Document
Microplastics as vectors of cadmium transfer in aquatic ecosystems : direct and indirect effects on adult Zebrafish (Danio rerio).
Other titles
البلاستك الدقيق كناقل للكادميوم في البيئات المائية ؛ التأثير المباشر وغير المباشر على سمك الزرد Zebrafish
Publisher
Sultan Qaboos University.
Gregorian
2022
Language
English
Subject
English abstract
Microplastics (MPs) have emerged as contaminants of concern as a consequence of
massive increases in plastic production over the past 50 years. MPs have been detected in
all ecological habitats, but aquatic habitats are the most affected. MPs can cause direct
toxicity to aquatic organisms and can also act as vectors that increase the bioavailability of
other pollutants. Cadmium (Cd2+) is a widespread and highly toxic metal with a high
chance of co-existing with MPs in aquatic environments. The aim of this study was to
evaluate the direct and indirect toxic effects of MPs by single and combined exposure of
MPs and Cd in zebrafish. High-density polyethylene pellets, either virgin or naturally aged,
were ground to micro-size particles. The first part of this study measured the Cd adsorption
capacity of virgin and aged MPs. The aim of the second experiment was to measure the
effects of the two types of MP, alone, pretreated with Cd, or in combination with ionic Cd,
on the bioaccumulation of Cd, levels of metallothionein, behavior, and histopathology of
adult Zebrafish (Danio rerio).
The adsorption capacity (qe) experiment was done by incubating MPs in Cd solutions and
measuring Cd decrease from solution at different time intervals. This experiment showed
that aged MPs had higher adsorption capacity than virgin MPs which is most likely to be
caused by the change in MPs physiochemical properties.
In the second experiment, zebrafish were exposed to an environmentally realistic
concentration of MPs (0.1% MPs enriched diets) and Cd (50 µg/L) and a combination of
the two for 21 days. Fish mortalities were recorded due to waterborne Cd2+ exposure while
MPs had no effect on survival. Fish growth and development were not affected. Compared
to a waterborne Cd alone, exposure to MPs and waterborne Cd resulted in higher Cd
bioaccumulation (specifically in males) while MT level was not affected. There was a
minimal transfer of Cd from pre-treated MPs. Anxiety-like behavior increased significantly
after co-exposure to MPs and waterborne Cd. The zebrafishes social tendency decreased
slightly in all treatments but only dietary exposure to aged MPs showed a statistically
significant effect. Slight impacts on fish boldness and shoaling behavior were observed.
Gills and liver histopathology showed slight alteration while most histopathological lesions
were in the intestine. Histopathological results indicated the capability of Cd to desorb out
MPs and cause toxicity.
Overall, the study supports the hypothesis that MPs can act as vectors for Cd. Interestingly,
MPs increased the uptake of waterborne Cd by zebrafish but did not appear to be direct
vectors, suggesting they acted by an indirect mechanism. Noteworthy, pre-treated MPs had
no distinct impacts on zebrafish mortality, Cd uptake, and behavior but at the
histopathological level, they had higher impacts. This study demonstrates that MPs can
enhance the bioaccumulation of Cd, but further study is needed to elucidate the mechanism.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
يعتبر البلاستيك الدقيق (MPs (من الملوثات الحديثة الناتجة عن الإنتاج الضخم للبلاستيك في العقود القليلة الماضية.
يلوث البلاستيك الدقيق معظم البيئات الطبيعية ً ، لكن البيئات المائية هي الأكثر تضررا. إلى جانب السمية المباشرة
للبلاستيك الدقيق للكائنات المائية ، قد يعمل البلاستيك الدقيق كناقل يزيد من نقل الملوثات الموجودة في الماء الى الكائنات
الحية مما يتسبب في تهديد محتمل للكائنات المائية. يعد الكادميوم (Cd (هو أحد الملوثات التي لديها فرصة كبيرة للتواجد
ً الى جنب في البيئات المائية. لذلك ، هدفت الدراسة إلى تقييم التأثيرات السامة المباشرة وغير
مع البلاستيك الدقيق جنبا
المباشرة للبلاستيك الدقيق عن طريق التعرض الفردي والمشترك للبلاستيك الدقيق والكادميوم في أسماك الزرد
(Zebrafish(. تم طحن حبيبات بلاستك مصنوعة من البولي ايثيلين عالي الكثافة (HDPE (الغير معرضة لعوامل
التعرية والمعرضة لعوامل التعرية إلى جزيئات صغيرة الحجم. تم إجراء الدراسة على جزأين ؛ تم إجراء الجزء الأول
لتقييم قدرة البلاستيك الدقيق على امتصاص الكادميوم عبر طريق تجربة الامتزاز اما الجزء الثاني كان التعرض
البيولوجي للكادميوم وحده والبلاستيك الدقيق وحده ومزيج من الملوثين. تم قياس التراكم الأحيائي للكادميوم و معدل
انتاج الميتالوثيونين و سلوك سمك الزرد والتشريح النسيجي كمؤشرات للسمية.
تم إجراء تجربة سعة الامتزاز (qe (عن طريق احتضان البلاستك الدقيق في محلول الكادميوم وقياس تناقص الكادميوم
من المحلول على فترات زمنية مختلفة. نتيجة لذلك ، كان البلاستيك الدقيق قادر على امتصاص الكادميوم من المحلول
المحيط. بالإضافة إلى ذلك ، كان البلاستك الدقيق المعرض لعوامل التعرية قادر على امتصاص نسبة أكبر من البلاستيك
الدقيق الغير متعرض لعوامل التعرية.
ًا من البلاستك الدقيق (غذاء ملوث بنسبة ٪0.1 بالبلاستك الدقيق) والكادميوم
تعرض سمك الزرد لتركيز واقعي بيئي
(50 ميكروغرام / لتر) ومزيج من الاثنين لمدة 21 ً يوما. تم تسجيل نفوق للأسماك بسبب التعرض للكادميوم المنقول
بالماء بينما لم يكن للبلاستك الدقيق اي تأثير. لم يتأثر نمو الأسماك وتطورها. مقارنة بالتعرض الفردي ، أدى التعرض
المشترك لنظام غذائي غني بالبلاستك الدقيق و الكادميوم المنقول بالماء إلى تراكم أحيائي أعلى للكادميوم (على وجه
التحديد عند الذكور) بينما لم يتأثر مستوى انتاج الميتالوثيونين بينما زاد سلوك القلق بشكل ملحوظ بعد التعرض المشترك
للبلاستك الدقيق والكادميوم التي تنقلها المياه. تأثر السلوك الاجتماعي لأسماك الزرد بشكل طفيف بجمع انواع التعرضات
لاسيما التعرض للبلاستك الدقيق المتأثر بعوامل التعرية و لوحظ تأثير بسيط على جرأة الأسماك وسلوك الاسماك
الجماعي. أظهرت الخياشيم وأنسجة الكبد تغيرات طفيفة بينما كانت معظم الآفات النسيجية المرضية في الأمعاء. أشارت
نتائج التشريح النسيجي إلى قدرة الكادميوم على الانتقال من خلال البلاستك الدقيق والتسبب في تأثير سمي آكثر من
البلاستك النقي.
بشكل عام، تدعم الدراسة فرضية ان البلاستك الدقيق الدقيق له القدرة على نقل الملوثات الى الكائنات الحية. في المقابل
، كان وجود البلاستك الدقيق ً محفزا للتراكم الأحيائي للكادميوم لكن العملية لم تكن بشكل مباشر والآلية المحددة التي
أدت لزيادة تراكم الكادميوم قد تكون غير مباشرة. مقارنة بالبلاستك الدقيق الغير المشبع بالكادميوم، لم يكن للبلاستك
الدقيق المشبع بالكادميوم أي تأثيرات واضحة على وفيات الزرد ، وامتصاص الكادميوم والسلوك ، ولكن على مستوى
التشريح النسيجي، كان التأثير أعلى.
يلوث البلاستيك الدقيق معظم البيئات الطبيعية ً ، لكن البيئات المائية هي الأكثر تضررا. إلى جانب السمية المباشرة
للبلاستيك الدقيق للكائنات المائية ، قد يعمل البلاستيك الدقيق كناقل يزيد من نقل الملوثات الموجودة في الماء الى الكائنات
الحية مما يتسبب في تهديد محتمل للكائنات المائية. يعد الكادميوم (Cd (هو أحد الملوثات التي لديها فرصة كبيرة للتواجد
ً الى جنب في البيئات المائية. لذلك ، هدفت الدراسة إلى تقييم التأثيرات السامة المباشرة وغير
مع البلاستيك الدقيق جنبا
المباشرة للبلاستيك الدقيق عن طريق التعرض الفردي والمشترك للبلاستيك الدقيق والكادميوم في أسماك الزرد
(Zebrafish(. تم طحن حبيبات بلاستك مصنوعة من البولي ايثيلين عالي الكثافة (HDPE (الغير معرضة لعوامل
التعرية والمعرضة لعوامل التعرية إلى جزيئات صغيرة الحجم. تم إجراء الدراسة على جزأين ؛ تم إجراء الجزء الأول
لتقييم قدرة البلاستيك الدقيق على امتصاص الكادميوم عبر طريق تجربة الامتزاز اما الجزء الثاني كان التعرض
البيولوجي للكادميوم وحده والبلاستيك الدقيق وحده ومزيج من الملوثين. تم قياس التراكم الأحيائي للكادميوم و معدل
انتاج الميتالوثيونين و سلوك سمك الزرد والتشريح النسيجي كمؤشرات للسمية.
تم إجراء تجربة سعة الامتزاز (qe (عن طريق احتضان البلاستك الدقيق في محلول الكادميوم وقياس تناقص الكادميوم
من المحلول على فترات زمنية مختلفة. نتيجة لذلك ، كان البلاستيك الدقيق قادر على امتصاص الكادميوم من المحلول
المحيط. بالإضافة إلى ذلك ، كان البلاستك الدقيق المعرض لعوامل التعرية قادر على امتصاص نسبة أكبر من البلاستيك
الدقيق الغير متعرض لعوامل التعرية.
ًا من البلاستك الدقيق (غذاء ملوث بنسبة ٪0.1 بالبلاستك الدقيق) والكادميوم
تعرض سمك الزرد لتركيز واقعي بيئي
(50 ميكروغرام / لتر) ومزيج من الاثنين لمدة 21 ً يوما. تم تسجيل نفوق للأسماك بسبب التعرض للكادميوم المنقول
بالماء بينما لم يكن للبلاستك الدقيق اي تأثير. لم يتأثر نمو الأسماك وتطورها. مقارنة بالتعرض الفردي ، أدى التعرض
المشترك لنظام غذائي غني بالبلاستك الدقيق و الكادميوم المنقول بالماء إلى تراكم أحيائي أعلى للكادميوم (على وجه
التحديد عند الذكور) بينما لم يتأثر مستوى انتاج الميتالوثيونين بينما زاد سلوك القلق بشكل ملحوظ بعد التعرض المشترك
للبلاستك الدقيق والكادميوم التي تنقلها المياه. تأثر السلوك الاجتماعي لأسماك الزرد بشكل طفيف بجمع انواع التعرضات
لاسيما التعرض للبلاستك الدقيق المتأثر بعوامل التعرية و لوحظ تأثير بسيط على جرأة الأسماك وسلوك الاسماك
الجماعي. أظهرت الخياشيم وأنسجة الكبد تغيرات طفيفة بينما كانت معظم الآفات النسيجية المرضية في الأمعاء. أشارت
نتائج التشريح النسيجي إلى قدرة الكادميوم على الانتقال من خلال البلاستك الدقيق والتسبب في تأثير سمي آكثر من
البلاستك النقي.
بشكل عام، تدعم الدراسة فرضية ان البلاستك الدقيق الدقيق له القدرة على نقل الملوثات الى الكائنات الحية. في المقابل
، كان وجود البلاستك الدقيق ً محفزا للتراكم الأحيائي للكادميوم لكن العملية لم تكن بشكل مباشر والآلية المحددة التي
أدت لزيادة تراكم الكادميوم قد تكون غير مباشرة. مقارنة بالبلاستك الدقيق الغير المشبع بالكادميوم، لم يكن للبلاستك
الدقيق المشبع بالكادميوم أي تأثيرات واضحة على وفيات الزرد ، وامتصاص الكادميوم والسلوك ، ولكن على مستوى
التشريح النسيجي، كان التأثير أعلى.
Category
Theses and Dissertations