Impacts of contaminants in freshwater macrophytes

Abstract

In the last decades, the use of pesticides has been intensified mainly in European Mediterranean regions, and in some cases exceeding the limits of regular legislations established by the European Union. The intensive use of chemicals on agricultural fields surrounding aquatic systems may comport consequences to the ecosystems and communities. Primextra® Gold TZ is one of the most used herbicide in corn crop fields of the Mondego valley, according to the information from agricultural cooperatives. The main active ingredients of the herbicide are S-Metolachlor and Terbuthylazine. Moreover, copper based formulations, such as copper sulphate, are also quite used in agriculture practices being one of the main constituents of these products. Thus, this work pretended to evaluate the toxic and biochemical effects of these chemicals (S-Metolachlor, Terbuthylazine and copper) in the non-target species Lemna minor and Lemna gibba, two freshwater macrophytes, reported as standard species in ecotoxicological bioassays. In a first step, the organisms were exposed to the contaminants under laboratory conditions, after which the biochemical analysis to determine changes on the fatty acids, polysaccharides and free sugars profiles. The results showed L. minor is more sensitive than L. gibba to S-Metolachlor (EC50Lm = 43.10 μg/L (30.89-55.30) and EC50Lg 86.81 μg/L (40.51-133.12), respectively), and to Copper (EC50Lm =199.20 μg/L (149.28-249.13) and EC50Lg =504.31 μg/L (308.73- 699.90), respectively). However, the opposite trend was observed when macrophytes were exposed to Terbuthylazine, with L. minor (EC50=93.43 μg/L (75.35-111.51)) demonstrating less sensitivity to this chemical action than L. gibba (EC50=43.89 μg/L (38.63- 49.15). Furthermore, the composition on lipids decreased, especially polyunsaturated fatty acids (PUFA), and carbohydrates contents also changed with the exposure to all compounds for both species. Therefore, biochemical biomarkers revealed to be important tools and endpoints in ecotoxicological studies and may be used as early-warning indicators of the presence of contaminants at the ecosystems and on the determination of potential effects in aquatic communities.

Nas últimas décadas, o uso de pesticidas tem sido intensificado nomeadamente nas regiões mediterrânicas, que em muitos casos excede os limites permitidos pela União Europeia. O uso intensivo de químicos nos campos agrícolas em redor dos sistemas aquáticos pode ter consequências para os ecossistemas e comunidades. O Primextra Gold TZ é um dos herbicidas mais utilizados em campos de milho no estuário do Mondego, de acordo com a informação das cooperativas agrícolas locais. Os principais ingredientes ativos do herbicida são a Terbutilazina e o S-Metolacloro. Adicionalmente, formulações baseadas em cobre, como o sulfato de cobre, também são frequentemente utilizadas em práticas agrícolas, sendo um dos principais constituintes desses produtos. Assim, este trabalho pretende avaliar os efeitos tóxicos e bioquímicos destes químicos (Terbutilazina, S-Metolacloro e Cobre) em espécies não-alvo Lemna minor e Lemna gibba, duas macrófitas conhecidas como espécies padrão de ensaios ecotoxicológicos. Num primeiro passo, os organismos foram expostos aos químicos sob condições laboratoriais, seguindo-se uma análise bioquímica às potenciais alterações nos perfis em ácidos gordos, polissacarídeos e açúcares livres. Os resultados mostraram que a L. minor é mais sensível que a L. gibba ao S-Metolacloro (EC50Lm = 43,10 μg/L (30,89-55,30) e EC50Lg 86,81 μg/L (40,51-133,12), respetivamente), e ao Cobre (EC50Lm =199,20 μg/L (149,28-249,13) e EC50Lg =504,0 μg/L (308,73-699,90), respetivamente). Contudo, uma tendência oposta foi observada quando as macrófitas estão expostas a Terbutilazina, em que L. minor (EC50=93,43 μg/L (75,35-111,51)) demonstra menor sensibilidade à ação deste químico do que a L. gibba (EC50=43,89 μg/L (38,63- 49,15). Além disso, a composição de lípidos decresceu, principalmente polinsaturados (PUFA), e o conteúdo de hidratos de carbono também se alterou com a exposição de ambas as espécies aos três compostos individualmente. Assim, biomarcadores bioquímicos são ferramentas e sinais importantes em estudos ecotoxicológicos e, podem ser usados como indicadores de aviso-prévio da presença de contaminantes nos ecossistemas e na determinação do potencial efeito nas comunidades aquáticas.