Pakomáři jako modelové organismy v ekotoxikologických studiích

Bc. Zuzana Rábová

Master's thesis

Chironomids as a model organism in ecotoxicology

Abstract:

V desetidenních i celoživotních metodikách ekotoxikologického testování sedimentů s užitím pakomárů čeledi Chironomidae jako modelového organismu vystupuje stále značné množství faktorů, které mohou vést k ovlivnění odpovědi organismů a falešně negativním či pozitivním výsledkům. Práce se snaží shrnout teoretické poznatky o těchto faktorech, mezi něž patří abiotické či biotické vlastnosti sedimentu např. pH, redoxní potenciál, zrnitost, minerální složení, kvantita a kvalita organického materiálu, mikrobiální aktivita, hustota a aktivita bentické makrofauny atd., nebo parametry uspřádání experimentu např. krmný režim, hustota populace testovaných organismů nebo jejich věk a pohlaví. Larvy pakomárů mají také potenciál pro využití při studiu bioakumulace a subletálních biomarkerů v reakci na environmentální stres. V rámci diplomové práce byla provedena série desetidenních pokusů s cílem posoudit toxicitu, míru bioakumulace a indukce biomarkerů (MTs a GSH) u malých (2. instar) a velkých (3.-4. instar) larev exponovaných kadmiu v artificiálním sedimentu. Malé larvy jsou nejméně 100krát citlivější v procentu přežití. Citlivost v růstu, stanoveném jako délka těla, a míra bioakumulace je u malých a velkých larev srovnatelná. Biomarkery vykazují podobnou nebo nižší citlivost než standardní cílové parametry. V druhé časti práce byla provedena série celoživotních pokusů s přírodními sedimenty ze 3 různých vzorkovacích kampaní. Tyto testy přinášejí zpravidla velmi variabilní výsledky, proto je obtížné prokázat statisticky významné rozdíly a najít závislost na abiotických parametrech testovaných sedimentů. Ve tkáni 17ti-denních larev u jednoho celoživotního testu byl stanoven biomarker Hsp70, u kterého se projevila extrémní variabilita. Z výsledků provedených pokusů je zřejmé, že nedostatek potravy vede ke zpomalení růstu, opožděnému líhnutí, navýšení mortality a poklesu procenta líhnutí dospělců. Ostatní výsledky celoživotních testů z hlediska vysoké variability sledovaných parametrů neumožnily prokázat jednoznačné výraznější rozdíly v působení přírodních sedimentů z různých lokalit na exponované pakomáry.

Abstract:

The 10-d and lifecycle methods for sediment toxicity testing based on the non-biting midge, Chironomus riparius, still comprise many confounding factors that may affect the test outcome and lead to false positive or false negative results. This thesis summarizes available data on these abiotic and biotic factors of sediments such as pH, reduction potential, organic matter content, grain size, microbial activity, bioturbation etc., and on parameters of test design like density of test organisms, their age and sex. Chironomid larvae may also be used as a model for bioaccumulation assessment and study of biomarker induction in response to environmental stress. A series of 10-d tests was performed to assess toxicity, bioaccumulation, metallothionein and GSH induction of small (2nd instar) and big (3rd-4th instar) larvae exposed to cadmium in artificial sediment. The small larvae are at least 100times more sensitive to cadmium in survival. If growth measured as body length is studied, the sensitivity of small and big larvae is similar, as well as their bioaccumulation rate. Metallothioneins show the same sensitivity as survival of small larvae while GSH seems to be rather unresponsive to increasing cadmium concentrations. Life-cycle tests with natural sediments from 3 sampling campaigns were performed. The results show high variability causing difficulties in efforts to prove statistically significant differences between samples or when trying to find any dependence on or association with physicochemical characteristics of the sediments. Biomarker (Hsp 70) determined in the tissue of 17-d larvae in one of the lifecycle tests shows extremely high variability. Stress caused by the lack of food leads to delayed emergence and decrease in emergence ratio and survival. Other results of the life-cycle experiments, unfortunately, do not allow any reasonable interpretation.

Keywords

toxicita sedimentu, Chironomus, bioakumulace, metalothioneiny, Hsp 70 sediment toxicity, bioaccumulation, metallothioneins, Hsp 70

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 5. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2010
• Supervisor: doc. Mgr. Klára Hilscherová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / General Biology