Phytotoxicity of single and mixed rare earth element (La, Nd and Sm) exposures on Lactuca sativa seed germination and growth.

The mode of action, bioaccumulation potential and toxicity of Rare Earth Elements (REE), with several applications in the technology, medical and agricultural fields, are still understudied. The nitrates acute effects on single exposures, binary and ternary mixtures of lanthanum (La), neodymium (Nd) and samarium (Sm) on Lactuca sativa lettuce seed germination and wet biomass in an artificial soil (AS) and an Ultisol were assessed. Germination (EC50), wet biomass (IC50) and germination inhibition (% GI) were evaluated. EC50 values show La was the most toxic in Ultisol, Sm in AS, and Nd appears with intermediate values on both substrates. The IC50, both single and mixed, decreased from 3- to 181-fold with increasing test concentrations in relation to the control in AS, while increases in Ultisol were observed, followed by decreases at higher doses which may be associated with the low-dose stimulation effect (hormesis). Our findings may be used to subsidize REE risk assessment studies and reinforce the hormesis effect to prevent the use of high application of REE fertilizers, avoiding the accumulation of REE in agricultural soils.

Acute toxicity of single and combined rare earth element exposures towards Daphnia similis.

The increasing use of Rare Earth Elements (REE) in emerging technologies, medicine and agriculture has led to chronic aquatic compartment contamination. In this context, this aimed to evaluate the acute toxic effects of lanthanum (La), neodymium (Nd) and samarium (Sm), as both single and binary and ternary mixtures on the survival of the microcrustacean Daphnia similis. A metal solution medium with (MS) and without EDTA and cyanocobalamin (MSq) as chelators was employed as the assay dilution water to assess REE bioavailability effects. In the single exposure experiments, toxicity in the MS medium decreased following the order La > Sm > Nd, while the opposite was noted for the MSq medium, which was also more toxic than the MS medium. The highest MS toxicity was observed for the binary Nd + La (1:1) mixture (EC50 48 h of 11.57 ± 1.22 mg.L-1) and the lowest, in the ternary Sm + La + Nd (2:2:1) mixture (EC50 48 h 41.48 ± 1.40 mg.L-1). The highest toxicity in the MSq medium was observed in the single assays and in the binary Sm + Nd (1:1) mixture (EC50 48 h 10.60 ± 1.57 mg.L-1), and the lowest, in the ternary Sm + La + Nd (1:2:2) mixture (EC50 48 h 36.76 ± 1.54 mg.L-1). Concerning the MS medium, 75 % of interactions were additive, 19 % antagonistic, and 6 % synergistic. In the MSq medium, 56 % of interactions were synergistic and 44 % additive. The higher toxicity observed in the MSq medium indicates that the absence of chelators can increase the concentrations of more toxic free ions, suggesting that the MS medium should be avoided in REE assays. Additive interactions were observed in greater or equivalent amounts in both media and were independent of elemental mixture ratios. These findings improve the understanding of environmental REE effects, contributing to the establishment of future guidelines and ecological risk calculations.

Avaliação do efeito combinado de carbofurano e temperatura para Ceriodaphnia dubia / Evaluation of the combined effect of carbofuran and temperature to Ceriodaphnia dubia

Desde 2008, o Brasil ocupa a posição de maior consumidor de agrotóxicos do mundo. Em 2001 o grupo dos agrotóxicos mais usados foi o grupo dos inseticidas. O Carbofurano é um inseticida carbamato sistêmico de amplo espectro, utilizado em todo o mundo. O Carbofurano possui meia vida no meio ambiente relativamente curta e sendo relativamente estável em condições neutras ou ácidas. Ele possui baixa tendência a volatilizar e é altamente móvel no solo, podendo lixiviar para águas subterrâneas e cursos d’água. O Carbofurano inibe a colinesterase, estimulando o sistema nervoso e causa efeitos cancerígenos, teratogênicos e genotóxicos. Estresses físicos como a mudança de temperatura podem afetar a susceptibilidade dos organismos à químicos, alterando a toxicodinâmica da interação química com o organismo, a toxicocinética, o metabolismo e estado fisiológico dos mesmos. As mudanças climáticas e o aquecimento global causados pela emissão de gases de efeito estufa, representam estressores que afetam a ocorrência de espécies levando à redução da biodiversidade. Acredita-se o aumento de 1,5-2,5oC nas temperaturas médias globais aumentam em 20-30% o risco de extinção de espécies e estudos indicam que um aumento na escala de 3oC é passível de ocorrer até o ano de 2100. Para a liberação e avaliação dos efeitos ambientais de agrotóxicos, são geralmente exigidos testes de toxicidade e o monitoramento através da avaliação ecotoxicológica é recomendado por diversos autores. Ceriodaphnia dubia é um microcrustáceos zooplanctônico muito utilizado como bioindicador, são filtradores, vivem em água doce e ocupam uma posição chave na cadeia alimentar. Dentre os fatores ambientais que influenciam as comunidades zooplanctônicas, a temperatura altera o ciclo de vida de muitos organismos, podendo modificar a taxa de reprodução e de filtração de várias espécies. Alterações nestes fatores podem influenciar a toxicidade de contaminantes para bioindicadores planctônicos. Diversos estudos encontraram relação entre o aumento da temperatura e o aumento da sensibilidade dos organismos e, consequentemente, da toxicidade dos contaminantes químicos. No entanto, esta toxicidade depende do contaminante testado. Não foram encontrados estudos sobre a avaliação do efeito combinado de Carbofurano e Temperatura sobre Ceriodaphnia dubia. O presente estudo visa avaliar este efeito combinado. Os resultados deste estudo, corroboraram com os de outros estudos, demostrando que temperaturas fora da faixa ótima influenciam a reprodução, desenvolvimento e alimentação de C. dubia, assim como influenciam negativamente na sensibilidade do organismo ao Carbofurano. Este efeito não pode ser observado apenas através de testes agudos, no entanto, os testes crônicos possibilitaram a observação do efeito combinado. Independente da temperatura, os resultados obtidos no presente estudo demonstram que as CL50 estão em concentrações inferiores às encontradas em ambientes naturais no Brasil e às estabelecidas pela OMS como padrão. Assim, conclui-se que os testes crônicos podem ser ferramentas interessantes para aplicação e uso rotineiro por agências ambientais. Esta avaliação deve ser realizada de acordo com as características ambientais locais e estes fatores devem ser levados em consideração durante a compilação de legislações, já que legislações nacionais podem não ser suficientes para evitar impactos a nível local.