Ympäristötoksikologisen vesikirpputestin kehittäminen : Kupari ja UV-säteily 21 vuorokauden lisääntymistestissä

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201812123706
Title: Ympäristötoksikologisen vesikirpputestin kehittäminen : Kupari ja UV-säteily 21 vuorokauden lisääntymistestissä
Author: Hellén, Hans
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201812123706
http://hdl.handle.net/10138/275500
Thesis level: master's thesis
Discipline: Maaperä- ja ympäristötiede
Environmental Soil Science
Mark- och miljövetenskap
Abstract: Tässä työssä tutkittiin, millä tavalla auringon ultraviolettisäteilylle (UV) altistuminen tai siltä välttyminen vaikuttavat vesikirppujen (Daphnia magna) lisääntymiseen eri kuparipitoisuuksissa. Kaksi stressitekijää sisältänyt 21 vuorokauden lisääntymistesti tehtiin soveltaen OECD:n kemikaalitestauksen standardia nro 211 ”Daphnia magna Reproduction Test” vuodelta 1998. Lisääntymistestiin osallistuneista vesikirpuista tehdyllä alkuainepitoisuuksien määrityksellä (ICP-MS) tutkittiin, onko UV-säteilyllä vaikutusta kuparin kertymiseen vesikirppuihin. UVB-säteilyn on raportoitu olevan haitallista monille vesieliöille sekä suoraan sen vahingollisten biologisten vaikutusten vuoksi että epäsuorasti säteilyn vuorovaikuttaessa ympäristössä esiintyvien kemikaalien kanssa niin, että kemikaalien myrkyllisyys lisääntyy. UV-säteily on siten ympäristötekijä, jonka mahdolliset vaikutukset on otettava huomioon arvioitaessa kemikaalien emissioiden vaikutuksia ympäristöön. Kuparitasot olivat 3, 9, 30, 90 ja 300 µg kuparilisäystä litrassa Elendt M7 -kasvatusliuosta, joka sisältää kuparia ravinteena 1,6 µg / l. UV-altistus toteutettiin käyttäen auringon säteilyä siten, että puolet koeyksiköistä (+UV) sijoitettiin UV-säteilyä läpäisevän polyeteeni-kalvon alle ja toinen puoli (−UV) UV-suojakalvon (Wipa-foil clear-SR) alle. Kokeen alussa jokaisessa UV- ja kuparikäsittelykombinaatiossa oli kymmenen rinnakkaista yksittäistä vesikirppua ja kuparin nollakokeina oli 14 rinnakkaista molemmissa UV-tasoissa. Helsingin Viikkiin UV-säteilyä 40 % vaimentavan pleksilasikatoksen alle rakennetun koejärjestelyn testaamiseksi tehtiin lyhyempi esikoe keskikesällä. Varsinainen lisääntymistesti suoritettiin heinä–elokuussa. Kokeellisen osuuden yksi tärkeä elementti oli koejärjestelyn tarkastelu testistandardin vaatimuksiin verrattuna. Menetelmällisten ongelmien takia ruokinnan määrä (0,027 ± 0,006 mg C / Daphnia / vrk) oli vain 13–27 % standardissa vaaditusta. Kontrollivesikirppujen lisääntymismäärä jäi vain noin kolmasosaan standardin minimivaatimuksesta, joten testi ei ollut validi. Kuparilisäystasoina ilmoittaen NOEC- ja LOEC-arvot lisääntymiselle olivat 30 µg Cu / l ja 90 µg Cu / l käyttäen vastemuuttujana keskimääräistä kumulatiivista poikasmäärää kokeen loppuun asti elossa selvinnyttä emovesikirppua kohti (Tukey, p < 0,001). Ne olivat epätarkkoja, koska pitoisuuksia oli liian vähän ja ne oli valittu liian suurelta vaihteluväliltä. Jo kuparilisäys 90 µg / l oli vesikirppujen selviämisen kannalta äärimmäisen korkea, sillä −UV-koeyksiköissä kuolleisuus oli 70 % ja +UV-koeyksiköissä 60 %. Edellä mainittua pienemmissä pitoisuuksissa ei ollut koetekijöistä johtuvaa kuolleisuutta. Kuparin biokertyvyyden määritys kärsi kontaminaatiosta. UV-säteilylle altistuminen ilman kuparilisäystä ei vaikuttanut tilastollisesti merkitsevästi kumulatiiviseen poikastuotantoon (t-testi, p = 0,87, df = 26). Keskimäärin UV-säteilyllä oli merkitsevä poikastuotantoa lisäävä vaikutus (ANOVA, p < 0,01) yli kaikkien kuparitasojen: kumulatiivisen poikasmäärän keskiarvo ± keskihajonta oli −UV-tasolla 22,8 ± 6,3 (n = 45) ja +UV-tasolla 24,4 ± 5,2 (n = 48). UV-tekijällä ja kuparilisäyksellä havaittiin olevan laajennetulla riskitasolla (ANOVA, 0,05 < p < 0,1) yhdysvaikutusta siten, että UV-altistus trendinomaisesti vaimensi poikastuotannon pienentymistä kuparilisäyksessä 90 µg / l. Sovittamalla aineistoon epälineaarinen malli käyttäen toisen asteen polynomia kuparilisäyksestä havaittiin regressioanalyysin perusteella kuparilisäyksen ja UV-säteilyn yhdysvaikutuksen poikastuotantoon olleen tilastollisesti merkitsevä (p < 0,01). Tämä odotuksien vastainen yhteisvaikutus vaatii lisätutkimuksia molempien UV-tasojen suhteen läpivirtaavalla kasvatusliuoksella. Tällaisessa flow-through-mallissa tuloksiin eivät vaikuta UV-säteilyn mahdollisesti aiheuttamat muutokset kasvatusliuoksissa. Jotta −UV-vesikirput eivät altistuisi pulssimaisesti säteilylle päivittäisen tarkastelun yhteydessä, niitä on käsiteltävä vain UV-säteilyltä suojatussa tilassa toisin kuin tässä työssä tehtiin.This work was carried out to find out, in what manner exposure to or the avoidance of sun's ultraviolet radiation (UV) affects the reproduction of water fleas (Daphnia magna) at different copper (Cu) concentrations. A 21-day long reproduction test containing two stress factors was performed adapting the OECD chemical testing standard number 211 ”Daphnia magna Reproduction Test” from the year 1998. Using an element contents analysis (ICP MS) that was done of the water fleas which have participated in the reproduction test, it was studied whether the UV affects Cu accumulation in Daphnia magna. UVB radiation has been reported being harmful to many aquatic organisms directly by harmful biological effects as well as indirectly due to the radiation interacting with chemicals occurring in the environment so that the toxicity of chemicals will increase. Thus UV is an environmental factor that may cause effects to be taken into account when assessing the effects of emissions of chemicals. Copper levels were 3, 9, 30, 90 and 300 µg Cu increment per liter of Elendt M7 growth medium, which contains 1.6 µg Cu / l as a nutrient. UV exposure was carried out using solar radiation so that half of the test units (+UV) was placed under UV-permeable polyethylene film and the other half (−UV) under UV-protection foil (Wipa-foil clear SR). At the beginning of the test, there were ten parallel individual water fleas in each UV and Cu treatment combination and 14 parallel Cu blanks at both UV levels. To test run the experimental apparatus, that had been built in Viikki Helsinki under a plexiglas canopy absorbing 40 % of UV, a shorter pre-test was made in the midsummer. The actual reproduction test was performed in July–August. One important element of the experimental part of this study was to examine the test apparatus according to the demands of the testing standard. Because of methodological problems, amount of the feeding (0.027 ± 0.006 mg C / Daphnia / day) was only 13–27 % of the requirements of the standard. Reproduction of the control water fleas remained at only about a third of the minimum requirement of the standard, so the test wasn't valid. The response variable was the average cumulative number of living offspring produced per surviving parent animal at the end of the test. The NOEC and LOEC values for reproduction were 30 µg Cu / l and 90 µg Cu / l expressed in the Cu spiking levels (Tukey, p < 0.001). They were inaccurate, because they were based on too few concentrations chosen from too large a range. Already the Cu spiking 90 µg / l was extremely high on the grounds of survival, because among the −UV test units the mortality was 70 % and in the +UV test units 60 %. In the lower spikings than 90 µg / l there was no mortality caused by the test factors. Copper bioaccumulation assay suffered from contamination. The UV exposure without Cu spikings did not affect statistically significantly cumulative offspring production (t-test, p = 0.87, df = 26). On the average, the UV factor had a significant increasing effect (ANOVA, p < 0.01) on the production over all the Cu levels: the average cumulative number of offspring produced (± SD) was in the −UV level 22.8 ± 6.3 (n = 45) and in the +UV level 24.4 ± 5.2 (n = 48). Interaction was perceived between UV and Cu spiking at extended risk level (ANOVA, 0.05 < p < 0.1) so that the UV exposure trend-wise dampened the decrease of production in the spiking level of 90 µg / l. Statistically significant (p < 0.01) interaction effect of UV and spiking to offspring production was found after fitting a non-linear model for the data set using a second degree polynome for the Cu spiking and performing a regression analysis. This unexpected interaction requires further examination using the same flow-through growth medium for both of the UV levels. In such flow-through test design the changes in growth media possibly caused by the UV do not affect the results. In order to avoid exposing the −UV water fleas to radiation pulses during the daily examination, they must be only handled in UV protected space, unlike was done in this work.
Subject: kupari
ultraviolettisäteily
ympäristötoksikologia
Daphnia magna
lisääntymistesti
biosaatavuus
biokertyvyys


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Hellen_Hans_Pro_gradu_2018b2.pdf 15.22Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record