Ecotoxicological assessment of engineered nanoparticles in Chironomus riparius

Abstract

Nanoparticles and silver nanoparticles (AgNPs) have been present in natural environments nevertheless new developments have made their presence ubiquitous. They will majorlly be present in waters and sediments with increasing rates as the release to the ecossystems proceeds. Toxicity was assessed and compared in both contaminated water and sediment, the midge species Chironomus riparius was chosen and the toxicity of AgNPs and its ionic counterpart (AgNO3) were analysed and compared. In spiked water the endpoints assessed were: hatching , survival in different stages, larval growth, weight and emergence. Hatching was significantly affected when exposed to AgNPs and AgNO3 spiked water with EC50s values of 3882.27 μg.L-1 and 77.68 ± 6.07 μg.L-1, respectively. First instar mortality in acute exposure had a value of LC50 for AgNPs of 1026.94 μg.L-1 and for AgNO3 of 23.37 μg.L-1. Both head and body length growth rate were unresponsive. Mean time of emergence had an EC50 value of 1289.86 μg.L-1 and EC50 value for emergence the of 843.71 μg.L-1 in regards only to AgNPs.The results for Ag showed that eggs may be a high resistant state in the chironomids life cycle. A critical point of low resistance to water borne contamination is atained during metamorphosis. To evaluate the toxicity of silver compounds when present in sediment endpoints for survival, larval growth, emergence, weight, fertility, sex ratio and biomarkers: catalase, acetylcholinesterase, glutathione-S-transferase and lipid peroxidation were chosen. Growth rates of head and body had an EC50 of 222.62 mg.Kg-1, and 229.84 mg.Kg-1, respectively for AgNPs exposure. Regarding AgNPs exposures, survival of 10 day larvae showed a LC50 of 334.03 mg.Kg-1 and time to emerge a EC50 of 122.19 mg.Kg-1. An increase in activity was only observed in catalase and glutathione s-transferase. The number of egg masses had an EC50 13.10 mg.Kg-1 and their fertility an EC50 of 70.21 mg.Kg-1. Total emergence of adults had EC50 of 49.20 mg.Kg-1 and the time to emergence was significantly affected in the filial generation. Sediment contamination with AgNPs proved to be detrimental to C.riparius with possible intergenerational consequences.

As nanoparticulas e nanopartículas de prata (AgNPs) sempre estiveram presentes no ambiente natural, contudo novos desenvolvimentos tecnológicos tornaram a sua presença ubíqua. Estas irão estar presentes principalmente em águas e depositar-se em sedimentos, cada vez em maiores quantidades à medida que a sua libertação para os ecossistemas prossegue. Para determinar a toxicidade tanto em águas como em sedimentos contaminados, foi escolhida a espécie Chironomus riparius tendo sido comparada a toxicidade das AgNPs com o seu semelhante iónico (AgNO3). Em água contaminada os dados analisados foram: eclosão, mortalidade em diferentes estadios, taxas de crescimento, peso e dados da emergência. A eclosão de massas de ovos teve valores de EC50 de 3882.27 μg.L-1 e 77.68μg.L-1, para AgNPs e AgNO3, respetivamente. A mortalidade no primeiro estadio larvar registou valores de LC50 para AgNPs de 1026.94 μg.L-1 e de 23.37 μg.L-1 para o AgNO3. As taxas de crescimento tanto para a cabeça como para o corpo não sofreram alterações. O tempo médio para a emergência sofreu alteração com um valor calculado de EC50 de 1289.86 μg.L-1 e a emergência o EC50 de 843.71 μg.L-1 em relação apenas a AgNPs. Os resultados demonstram que os ovos são uma fase mais resistente do ciclo de vida. Um ponto crítico de sensibilidade para com contaminantes na coluna de água é atingido quando ocorre a metamorfose. Os possíveis efeitos de compostos de prata no sedimento foram avaliados através da análise da sobrevivência, taxas de crescimento, peso, fertilidade, rácio sexual e os biomarcadores: catalase, acetilcolinesterase, glutatione-S-transferase e peroxidação lipídica. As taxas de crescimento para a cabeça e corpo foram afetadas tendo um EC50 de 222.62 mg.Kg-1, e 229.84 mg.Kg-1, respectivamente para a exposição com AgNPs. A sobrevivência das larvas quando expostas a AgNPs foi afetada, com um LC50 de 334.03 mg.Kg-1 e o tempo para emergir com um EC50 calculado de 122.19 mg.Kg-1. Apenas foram registadas alterações na atividade das enzimas em relação à catalase e à glutationa-s-transferase, com um aumento da atividade das mesmas. O número de massas de ovos depositados diminui com o aumento da concentração de AgNPs, com um EC50 de 13.10 mg.Kg-1 enquanto na fertilidade dessas mesmas massas de ovos registou-se um EC50 de 70.21 mg.Kg-1. A emergência de total de adultos da geração filial registou um EC50 de 49.20 mg.Kg-1. Os dias médios para a mesma, também foi sujeito a impactos de toxicidade e foi calculado um EC50 de 24.50 mg.Kg-1. A contaminação do sedimento com AgNPs demonstrou causar efeitos adversos tendo possíveis repercussões intergeracionais.