Ecotoxicological and biochemical impacts of S-metolachlor and terbuthylazine on Scrobicularia plana.

Abstract

A sobre-exploração agrícola na região do Mediterrâneo tem contribuído para o uso excessivo de herbicidas, poluindo as áreas circundantes, como acontece no estuário do Mondego, localizado perto da cidade da Figueira da Foz (Portugal). Primextra® Gold TZ é o herbicida mais utilizado nos campos agrícolas que rodeiam o estuário do Mondego e é constituído por dois princípios ativos, S-metolacloro (SMOC) e terbutilazina (TBA), que têm exibido toxicidade em espécies aquáticas em estudos prévios. A espécie estudo deste trabalho é o bivalve Scrobicularia plana, a qual apresenta elevada capacidade de filtrar poluentes e uma importante posição na estrutura e no funcionamento das comunidades estuarinas. Organismos de duas classes de tamanho (grandes e pequenos) foram expostos individualmente a uma gama de concentrações de cada princípio ativo para avaliar as suas respostas e tolerâncias a ambos os compostos. S. plana mostrou uma sensibilidade claramente maior a SMOC (tamanho grande LC50 = 40,702 mg/L; tamanho pequeno LC50 = 41,517 mg/L) do que a TBA (tamanho grande LC50 = 118,590 mg/L; tamanho pequeno LC50 = 108,418 mg/L), e os organismos da classe de tamanho maior foram ligeiramente mais sensíveis a SMOC do que a classe pequena de organismos, mostrando uma tendência oposta quando expostos a TBA. A fim de avaliar áreas contaminadas e as suas potenciais consequências para a saúde humana e para o sistema aquático, é necessário desenvolver estratégias laboratoriais alternativas para estimar os potenciais impactos de poluentes de maneira rápida, simples e eficiente. Assim, selecionou-se um conjunto de biomarcadores que inclui as enzimas antioxidantes Glutationa S-transferase (GST), glutationa peroxidase total (tGPx) e glutationa redutase (GRed), e a atividade de peroxidação lipídica calculada pela quantificação das substâncias reativas do ácido tiobarbitúrico (TBARs). O presente trabalho revela que a enzima GRed e a enzima GST mostraram correlações positivas entre as atividades das enzimas e a toxicidade dos produtos químicos. Além disso, GRed mostra especificidade para detetar impactos de TBA, enquanto GST mostrou ser mais precisa para detetar a contaminação por SMOC. Por outro lado, os contaminantes orgânicos podem afetar os perfis de ácidos gordos de espécies aquáticas não-alvo, como por exemplo S. plana, além de que o valor nutricional de espécies edíveis pode ficar comprometido. Para compreender os efeitos bioquímicos destes compostos na espécie e classes de tamanhos estudadas, compararam-se os perfis de ácidos gordos e o teor de glicose total dos indivíduos expostos aos herbicidas em condições de laboratório e em indivíduos procedentes do campo. As análises bioquímicas foram realizadas em dois tecidos distintos: no músculo (ou pé) e na massa visceral restante, a fim de perceber se se complementam entre si ou se é possível identificar o tecido que poderá ser usado como indicador da presença dos tóxicos e ser usado em futuros trabalhos como endpoint em ecotoxicologia. Os resultados mostraram que o músculo é o tecido mais representativo de todo o organismo em termos de variações das quantidades de ácidos gordos e, portanto, o melhor tecido para determinar potenciais alterações bioquímicas. Os organismos de tamanho pequeno foram mais sensíveis a nível molecular do que os indivíduos maiores, coincidindo a sua sensibilidade em termos de variações no perfil de ácidos gordos e conteúdo total de glicose com a sua sensibilidade em termos de efeitos letais.

The overexploitation of the farmlands in the Mediterranean region contributes to an overuse of herbicides and, thus, the pollution of the surrounding aquatic systems, like the Mondego estuary, located near the city of Figueira da Foz (Portugal). Primextra® Gold TZ is the most-used herbicide at agriculture fields that surround the Mondego estuary and it is constituted by two active ingredients (a.i.), S-metolachlor (SMOC) and terbuthylazine (TBA), that have exhibited toxicity to aquatic species in previous studies. The benthic bivalve species Scrobicularia plana was selected to carry out bioassays because of its capacity to filter pollutants and its important position in the structure and functioning of estuarine communities. Organisms of two size classes (big and small) were exposed individually to a range of concentrations of each a.i. to assess their responses and tolerance to both compounds. S. plana showed a clear higher sensitivity to SMOC (big size LC50 = 40.702 mg/L; small size LC50 = 41.517 mg/L) than to TBA (big size LC50 = 118.590 mg/L; small size LC50 = 108.418 mg/L), and big size class organisms were slightly more sensitive to SMOC than the small size class of organisms, showing an opposite trend when exposed to TBA. In order to evaluate contaminated areas and the potential adverse impacts on human health and the environment, it is necessary to develop alternative strategies to rapidly assess the potential impacts of pollutants, therefore, it is necessary to develop alternative laboratorial strategies to assess their potential impacts. Thus, a battery of biomarkers was selected that includes the antioxidant enzymes Glutathione S-transferase (GST), total glutathione peroxidase (tGPx) and glutathione reductase (GRed), and the activity of lipid peroxidation by quantification of the reactive substances of the thiobarbituric acid (TBARs). The present work reports that GRed and GST showed positive correlations between enzymes’ activities and chemicals’ toxicity. Moreover, GRed shows specificity to detect TBA impacts, whereas GST seems to be more accurate to detect SMOC contamination. Furthermore, organic contaminants may affect the fatty acid (FA) profiles of non-target aquatic species like S. plana, besides its nutritional value may be also compromised. To understand the biochemical effects of these chemicals at the studied species and size classes, it was compared the FA profiles and the total glucose content of the individuals exposed to the a.i. under laboratory conditions and at the field. Biochemical measurements were conducted at distinct tissues - the muscle (foot) and the remaining visceral mass, in order to compare if they complement each other or if is possible to identify the most appropriate and thus the best indicator tissue to be used as endpoint in ecotoxicology studies. The results showed that the muscle is the tissue most representative of the whole organism in terms of variations of FA content and thus the best tissue to determine potential biochemical changes. Besides, small size class is more sensitive at molecular level than big size class, coinciding its sensitiveness in terms of variations on FA profile and total glucose content with its sensitiveness in terms of lethal effects.