Sensitivity of freshwater diatoms to herbicides and metals: geography, phylogeny and biochemistry

Abstract

Os ambientes aquáticos estão contaminados por muitos poluentes, incluindo pesticidas e metais. Tem sido demonstrado que as diatomáceas são sensíveis a tais micropoluentes. Estudos anteriores demonstraram grupos monofiléticos de diatomáceas com tolerância homogénea a herbicidas, pressupondo-se que a sensibilidade de um determinado grupo taxonómico é homogénea. Esta hipótese foi investigada com Nitzschia palea e Achnanthidium spp, espécies com sensibilidades distintas à poluição, bem como a diversidade filogenética, taxonómica e intra-específica. A hipótese original de sensibilidade do grupo monofilético aos herbicidas também foi testada. Trinta e nove estirpes, incluindo 11 de Achnanthidium spp e 14 de N. palea, foram submetidas a ensaios biológicos para avaliar a sua sensibilidade aos herbicidas atrazina, terbutrina, diurão e isoproturão. As estirpes de N. palea também foram testadas quanto à sua sensibilidade a metais, tais como o cádmio e cobre. Culturas mono-específicas foram expostas a estas substâncias durante 96 horas, após as quais se avaliou a inibição do crescimento. A sensibilidade das estirpes foi combinada com a sua filogenia para verificar a existência de uma ligação entre ambos. Para N. palea e Achnanthidium spp, a origem das estirpes também foi ponderada para estabelecer se a distância geográfica desempenhava um papel relevante na sensibilidade de estirpes de uma mesma espécie. Numa segunda fase, uma estirpe sensível e uma tolerante de N. palea foram expostas a atrazina, diurão, cádmio e cobre, e analisadas a nível bioquímico. Observou-se uma correlação entre a sensibilidade das espécies para todos os pesticidas, com excepção da atrazina. Quanto às espécies analisadas intraspecificamente, não se encontrou qualquer correlação para as estirpes de N. palea e Achnantidium spp quando expostas à atrazina, no entanto, para Achnantidium spp exposto aos outros herbicidas e N. palea exposta a metais verificou-se correlação entre isolados da mesma espécie. A distância geográfica entre isolados não contribuiu significativamente para a variação observada na sensibilidade, com excepção dos ensaios com metais. Ao nível bioquímico, o isolado tolerante e o sensível apresentaram diferentes estratégias, não havendo um parâmetro que se destacasse como possível biomarcador.

Aquatic environments are impacted by many pollutants, including pesticides and metals. It has been shown that diatoms are sensitive to such micropollutants. Previous studies have shown clades of diatoms with homogeneous herbicide tolerance, making the assumption that a given taxon’s sensitivity is homogeneous. This hypothesis was investigated with Nitzschia palea and Achnanthidium spp, species with distinct sensitivity to pollution, as well as taxonomic and intraspecific phylogenetic diversity. The original clade sensitivity to herbicides hypothesis was also tested. Thirty-nine strains, comprising 11 of Achnanthidium spp and 14 of N. palea, were bioassayed to assess their sensitivity to the herbicides atrazine, terbutryn, diuron and isoproturon. The N. palea strains were also tested for their sensitivity to cadmium and copper. Single strain cultures were exposed to these substances for 96 hours, after which growth inhibition was assessed. Strains’ sensitivity was matched to its phylogeny to verify the existence of a link between both. For N. palea and Achnanthidium spp, strains’ origin was also weighted in to establish if the geographic distance played a role in the sensitivity of strains from the same species. In a second phase, one sensitive and one tolerant N. palea strain were chosen to be exposed to atrazine, diuron, cadmium and copper and analysed at a biochemical level. A correlation between species’ sensitivity was observed for all the pesticides, except for atrazine. As for the species analysed intraspecifically, while no correlation was found for the N. palea strains or Achnanthidium spp when exposed to atrazine, it was present for Achnanthidium spp, when exposed to the other herbicides and N. palea exposed to metals. Geographic distance among each strain isolates did not account significantly for the sensitivity variation observed, with exception of the metal assays. At a biochemical level, tolerant and sensitive strain often presented different strategies, with no parameter standing out as a potential biomarker