Effect of Acetone on the Toxicity of Four Chemicals to Selenastrum Capricornutum

8/3/2019 Effect of Acetone on the Toxicity of Four Chemicals to Selenastrum Capricornutum

1/6

Bull. Environ. Contam. Toxicol. (1986) 36:254-259 j E n v i r o n m e n t a lC o n t a m i n a t i o n| a n d T o x i c o l o g yE f f e c t o f A c e t o n e o n t h e T o x i c i t y o f F o u r C h e m i c a l s t oSelenastrum capricornutumN. Adam s, ~ K . H , Go u ld ing , 2 and A . J . D ob bs*1pr inces Risborou gh Laboratory, Pr inces Risboro ugh, Bucking ham shire and2School of Natural Sciences, The Hatf ield Polytechnic, PO Box 109,Hat f ie ld, Hert fordshi re, Uni ted K ingdom

M o s t p r o c e d u r e s f o r th e a s s e s s m e n t o f a l g a l g r o w t hi n h i b i t i o n a l l o w t h e u s e o f a w a t e r m i s c i b l e o r g a n i c s o l v e n ta s a c a r r i e r f o r c h e m i c a l s s p a r i n g l y s o l u b l e i n w a t e r ( IS O ,1 9 8 4; O E CD , 1 9 83 ) . I n g e n e r a l t h e p r o c e d u r e s l i m i t t h ec a r r i e r s o l v e n t c o n c e n t r a t i o n i n t h e f i n a l c u l t u r e t oa p p r o x i m a t e l y 1 0 0 m g 1 - I - 1 0 0 ~ i i - I ). A t t h i s c o n c e n t r a t i o nt h e o r g a n i c s o l v e n t w o u l d n o t b e e x p e c t e d t o h a v e a n ys i g n i f i c a n t e f f e c t o n th e s o l u b i l i t y o f t he t e s t c he m i c a l ; s oi t i s b e s t d e s c r i b e d a s a c a r r i e r s o l v e n t , r a t h e r t h a nc o - s o l v e n t w h i c h i s s o m e t i m e s u s e d a s an a l t e r n a t i v e .H e r z e l a n d M u r t y ( 1 9 84 ) s h o w e d t h a t t h e w a t e r s o l u b i l i t y o fd i e l d r i n a n d n i t r o f e n w a s u n a f f e c t e d b y a c e t o n e u p t o5 0 0 m g 1 - t, b u t t h a t c a p t a n w a s 4 1 p e r c e n t m o r e s o l u b l e .T h e y e x p r e s s t h e v i e w t ha t , o n t h e w h o l e , t h e e f f e c t o ns o l u b i l i t y is i n s i g n i f i c a n t . I n a n y t o x i c i t y te s t, h o w e v e r ,t h e i m p o r t a n t f a c t o r i s w h a t e f f e c t t h e p r e s e n c e o f t he s o l v e n th a s o n t h e t o x i c i t y o f t h e t e s t c o m p o u n d s .A s m a l l n u m b e r o f c a r r i e r s o l v e n t s h a v e b e e n u s e d i n a l g a lg r o w t h i n h i b i t i o n t e st s . H u g h e s an d V i l k a s ( 1 98 3 ) r e c o m m e n dN , N - D i m e t h y l f o r m a m i d e ( DM F) a s a s o l v en t b e c a u s e o f i t sr e s i s t a n c e t o m e t a b o l i s m b y b a c t e r i a ( w h i c h g r o w i n c l o s ea s s o c i a t i o n w i t h a l g a e i n n o n - a x e n i c c u l t u r e s ) a n d L u n d y e t a l( 1 98 4 ) u s e d m e t h a n o l a s a c a r r i e r s o l v e n t w h e n t e s t i n g t h ee f f e c t o f p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l s , D D T a n d d i e l d r i n o n m i x e dc u l t u r e s o f m a r i n e d i at o m s . H o w e v e r, t h e m o s t c o m m o n l y u s e ds o l v e n t i n a l g a l t o x i c i t y t e s t i n g i s a c e t o n e . S t r a t t o n a n dC o r k e ( 1 98 1) s t u d i e d t h e e f f e c t s o f a t r a z i n e a n d p e r m e t h r i n o ny P R L. P r e s e n t A d d r e s s : W a t e r R e s e a r c h C e n t r e ,P O B o x 1 6, H e n l e y R oa d , M e d m e n h a m , M a r l o w , B u c k i n g h a m s h i r e ,UK.

254


2/6

S c e n e d e s m u s q u a d r i c a u d a a n d C h l o r e l l a p y r e n o i d o s a i n t h ep r e s e n c e o f a r a n g e o f a c e t o n e c o n c e n t r a t i o n s , u p t o I p e r c e n t( 1 0 g i - I) . S h o r t t e r m i n h i b i t i o n o f p h o t o s y n t h e s i s( 1 4 C 0 2 u p t a k e) b y a c e t o n e w a s m e a s u r e d . A l t h o u g ha c e t o n e a l o n e w a s n o t i n h i b i t o r y t o t h e t e s t a l g a e t h e r e w a s ar a n g e o f r e s p o n s e s i n t h e p e s t i c i d e - t r e a t e d c u l t u re s .D i f f e r e n t a c e t o n e l e v e l s d i d n o t s e e m t o a f f e c t p e r m e t h r i nt o x i c i t y b u t a f f e c t e d a t r a z i n e t o x i c i t y i n a n u n p r e d i c t a b l em a n n e r . K l e p p e l a n d M c l a u g h l i n (1 9 8 0) t e s t e d f o r a c e t o n et o x i c i t y a g a i n s t t h e m a r i n e d i a t o m S k e l e t o n e m a c o s t a t u m i n as t u d y o f t he e f f e c t s o f P C B ' s o n d i f f e r e n t c e l l d e n s i t i e s .T h e y f o u n d 0 .1 p e r c e n t ( - 1 0 0 0 m g 1 - I) a c e t o n e h a d n o e f f e c t o nc u l t u r e g r o w t h b u t d i d n o t s t u d y i ts e f f e c t s o n P C B t o x i c i t y .S t r a t t o n ( 19 84 ) u s e d a m e t h o d d e v e l o p e d b y S t r a t t o n e t a l( 1 9 82 ) f o r f u n g i t o d e t e r m i n e t h a t a c e t o n e w i t h a f i n a lc o n c e n t r a t i o n o f 0. 1 p e r c e n t i n c u l t u r e c o u l d b e u s e d a s aC a r r i e r s o l v e n t in a l g a l t o x i c i t y te s t s . H e s t a t e s t h a t t h i sl e v e l d o es n o t g i v e i n h i b i t i o n v a l u e s s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t(p = 0 . 95 ) f r o m t h e i n h i b i t i o n c a l c u l a t e d f o r a c e t o n e - f r e ec u l t u r e s .A l t h o u g h t h e r e ha v e b e e n s t u d i e s o f t h e e f f e c t s o f c a r r i e rs o l v e n t s t h e m s e l v e s o n t h e g r o w t h o f a l g a e , t h e r e h a s b e e nl i t t l e w o r k o n t he e f f e c t s o f c a r r i e r s o l v e n t o n t he t o x i c i t yt o a l g a e o f c h e m i c a l s b e i n g t e s t e d .T h e s t u d y r e p o r t e d h e r e i n v e s t i g a t e s t h e e f f e c t s o f a c e t o n e a t1 0 0 m g 1 -I ( t h e r e c o m m e n d e d f i n a l c o n c e n t r a t i o n i n th e O E C Dg u i d e l i n e s ) o n t he t o x i c v a l u e s o b t a i n e d f o r c h e m i c a l s o fd i f f e r e n t a q u e o u s s o l u b i l i t i e s . A n i l i n e a n d t e b u t h i u r o n( r e a d i l y s o l u b l e ) , t h e p o o r l y s o l u b l e b u t y l e s t e r o f 2 , 4d i c h l o r o p h e n o x y a c e t i c a c i d ( 2 , 4 - D BE ), a n d a l m o s t i n s o l u b l e1 , 1 , 1 - t r i c h l o r o - 2 , 2 - d i ( c h l o r o - p h e n yl ) e t h a n e ( D DT ) . A l l w e r et e s t e d a g a i n s t S e l e n a s t r u m c a p r i c o r n u t u m u s i n g a s t a n d a r d t e s tm e t h o d. T h e f r e e l y s o l u b l e c o m p o u n d s w e r e c h o s e n t oi n v e s t i g a t e a c e t o n e e f f e c t s o t h e r t h an s o l u b i l i z a t i o n o f t h ec h e m i c a l s b y t h e c a r r i e r s o l v e n t . F o r e x a m p l e P a r a s h e r e t a l( 1 9 7 8) a n d W e i n b e r g e r e t al ( 1 9 8 3 ) s u g g e s t t h a t s o l v e n t si n f l u e n c e t h e u p t a k e o f c h e m i c a l s b y a l g a e , p o s s i b l y b yi n t e r a c t i n g w i t h c e l l m e m b r a n e s .

M A T E R I A L S A N D M E T H O DST h e m e t h o d u s e d w a s t ha t d e s c r i b e d a s t h e ' PR L' m e t h o dp r e v i o u s l y ( A d a m s a n d D o bb s , 1 9 8 4) , m o d i f i e d t o c o p e w i t h t h ea d d i t i o n o f t e st c h e m i c a l s w i t h a n d w i t h o u t a c e t o n e .S t o c k s o l u t i o n s o f a n i l i n e a n d t e b u t h i u r o n w e r e m a d e u p i ns t e r i l e p a r t i c l e - f r e e d e i o n i s e d w a t e r w h i l s t s t o c k s o l u t i o n s o f2 , 4 - D B E a n d D D T w e r e m a d e u p i n a c e t o n e 2 4 h o u r s b e f o r e t h e i ra d d i t i o n t o t h e c u l t u r e f l a s ks . T h e c o n c e n t r a t i o n s o f t h e

25 5


3/6

s t o c k s o l u t i o n s w e r e s u c h t h a t , w h e n 1 0 ~ l a l i q u o t s w e r e a d d e dt o 10 0 m l c u l t u r e s o f e x p o n e n t i a l l y g r o w i n g S . c a p r i c o r n u t u m ,t h e t es t c h e m i c a l s w e r e p r e s e n t a t t h e r e q u i T e d t r e a t m e n tl e v e l . A s e c o n d s e t o f D D T s o l u t i o n s w a s p r e p a r e d t h a t g a v et h e r e q u i r e d t e s t c o n c e n t r a t i o n s w h e n 2 0 ~ i a l i q u o t s w e r e a d d e dt o 1 0 0 m l c u l t u r e s . I n t h e s e, t h e r e f o r e , t h e f i n a l a c e t o n ec o n c e n t r a t i o n w a s - 2 0 0 m g 1 -~ ; i n s t e a d o f 1 0 0 m g i - ~, t h e O E C Dr e c o m m e n d e d am o u n t. A c e t o n e f r e e D D T a n d 2 , 4 , - D B E a c e t o n e -f r e e f l a s k s w e r e p r e p a r e d b y a d d i n g 1 0 U1 a l i q u o t s o f t h e s t o c ks o l u t i o n s t o a u t o c l a v e d , e m p t y 2 5 0 m l n a r r o w n e c k e d c o n i c a lf l a s k s . T h e f l a s k s w e r e s t o r e d in a n i n c u b a t o r a t 2 2 ~ a n ds h a k e n a t 1 7 5 r p m f o r 2 4 h o u r s w h i l e t h e a c e t o n e e v a p o r a t e d .A l l e x p e r i m e n t s w e r e c a r r i e d o u t i n t r i p l i c a t e , t h e t es tc h e m i c a l s b e i n g a d d e d t o 2 4 h o u r o ld c u l t u r e s c o n t a i n i n ga p p r o x i m a t e l y 1 04 c e l l s m i -~ o f e x p o n e n t i a l l y g r o w i n g S.c a p r i c o r n u t u m . A n i l i n e a nd t e b u t h i u r o n w er e a d d e d i n p a r t i c l ef r e e d e i o n i s e d w at e r , i m m e d i a t e l y f o l l o w e d b y 1 0 ~l a c e t o n e f ort h e s o l v e n t c o n t a i n i n g r e p l i c a t e s . D D T a n d 2 , 4 - D B E w e r e a d d e di n a c e t o n e a n d t h e i r a c e t o n e f r e e r e p l i c a t e s w e r e p r e p a r e d b yt r a n s f e r r i n g t h e cu l t u r es , u s i n g a s e p t i c t e c h n i q u e , t o t h es t e r i l e f l a s k s c o n t a i n l n g t h e c o m p o u n d s p r e p a r e d 2 4 h o u r se a r l i e r . T h i s w a s t e r m e d d a y O . T h e c u l t u r e s w e r e i n c u b a t e da s a b o v e f o r 6 d a y s a n d t h e c e l l c o u n t f o r e a c h C l a s k w a sr e c o r d e d e v e r y 2 4 h o ur s , u s i n g a n E l z o n e 8 0X Y e l e c t r o n i cp a r t i c l e c o u n t e r ( P a r t i c l e D a t a L t d) .T h e c u l t u r e s c o n t a i n i n g 5 m g 1 - I D D T w e r e a n a l y s e d a t t h e e n do f t h e e x p e r i m e n t t Q e s t a b l l s h t h a t t h e r e w a s, i n f a c t, D D Tp r e s e n t . F i r s t l y t h e D D T w a s e x t r a c t e d f r o m t h e c u l t u r e s w i t h1 5 m l a n d 5 m l o f h e x a n e . T h e h e x a n e s a m p l e s w e r e c o m b i n e d ,m a d e u p t o 2 5 m l a n d s t o r e d a t 4 ~ u n t i l r e q u i r e d f o r a n a l y s i s .T h e c u l t u r e s w e r e t h e n l y s e d w i t h a S o n i p r o b e a n d h e x a n e w a sa g a i n u s e d to e x t r a c t a n y r e m a i n i n g D D T, t h o u g h t h e l y s e dc u l t u r e s a n d h e x a n e d i d n o t s e p a r a t e o u t c l e a r l y . A l l t h es a m p l e s w e r e a n a l y s e d b y g a s c h r o m a t o g r a p h y , u s i n g a P y e 1 0 4( P y e U n i c a m Lt d ) w i t h e l e c t r o n c a p t u r e d e t e c t i o n .

R E S U L T S A N D D I S C U S S I O NU s i n g t h e d a i l y r e p l i c a t e c e l l c o u n t s f o r t e b u t h i u r o n , a n i l i n ea n d 2 , 4 , - D BE , t h e a r e a s u n d e r t h e g r o w t h c u r v e o v e r d i f f e r e n tc u l t u r e p e r i o d s w e r e c a l c u l a t e d . T h e a r e a s fo r e a c h t r e a t m e n tl e v e l w e re c o m p a r e d t o th e c o n t r o l s u s i n g D u n n e t t ' s m e t h o d( Z a r, 1 9 7 4 ) , a s d e s c r i b e d e l s e w h e r e ( A d a m s e t a l , i n p r e s s ) , t og i v e t h e l o w e s t c o n c e n t r a t i o n s t e s t e d t h a t c a u s e d a s i g n i f i c a n te f f e c t ( p = 0 . 9 5 ) ( L C S E ) . L C S E v a l u e s w i t h a n d w i t h o u t a c e t o n ef o r t e b u t h i u r o n a n d 2 , 4 - D B E ( T a b l e I) a r e a l m o s t i d e n t i c a l ,a n d t h e c l o s e s i m i l a r i t y o f g r o w t h c u r v e s f o r t e b u t h i u r o n( F i g u r e s I a n d 2) s u p p o r t t h e v i e w t h a t a c e t o n e h a s h a d n oe f f e c t . T h i s s u g g e s t s t h e u s e of a c e t o n e a s a c a r r i e r s o l v e n tw i t h a f i n a l c o n c e n t r a t i o n i n c u l t u r e o f 1 0 0 U I 1 - I i sa c c e p t a b l e .

256


4/6

L

1

1

~m[1

0

1

00

1

/zmi1

7

00

i

00

~

~

o

01

olo003

03

~

~

00

00

~

0.30

10

105 (

14

I

I

r

l

~_

Agocued

Agocued

FigureiTheeffectoftebuthiuronwithout

acetoneongrowthofS.capricornutum.

Mean

cellnumberof3replieateflasksisrecorded

ateaehtreatmentlevel.

Figure2

Theeffectoftebuthiuronwith

i00pgml-iacetoneonthegrowthof

S.capricornutum.

Meancellnumberof

3replicateflasksisrecordedateach

treatmentlevel.


5/6

T a b l e I L o w e s t c o n c e n t r a t i o n o f t e s t c h e m i c a l s ( ~ g m l - ~)c a u s i n g a s i g n i f i c a n t r e d u c t i o n ( p = 0 . 9 5) i n g r o w t h o fS e l e n a s t r u m c a p r i c o r n u t u m . V a l u e s c a l c u l a t e d u s i n g a r e a u n d e rt h e g r o w t h c u r v e ( c e l l c o n c e n t r a t i o n a g a i n s t t i m e)D a y s u s e di nc a l c u l a t i o n

2 , 4 - D B E T e b u t h i u r o n A n i l i n e

A c e t o n e N o n e A c e t o n e N o n e A c e t o n e N o n eI to 3 3 3 0 .07 0.0 5 I 5I to 4 3 3 0. 05 0.0 5 I 3I to 5 3 3 0 .05 0.0 5 5 3I to 6 5 3 0.0 5 0.0 5 5 3

T h e L C S E v a l u e s a r e h i g h e r b y d a y 5 f o r a n i l i n e w i t h a c e t o n ea n d d a y 6 f o r 2 , 4 - D B E w i t h a c e t o n e b e c a u s e c o n t r o l c u l t u r eg r o w t h i s s l o w i n g a s i t r e a c h e s t h e s t a t i o n a r y p h a s e a n d t h et r e a t e d c u l t u r e s ar e c a t c h i n g up . T h e t e b u t h i u r o n t r e a t e dc u l t u r e s i n F i g u r e s I a n d 2 a r e a l s o c a t c h i n g u p w i t h t h ec o n t r o l s , w h i c h a r e r e a c h i n g t h e s t a t i o n a r y p h a s e ; b u t i t i sn o t s u f f i c i e n t to a f f e c t t h e L C S E v a l u e r e c o r d e d . T h e r e s u l t so b t a i n e d f o r a n i l i n e a r e c o m p a r a b l e t o th o s e o b t a i n e d b yC a l a m a r i e t a l ( 1 9 8 0 ) u s i n g S. c a p r i c o r n u t u m .D D T a t t h e c o n c e n t r a t i o n s t e s t e d i n t h i s e x p e r i m e n t ( 5 ~ g m l - ID D T w i t h 2 0 0 ~ l i -~ a c e t o n e ) d i d n o t a f f e c t t h e g r o w t h o f S .c a p r i c o r n u t u m . C o n s i d e r i n g th e w i d e v a r i e t y o f r e s u l t so b t a i n e d w i t h o t h e r g r e e n a l g a e t h e r e s i s t a n c e o fS. c a p r i c o r n u t u m is p e r h a p s ho t s u r p r i s i n g . M a n y r e s e a r c h e r sh a v e f o u n d D D T h a s n o e f f e c t o n d i f f e r e n t s p e c i e s a tc o n c e n t r a t i o n s u p t o 1 0 0 ~ g i -I ( L ai a n d S a x e n a , 1 9 8 2) w h i l s to t h e r s h a v e f o u n d a n ef f e c t o n a lg a l p o p u l a t i o n d e n s i t y a tc o n c e n t r a t i o n s a s l o w a s I ug 1 - I ( G o u l d i n g a n d E l l is , 1 9 8 1 ).T h e G C a n a l y s i s o f 5 ~ g m l - ~ D D T c u l t u r e s i n d i c a t e dc o n c e n t r a t i o n s o f a p p r o x i m a t e l y 4 ~ g m l -~ D D T ( t hu s c o n f i r m i n gt h a t t h e r e w a s D D T p r e s e n t ) .T h e r e s u l t s o f t h i s i n v e s t i g a t i o n s u g g e s t t h at t h e u s e o fa c e t o n e a s a c a r r i e r s o l v e n t w i t h a f i n a l c o n c e n t r a t i o n o f1 0 0 ~i 1 - ~ is a c c e p t a b l e i n a l g a l g r o w t h i n h i b i t i o n t e s t s. T h er e s u l t s o f t h e D D T e x p e r i m e n t s u p p o r t t h e v i e w t h a t t es ts p e c i e s i s a v e r y i m p o r t a n t v a r i a b l e , a n d t h e r e s u l t s o b t a i n e dd e p e n d h e a v i l y o n t h a t c h o s e n . M o r e w o r k i n t o t h e i m p o r t a n c eo f t e s t s p e c i e s i s r e q u i r e d .R E F E R E N C E S

A d a m s N, D o b b s A J ( 1 9 8 4 ) A c o m p a r i s o n o f r e s u l t s f r o m t w om e t h o d s f o r a s s e s S i n g t h e t o x i c i t y o f a m i n o t r i a z o l e t oS e l e n a s t r u m c a p r i c o r n u t u m . C h e m o s p h e r e 1 3 : 9 6 5 - 9 7 1 .

258


6/6

Adams N, Goulding KH, Dobbs AJ The toxic ity of eight chemi calsto Selenastrum capricornutum. Areh Environ Contam Toxicol.In press

Cala mari D, Da Gasso R, Galassi S, Prov ini A, Vighi M (1980)Biodegrad ation and toxicity of selected amines and aqUaticorganisms. Chemosphere 9:753-762

Gouldin g KH, Ellis SW (1981) The interacti on of DDT with twospecies of freshw ater algae. Envir on Poll (Ser A)25:271-290

Herze l F, Murty AS (1984) Do carri er solvent s enhance thewater solubility of hydrophobic compounds? Bull EnvironContam Toxicol 32:53-58

Hughes JS, Vilkas AG (1983) Toxicity of N,N-Dim ethylfo rmamideused as a solvent in to xi ci ty tests with the green alga,Selenastrum capricornutum. Bull Environ Contam Toxicol31:98-104

ISO (1984) Draft method, algal growth inhi biti on test.International Standard Organisation, ISO/TC 147/SC5/WG 5Toxicity-Algae, Document N84. Secretariat: NederlandsNormalisati e-institut (NNI), Kalfje slaon 2, PO Box 5059, 2600GB Delft, Nethe rland s

Kleppe l GS, Mclau ghlin JJA (1980) PCB toxic ity tophytoplankton. Effects of dose and density -depende ntrecovery responses. Bull Environ Contam Toxicol 24:696-703

Lal R, Saxena DM (1982) Accumulat ion, meta bol ism and effec tsof organochlo rine pesticides on micro-organisms.Microbiological Reviews 46:95-127

Lundy P, Wurste r CF, Rowland RG (1984) A two species mar inealgal bioassay for detecting aqUatic toxicity of chemicalpollutants. Water Research 18:187-194OECD (1983) Test Guidel ine 201 ('Alga, growth inhibitiontest') update draft 26 July 1983. Orga nisa tion for Econom icCo-operation and Development, Paris, France

Para sher CD, Ozel M, Geik e F (1978) Eff ect ofhexachlo robenzen e and acetone on algal growth. Physiologyand Ultrastructure. Chem Biol Interactions 20:89-95

Stratton GW (1984) Effects of the herbicide atrazine and itsdegradation products, alone and in combination, on phototroph icorganisms. Arch Environ Contam Toxicol 13:35-42

Strat ton GW, Burrell RE, Corke CT (1982) Tech niqu e foridentifying and minimising solvent- pesticid e interactions inbioassays. Arch Environ Contam Toxicol 11:437-445

Stratto n GW, Corke CT (1981) Inter actio n betwe en aceto ne andtwo pesticides towards several unicellular green algae. BullEnviron Contam Toxicol 27:13-16

Wein berg er P, Sher D, Green halgh R (1983) Intera ction s b etwee nco-solvents and algae in the residue dynamics of fenitrothion.J Environ Sel Health B18:269-281

Zar JH (1974) Bios tatis tical analysis. Prentice -Hall,New Jersey, USA

Received December 26, 1984; Accepted March 13, 1985

2 5 9

Documents

Effect of Acetone on the Toxicity of Four Chemicals to Selenastrum Capricornutum