Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/30353
Title: Occurrence, fate and effects of azoxystrobin in aquatic ecosystems
Authors: Rodrigues, Elsa Teresa Santos 
Orientador: Pardal, Miguel
Ramos, Fernando
Keywords: Azoxystrobin; Aquatic ecotoxicology; Alternative assays; Mitochondria; Cell-based assays; Species sensitivity distribution; Azoxistrobina; Ecotoxicologia aquática; Ensaios alternativos; Mitocôndrias; Ensaios com linhas celulares; Distribuição da sensibilidade das espécies
Issue Date: 1-Jun-2016
Citation: RODRIGUES, Elsa Teresa Santos - Occurrence, fate and effects of azoxystrobin in aquatic ecosystems. Coimbra : [s.n.], 2016. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/30353
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/SFRH/SFRH/BD/80321/2011/PT/OCCURRENCE, FATE AND EFFECTS OF A PESTICIDE FROM THE PYRETHROID GROUP IN AQUATIC ECOSYSTEMS 
Abstract: After a literature review to find relevant research on the occurrence, fate and effects of azoxystrobin, the world’s leading agricultural fungicide, in aquatic ecosystems, strengths and gaps were identified in the database. Data revealed that validated analytical methods for complex matrices are very limited and knowledge of base-line values of azoxystrobin in marine ecosystems is lacking. The review also showed that there are very few data on azoxystrobin toxicity to different aquatic organisms, especially in what concerns marine organisms. Further work is also required regarding the effects of exposure to multi-stressors. To successfully determine pesticide levels in sediment, macrophytes and aquatic animals, adequate analytical methodologies were developed and validated. The established methodology applies Selective Pressurised Liquid Extraction (SPLE) followed by on-line solid phase extraction and Ultra Performance Liquid Chromatography-tandem Mass Spectrometry (on-line SPE-UPLC-MS/MS). This cutting-edge research methodology uses a small amount of sample, is time saving and reduces the use of organic solvents, in compliance with Green Chemistry principles. The seasonal and spatial occurrence and fate of the pesticides atrazine, azoxystrobin, bentazon, λ-cyhalothrin, penoxsulam and terbuthylazine were investigated in the Mondego estuary (Portugal). Quantified concentrations were determined mostly during summer. Azoxystrobin presented the highest detection frequency and atrazine the second highest frequency. Bentazon concentrations in surface water were considerably higher than those reported for other countries. All the prospected pesticides were bioaccumulated by the bivalve Scrobicularia plana and s-triazine pesticides were measured in both seaweeds Ulva spp. and Gracilaria gracilis. Acknowledging these data, developing and establishing allowable pesticide tolerance values for edible marine species is recommended. The present project reviewed more than four decades of published research papers in which the crab Carcinus maenas was used as an experimental test organism. This survey indicates that Carcinus sp. is sensitive to a wide range of aquatic pollutants and that its biological responses are linked to exposure concentrations or doses. Current scientific knowledge regarding the biology and ecology of Carcinus sp. and the extensive studies on ecotoxicology found for the present review recognise this crab as a reliable marine model for routine testing in ecotoxicology research and environmental quality assessment, especially in what concerns the application of the biomarker approach. An ecologically relevant study was conducted to evaluate the responses of C. maenas to temperature and azoxystrobin. Superoxide dismutase and glutathione S-transferase activities, mitochondrial oxygen consumption rates and protein content, as well as the Coupling Index were determined. Results provided evidence that crabs’ responses to cope with low temperatures were more effective than their responses to cope with high temperatures, which are expected in future climate projections. Moreover, crabs are capable of handling environmental concentrations of azoxystrobin. However, the Coupling Index showed that combined stress factors unbalance crabs’ natural capability to handle a single stressor. The present project also aimed at identifying, among six cell lines, a sensitive cell line whose azoxystrobin in vitro median inhibitory concentration (IC50) better matches the azoxystrobin in vivo short-term Sparus aurata median lethal concentration (LC50). Identical absolute sensitivities were attained for both in vitro and in vivo assays for H9c2 cells by the sulforhodamine B colorimetric assay. We concluded that this H9c2 cell-based assay is reliable and represents a suitable ethical alternative to conventional fish assays for azoxystrobin. This study determined and validated an aquatic Predicted No-Effect-Concentration (PNEC) value for azoxystrobin. The assessment factor and species sensitive distribution approaches were applied to freshwater and marine toxicity datasets. After comparing the PNEC values estimated in the present study to all the laboratory-derived toxicity information available for azoxystrobin, PNEC values derived using the assessment factor method were considered overprotective and a PNEC of 1.0 µg L-1 was recommended for azoxystrobin in the aquatic environmental compartment. Finally, azoxystrobin environmental risk characterisation could be determined as the Risk Quotient (RQ), the ratio of measured environmental concentrations and its PNEC value. Therefore, since the maximum concentration of azoxystrobin measured in the Mondego estuary was 0.07 µg L-1, it is possible to conclude that here this pesticide currently poses low risk to aquatic organisms (RQ <0.1). Moreover, in general, azoxystrobin may pose a moderate risk to aquatic environments, since most RQ values determined were within the 0.1 and 1.0 range.
Depois de feita uma revisão da literatura no que concerne a ocorrência, o destino e os efeitos do pesticida azoxistrobina, lider mundial de fungicidas agrícolas, nos sistemas aquáticos, foi possível identificar lacunas e fragilidades que revelaram ser necessário desenvolver métodos analíticos validados para a sua determinação em matrizes aquáticas complexas. Esta revisão mostrou ainda que a determinação da concentração deste pesticida em sistemas marinhos é quase inexistente e que, no âmbito destes sistemas, existem poucos dados ecotoxicológicos. Mais estudos sobre os efeitos de “stresses” múltiplos são também necessários. De modo a determinar os níveis de vários pesticidas em sedimento, macrófitas e organismos aquáticos, foram desenvolvidas e validadas metodologias analíticas que usam extracção selectiva por pressurização líquida, seguida de cromatografia líquida de ultra performance associada a espectrometria de massa de alta resolução. Estas metodologias utilizam uma quantidade reduzida de amostra e permitem reduzir o uso de solventes orgânicos, indo ao encontro dos princípios da Química Verde. As ocorrências sazonal e espacial, assim como o destino dos pesticidas atrazina, azoxistrobina, bentazona, λ-cialotrina, penoxsulame e terbultilazina foram estudados no estuário do Rio Mondego (Portugal). As concentrações quantificáveis foram essencialmente medidas no verão. A azoxistrobina foi o pesticida encontrado com maior frequência, seguido da atrazina. As concentrações de bentazona medidas na água superficial foram consideravelmente altas quando comparadas com as encontradas em outros países. Todos os pesticidas foram medidos no bivalve Scrobicularia plana e os pesticidas s-triazinas em Ulva spp. e Gracilaria gracilis. Recomenda-se, assim, o estabelecimento de valores limite para espécies marinhas comestíveis. Este projeto fez uma revisão que representa mais de uma década de utilização do caranguejo Carcinus maenas como modelo experimental em ensaios ecotoxicológicos. Os resultados evidenciam que o Carcinus sp. é sensível a poluentes aquáticos e que as suas respostas estão ligadas à concentração ou à dose utilizada. A exaustiva informação existente sobre a sua biologia e ecologia, assim como a bibliografia encontrada sobre o seu uso em ecotoxicologia, permitem concluir que este caranguejo pode ser considerado um modelo experimental credível, especialmente no que diz respeito à sua utilização em trabalhos com biomarcadores. Pretendeu-se ainda avaliar as respostas bioquímicas e fisiológicas do C. maenas à temperatura e a uma concentração ecologicamente relevante de azoxistrobina. Foram avaliados a actividade das enzimas superoxido dismutase e glutationa S-transferase, as taxas respiratórias mitocondriais, e o índice de acoplamento mitocondrial. Os resultados indicam que o caranguejo consegue fazer face a temperaturas baixas promovendo alterações bioquímicas e fisiológicas, mas que estas respostas são menos efetivas quando sujeito a temperaturas elevadas. Concluiu-se também que o C. maenas consegue adaptar-se à concentração ambiental de azoxistrobina testada. O índice de acoplamento mostrou que a combinação de perturbações diminui a capacidade de o C. maenas superar um só “stress”. Este projeto identificou, de entre seis linhas celulares, aquela que mostra maior sensibilidade, de modo a aproximar a concentração que inibe 50% da proliferação celular (IC50) com a que provoca a morte a 50% dos peixes depois de se efetuar o teste letal com douradas Sparus aurata (LC50). Assim, foi possível identificar um ensaio in vitro igualmente sensível ao ensaio in vivo com peixes. Deste modo, os ensaios com as H9c2 produziram resultados credíveis, podendo ser considerados uma alternativa ecotoxicológica com grandes vantagens éticas. Pretendeu-se ainda determinar e validar a Concentração sem Efeitos Previsíveis (PNEC) para a azoxistrobina para o meio aquático. Duas abordagens foram utilizadas, uma aplicando um factor de avaliação e outra usando a técnica da distribuição da sensibilidade das espécies. Depois de comparar os seis PNEC obtidos com os resultados de todos os trabalhos existentes na literatura sobre a azoxistrobina, foi possível concluir que a abordagem factor de avaliação é demasiado protetora, tendo sido validado um PNEC de 1.0 g L-1. Por último, a caracterização do risco ecológico da azoxistrobina nos sistemas aquáticos pode ser feita calculando a razão de um valor de exposição pelo valor PNEC (quociente de risco (RQ)). Uma vez que a concentração máxima obtida para a azoxistrobina medida na água superficial do estuário do Mondego foi de 0.07 g L-1, podemos concluir que este pesticida, neste estuário, coloca baixo risco para os organismos aquáticos e para o meio (RQ <0.1). Podemos ainda concluir que, em geral, a azoxistrobina coloca um risco moderado nos sistemas aquáticos, uma vez que a maioria dos valores RQ obtidos se encontra entre 0.1 e 1.0.
Description: Tese de doutoramento em Biociências, na especialidade de Toxicologia, apresentada ao Departamento de Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/30353
Rights: openAccess
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