75 av de PCB-forbindelsene, mener γ for den aktive storørret ikke signifikant forskjellig fra gjennomsnitts γ for inaktive lake ørret. Dermed aktiv storørret beholdt PCB-forbindelsene fra den maten som de forbrukes med nesten samme effektivitet som inaktive storørret.

Ettersom graden av klorerings økes fra 5 til 10 kloratomer pr molekyl, estimater av γ viste en liten reduksjon (figur 1). Men γ ikke variere kraftig med grad av klorering av PCB-forbindelsene (enveis ANOVA: F = 2.16, frihetsgrader [df] = 6, 67, p = 0,0579). Averaging γ tvers alle 75 kongenere, gjennomsnittsverdien var 0.664.

Som log K ow økt 6,0 til 8,2, γ falt eksponentielt (figur 2). Denne nedgangen var signifikant forskjellig fra null (t-test: t = -4,09; df = 64, p = 0,0001), men var lik bare 7% per enhet av log K ow. Basert på det montert kurve, γ var lik 0,70 ved K ow = 6, og γ var lik 0,61 ved K ow = 8 (figur 2).

Til 66 av de 75 PCB-forbindelsene, standard feil på gjennomsnittet estimat av γ var små (≤ 0,05) (tabell 3). For seks av de ni andre PCB-kongener, standard feil om gjennomsnittlig estimat av γ var ganske lav (≤ 0,10). Høyere standardfeilene var assosiert med en lavere grad av klorering (3-5 kloratomer per molekyl).

telt "fo: keep-together.within-page =" alltid "> Figur 1
Figur 1. Beregninger av netto trofisk overføringseffektivitet (γ) av PCB-forbindelsene til sjø-ørret fra sitt bytte avbildet som en funksjon av antallet kloratomer pr molekyl av PCB kongener. Beregninger var basert på et laboratorieforsøk, der var bloaters mates til sjø-ørret. Figur gjengitt med tillatelse fra Madenjian et al. 18.

Figur 2
Figur 2. Estimater av netto trofisk overføringseffektivitet (γ) av PCB-forbindelsene til sjø-ørret fra sitt bytte avbildet som en funksjon av log K ow av PCB kongener. Beregninger var basert på et laboratorieforsøk, hvor bloaters ble matet til lake ørret. Den monteres regression linje for kongenere med log K ow større enn 6 vises også. Den r 2 verdi for montert regresjonslinjen representerer mengden variasjon i logg γ forklares med log K ow. Figur gjengitt med tillatelse fra Madenjian et al. 18.

Tabell 1. Innledende gjennomsnittsvekt og endelige gjennomsnittsvekter på sjø-ørret brukt i 135-dagers laboratorieeksperiment. Bloaters ble matet til sjø-ørret. Også inkludert er den gjennomsnittlige mengden mat spist av en storørret under hele løpet av eksperimentet. Tabell gjengitt med tillatelse fra Madenjian et al. 18.

Tank nummer Initial gjennomsnittsvekt på storørret (g) Sluttgjennomsnittsvekt på storørret (g) Forbruk (g)
1 907 1345 1734
2 860 1339 1999
3 890 1518 2344
4 817 1566 2649
5 694 1242 1870
6 729 853 641
7 754 1050 1203
8 729 1092 1336

Tabell 2. første og siste PCB kongener konsentrasjoner i storørret, i gjennomsnitt over åtte stridsvogner ble brukt under 135-dagers laboratorieeksperiment. Gjennomsnittlig PCB kongener konsentrasjoner i septemberfanget og May-fanget bloaters matet til storørret under forsøket er også vist. Tabell reproduced med tillatelse fra Madenjian et al. 18. PCB kongenere ble mønstret i henhold til Ballschmiter et al. 20.

PCB kongener Initial storørret PCB kongener mener konsentrasjon (ng / g) Slutt storørret PCB kongener mener konsentrasjon (ng / g) September-fanget bloater PCB kongener mener konsentrasjon (ng / g) Kan fanget bloater PCB kongener mener konsentrasjon (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

Tabell 3. Gjennomsnittlige estimater av netto trofisk overføringseffektivitet (γ) av PCB-kongenere til storørret fra sine byttedyr. Estimater var basert på en 135-dagers laboratorieeksperiment, der sjø ørret ble matet bloaters. For hver kongener, ble γ estimater fra alle åtte stridsvogner i gjennomsnitt å gi den gjennomsnittlige anslaget. Standard feil av gjennomsnittet er vedlagt i parentes. Tabell gjengitt med tillatelse fra Madenjian et al. 18. PCB kongenere ble mønstret i henhold til Ballschmiter et al. 20.

PCB kongener Mener γ Standard feil av gjennomsnittet
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

For de mest nøyaktige estimater av γ må experimenter være i stand til nøyaktig å spore både mengden av mat plassert i hver av tankene og mengden uspist mat i hver av tankene i løpet av eksperimentet. For å oppnå dette, må experimenter være i stand til å fjerne alle de oppspore mat fra tankene og nøyaktig bestemme vekten. I tillegg til nøyaktig sporing av maten faktisk spist av rovfisk, kan nøyaktig estimering av γ også avhenge av tilstrekkelig varighet av forsøket. Gitt at mye sitert laboratoriestudier spesielt utviklet for å estimere trofisk overføring effektiviteten av PCB å fiske fra maten varierte 105-224 dager i varighet 22,23, en varighet på minst 100 dager, og helst minst 130 dager, anbefales. Videre kan skjevhet innføres i estimering av γ ved et tilstrekkelig antall rovfisk samplet for PCB-bestemmelser ved starten av den experiment 14. Sannsynligheten for å få en prøve av rovfisk med PCB-konsentrasjonene ikke er representativ for den gjennomsnittlige PCB-konsentrasjon for alle de rovfisk i tanken øker med avtagende prøvestørrelsen. Ideelt sett bør halvparten av fisken i tanken bli ofret for PCB-bestemmelser ved starten av eksperimentet.

For å maksimere relevansen og anvendbarheten av de laboratorieeksperimentresultatene til feltet, bør en byttefisk som vanligvis spist av rovfisk i feltet mates til rovfisk under laboratorieeksperiment. Netto trofisk overføringseffektivitet kan avhenge av arten av den mat matrise som inneholder PCB-forbindelsene 11,24. Bevis fra tidligere studier har antydet at estimater av γ basert på en kommersiell pellet diett kan være vesentlig mindre enn γ estimater basert på predator fisk fôring på selve byttefisk 17. Derfor, en diett av byttedyr fisken i stedet for et bearbeidet eller synthesized diett anbefales.

For å minimere usikkerheten i estimatene for γ, bør både predator fisk og byttedyr fisk kompositter være godt homogenisert. Graden av homogenisering avhenger delvis på det tilgjengelige sett av blandemaskiner og røreverk. For store rovfisk, kan en stor mikser være nødvendig for å igangsette den homogenisering prosessen. En subsample av homogenatet fra den store blanderen kan deretter bli overført til en mindre blander, hvor en høyere grad av homogenisering kan oppnås.

Nøyaktig bestemmelse av PCB kongener konsentrasjoner i homogeniserte vevsprøver fisk er en viktig del av prosessen for nøyaktig estimering γ for de forskjellige PCB-forbindelsene. Prøvene må være skikkelig rengjort under oppfølging til utvinning prosessen for å fjerne matrise forstyrrelser og for å oppnå et lavt nivå av gjenkjenning for PCB-forbindelsene. Anvendelse av en gass-kromatografi - masse-spektrometri-system med en negativkjemisk ionisering kilde opereres i enkelt ion-modus kan føre til deteksjonsnivåer så lave som 0,02 ng / ml i ekstrakten for de mer høyt klorerte PCB-forbindelsene, selv om deteksjonsgrensen for de lavere klorerte PCB-forbindelsene vil være betydelig høyere enn denne verdien 25 . En elektron fangst detektor kan erstattes for den negative kjemisk ionisering instrument, og denne fremgangsmåten vil gi lavt nivå deteksjon, men vil også være mer utsatt for matrise interferenser. Avhengig av PCB kongener konsentrasjoner i den homogeniserte fisk vevsprøver, vil forskeren må bestemme om hvilken tilnærming (negativ kjemisk ionisering eller elektron-fangst) er mer hensiktsmessig. For meget lave konsentrasjoner av PCB kongener, kan elektroninnfanging tilnærming har til å bli brukt. Det skal påpekes at målingene nær deteksjonsgrensen har ofte forholdsvis lav presisjon og nøyaktighet skyldes analytiske feil 26.

Denmetodikken beskrevet i denne studien kan være lett tilpasses for å ta opp nye problemstillinger innen PCB akkumulering i fisk. For eksempel, som nevnt ovenfor, γ kan påvirkes ved å mate satsen. Tidligere arbeid har foreslått at γ avtar med økende frekvensen av matforbruk 14,17. Nøyaktig hvordan endrer γ med økende fôringsrate? Gjøre forholdet mellom γ og grad av klorering eller mellom γ og logge K ow, som har blitt belyst i denne studien for fisk ad libitum, være konsekvent ved lavere fôring priser? Hvilke av de følgende to faktorer har større innflytelse på γ: mengden mat konsumert hver dag eller hyppigheten av fôring (dvs. fôring en gang hver dag versus fôring en gang hver to eller tre dager)? Hvilke av disse to faktorer har en større innvirkning på γ: vekten av mat konsumert hver dag eller mengden av energi i mat konsumert hver dag? Methodology beskrevet i denne studien er godt egnet til å besvare disse spørsmålene, fordi både fôringsrate og type mat kan kontrolleres 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

Environmental Sciences trofisk overføring effektivitet polyklorerte bifenyler sjø-ørret aktivitet forurensninger akkumulering risikovurdering toksiske ekvivalenter
Laboratory Estimering av Net trofiske overføringer effektiviteten av PCB-forbindelsene til Lake Trout (<em&gt; Salvelinus namaycush</em&gt;) Fra sitt 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