Toxicity and bioremediation evaluation of TBT: bioassays with plants

Abstract

A poluição ambiental é um problema que afecta todo o ecossistema. Os compostos orgânicos de estanho, e em particular o tributilestanho (TBT), estão amplamente dispersos, por terem uma variedade de aplicações, sendo utilizados como estabilizadores de cloreto de polivinila (PVC), em canalizações de água, como catalisadores, conservantes da madeira e em vários productos de consumo doméstico, como líquidos de limpeza, esponjas e papel. Devido à acção biocida do TBT, este composto era principalmente utilizado em tintas antivegetativas. A sua crescente libertação para o ambiente contribui para a sua presença em quase todos os compartimentos, desde água, sedimentos, solos e até organismos. O coeficiente de partição octanol/água atinge um valor de 3.85, e por isso, o TBT tende a acumular-se na matéria orgânica e nos organismos. Devido à sua persistência e potencial de bioacumulação os compostos orgânicos de estanho tri-substituidos, como o TBT, são considerados extremamente tóxicos para organismos não-alvo, causando disrupção endócrina, incluindo impossexo em fêmeas de gastrópodes. O tempo de meia-vida do TBT nos sedimentos chega a atingir vários anos. Sendo o compartimento sedimentar um reservatório destes compostos. Actividades como a dragagem de sedimentos contaminados com TBT e posterior deposição nos solos, juntamente com a deposição atmosférica e pulverização directa de pesticidas, constituem fontes de contaminação destes compostos no solo. Além disso, a propagação de esgotos contaminados e águas de irrigação contaminadas podem levar a uma contaminação dos solos e das águas subterrâneas. A biorremediação pode acelerar a biodegradação natural dos contaminantes, sendo importante na remoção do TBT. A bactéria Aeromonas molluscorum Av27 tem a capacidade de degradar o TBT nos seus produtos de degradação, dibutilestanho e monobutilestanho, em meio de cultura, Marine Broth. Sendo, deste modo, uma potencial ferramenta para diminuir a contaminação do TBT no ambiente. Este estudo tem como objectivo investigar o efeito de um solo contaminado com tributilestanho em duas espécies de plantas, o nabo Brassica rapa e o trigo comum Triticum aestivum. Foram realizados bioensaios com plantas, onde se avaliou a emergência das sementes e parâmetros de crescimento (comprimento da parte aérea da planta e produção de biomassa). Na segunda parte do estudo, a bactéria Aeromonas molluscorum Av 27 foi adicionada ao solo previamente contaminado para avaliar a sua capacidade para biorremediar TBT. Esta avalição foi realizada com o mesmo bioensaio usando uma espécie teste de ciclo rápido, Brassica rapa. As plantas, quando expostas ao TBT, mostraram um atraso e diminuição na germinação das sementes juntamente com uma dimuição nos parâmetros de crescimento, apresentando um comprimento menor, bem como uma produção de biomassa baixa quando comparadas com as réplicas do controlo (sem TBT). No teste com a bactéria A. molluscorum Av27 e no teste com meio de cultura, no final do ensaio, observou-se um menor número total das plantas germinadas quando comparadas com o teste controlo, no entanto, as plantas eram maiores e consequente possuiam uma maior produção de biomassa (peso fresco). Em conclusão, são necessários mais estudos para avaliar a capacidade da Aeromonas molluscorum Av27 remediar solos contaminados com TBT, uma vez que a toxicidade do TBT no solo não diminuiu num dos parâmetros avaliados (germinação das sementes).

Environmental pollution is a real problem that affects the entire ecosystem. Organotin compounds, particularly tributyltin (TBT), are widespread contaminants that are applied as polyvinyl chloride (PVC) stabilizers, water pipes, catalysts, wood preservatives and in several consumer products such as washing liquids, sponges and paper. TBT was mainly used in antifouling paints, because of its biocide action. Its increasing discharge into the environment leads to its inclusion in almost all compartments, such as water, sediments, soils and organisms. The octanol/water partition coefficient of TBT reaches 3.85, thus it tends to accumulate in organic matter or organisms. Due to is persistence and bioaccumulation potential trisubstituted organotins, like TBT, are considered to be extremely toxic, even to non-target species, causing endocrine disruption, including imposex in female gastropods. TBT half-life in sediments is estimated to reach several years. The sedimentary compartment acts as a sink for these compounds. Some activities where dredging of sediments contaminated with TBT will follow a disposal in soil, jointly with atmospheric deposition and direct pulverization of pesticide products are sources of tributyltin contamination in soils. Moreover, spreading of contaminated sewage sludge and irrigation with contaminated water may lead to soils and groundwater contamination. Bioremediation processes can accelerate the natural biodegradation of contaminants, playing an important role in TBT removal. Aeromonas molluscorum Av27 has the ability to degrade TBT in its less toxic byproducts, dibutyltin and monobutyltin, in the liquid culture medium, Marine Broth. Therefore it can be used as a powerful tool to diminish contamination of TBT in the environment. The present study aims to investigate the effect of tributyltin contaminated soil in two plants species, Brassica rapa and Triticum aestivum. Plant bioassays were carried out by measuring seed germination and growth parameters (shoot length and biomass production). In the second part of the study, Aeromonas molluscorum Av 27 was added to the previously contaminated soil to evaluate its capability to bioremediate TBT. This evaluation was carried out with the same plant bioassays using as test-species the rapid cycle turnip Brassica rapa. When exposed to tributyltin, plant species showed a delay and diminish in seed germination and a decrease on growth parameters, with smaller plants and lower biomass production when compared to the control replicates. In the Av27 test and test with culture medium a lower value of total number of germinated seeds at the end of the assay was observed when compared to the replicates of the control test, but plants were bigger and consequently had a higher biomass production (fresh weight). In conclusion, further studies are needed to clearly evaluate the ability to remediate TBT in soils by Aeromonas molluscorum Av27 because the toxicity of TBT in soil did not decrease in one of the parameters measured (seed germination).