Sediment TIE手法を用いた道路塵埃のニホンドロソコエビへの毒性要因の推定

2016.09.06 第22回環境毒性学会研究発表会 1

2016.09.06 (火) 日本環境毒性学会研究発表会

発表15分 + 質疑5分

Sediment TIE手法を用いた道路塵埃のニホンドロソコエビへの

毒性要因の推定

http://www.u-tokyo.ac.jp/index_j.html


2016.09.06 S-8 Sediment TIE手法を用いた道路塵埃の毒性要因推定 2

路面排水による生態系への影響背景・目的

高濃度の人為起源の有害物質を含む

受水域の生態系への影響 (e.g. Maltby et al., 1995)

従来の規制の対象外

■路面排水

Removed Removed




既往研究の課題背景・目的

多環芳香族炭化水素 (PAHs; Boxall and Maltby, 1997)

銅・亜鉛 (Greenstein et al. 2004; Kayhanian et al., 2008)

有機リン系殺虫剤 (Diazinon・Chlorpyrifos; Schiff et al. 2002)

メタノール可溶の有機物 (Watanabe et al. 2013; Khanal et al., 2015)

塩化ナトリウム (融雪剤由来; Bartlett et al. 2012)

■毒性原因物質の候補

多くのケースで排水や塵埃の毒性を完全に説明できていない・・・・




背景・目的

淡水産生物種が多い

魚類 Pimephales promelas

ミジンコ Ceriodaphnia dubia

ヨコエビ H. azteca, G. pulex

カイミジンコ Heterocypris incongruens

緑藻 Pseudokirchneriella subcapitata

0

20

40

60

80

100

0 20 40

10

-d 致

死率

(%)

塩分(‰)

河川底質

道路塵埃

Hiki & Nakajima, 2015より

■試験生物種

既往研究の課題

汽水産・海産は少ない

アミ Mysidopsis bahia

ウニ Strongylocentrotus purpuratus

バクテリア Vibrio fischeri

塩分増加 ⇒ 道路塵埃による毒性増加

汽水・海産種での試験が必要




研究目的背景・目的

Sediment Toxicity Identification Evaluation (TIE) 手法によって

汽水産ヨコエビG. japonicaに対する道路塵埃の毒性要因の推定をおこなう

Fig. Grandidierella japonicaニホンドロソコエビ

・日本の汽水域底質に広く生息

・幅広い塩分耐性

・底質毒性試験の生物種として使用されてきた実績(USEPA, 1994; Nipper et al., 1989)

・幅広い粒径分布の底質に生息 (Nipper et al., 1989)

・アンモニアに対する耐性 (Lee et al., 2006)

⇒ 底質毒性試験での交絡要因を除外できる

・研究室での飼育・研究経験

本種の選定理由




研究目的背景・目的

検討されてこなかった道路塵埃の毒性要因として

タバコ吸い殻由来のニコチンを新たに取り上げる

・回収した塵埃試料中にタバコ吸い殻

・タバコ吸い殻の溶出液中のミジンコに対する主な毒性物質はニコチン (Micevska et al., 2006)

・ニコチンは極性の高い有機物。メタノール可溶の有機画分が主な毒性要因とする既往研究と一致？ (Watanabe et al. 2013; Khanal et al.,

2015)

ニコチンに着目した理由




道路塵埃サンプリング

• 2-mm ふるい

• 凍結乾燥

実験手法

都内の高速道路から路面清掃車によって5種の塵埃を回収（RD1~RD5）

重金属含有量・PAHs含有量・ニコチン溶出量を測定




曝露試験実験手法

試験手法は USEPA (1994) に準拠

10 days

曝露条件

• 16h 明, 8h 暗

• 24h 曝気

• 1日おき餌投与

エンドポイント・生存率・体長

■10日間急性毒性試験

• 30 g 道路塵埃+石英砂

• 120 mL 人工海水

10匹亜成体




用量応答曲線実験結果

LC50: 12.9%

LC50: 18.4%

LC50: 37.9%

LC50: 33.8%

道路塵埃を石英砂で希釈し用量応答曲線を得た

※RD4は希釈なしでも致死率<50%だった。

Sediment TIEをおこなう前に…




曝露試験

0.1

110

0.01 0.1 1 10

Toxic

units

ニコチン溶出量 (mg/kg dry)

r a pLOI 0.81 0.098

Proportion of small particles (< 250 µm)

0.98 **0.003

Cr 0.67 0.214Ni 0.48 0.410Cu 0.52 0.365Zn 0.93 *0.020Cd -0.16 0.802Pb 0.80 0.105

Σ12 PAHs b 0.23 0.704Nicotine b 0.89 *0.044

■毒性値と含有量の相関

道路塵埃のToxic units (=LC50の逆数) と含有量との相関を調べた

a) 対数変換後のデータを用いてr算出. b) 検出下限値以下のデータは検出下限値の半分の値を代入した.

0.1

110

100 1000 10000T

oxic

units

Zn 含有量 (mg/kg dry)

Zn Nicotine

p = 0.02 p = 0.04

Zn, nicotineのみ有意な相関⇒ Zn, nicotineに特に着目してSediment TIE

実験結果




Sediment TIE実験手法

試験手法は USEPA (1994)・USEPA (2007) に準拠

最も毒性の高かったRD1のみ対象

XAD-4

SIR-300

炭素系吸着剤

Baseline

致死率・成長阻害を比較道路塵埃

※アンモニア濃度が低かったため、ゼオライト添加処理は実施せず。




aa

c

b

Sediment TIE:結果有機系吸着剤(XAD-4)・陽イオン交換樹脂 (SIR-300) のどちらも急性毒性を低減

a

b

c

b

b

淡水産カイミジンコを用いた既往研究（Watanabe et al., 2013;

Khanal et al., 2015）と一致

毒性の低減度： SIR-300 < XAD-4⇒ 有機画分が主要な毒性要因

致死率体長

実験結果




Sediment TIE:結果

Baseline XAD-4 SIR-3004-d LC50 a

Day0 Day10 Day0 Day10 Day0 Day10

pH 8.1 8.3 8.0 8.4 7.5 8.1

Ionic strength 0.693 0.691 0.690 0.691 0.694 0.688

Temperature (°C) 24.5 24.4 24.5 24.2 24.3 24.3

Trace metal (µg/L)

Fe 73 211 58 59 64 78 NA

Cu 80 83 61 77 68 62 250

Zn 208 37 141 26 102 < 17 1560

Cd < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 < 0.10 340

Nicotine (mg/L) 0.10 < 0.03 < 0.03 < 0.03 0.11 < 0.03 0.11

DOC (mgC/L) 2.48 6.81 2.05 4.13 2.51 4.67 NA

Total ammonia (mg/L) 0.2 1.6 0.1 0.4 0.2 1.2 155a) The 4-d LC50 values were taken from King et al. (2006) for Cu and Zn, from Boese et al. (1997) for Cd,and taken from Kohn et al. (1994) for ammonia. NA indicates not available in literature.

曝露の始め・終わりの上層水中溶存態濃度を測定 (n=3)

実験結果




Sediment TIE:結果

0.0

0.5

1.0

1.5

Start End Start End Start End

To

xic

un

its

Baseline

XAD

SIR

ニコチンアンモニア Cu・Zn

Cu

Zn

各物質のToxic unitsを計算

Toxic units = 測定濃度 ÷4-d LC50

※free態濃度で計算

・BaselineにおいてニコチンのToxic unitsが最大

・XAD-4によってToxic unitsが最も減少した物質はニコチン

溶存態ニコチンの道路塵埃の毒性への寄与は

対象にした物質の中で最大

-4

-300

溶存態ニコチン単独で道路塵埃の毒性は説明できるか？

実験結果




Sediment TIE:結果■溶存態ニコチンのみで毒性が説明できるのか？

曝露期間中のニコチン濃度は一定ではなかった

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 2 4 6 8 10

To

tal n

ico

tin

e

co

nce

ntr

atio

n (

mg

/L)

Day

Baseline

XAD-4

SIR-300

4-d LC506日目には検出下限以下

上記の濃度変化を模擬したニコチンのパルス曝露実験を追加

実験結果




追加実験:手法追加実験

10匹亜成体2日間

生存率体長8日間

ニコチンスパイク海水(control含め

4濃度区)

清浄な海水に移動

曝露濃度は TAC (time-averaged concentration) で比較

パルス曝露実験

Day

ニコ

チン

濃度

(mg/L

)

実測濃度

Day

ニコ

チン

濃度

(mg/L

)

実測濃度

TAC

同面積




02

04

06

08

01

00

control 0.0012 mg/L 0.019 mg/L 0.028 mg/L Baseline (0.016 mg/L)

致死率

(%)

遊離態ニコチンのTAC (time-averaged conc.)

Day2 Day10

0%

追加のパルス曝露実験

溶存態ニコチンのみで致死毒性を説明できない⇒ 他の毒性要因や複合影響の可能性

未測定

Sediment TIE

BaselineのTACは0.016 mg/L

追加実験:結果追加実験




まとめ結論

ニホンドロソコエビを用いて高速道路塵埃の毒性評価をおこなった。

亜鉛含有量とニコチン溶出量は、塵埃の急性毒性値(TU)と高い相関関係を示した。

塵埃の急性毒性は、SIR-300よりもXAD-4によって大きく低減した。有機画分が毒性に大きく寄与していることが示された。

溶存態ニコチンによる塵埃の急性毒性への寄与は銅・亜鉛・アンモニアよりも大きかった。

パルス曝露をおこなった追加実験によって、塵埃の毒性は溶存態ニコチンのみでは説明できず、未測定の毒性要因や複合影響の可能性が示唆された。



2016.09.06 S-8 Sediment TIE手法を用いた道路塵埃の毒性要因推定

ご清聴ありがとうございました

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ニコチンの毒性値

02

04

06

08

01

00

Concentration (mg/L)

Mo

rta

lity (

%)

0.01 0.10 1.00

LC50: 0.12 mg/L

Fig. Relation between nicotine concentration and amphipod 4-d mortality (Probit method, Mean ± SE (n=4), Dotted lines indicate 95% confidence intervals)

曝露条件期間・・・ 4d 底質・・・石英砂 Replicates・・・各濃度 n=4 (10匹×4)

餌, 曝気・・・なし海水の交換・・・毎日半量

ニホンドロソコエビに対するニコチンの4-d水系LC50を求めた

おまけ



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Sediment TIE手法を用いた 道路塵埃のニホンドロソコエビへの 毒性要因の推定

Sediment TIE手法を用いた道路塵埃のニホンドロソコエビへの毒性要因の推定