Laboratorní testy toxicity s roupicemi

RNDr. Klára Kobetičová, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Laboratory tests of toxicity with enchytraeids

Abstract:

Roupice (máloštětinatci, kroužkovci) jsou důležitou skupinou půdních dekompozitorů, která je v ekotoxikologii půdy využívána již více než 50 let. Během tohoto období bylo realizováno několik krátkodobých až déletrvajících laboratorních testů s různými testovacími médii (voda, agar, umělá nebo přírodní půda). Avšak testy s umělým médiem nejsou příliš vhodné pro odhad negativních vlivů vyplývajících z přítomnosti chemikálií v půdě nebo pro posouzení půdní kvality. Z těchto důvodů byl pro roupice v půdě vyvinut chronický test (SECOFASE, 1994; ASTM, 2000/ ISO, 2002/ OECD, 2003). V půdních testech se běžně používá několik druhů roupic (rod Enchytraeus, druh Cognettia sphagnetorum). Testy trvají většinou 4-10 týdnů v závislosti na použitém druhu. Sledovanými parametry bývají nejčastěji reprodukce (počet mláďat, kokonů, fragmentů) a mortalita dospělců. Test s roupicemi je tak od té doby využíván ve studiích zaměřujících se na výzkum toxicity organických látek, kovů, aplikace odpadů nebo k testování biologické kvality přírodních půd. Navíc, studie stále častěji přechází od pouhého zjišťování toxicity jednotlivých látek (vyjadřované hodnotami LCx, ECx) ke komplexnějšímu studiu biodostupnosti a tím i samotné toxicity. Některé z testů jako „avoidance“ test nebo bioakumulační test jsou stále ještě v rozvoji. První z nich trvá obvykle 2 dny a je založen na předpokladu, že roupice jsou schopné vyhýbat se nevhodné půdě nebo z ní unikat (pod vlivem environmentálních anebo antropogenních stresových faktorů). Bioakumulační test je zaměřen na kinetiku příjmu a eliminaci látky, stanovením neletální koncentrace látky v cílovém místě nebo její celkovou koncentrací v testovaném organismu. Následující kapitola se věnuje toxicitě vybraných organických polutantů (toxafen, chlorované parafíny s krátkým C-řetězcem, dusíkaté-heterocyklické aromatické uhlovodíky: chinolin, akridin, fenazin, 1,10-fenantrolin) pro půdní roupice druhu E. crypticus, E. albidus (nebo pro oba druhy). K otestování látek byl použit chronický půdní test a jako testovací substrát artificiální (OECD) půda. Test s chlorovanými parafíny poskytl tyto výsledky: NOECmortalita (E.albidus) = 10,000 mg/kg, NOECmortalita (E.crypticus) = 6,000 mg/kg, LC50mortalita (E.albidus, E.crypticus) nemohl být vypočítán, NOECreprodukce (E.albidus) = 3,000 mg/kg, NOECreprodukce (E. crypticus) = 6,000 mg/kg, EC50reprodukce (E.albidus) = 6,027 mg/kg, EC50reprodukce (E.crypticus) = 7,809 mg/kg. Toxafen neměl negativní vliv na roupici E. albidus ani na jeden ze sledovaných parametrů, protože hodnotě NOEC odpovídala až nejvyšší testovaná koncentrace 620 mg/kg. Dusíkaté polycyklické aromatické uhlovodíky v případě druhu E .crypticus ukázaly řádově podobný efekt. Jejich toxicita (nominální koncentrace v mg/kg) se přesto snižovala v tomto pořadí: 1,10-fenanthrolín > chinolín > fenazin > akridin. Po přepočtu těchto dat na efektivní koncentraci v půdní pórové vodě (mikromol/l) se toxicita látek zcela obrátila. To odpovídá závěrům o vyšší toxicitě lipofilnějších látek ve vodním prostředí, jak je uváděno v literatuře.

Abstract:

Enchytraeids (Oligochaeta, Annelida) belong to an important group of soil decomposers that have been using in the soil ecotoxicology for more than fifty years. Several short to long-term laboratory tests with various test medium (water, agar, artificial or field soil) have been realized during this time. However, the tests with artificial medium are not very suitable for the assessment of chemicals in soil or for soil quality assessment. Therefore, the chronic tests have been developed for enchytraeids in soil (SECOFASE, 1994 and ASTM, 2000/ ISO, 2002/ OECD, 2003). A few of enchytraeid species (genus Enchytraeus, species Cognettia sphagnetorum) are commonly used in the soil tests. The duration of the test ranges from 4 to 10 weeks depending on the used species. The measured endpoints are mostly reproduction (number of juveniles, cocoons, fragments) and adult mortality. The research have been focusing on toxicity of organic compounds, heavy metals, wastes or soil quality assessment since the time. In addition, the studies have more often progressed from pure measurement the toxic effects of individual pollutants (expressed as LCx, ECx values) into the more comprehensive investigation of bioavailability affecting the toxicity. Some of the methods as Avoidance test or Bioaccumulation test have been just under a development. The first of them usually lasts 2 days and is based on the presumption that enchytraeids are able to avoid or escape the unsuitable soils (under some environmental or antropogenic stress factors). The bioacumulation test has concerned with the kinetic pattern of the chemical uptake and elimination, the analyse of the sublethal concentration in site of toxic action or in the whole organism. The toxiciy of selected organic pollutants (toxaphene, short-chain chlorinated paraffins, N-polycyclic aromatic hydrocarbons: quinoline, acridine, phenazine, 1,10-phenanthroline) to enchytraeid species E. crypticus, E. albidus (or to both species) is presented in the following chapture. The chronic soil test was used for testing of all organic pollutants and artificial (OECD) soil as a test substrate. The test with short-chain chlorinated paraffins afforded these results: NOECmortality (E.albidus) = 10,000 mg/kg, NOECmortality (E.crypticus) = 6,000 mg/kg, LC50mortality (E.albidus, E.crypticus) could not be estimated, NOECreproduction (E.albidus) = 3,000 mg/kg, NOECreproduction (E. crypticus) = 6,000 mg/kg, EC50reproduction (E.albidus) = 6,027 mg/kg, EC50reproduction (E.crypticus) = 7,809 mg/kg. Toxaphene did not show any toxic effect for E. albidus because the highest tested concentration 620 mg/kg corresponded to NOEC value for mortality and reproduction. The N-polycyclic aromatic hydrocarbons showed relatively the same order of magnitude for the toxic effects. Nevertheless, the toxicity (nominal concentration in mg/kg) decreased in this order for the both measured endpoints: 1,10-phenanthroline > quinoline > phenazine > acridine. After the data recalculation on effect concentration in soil pore water (micromol/l), the reversed rank of toxicity was obtained. These findings are in accordance with the higher toxicity of more lipophilic compounds in aquatic environment described in some literature.

Keywords

roupice, Enchytraeus albidus, Enchytraeus crypticus, testy toxicity, toxický efekt, chlorované parafíny s krátkým řetězcem, toxafen, NPAHs, akridin, chinolin, fenazin, 1, 10-fenantrolin enchytraeids, tests of toxicity, toxic effects, short-chain chlorinated paraffins, toxaphene, acridine, quinoline, phenazine, 10-phenanthroline

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 9. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 5. 12. 2007
• Reader: doc. Mgr. Klára Hilscherová, Ph.D., Ing. Mgr. Jan Frouz, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Biology / General Biology