Methods of chemical hazard ranking and toxic impact assessment estimate fate and toxicity assuming the chemical exists in dissolved and particulate phases and, for metals, that all dissolved species are equally bioavailable. This treatment of metals, similar to organic chemicals, introduced a significant error in their estimates of hazard ranking since metal bioavailability and ecotoxicity are related to truly dissolved phase and specifically free metal ion within it. My thesis addressed this concern by developing a new method that introduced Bioavailability Factor (BF) to the calculation of Comparative Toxicity Potentials (CTPs) for hazard ranking of chemicals; also known as Characterization Factors for use in Life Cycle Impact Assessment (LCIA). First, the metal speciation/complexation was incorporated into fate calculations by loosely coupling commercial geochemical metal speciation model, WHAM, with a multimedia fate model, USEtoxTM, which is originally designed to calculate CTPs for organic chemicals. Second, Biotic Ligand Model (BLM) was used to calculate the bioavailability-corrected adverse toxic effects of metals. This new method was applied to assess the implications of choosing environmental characteristics, notably freshwater chemistry, by calculating BFs and CTPs of several cationic metals (e.g., Cd, Cu, Co, Pb, Ni and Zn) using 12 European, 24 Canadian ecoregions, several distinct freshwater-types selected from large river and lake systems world-wide. The newly estimated metal CTPs (i.e., ecotoxicity potentials) are up to ~1000 times lower than previous values used in LCIA. Notably the model results showed that the absolute values of CTPs, and their relative ranking amongst chemicals, are a product of the characteristics of a receiving environment. Hence it is crucial to select a generic freshwater archetype on which this analysis should be based. Finally, the new model framework was extended to apply within the Unit World Model (UWM) framework to estimate critical loads (CLs) of cationic metals to surface aquatic systems.

Methods of chemical hazard ranking and toxic impact assessment estimate fate and toxicity assuming the chemical exists in dissolved and particulate phases and, for metals, that all dissolved species are equally bioavailable. This treatment of metals, similar to organic chemicals, introduced a significant error in their estimates of hazard ranking since metal bioavailability and ecotoxicity are related to truly dissolved phase and specifically free metal ion within it. My thesis addressed this concern by developing a new method that introduced Bioavailability Factor (BF) to the calculation of Comparative Toxicity Potentials (CTPs) for hazard ranking of chemicals; also known as Characterization Factors for use in Life Cycle Impact Assessment (LCIA). First, the metal speciation/complexation was incorporated into fate calculations by loosely coupling commercial geochemical metal speciation model, WHAM, with a multimedia fate model, USEtoxTM, which is originally designed to calculate CTPs for organic chemicals. Second, Biotic Ligand Model (BLM) was used to calculate the bioavailability-corrected adverse toxic effects of metals. This new method was applied to assess the implications of choosing environmental characteristics, notably freshwater chemistry, by calculating BFs and CTPs of several cationic metals (e.g., Cd, Cu, Co, Pb, Ni and Zn) using 12 European, 24 Canadian ecoregions, several distinct freshwater-types selected from large river and lake systems world-wide. The newly estimated metal CTPs (i.e., ecotoxicity potentials) are up to ~1000 times lower than previous values used in LCIA. Notably the model results showed that the absolute values of CTPs, and their relative ranking amongst chemicals, are a product of the characteristics of a receiving environment. Hence it is crucial to select a generic freshwater archetype on which this analysis should be based. Finally, the new model framework was extended to apply within the Unit World Model (UWM) framework to estimate critical loads (CLs) of cationic metals to surface aquatic systems.

Orientador: Maria José Tavares Ranzani de Paiva / Coorientador: Eduardo Makoto Onaka / Banca: Gilson Pereira de Oliveira / Banca: Marco Antonio de Andrade Belo / Resumo: Os parasitos podem causar perdas significativas na produção de peixes e para controlar estas doenças é necessário o uso de farmoquímicos, como o teflubenzuron (TFB), um inseticida que pode ser utilizado no controle de parasitos de peixes. A etapa inicial do processo de avaliação da viabilidade de um farmoquímico (eficácia terapêutica) é verificar a toxicidade inerente do ingrediente ativo do composto ou da formulação, sua segurança clínica e risco de intoxicação ambiental. Assim, os objetivos deste trabalho foram avaliar a toxicidade aguda e a segurança ambiental do TFB, para a Daphnia magna, Lemna minor, Pomacea canaliculata e para os peixes pacu, Piaractus mesopotamicus e mato-grosso, Hyphessobrycon eques; avaliar a toxicidade crônica e os efeitos histopatológicos do TFB para o pacu; ajustar a concentração de eficácia do TFB no controle de Trichodina sp. em pacu e tilápia, Oreochromis niloticus; monitorar as variáveis físicas e químicas da água e avaliar as possíveis alterações hematológicas do pacu exposto ao TFB. A toxicidade aguda do TFB para D. magna foi elevada (CE50;48h = 0,17 μg.L-1) e praticamente não tóxico para L. minor, P. mesopotamicus, P. canaliculata e H. eques (CL50 > 1000,0 mg.L-1). O TFB não apresenta toxicidade para as espécies avaliadas, demonstrando ausência risco de intoxicação ambiental para o pacu, sendo eficaz no controle de Trichodina sp nas concentrações de 80,0 mg.L-1 e 50,0 mg.L-1 para pacu e tilápia, com redução no número de parasitos de 96,10% e 87,86% respectivamente. O TFB também causou leucocitose no quadro hematológico de pacu / Abstract: The parasites can cause significant losses in the fish production and to control these diseases is necessary the use of the phamochemicals, like the teflubenzuron (TFB), an insecticide that can use in the control of parasites of fish. The initial stage of the process of assessment of viability of a pharmochemical (therapeutic efficacy) is verify the inherent toxicity of the active ingredient of the compound or formulation, your clinical security and environmental intoxication risk. Thus, the aims of this research were to evaluate the acute toxicity and the environmental security of TFB, for Daphnia magna, Lemna minor, Pomacea canaliculata and fish pacu, Piaractus mesopotamicus and mato-grosso, Hyphessobrycon eques; to evaluate the chronic toxicity and the histopathological effects of FB for pacu; to adjust the effectiveness concentration of TFB in the control of Trichodina sp. in pacu and tilapia, Oreochromis niloticus; to monitor the physical and chemical variables from water and to evaluate the possible hematological changes of pacu exposed at TFB. The acute toxicity of TFB for D. magna was high (EC50;48h = 0.17 μg.L-1) and non-toxic practically for L. minor, P. mesopotamicus, P. canaliculata and H. eques (LC50 > 1000.0 mg.L-1). TFB doesn't show toxicity for the species evaluated, realizing away environmental intoxication risk for pacu, being efficacy in the control of Trichodina sp in the concentrations of 80,0 mg.L-1 and 50,0 mg.L-1 for pacu and tilapia, with reduction in the parasites number of 96,10% and 87,86%, respectively. TFB caused decrease of leucocytes in the hematology variables of pacu / Mestre

Nas últimas três décadas, o crescimento na demanda por biocombustíveis promoveu a expansão das culturas de cana-de-açúcar no Brasil e, consequentemente, o aumento no consumo de pesticidas. Diversas espécies de anfíbios estão sujeitas à exposição a pesticidas por ocorrerem dentro e ao redor de canaviais. Entretanto, mesmo avaliações de risco preliminares são inviabilizadas pela raridade de estudos ecotoxicológicos com espécies de anfíbios nativas. Esta dissertação propôs testar experimentalmente as hipóteses de que (1) os principais herbicidas utilizados na cultura de cana-de-açúcar no Brasil, embora desenvolvidos especificamente para o controle de ervas daninhas, são capazes de causar mortalidade em larvas de anfíbios (2) esta mortalidade se manifesta mesmo quando larvas de anfíbios são expostas a concentrações ambientalmente relevantes destes herbicidas (3) além de efeitos letais, a exposição de larvas de anfíbios a concentrações ambientalmente relevantes dos principais herbicidas utilizados na cultura da cana-de-açúcar no Brasil causa efeitos subletais em termos de crescimento, desenvolvimento, comportamento, imunocompetência, e atividade enzimática, e estes efeitos subletais podem ser importantes em influenciar o rendimento dos indivíduos. Foram utilizadas como modelo biológico larvas do leiuperídeo Physalaemus cuvieri e dos hilídeos Hypsiboas faber e Hypsiboas pardalis. As três espécies têm áreas de distribuição parcialmente coincidentes com a área de cultivo da cana-de-açúcar, sendo que as duas primeiras sabidamente ocorrem dentro de canaviais. Estas espécies foram expostas aos herbicidas glifosato, ametrina, 2,4-D, metribuzim e acetocloro, na forma de seus ingredientes ativos. Somados, estes herbicidas correspondem a ~2/3 do volume de herbicidas utilizados em importantes regiões produtoras de cana-de-açúcar; por sua vez, herbicidas constituem a maior parte dos pesticidas usados na cultura. Os experimentos de exposição aguda com P. cuvieri e H. pardalis demonstraram que todos os herbicidas testados são tóxicos a larvas de anfíbios, embora alguns deles apenas em concentrações bastante elevadas. Houve uma hierarquia relativamente clara na letalidade dos herbicidas testados (glifosato < metribuzim < ametrina < acetocloro). Uma comparação com os dados disponíveis da toxicidade dos mesmos herbicidas para outras espécies de anfíbios, e para outros animais aquáticos, sugere que as espécies testadas nesta dissertação tendem a ser relativamente robustas, e que, ao contrário de uma hipótese amplamente difundida, anfíbios não aparentam ser particularmente sensíveis a contaminantes. Os experimentos de exposição crônica procuraram simular cenários realistas de exposição ao manipular as doses mínimas (H. faber) e máximas (H. faber, H. pardalis) de aplicação recomendadas pelos fabricantes para o controle de ervas daninhas na cultura de cana-de-açúcar. Conforme esperado, um prolongamento da exposição induziu mortalidade em concentrações muito inferiores àquelas necessárias para causar efeito em exposição aguda. Glifosato, ametrina e acetocloro em doses ambientalmente relevantes induziram mortalidade significativa de larvas de anfíbios, ao menos para H. pardalis. Glifosato, 2,4-D e metribuzim retardaram significativamente o desenvolvimento de H. faber, enquanto que ametrina, testada apenas para H. pardalis, levou a uma diminuição no ganho de massa e no estágio de desenvolvimento final atingido pelas larvas. A atividade de AChE foi inibida pelo metribuzim em H. faber e estimulada pelo glifosato, ametrina e 2,4-D em H. pardalis; por sua vez, a atividade de GST, inalterada pela exposição a herbicidas em H. faber, foi estimulada pela ametrina e pelo acetocloro em H. pardalis. Nenhum composto induziu alterações significativas no perfil leucocitário. Herbicidas também tiveram efeitos comportamentais: a taxa de atividade de H. pardalis foi significativamente reduzida sob exposição à ametrina e ao acetocloro. Esta dissertação sugere portanto que a exposição a doses ambientalmente relevantes dos principais herbicidas utilizados em cultura de cana-de-açúcar no Brasil podem causar efeitos letais e subletais em larvas de espécies nativas de anfíbios. Alguns destes efeitos subletais, como uma diminuição nas taxas de atividade, de crescimento e de desenvolvimento, podem ter importantes consequências para o sucesso dos indivíduos por prolongar o período larval e assim aumentar o risco de dessecação em corpos d´água temporários e semi-permanentes. Estudos futuros devem buscar realismo adicional rumo a uma análise de risco da contaminação ambiental por herbicidas por meio de experimentos manipulando não apenas ingredientes ativos, mas também formulações comerciais, bem como interações dos contaminantes entre si e com outros estressores ambientais, calibrados por concentrações medidas em campo. / In the last three decades, the increasing demand for biofuels in Brazil favored the expansion of sugarcane and, as a consequence, an increase in the consumption of pesticides. Several species of amphibians are subject to pesticide exposure for occuring in or around sugarcane fields. However, a preliminary risk assessment of pesticide exposure is not possible due to the absolute scarcity of ecotoxicological studies with native amphibian species. This thesis proposed to test the hypotheses that (1) the main herbicides used in sugarcane crops in Brazil, although designed for weed control, cause mortality of amphibian larvae (2) this mortality manifests even when amphiban larvae are exposed to environmentally relevant herbicide concentrations (3) in addition to any lethal effects, exposure of amphibian larvae to environmentally relevant herbicide concentrations causes sublethal effects in terms of growth, development, behavior, immunocompetence, and enzimatic activity, and these effects may be important in influencing individual performance. We used as model system the leiuperid frog Physalaemus cuvieri and the hylid frogs Hypsiboas faber and Hypsiboas pardalis. The distributional ranges of these species partially overlap with the region of cultivation of sugarcane in the country, and the first two species are known to colonize waterbodies in or around sugarcane fields. These three species were exposed to glyphosate, ametryn, 2,4-D, metribuzin and acetochlor, presented as active ingredients. These herbicides account to ~2/3 of the volume of herbicides employed in an important sugarcane producing region in the country; herbicides correspond to the majority of pesticides used in this crop. Experiments of acute exposure of P. cuvieri and H. pardalis showed that all herbicides are toxic to amphibian larvae, albeit some of them only in very high doses. There was a relatively consistent ranking in lethality among the compounds (glyphosate < metribuzin < ametryn < acetochlor). A literature review suggests that the species tested tend to be relatively robust when compared to other amphibians and other freshwater animals, and that, contrary to a broadly disseminated hypothesis, amphibians do not seem to be particularly sensitive to contaminants. Experiments of chronic exposure aimed at simulating realistic scenarios of exposure by manipulating minimum (H. faber) and maximum application doses (H. faber, H. pardalis), as recommended by manufacturers for weed control in sugarcane fields. As expected, prolonged exposure induced mortality at much lower concentrations than those manipulated in the experiments of acute exposure. Environmentally relevant concentrations of glyphosate, ametryn and acetochlor induced significant mortality in larval amphibians, at least for H. pardalis. Glyphosate, 2,4-D and metribuzin significantly slowed development in H. faber, whereas ametryn slowed development and growth in H. pardalis. Herbicides also had behavioral effects: activity rates of H. pardalis were significantly reduced under exposure to ametryn and acetochlor. AChE activity was inhibited by metribuzin in H. faber but stimulated by glyphosate, ametryn and 2,4-D in H. pardalis; in turn, GST activity, which was not influenced by exposure to herbicides in H. faber, was stimulated by ametryn and acetochlor in H. pardalis. No herbicide induced significant changes in leukocyte profiles. In conclusion, this thesis suggests that exposure to environmentally relevant doses of the main herbicides employed in sugarcane fields in Brazil can cause lethal and sublethal effects on native species of larval amphibians. Some of these sublethal effects, including the decrease in activity, growth and developmental rates, may have important consequences for individual performance for extending the larval period and as such increasing the risk of dessication in temporary and semi-permanent ponds. Future studies should seek additional realism towards a risk analysis of the environmental contamination by herbicides through experiments manipulating not only active ingredients but also commercial formulations, as well as interactions among contaminants and other environmental stressors, calibrated by field-measured conditions.

Neste trabalho foi feito o desenvolvimento e validação de métodos para a determinação do hormônio 17\'alfa\'-metiltestosterona em amostras de água e de sedimentos de uma piscicultura situada no município de Socorro-SP. O local de estudo foi escolhido porque no município de Socorro há um grande número de pisciculturas e também pelo fato da cidade fazer parte do Circuito das Águas. Toda a água utilizada no processo de reversão sexual das tilápias do Nilo (Oreochromis niloticus) é descartada no Ribeirão dos Machados, um dos afluentes do rio Mogi-Guaçu, sem o devido tratamento. Foi desenvolvido o método analítico para a extração do hormônio das amostras de água, empregando a extração em fase sólida com adsorvente C18 (octadesilsilano). Também foi desenvolvido o método para a extração do hormônio das amostras dos sedimentos, empregando o equipamento de ultra-som. Foram feitos estudos de recuperação para as amostras de água e sedimentos em três níveis de fortificação. Empregou-se 300 mL da água de água de nascente (branco), e água do rio Santa Maria do Leme para os estudos de recuperação. Empregou-se 10 g de sedimentos (branco) coletados no rio Santa Maria do Leme, em São Carlos. Estas amostras foram fortificadas com o hormônio estudado. A técnica analítica empregada para a determinação do hormônio foi a cromatografia líquida de alta eficiência com detector UV-Vis e coluna RP-18. Para a determinação do hormônio foi utilizada a fase móvel acetonitrila/água 35:65 v/v. O volume injetado foi de 20 \'mü\'L, o fluxo de 1,0 mL/min e comprimento de onda de 245 nm. Os resultados indicaram que os métodos desenvolvidos e validados se mostraram lineares, sensíveis, seletivos, precisos e exatos nas condições estabelecidas, com limites de detecção e de quantificação adequados para a análise do hormônio. A aplicação desses métodos só foi possível pela adição de padrão, que possibilitou a identificação e quantificação do hormônio nas amostras de água e de sedimentos. Foram também feitos testes de ecotoxicidade do hormônio empregando-se os organismos Daphnia similis e Ceriodaphnia silvestrii para verificar a reprodução das espécies. Foram feitos testes para verificar a reversão sexual com a Ceriodaphnia silvestrii. Foi utilizado o programa computacional TOXSTAT 3.3 para a aplicação dos testes estatísticos com a Daphnia similis, pois os testes com a espécie Ceriodaphnia silvestrii não apresentou o número de 15 neonatos por organismo, não sendo possível a aplicação do referido teste. Verificou-se que não ocorreu reversão sexual nos testes com a Ceriodaphnia silvestrii nas concentrações estudadas (1,0 e 50,0 \'mü\'g/L). O estudo de avaliação e identificação de substâncias emergentes deve ser incorporado nos programas de controle e gestão de recursos hídricos, porque é importante verificar se o hormônio é responsável por algum tipo de toxicidade. / In this work the development and validation of methods for the determination of 17\'alfa\'-methyltestosterone hormone in water and sediments samples was achieved. The samples studied were extracted from pisciculture sites in the city of Socorro, Sao Paulo State. This place was chosen because it has a great number of pisciculture sites and is also localized near important tourist resources, known as the \'Circuito das Águas\'. One of the main concerns is the fact that water volumes used in the process of sexual reversion of the Nile Tilapia (Oreochromis niloticus), are discarded without previous treatment in the Machado river, a tributary of Mogi- Guaçu river, the main water resource in this area. Therefore, there are evident potential threats and care must be taken to analyze the potential contamination of water resources in the neighborhood. Two analytical methods were developed to extract hormone from water and sediments samples: a) using solid phase extraction with sorbente C18; b) using ultrasonic facilities. The recovering of the water and sediments samples was made in three levels of fortification. To perform comparisons, standards were built using 300 mL water samples collected in safe places and samples of fortication in the Santa Maria do Leme river, in Sao Carlos, and 10 g of sediments collected in the Santa Maria do Leme river, in Sao Carlos. These samples were contaminated with hormone under carefully controlled conditions. Hormone level determinations were carried out using HPLC with UVVis detector and column RP-18. The hormone determinations were made using the mobile phase acetonitrile/water 35:65 v/v. The experiments were carried out under the following conditions: a) the injected volume was 20 \'mü\'L; b) the flow speed was 1,0 mL/min ; c) a wavelength of 245 nm was used. The results obtained shows efficiency of the methods developed and validated in this as the correlations observed were linear, sensible, selective and accurate under the established conditions. Therefore, the experimental conditions used for detention and quantification were adequate for hormone analysis. Is worth to note that the identification and quantification of the hormone in the samples of water and sediments, is possibly only by making comparison with the standard discussed above. The organisms Daphnia similis and Ceriodaphnia silvestrii were also used to verify the ecotoxicity of the hormone, using reproduction of these species as the parameter to be monitored. Therefore, tests were made to verify the sexual reversion of Ceriodaphnia silvestrii. In these investigations, the computational program TOXSTAT 3.3 was used to perform the statistical tests. Nevertheless, only the studies performed with the Daphnia similis had statistical means, as the tests with the Ceriodaphnia silvestrii species did not present statistical significance. Therefore, it was verified that Ceriodaphnia silvestrii in the conditions studied here (concentrations of 1,0 and 50,0 \'mü\'g/L) did not present evidences of sexual reversion. As a main conclusion, the present study demonstrates the need of incorporating the evaluation and identification of emergent substances in the protocols used for the control and management of water resources. Among the concerns, special care must be taking to verify correlations between hormone and toxicity.

Orientadores: Hiroshi Aoyama, Claudio Martín Jonsson / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-16T01:07:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dantzger_Miriam_M.pdf: 2456182 bytes, checksum: ce7e4445d55ff9a2572a6ad4f3dea90d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Daphnia similis é um microcrustáceo da família dos cladóceros que se encontra amplamente distribuído em ambientes de água doce. Devido a sua natureza cosmopolita e sensibilidade, o seu uso em estudos de ecotoxicidade, como biomarcador, é recomendado em protocolos nacionais e internacionais. Agentes poluentes como os agrotóxicos, efluentes industriais e metais são diariamente despejados nos corpos d'água, influenciando sistemas locais e podendo causar efeitos toxicológicos aos organismos aquáticos. Tendo em vista a necessidade da normalização de biomarcadores enzimáticos, nossa proposta foi analisar a atividade enzimática de fosfatases de D. similis como uma alternativa.Especificamente, nossos objetivos foram: a) analisar o efeito de poluentes agrícolas e metais nas atividades in vitro de fosfatases ácidas e alcalinas de D. similis, com o intuito de selecionar a enzima mais sensível à ação dos poluentes; b) realizar estudos mais detalhados in vitro com a fosfatase mais sensível na presença de poluentes préselecionados; c) avaliar a atividade in vivo desta enzima perante concentrações subletais de poluentes provenientes de ensaios de toxicidade aguda. Dessa forma, foram analisados os efeitos in vitro de vários agentes poluentes (metais e pesticidas) nas atividades da fosfatase ácida total (FAT) e fosfatase alcalina. A FAT apresentou maior alteração em relação à fosfatase alcalina quando exposta aos poluentes in vitro, sendo que, dentre estes, os metais apresentaram efeitos mais significativos. Dos metais testados, Al3+, Se3+ e Mo6+, exibiram maior efeito inibitório, enquanto permetrina e Cd2+ apresentaram efeito ativador. A energia de ativação da reação catalisada pela FAT, usando-se p-nitrofenilfosfato (pNPP) como substrato, foi reduzida de 13 para 10 Kcal.mol-1 na presença de 0,5mM de Cd2+. Na reação catalisada pela FAT, os valores de IC50 (concentração do metal que promove 50% de inibição da atividade enzimática) obtidos para Al3+, Se3+ e Mo6+, foram, respectivamente: 1,23 mM, 0,54 mM e 0,9 µM. A inibição da FAT mostrou-se do tipo não competitiva para oAl3+ e do tipo competitiva para Se3+ e Mo6+, com os seguintes valores de constante de inibição (Ki): 0,9 mM para o Al3+; 0,62 mM para o Se3+ e 1,32 µM para o Mo6+. Nos ensaios in vivo de toxicidade aguda 48h com D. similis, a permetrina apresentou maior toxicidade comparada aos demais poluentes, sendo que a ordem de toxicidade, em mM, foi: Permetrina (0,000056) > Cd2+ (0,00139) > Se4+ (0,004) > Mo6+ (0,024) > Al3+(0,072). A ordem de inibição da atividade da FAT de D. similis exposta ao EC50 (48h) assemelhouse à obtida nos ensaios de toxicidade aguda (Cd2+ > permetrina > Al3+ > Mo6+), sugerindo uma relação entre alteração de atividade enzimática com a toxicidade dos poluentes ao modelo biológico em estudo. Nos ensaios de toxicidade aguda também foram estudados os efeitos da mistura binária dos metais Al3+, Cd2+, Mo6+ e Se4+. Observou-se que somente Al3+ + Cd2+ (S = 0,588) e Al3+ + Mo6+ (S = 0,951) apresentaram efeito sinérgico sobre D. similis, constatado pelo valor de S<1; nas mesmas condições, a mistura Al3+ + Se4+ não mostrou nenhuma alteração significativa. A ordem de inibição da atividade da FAT para a concentração de EC50 e seus respectivos percentuais foram: Al3+ + Cd2+ (90%) > Al3+ + Mo6+ (78%) > Se4+ + Cd2+ (72%) > Mo6+ + Cd2+ (32%). Contraditoriamente, a mistura Se4+ + Mo6+ promoveu uma ativação de 50% na atividade enzimática nos mesmos níveis de toxicidade analisados para as demais misturas. Esses resultados evidenciam a necessidade de complementar os testes de toxicidade aguda com mistura de poluentes a partir da utilização de biomarcadores enzimáticos, tais como a FAT. Concluiu-se que a FAT, através da alteração de sua atividade in vivo, pode ser utilizada como biomarcadora de toxicidade em nível letal (EC50), para os poluentes permetrina e Al3+ e, em níveis subletais, para Cd2+ e Se4+, podendo-se predizer o impacto ambiental / Abstract: Daphnia similis, a microcrustacean of the cladoceran's family, is widely found in freshwater environment. Because of its cosmopolitan nature and sensitivity, this organism is recommended by national and international protocols as a biomarker in ecotoxicity analyses. Agrochemicals, industrial effluents and metals are daily released in the rivers, impairing local living systems and causing toxicological effects on aquatic organisms. In order to contribute with enzymatic biomarkers normalization, our purpose was to evaluate D. similis phosphatases activities in the presence of several pollutants. Specifically, our aim was: a) to analyze in vitro effects of metals and agrochemicals on D. similis alkaline and acid phosphatases activities, in order to select the more pollutants-sensitive enzyme; b) to perform more detailed in vitro studies with those more sensitive enzyme and selected pollutants; c) to analyze the in vivo activity of this enzyme at sub-lethal levels of pollutants, derived from acute toxicity assays. In this way, in vitro effects of several pollutants (metals and pesticides) were evaluated on total acid phosphatase (TAP) and alkaline phosphatase activities. Our results showed that TAP presented higher alterations in relation to alkaline phosphatase when exposed to in vitro pollutants, from which the metals showed more remarkable effects. The metals Al3+, Se3+ and Mo6+ exhibited higher inhibitory effects, whereas permethrin and Cd2+ presented activator effects. The activation energy of the reaction catalyzed by TAP, by using p-nitrophenylphosphate as substrate, was decreased from 13 to 10 kcal.mol-1, in the presence of 0,5mM Cd2+. IC50 (concentration of metal that promotes 50% of enzyme inhibition) values for Al3+, Se3+ and Mo6+ were determined to be: 1.23 mM, 0.54 mM e 0.9 µM, respectively, in the TAP catalyzed reaction. The TAP inhibition was of non-competitive type for Al3+, and competitive for Se3+ and Mo6+, with inhibition constant (Ki) values ranging 0.9 mM, 0.62 mM and 1.32 µM, respectively. In the 48 hours acute toxicity assays with D. similis, permethrin presented higher effect in relation to the other pollutants, with the following toxicity order (mM): Permethrin (0.000056) > Cd2+ (0.00139) > Se4+ (0.004) > Mo6+ (0.024) > Al3+ (0.072). The inhibition order of D. similis TAP activity exposed to 48 hours EC50 was similar to the acute toxicity values (Cd2+ > permethrin > Al3+ > Mo6+), suggesting a relationship between enzymatic activity alteration and the pollutants toxicity. Further, we decided to evaluate the effects of binary metals mixtures of Al3+, Cd2+, Mo6+ and Se4+ on the acute toxicity assays, it was observed that only Al3+ + Cd2+ (S = 0.588) and Al3+ + Mo6+ (S = 0.951) exhibited synergic effects on D. similis, evidenced by the S<1 values; at the same conditions the mixture Al3+ + Se4+ did not show significant alterations. The TAP activity inhibition order for EC50 concentration and its respective percentuals were: Al3+ + Cd2+ (90%) > Al3+ + Mo6+ (78%) > Se4+ + Cd2+ (72%) > Mo6+ + Cd2+ (32%). On the other hand, the mixture Se4+ + Mo6+ presented 50% enzyme activation at the same toxicity levels analyzed for the other mixtures. These results emphasize the need to complement acute toxicity tests with pollutants mixtures, using enzymatic biomarkers, such as TAP. In conclusion, TAP, through the alteration of its in vivo activity, could be used as a lethal level toxicity biomarker for the permethrin and Al3+, and at sub-lethal levels for Cd2+ and Se4+, predicting possible environmental impact / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Orientador: Wilson de Figueiredo Jardim / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:25:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcone_GlaucienePauladeSouza_D.pdf: 3873346 bytes, checksum: 7b3d84f078c155427661a732b0d8a73b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho foi estudar as interações de nanopartículas de Ag ou nanoprata (nAg ou AgNP) e nanopartículas do semicondutor TiO2 (nTiO2) com a matriz aquática, a fim de avaliar a sua toxicidade a representantes da biota aquática. Estes dois tipos de nanomateriais (NM) foram escolhidos, pois atualmente estão sendo comercializados em grande escala por apresentarem ampla aplicação industrial. Este trabalho envolveu as seguintes etapas: a) síntese de TiO2 na forma de pó e de amostras de AgNP por rotas sintéticas estabelecidas pela literatura; b) caracterização dos NM sintetizados quanto ao tamanho e a morfologia, e no caso das suspensões de AgNP foi realizada a especiação da prata a fim de nortear uma avaliação mais criteriosa sobre ecotoxicidade destas suspensões; c) avaliação da atividade bactericida das amostras de AgNP e do TiO2 sintetizados. Para isto, utilizou-se a bactéria E. coli e um sistema FIA/Condutimétrico para medir a inibição bacteriana através da produção de CO2. d) avaliação da ecotoxicidade das suspensões de AgNP e TiO2 no meio aquático. Foram utilizados os organismos aquáticos: V. fischeri (bactéria marinha), D. similis (microscrustáceo de água doce) e P. subcapitata (alga de água doce). Devido à fotoatividade do TiO2, os testes com D. similis foram adaptados, incorporando a radiação UV-A durante o teste. As amostras de AgNP foram tóxicas aos organismos aquáticos testados nas seguintes faixas de concentração: P. subcapitata (IC50 = 1-122 mg L), D. similis (CE50 = 0,5-50 mg L) e V. fischeri (CE50 = 5,2-32,2 mg L). As amostras de TiO2 se mostraram mais tóxicas para a D. similis (CE50 = 8-57 mg L) em relação ao V. fischeri (CE50 > 100 mg L). A caracterização das amostras de TiO2 e AgNP sintetizadas indicou que fatores como fotoatividade do TiO2 e a concentração de íons Ag nas suspensões de AgNP foram determinantes para a ecotoxicidade apresentada por estas amostras / Abstract: The objective of this work was to evaluate the toxicity of silver nanoparticles or nanosilver (nAg or AgNP) and TiO2 semiconductor nanoparticles to some biotic representative aquatic organisms. These two nanomaterials (NM) types were chosen because they are currently being market on a large scale due to their wide industrial application. The work was developed in accordance to the following steps: a) Synthesis of TiO2 powder and AgNP samples by current synthetic routes. b) Shape, morphology and optical characterization of TiO2 powder and AgNP synthesized samples. The Ag speciation was performed in the AgNP suspensions to improve the ecotoxicological assessment of this material; c) Bactericidal activity assessment of TiO2 and AgNP samples using E. coli. The inhibition of the bacterial growth was followed by CO2 produced using a FIA/Conductivity system; d) Ecotoxicity assessment of TiO2 and AgNP suspensions to aquatic organisms. The aquatic organisms used were V. fischeri (marine bacterium), D. similis (microcrustace freshwater) and P. subcapitata (algae freshwater). Due to the TiO2 photoactivity, the tests with D. similis were adapted by include to UV-A radiation during the whole test period. The results showed that AgNP samples were toxic to aquatic organisms in the following ranges: P. subcapitata (CI50 = 1-122 mg L), D. similis (EC50 = 0.5-50 mg L) and V. fischeri (EC50 = 5.2-32.2 mg L). The TiO2 samples were more toxic to the D. similis (EC50 = 8-57mg L) compared to V. fischeri (CE50 > 100 mg L). The characterization of TiO2 and AgNP synthesized samples indicated that factors such as TiO2 photoactivity and Ag ions concentration in AgNP suspensions were responsible to the ecotoxicity showed by this samples / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Orientadores: Gisela de Aragão Umbuzeiro, Fábio Kummrow / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-21T17:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luna_LuisAugustoVisanide_M.pdf: 1874744 bytes, checksum: 77b303f234e135332fe2eb3247fedaca (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Corantes possuem uma grande diversidade de estruturas e aplicações, estando presentes em diversos setores indústriais. Os corantes podem contaminar os ambientes aquáticos após os despejos de efluentes de indústrias têxteis, de alimentos, de curtumes e até mesmo de lavanderias. Muitos corantes apresentam elevada toxicidade para organismos aquáticos, no entanto processos de tratamento de efluentes contendo corantes estão sendo desenvolvidos no intuito de impedir seu ingresso no ambiente, e dentre eles estão os processos oxidativos avançados. No presente estudo, foi avaliada a toxicidade de corantes têxteis e alimentícios para organismos aquáticos, antes e após o tratamento oxidativo avançado foto-Fenton. Foram realizados testes de toxicidade com Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia e Pseudokirchneriella subcapitata. A partir dos dados obtidos nos ensaios de toxicidade com os produtos comerciais os corante têxteis foram considerados os mais tóxicos, em especial o corante C.I. Vat Green 3. Para os ensaios com os produtos de degradação gerados, o tratamento do corante C.I. Acid Orange 7 gerou intermediários tóxicos para D. similis, no entanto ao final do tratamento não foi observada toxicidade. Após o tratamento do corante C.I. Reactive Black 5 foi observada toxicidade para P. subcapitata, sendo esta maior que a toxicidade para o produto comercial. No início do tratamento do corante C.I. Vat Green 3 ocorreu uma redução da toxicidade para D. similis e para P. subcapitata em relação ao produto comercial, contudo no final do tratamento a toxicidade observada foi maior que a do produto comercial para ambos os organismos. Considerando os corantes alimentícios, para o C.I. Food Yellow 3 tratado não foi observada toxicidade para D. similis nas concentrações estudadas, no entanto para P. subcapitata foi observado toxicidade ao final do tratamento. O corante C.I. Food Red 17 foi tóxico no início do tratamento tanto para D. similis, quanto para P. subcapitata, mas no fim do tratamento não foi mais observada toxicidade / Abstract: Dyes have a wide diversity of structures and uses, and then these substances are present in many industrial sectors. Dyes also can be found as contaminants in aquatic environments after wastewater discharge of textile industries, food industries, tanneries and laundries. Many dyes can be toxic to aquatic organisms. Several treatments have been proposed to remove dyes from effluents preventing the surface water contamination and one of the most promising tools are the advanced oxidative treatments. The aim of this study was to assess the toxicity of textile and food dyes to aquatic organisms, before and after photo - Fenton. We employed tests with the freshwater organisms, Daphnia similis, Ceriodaphnia dubia and Pseudokirchneriella subcapitata. The dye C.I. Vat green 3 was considered the most toxic dye among the commercial dyes tested in this study. Taking into account the treatment of the commercial products and the toxicity tests, the treatment of C.I. Acid Orange 7 generated toxic intermediates for D. similis, but at the end of the treatment no toxicity was observed. After the C.I. Reactive Black 5 treatment greater toxicity was observed to P. subcapitata in comparison with the commercial dye toxicity. At the beginning of the C.I. Vat Green 3 treatement the toxicity was lower than the commercial dye to D. similis and P. subcapitata, but at the end of the treatment the toxicity was higher than the commercial dye for both organisms. For the food dye C.I. Food Yellow 3 treated, was not observed toxicity for D. similis, but at the end of the treatment toxicity was observed for P. subcapitata. The dye C.I Food Red 17 was toxic to D. similis and P. subcapitata at the beginning of the treatment, but at the end of the treatment no toxicity was observed / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

Orientador: Bruno Coraucci Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:18:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_NoelyBochi_M.pdf: 1793399 bytes, checksum: 575715dc26fcd661637861e2b2d4a262 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A destinação final de lodo de esgoto gerado nas estações de tratamento para a agricultura destaca-se por ser uma alternativa promissora e sustentável. Contudo, para se evitar efeitos adversos ao ecossistema e a saúde humana, este resíduo deve passar por uma rígida caracterização e monitoramento antes da sua aplicação. A Resolução CONAMA 375/2006 normatiza essa prática no Brasil, mas se restringe a alguns critérios químicos e biológicos que precisam ser monitorados. Recentemente, foi proposto um Índice de Perigo de Lodo de Esgoto (IPLE) baseado em ensaios ecotoxicológicos com organismos representativos, que expressa a periculosidade de lodos de esgoto quanto aos efeitos causados ao ecossistema. O objetivo deste trabalho foi realizar uma avaliação física, química, biológica e também ecotoxicológica em diferentes amostras de lodo de esgoto, para validar o IPLE e verificar a possibilidade do uso agrícola. De acordo com os resultados obtidos, as amostras de lodo de esgoto das ETEs dos municípios de Bernardino de Campos, Coronel Macedo, Fartura, Franca e Itaberá atendem aos limites preconizados por Brasil (2006) referentes aos metais potencialmente tóxicos e à concentração de patógenos, mas, segundo o IPLE, apenas as amostras de lodo de esgoto das estações de tratamento de esgoto dos munícipios de Franca, após 5 meses de acondicionamento em recipientes de polietileno, e de Sarutaiá estão aptas ao uso agrícola. Portanto, espera-se que a utilização do índice baseado em testes ecotoxicológicos se constitua em ferramenta auxiliar na caracterização inicial do lodo de esgoto para sua liberação e disposição na agricultura, na tentativa de proporcionar maior segurança aos integrantes da cadeia alimentar que deverão utilizar os recursos originados do ambiente agrícola onde foi utilizado o biossólido / Abstract: The disposal of sewage sludge generated at treatment plant for agriculture stands out as a promising and sustainable alternative. However, to avoid adverse effects to the ecosystem and human health, this residue must undergo into a strict characterization and monitoring prior to implementation the Resolution 375/2006, regulates the practice in Brazil, but it is restricted to some chemical and biological criteria that need to be monitored. Recently, it has been proposed a Hazard Index of Sewage Sludge (IPLE), based on ecotoxicological tests with representative organisms, which expresses the danger of sewage sludge on the effects caused to the ecosystem. The aim of this study was the physical, chemical, biological and ecotoxicological evaluation on different samples of sewage sludge, in order to validate the IPLE and verify the possibility of its agricultural use. According to the obtained results, the sewage sludge samples from treatment plant for municipal sewage of Bernardino de Campos, Coronel Macedo, Fartura, Franca and Itaberá comply with the limits recommended by Brazil (2006) concerning potentially toxic metals and pathogens concentration. Nevertheless, according to IPLE, only samples of sewage sludge from treatment plant for municipal sewage of Franca, after 5 months packaged in polyethylene containers, and Sarutaiá, are suitable for agricultural use. Therefore, it is expected that the use of the index based on ecotoxicological tests should constitute an auxiliary tool on initial sludge characterization for its agricultural release and arrangement in an attempt to provide improved safely to food chain members that should use resources from agricultural environment where sludges have been used / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestra em Engenharia Civil

Orientadores: Gisela de Aragão Umbuzeiro, Guilherme Ribeiro Lotufo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:19:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Artal_MarianaColetty_M.pdf: 1329770 bytes, checksum: e43efcef07526606b4d54de36469576e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A produção e uso de corantes representam números relevantes no mundo e no Brasil. Efeitos ecotoxicológicos desses compostos, especialmente frente a organismos estuarinos e marinhos são ainda pouco explorados. Neste estudo avaliou-se a toxicidade dos azo corantes C.I. Disperse Red 1 e C.I. Disperse Red 13 para o copépodo estuarino Nitokra sp. avaliando efeitos adversos como a imobilidade e o sucesso de eclosão dos ovos antes e após tratamento fotoeletroquímico. Os corantes Disperse Red 1 e Disperse Red 13 apresentaram toxicidade para o teste de imobilidade com concentração efetiva CE50(96h) de 0,3 a 2,1 mg.L-1 (n=4) e 1,5 mg.L-1 (n=2), respectivamente. As concentrações que causaram efeitos adversos na taxa de eclosão de ovos foram maiores ou próximas à CE50 de imobilidade, demonstrando que esse endpoint não foi mais sensível como esperado. Testes realizados após o tratamento fotoeletroquímico dos mesmos corantes mostraram que a toxicidade tanto no teste de imobilidade quando no teste de sucesso de eclosão de ovos foi reduzida. Esse tratamento mostra-se promissor para o tratamento desses compostos, porém, cabe ressaltar que a utilização de sal para o tratamento é interferente e causa toxicidade quando descartado ou disposto em ambientes de água doce / Abstract: Production and use of dyes represent relevant numbers in the world and in Brazil. Ecotoxicological effects of these compounds, especially to estuarine and marine organisms are unknown. This study evaluated the toxicity of the azo dye CI Disperse Red 1 and CI Disperse Red 13 to an estuarine copepod Nitokra sp. evaluating adverse effects measured as immobility and egg hatching success before and after photoelectrochemical treatment. Both dyes Disperse Red 1 and Disperse Red 13 were toxic with immobility effective concentration EC50 (96h) in the range of 0.3 to 2.1 mg.L-1 (n= 4) and 1.5 mg.L-1 (n= 2), respectively. The concentrations that caused adverse effects on the success of eggs hatching were higher or close to the EC50 immobility, demonstrating that this is not the most sensitive endpoint as expected. Tests performed after photoelectrochemical treatment showed that the toxicity of both tests was reduced. This treatment shows promise for the treatment of these compounds, however, it is worth noting that the use of salt for treatment is interfering and cause toxicity when discarded or disposed of in freshwater environments / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia