Responses of the Micro-Crustacean, Daphnia magna, across Five Generations Continuously Exposed to Di-2-Ethylhexyl Phthalate in Mekong River Water

• Autorzy: Tran Vinh-Quang , Nguyen Van-Tai , Dao Thanh-Son

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2022-02-09

Warianty tytułu

PL

Reakcje mikroskorupiaków, Daphnia magna, w ciągu pięciu pokoleń stale narażonych na działanie ftalanu di-2-etyloheksylu w wodzie rzeki Mekong

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Plastic pollution has been considered as an emerging environmental problem, and is among the ecological and human health concerns. Detrimental impacts of plastic pollution on living things are closely related to the plastic additives added onto the polymer during plastic manufacture. Di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) is one of the most common plasticizers and is usually found in water environment worldwide. Plastic additives can cause many negative effects on aquatic organisms such as fish and zooplankton. This study aimed to assess the chronic effects of DEHP on the life history traits of an ecotoxicological model micro-crustacean, Daphnia magna, across five generations (F0–F4). We used the natural water from Mekong River in Vietnam as the medium for the D. magna incubation in laboratory conditions. The concentrations of trace elements (e.g., metals and pesticides) in the natural water were under detection levels of equipment or very low which was sufficient for D. magna to grow well. The results showed that the body length was the main endpoint of the organisms inhibited by DEHP across all generations. DEHP adversely impacted the survival and fecundity of D. magna in the fourth generation (F3) only. The adverse effects of DEHP on body length of D. magna should be the consequence of the energy cost and allocation in the exposed organisms. The survival and reproduction responses of D. magna to DEHP across five generations could be explained by (i) the severe effects of the chemical on many individuals in the organism cohort, and (ii) toxin-tolerant development in the remaining exposed organisms. Although the trace elements in natural water from Mekong River were not toxic to D. magna at very low concentrations, together with DEHP they might enhance impacts on the organism. Besides, a multigenerational exposure to DEHP would reflect clearer impacts on the organism than a single exposure. Our results could be useful for extrapolation on the influence of plasticizers on freshwater zooplankton in nature.

PL

Zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi zostało uznane za narastające zagrożenie środowiskowe i jest jednym z problemów ekologicznych związanych ze zdrowiem człowieka. Szkodliwy wpływ zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi na organizmy żywe jest ściśle związany z dodatkami tworzyw sztucznych dodawanymi do polimeru podczas produkcji tworzyw sztucznych. Ftalan di2-etyloheksylu (DEHP) jest jednym z najpowszechniejszych plastyfikatorów i zwykle występuje w środowisku wodnym na całym świecie. Dodatki do tworzyw sztucznych mogą powodować wiele negatywnych skutków dla organizmów wodnych, takich jak ryby i zooplankton. Badania przedsatwione w artykule miały na celu ocenę ciągłego wpływu DEHP na cechy historii życia modelu ekotoksykologicznego mikroskorupiaka, Daphnia magna, w ciągu pięciu pokoleń (F0–F4). Jako pożywkę do inkubacji D. magna w warunkach laboratoryjnych wykorzystano naturalną wodę z rzeki Mekong w Wietnamie. Stężenia pierwiastków śladowych (np. metali i pestycydów) w naturalnej wodzie były poniżej poziomu wykrywalności sprzętu lub bardzo niskie, co było wystarczające, aby D. magna dobrze się rozwijała. Wyniki pokazały, że długość ciała była głównym punktem oceny rozwoju organizmów hamowanego przez DEHP we wszystkich pokoleniach. DEHP negatywnie wpłynął na przeżywalność i płodność D. magna jedynie w czwartym pokoleniu (F3). Negatywny wpływ DEHP na długość ciała D. magna powinien być konsekwencją zużycia energii i jej alokacji w narażonych organizmach. Reakcje D. magna na przetrwanie i reprodukcję pod wpływem DEHP w ciągu pięciu pokoleń można wytłumaczyć (i) poważnym wpływem substancji chemicznej na wiele osobników w populacji organizmów oraz (ii) rozwojem tolerancji na toksyny u pozostałych narażonych organizmów. Chociaż pierwiastki śladowe w naturalnej wodzie z Mekongu nie były toksyczne dla D. magna w bardzo niskich stężeniach, to razem z DEHP mogą nasilać oddziaływanie na organizm. Poza tym wielopokoleniowe narażenie na DEHP odzwierciedlałoby wyraźniejszy wpływ na organizm niż jednorazowe narażenie. Przedstawione wyniki mogą być przydatne do ekstrapolacji wpływu plastyfikatorów na zooplankton słodkowodny w przyrodzie.

Słowa kluczowe

EN

chronic effects; Daphnia magna; energy cost; life traits; plastic additives

PL

skutki chroniczne; Daphnia magna; zużycie energii; cechy życiowe; dodatki do tworzyw sztucznych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2022
• Tom: no. 2
• Strony: 77--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., wykr.

Twórcy

autor

Tran Vinh-Quang

• Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT), Vietnam
• Vietnam National University, Ho Chi Minh City, Vietnam

autor

Nguyen Van-Tai

• Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT), Vietnam
• Vietnam National University, Ho Chi Minh City, Vietnam

autor

Dao Thanh-Son

• Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT), Vietnam
• Vietnam National University, Ho Chi Minh City, Vietnam

Bibliografia

• 1. Adams WJ, Biddinger GR, Robillard KA, Gorsuch J (1995) A summary of the acute toxicity of 14 phthalates esters to representative aquatic organisms. Environmental Toxicology and Chemistry 14(9): 1569-1574. https://doi.org/10.1002/etc.5620140916
• 2. Adema DMM (1978). Daphnia magna as a test animal in acute and chronic toxicity tests. Hydrobiologia 59: 125–134. https://doi.org/10.1007/BF00020773
• 3. American Public Health Association (APHA) (2012) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (22nd ed.). American Water Works Association, 1496 pp.
• 4. Azevedo-Santos VM, Brito MFG, Manoel PS, Perroca JF, Rodrigues-Filho JL, Paschoal LRP, Gonçalves GRL, Wolf MR, Blettler MCM, Andrade MC, Nobile AB, Lima FP, Ruocco AMC, Silva CV, Perbiche-Neves G, Portinho JL, Giarrizzo T, Arcifa MS, Pelicice FM (2021) Plastic pollution: A focus on freshwater biodiversity. Ambio 50(7): 1313-1324. https://doi.org/10.1007/s13280-020-01496-5
• 5. Brown D, Thompson RS (1982) Phthalates and the aquatic environment: part 1. The effect of di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) and di-isodecyl phthalate (DIDP) on the reproduction of Daphnia magna and observations on their bioconcentration. Chemosphere 11: 417–426. https://doi.org/10.1016/0045-6535(82)90045-5
• 6. Brown D, Croudace CP, Williams NJ, Shearing JM, Johnson PA (1998) The effect of phthalate ester plasticisers tested as surfactant stabilised dispersions on the reproduction of the Daphnia magna. Chemosphere 36: 1367–1379. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(97)10018-2
• 7. Chen H, Qin Y, Huang H, Xu W (2020) A regional difference analysis of microplastic pollution in global freshwater bodies based on a regression model. Water 12: 1889. https://doi.org/10.3390/w12071889
• 8. Dao TS, Vo TMC, Wiegand C, Bui BT, Dinh VK (2018) Transgenerational effects of cyanobacterial toxins on a tropical micro-crustacean Daphnia lumholtzi across three generations. Environmental Pollution 243 (B): 791-799. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.09.055
• 9. Dao TS, Nguyen VT, Baduel C, Bui MH, Tran VT, Pham TL, Bui BT, Dinh KV. Toxicity of di-2-ethylhexyl phthalate and tris (2-butoxyethyl) phosphate to a tropical micro-crustacean (Ceriodaphnia cornuta) is higher in Mekong river water than in standard laboratory medium. Accepted manuscript in Environmental Science and Pollution Research.
• 10. Ebert D (1992). A food-independent maturation threshold and size at maturity in Daphnia magna. Limnology and Oceanography 37: 878– 881. https://doi.org/10.4319/lo.1992.37.4.0878
• 11. Gustafsson S, Rengefors K, Hansson LA (2005) Increased consumer fitness following transfer of toxin tolerance to offspring via maternal effects. Ecology 86(10): 2561-2567. DOI:10.1890/04-1710.
• 12. Ito Y, Kamijima M, Nakajima T (2019) Di(2-ethylhexyl) phthalate-induced toxicity and peroxisome proliferator-activated receptor alpha: a review. Environmental Health and Prevention Medicine 24(1): 47. https://doi.org/10.1186/ s12199-019-0802-z
• 13. Knowles CO, McKee MJ, Palawski DU (1987) Chronic effects of di-2-ethylhexyl phthalate on biochemical composition, survival and reproduction of Daphnia magna. Environmental Toxicology and Chemistry 6: 201-208. https:// doi.org/10.1002/etc.5620060305
• 14. Kotai J (1972). Instructions for preparation of modified nutrient solution Z8 for algae. Norwegian Institute for Water Research, B-11, 5pp.
• 15. Lampert W (2006) Daphnia: model herbivore, predator and prey. Polish Journal of Ecology 54(4): 607-620.
• 16. Le TPD, Nguyen VT, Vo TMC, Bui NH, Dao TS (2019) Transgenerational effects of the plasticizer di-2-ethylhexyl phthalate on survival, growth, and reproduction of Daphnia magna. Vietnam Journal of Science, Technology and Engineering 61(4): 64-69. https://doi.org/10.31276/VJSTE.61(4).64-69.
• 17. Le TPD, Nguyen VT, Bui MH, Huynh TN, Huynh AT, Tran VQ, Vo TMC, Tran T, Dao TS, (2021) Single and binary effects of di-2-ethylhexyl phthalate and trace metals (Cd, Pb) on life history traits of Daphnia magna. Accepted manuscript in Environmental Quality Management. DOI: 10.1002/tqem.
• 18. Lebreton LCM, van der Zwet J, Damsteeg JW, Slat B, Andrady A, Reisser J (2017) River plastic emissions to the world’s oceans. Nature Communication 8: 15611. https://doi.org/10.1038/ncomms15611
• 19. Miller ME, Hamann M, Kroon FJ (2020) Bioaccumulation and biomagnification of microplastics in marine organisms: a review and meta-analysis of current data. PloS ONE 15(10): e0240792. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0240792
• 20. Rowdhwal SSS, Chen J (2018) Toxic effects of di-2-ethylhexyl phthalate: an overview. BioMed Research International 2018: 1750368. https://doi.org/10.1155/2018/1750368
• 21. Scanlan LD, Loguinov AV, Teng Q, Antczak P, Dailey KP, Nowinski DT, Kornbluh J, Lin XX, Lachenauer E, Arai A, Douglas NK, Falciani F, Stapleton HM, Vulpe CD (2015) Gene transcription, metabolite and lipid profiling in eco-indicator Daphnia magna indicate diverse mechanisms of toxicity by legacy and emerging flame-retardants. Environmental Science & Technology 49: 7400-7410. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b00977
• 22. Seyoum A, Pradhan A (2019) Effect of phthalates on development, reproduction, fat metabolism and lifespan in Daphnia magna. Science of the Total Environment 654: 969-977. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.158
• 23. Sournia A (1978) Phytoplankton Manual UNESCO, UK, 77
• 24. US Environmental Protection Agency (US EPA), 2002. Methods for measuring the acute toxicity of effluents and receiving waters to freshwater and marine organisms. EPA-821-R02-012, fifth ed. Office of Water, Washington, DC.
• 25. Wang Y, Wang T, Ban Y, Shen C, Shen Q, Chai X, Zhao W, Wei J (2018) Di-(2-ethylhexyl) phthalate exposure modulates antioxidant enzyme activity and gene expression in juvenile and adult Daphnia magna. Archives of Environmental Contamination and Toxicology 75 (1): 145-156. https://doi.org/10.1007/s00244-018-0535-9
• 26. Wetzel RG (2001) Limnology: Lake and River Ecosystems, 3rd ed. Academic Press, San Diego.
• 27. Wowkonowicz P, Kijeriska M (2017) Phthalate release in leachate from municipal landfills of central Poland. PloSONE 12(3): e0174986. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0174986.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)