Testy toxicity sedimentů K.Hilscherová Sedimenty - velmi různorodé složení - polotuhá matrice - pevná fáze(částice) a pórová voda • v podstatě akvatický ekvivalent půdy - heterogenní prostředí - směs jílu, písku, minerálů, huminových látek, odumřelých organismů a antropogenních polutantů - akumulace a inaktivace polutantů (např.AVS - kovy, Corg - PAHs) • primární úložiště biotického i abiotického materiálu (včetně polutantů) v akvatickém prostředí • akumulace polutantů v sedimentech může způsobit: 1. Změny ve struktuře bentických společenstev 2. Zvýšené zatížení organismů polutanty 3. Toxicitu Klasifikace sedimentů 1. Obsah organického uhlíku - ovlivňuje sorpci neutrálních organických látek -> zvýšené Kow = zvýšená sorpce 2. Distribuce zrnitostních frakcí - větší částice mají tendenci sorbovat méně poltantů 3. Obsah a typ jílu 4. Kationtová výměnná kapacita (KVK) - ovlivňuje sorpci kationtů 1. pH - ovlivňuje speciaci kovů, sorpci Další fyzikálně chemické parametry - DO, salinita, amoniak Transport a resuspendace sedimentů Proudy, povodně, vítr, vlny Způsobují pohyby sedimentů v závislosti na jejich velikosti Pórová voda Voda mezi částicemi sedimentů Nepolární pollutanty -> sedimenty -> pórová voda -> vodní sloupec Primární zdroj expozice polutantu pro organismy žijící v sedimentu Sedimenty mohou vázat polutanty, pak být překryty další vrstvou sedimentů -> redukce biodostupnosti Odběry vzorků sedimentů - tyčové vzorkovače (vertikální profil, historie sedimentace) - pasivní vzorkovače - sedimentové pasti (plaveniny) - drapákové vzorkovače (směsné vzorky) - SPMDs - odběr určitých typů polutantu (zejm. pórová voda) © Narušení fyzikálně chemických parametrů sedimentů Manipulace se vzorky • Uskladnění: změny toxicity vzorků v závislosti na teplotě (chlazení (4°C) vs. mražení (<-20°C)), době uskladnění a stupni kontaminace sedimentů • Úpravy vzorků: 1.) úpravy pH (6-9) -vliv na toxicitu a biodostupnost kovů (Zn, Ni, Pb, Cu, Cd), amoniaku a sirovodíku 2.) lyofilizace vs. zmražení 3.) amoniak- odstranění amoniaku ze vzorku probubláváním nebo přidáním zeolitu 4.) homogenizace 5.) kovy - odstranění kovů přidáním EDTA nebo sulfidů 6.) výluhy (vodné/organické) vs. SPTs - změny toxicity eluátů v závislosti na volbě rozpouštědla (voda, methanol, DCM) vs. toxicita biodostupné frakce kontaminantů 7.) pórová voda vs. SPTs Testy se sedimenty • Organismy v sedimentu vystaveni látkám zachyceným v pevné i kapalné složce matrice • Pro bentické organismy - biodostupnost chemických stresom v sedimentech. • Sediment = potenciální dlouhodobý zásobník/zdroj kontaminantu uvolněných do vody • Může být nezbytné remediovat kontaminované lokality bagrováním nebo odstraněním sedimentů • odstranění sedimentu, jeho transport a uložení mohou být velmi nákladné; studie toxicity umožní identifikovat nebezpečně kontaminované lokality - kde je třeba odstranění, kde možno ponechat bez významného rizika. • Zejména EPA a ASTM metodiky Skríningové testy toxicity/genotoxicity Bakteriálni modely Testy s výluhy sedimentů: • Vibrio fisheri (Microtox) - 0,5 h • Escherichia coli (Toxichromotest) - 2 h Kontaktní verze testu • Flash test s Vibrio Fisheri - kinetický test - stanovení inhibičního účinku vzorků na světelnou emisi Vibrio fischeri • srovnatelné se statickou zkouškou s luminiscenčními bakteriemi podle ČSN EN ISO 11348 • Flash verze - eliminace vlivu zákalu a zbarvení vzorku, umožňuje provedení testu se suspenzí vzorku bez přípravy vodného výluhu. Je mezistupněm ke kontaktním zkouškám ekotoxicity Testy genotoxicity s výluhy: • SOS chromotest • umuC test • GFPtestatd. 5 Nástroje pro hodnocení • Základní požadavky - Měření zakalených (barevných) materiálů - Schopnost rozlišení TOXICKÝ - NETOXICKÝ - Rychlost • Bakteriální bioluminiscenční testy toxicity - Klasické - Microtek, BioTox™, LUMISTox aj. - Alternativní - modifikace klasických testů (např. BioTox™ Flash tesť) * Lappalainen, J. etal. (1999): Chemosphere, 38(5), pp. 1069-1083. Microtox Vibrio fischeru Mořská bakterie schopná bioluminiscenece luciferasa FMNH: - RCHO + O: -> FMN + RCOOH + H2Q h 0,1 H Design: Akutní mikrodestička Endpoint: inhibice bioluminiscence Luminometr -1 = 0, 15, 30 minut Testování vodného výluhu • Vibrio fischeru - testováni zakalených a barevných vzorků, bez potřeby referenčního materiálu design: - akutní - inhibice bioluminscence - mikrodestička - luminometr s dispensorem - nutné vzorek protřepat (během měření) - krátká doba měření - Hodnota píku Smax (0-2s) v porovnání s pikem S30s (po 30s měření) INH -- i h test * 4- o o crt c E Cas = 1- 530í KFS_ Akutní testy toxicity I. • Pórová voda • Eluát ze sedimentu • 48-96 h expozice • Příprava eluátu: 24h třepáni, 100 g sedimentu/1 L vody • Druhy: Daphnia magna, Daphnia pulex, ceriodaphnia dubia, střevle potoční (Pimephales Promelas), pstruh duhový (Oncorhynchus my kiss) • Sledované parametry: přežívání, imobilizace Akutní testy toxicity II. Kontaktní testy - Celý sediment 96h - 10 dní expozice Druhy: různonožec {Hyalella azteca), jepice (Hexagenia limbata), pakomár (C. tentants/riparíus) 10-denní test s Hyalella azteca a Chironomus tentans Sledované parametry: přežívání Chronické testy toxicity I. • Pórová voda • Eluát ze sedimentu • 7-35 dní expozice • Druhy: Ceriodaphnia dubia, střevle potoční (Pimephales Pro mel as), pstruh duhový (Oncorhynchus my kiss) • Sledované parametry: přežívání, imobilizace, růst, reprodukce, doba první reprodukce, doba úhynu, přežívání mladých Chronické testy toxicity II. • Kontaktní testy - Celý sediment • Zpravidla 28 dní expozice • Druhy: různonožec (Hyalella azteca), pakomár (C. tentants/riparius) • Sledované parametry: přežívání, imobilizace, růst, reprodukce, doba první reprodukce, doba úhynu, přežívání mladých • 28- a 42-denní testy s H. azteca • Sub-chronické a celoživotní testy s Chironomus tentans • 10-denní krátkodobý chronický test s larvami obojživelníků Ekotoxikologické biotesty se sedimenty - přehled EPA Te^t Medium Species Coininon Name Freshwater beut hic Ckiranomus dilutus Chiionomid, midge larvae Chiranotmič lipajius Chironornid., rjoid.ee larvae Hyalella azieca Amphipcd. send Luffíbricuius rariegatiiz Oligcchaete, "worm" Gamma ms pu lex Amphipcd Hexagenia lirnbata Epkenierop tera. mayfly Tubifex tubifex: Oligochaete Dipcreia ;p Amphipod, Great Lake7. Marine Bentliic A fwenca mysfs. bah ia My« d rJirirnp Ampelisca abdita Amphipcd (Atlantic) Fokaiistojius estiiwřus Amphipcd (Pacific) Leptocheiru; píumulosus Amphipod (Atlantic) Rhepoxynfus abromus Amphipcd (Pacific) Gí •andidieyella japonica Amphipcd www.epa.gov Ekotoxokologické biotesty se sedimenty - přehled EPA Psammeckimiz miliaiis. Shone urchin Meycenaria meycewaria Hard h. fathead minnow Salvelin uzfoi i timi Hz Fiih. brooktiouT 0}\coykyHchiiz mykiss. Fi-^h. rainbow trcut Marine Pelagic Atk&iinops affi?\is ly^h. Topsinelt Cyprinodon variegatits li'sh. skeep-shead minnow Memdia beľvUii\a r F iib, silvervide www.epa.gov Testy toxicity sedimentů ASTM Table 3.6. Some freshwater sediment toxicity tests (ASTM H1383, 1993) Species: Endpoints: Duration: 1. 2. 3, 4. 1. AjTiphipod {Hyalella azteca) Midges: Chiranamus tem&ns, Chtranamus ripctrius Daphnia magna, and Ceriadaphnia dubia Mayflies {Hexagenia spp.) Number of young; survival, growth &, development; reproductive capacity Larval survival and growth, adult emergence Survival and reproduction Mortality, growth, burrowing behaviour, moulting frequency lO—30 days for tests 1 and 2; 2—7 days for test 3; 7—21 days for test A Temperature (°C): 20—25 for test 1; 20-23 for test 2; 25 for test 3; 17-22 for test A Static for all tests; flow-through for tests 1 and 2; recirculating for test 4 2-3. 4. Conditions: Level of effort: Medium for all tests Testy toxicity sedimentů ASTM Table 3-7. 1993) Some marine and esturine sediment toxicity tests (ASTM El 383, Species: 1. Amphipods 2. Fisti, crustaceans, zooplan et ons, or bivalves 3. Infaunal amphipods, burrowing polycheates, mollusks, crustaceans, or fish Endpoints: 1. "Whole sediment 2. Dredged material {elutriate} 3. Dredged material (whole sediment) 1- Mortality, emergence, renurial 2. Mortality 3. Survival Duration: lO days for tests 1 and 3; 2 days for zooplaneton and fish larvae in test 2 and 4 days for bivalves arid crustaceans in test 2 (°C>: 20-25 for test 1; 20—23 for test 2; 25 for test 3; 17- for test 4 Conditions: Static for all tests; flow-through for tests 1 and 2; recirculating for test A- Testy bioakumulace • Kontaktní testy - celý sediment • 28-56 dní expozice • Druhy: ruznonožec {Hyalella azteca), máloštětinatci (Lumbnculus vanegatus, nitěnka obecná)