Uptake of uranium in Atlantic salmon (Salmo salar) : aqueous exposure

German. Masteroppgaven omhandler økotoksikologiske effekter av uran i økosystemer i ferskvann, ved å analysere de mulige opptaksveiene av uran i fisk ved å benytte ung (3 mnd gml.) Atlantisk laks (Salmo salar) som modellorganisme. Biokonsentrasjonsfaktor (BCF), opptakshastighet og konsentrasjonsfordeling i organer ble benyttet for å bestemme det potensielle opptaket av uran.Hypoteser: (1) Uran blir tatt opp i fisk direkte fra vann. (2) Konsentrasjonen av uran i gjeller er høyere enn i mage ved likevekt ved eksponering i vann. (3) Opptakshastigheten i gjeller og skinn er større, sammenlignet med muskel, nyre og lever.Atlantisk laks (n=50) ble eksponerer for vannbåret uran i moderat hardt US-EPA vann i 28 dager. En stabil pH (6.7) og stabile betingelser for vannet medførte at U spesieringen var konstant. Vannprøver ble samlet hver dag og fraksjonering av vann ble utført tre ganger underveis i eksponeringen (dag 2, 17 og 28). Det ble tatt prøver av fiskene fem ganger i løpet av eksponeringen. Selve prøvetakingen fulgte EMERGE protokollen (Rosseland et al., 2001). Bioakkumuleringen av U ble målt de forskjellige vevene. Konsentrasjoner av målte grunnstoff ble kvantifisert ved bruk av Agilent Technologies 8800- QQQ ICP-MS. Presisjonen og nøyaktigheten ble bestemt basert på analysen av de sertifiserte referansematerialene, de estimerte relative standard avvikene (RSD), og kvantifikasjons- og deteksjonsgrense.Den generelle vannkvaliteten var ikke signifikant forskjellig mellom kontrollen og 50 μg/l uran-eksponeringen. Den gjennomsnittlige konsentrasjonen av uran i den nominelle 50 μg/l- eksponeringen var 55 ± 22 μg U/L (n=32) og 0.027 ± 0.038 μg U/L (n=38) i kontrollen. Den lavmolekylære fraksjonen av uran tilsvarte 19 % av den totale konsentrasjonen. Den antatte biotilgjengelige (U kation) konsentrasjonen var i gjennomsnitt 1.13 ± 1.74 μg U/L av den totale uran-konsentrasjonen i vannet. Tilsetning av U, jevnlige bytter av eksponeringsvann og rask binding av biotilgjengelig uran til løst organisk materiale (DOM) skapte en dynamisk forandring i fraksjoneringen av U.Etter 28 dager var akkumuleringen av uran signifikant i alle de analyserte organene. Det var ikke et signifikant opptak av U i kontrollene. Den største U konsentrasjonen og opptakshastigheten ble kvantifisert i gjellene (5.9 ± 0.9 μg/g gjelle ww og 0.22-0.24 μg U/g gjelle/dag). Konsentrasjonene av uran var i synkende rekkefølge: gjeller, mage m/innhold, skinn, nyre, muskel og lever. Opptakshastighetene var signifikant høyere for de organene med direkte kontakt med det kontaminerte vannet, sammenlignet med de indre organene som ble analysert (muskel, nyre og lever). Den tilsynelatende BCF i lever var 0.52 L/mg (<0.45 μm- filtrerte U kons.). BCF i mage m/innhold var 18.5 L/mg (partikulær kons.). De andre organene oppnådde ikke likevekt i løpet av de 28 dagene med U-eksponering.De akkumulerte konsentrasjonene i de indre organene (muskel, nyre og lever) dokumenterte at uran ble transportert i blodet. Opptak via skinn eller mage ble ikke ekskludert i Atlantisk laks gjennom vanneksponering av U. Resultatene viste at lengre eksponeringstid er nødvendig for å kunne oppnå likevekt.

M-KB

English. The MSc. thesis assess the ecotoxic effects of uranium in freshwater ecosystems, by analysing the possible uptake-routes of U in fish using juvenile Atlantic salmon (Salmo salar) as a model organism. Bioconcentration factor (BCF), uptake-rates and organ distribution of accumulation were used to determine the potential U uptake.Objectives: (1) There is an uptake of uranium in the fish directly from water. (2) The concentration of uranium in gills is higher than in stomach at steady state in aqueous exposure. (3) Uptake-rates in gills and skin, compared to muscle, kidney and liver are higher.Atlantic salmon (Salmo salar) (n=50) were exposed to waterborne uranium in moderate hard US-EPA water for 28 days. A stable pH (6.7) and water conditions were maintained in the exposure to keep the speciation of U constant. Water samples were collected every day and water fractionation-samples were collected three times during the exposure (day 2, 17 and 28). Fish were sampled five times during exposure using the EMERGE protocol (Rosseland et al., 2001). The bioaccumulation of U in the different tissues was quantified. Elemental concentrations were quantified using Agilent Technologies 8800- QQQ ICP-MS. The precision and accuracy were considered based upon the analysis of certified reference materials, estimated relative standard deviation (RSD), and quantification and detection limits.The general water quality was not significantly different between the control- and 50 μg U/L- treatment. The average concentration in the nominal 50μg/L experiment was 55 ± 22 μg U/L (n=32) and 0.027 ± 0.038 μg U/L (n=38) in the control exposure waters. The low molecular mass (LMM) of uranium was present as 19 % of total U concentration. The assumed bioavailable (U-cations) concentration was on average 1.13 ± 1.74 μg U/L of total U concentration. U spikes, water exchanges and rapid sorption of bioavailable U to dissolved organic matter (DOM) in the water did likely cause a dynamic change in fractionation of U.The accumulation of uranium was significant in all of the organs analysed after 28 days of exposure. It was no significant U uptake in the organs from the control-exposure. The highest U concentration and uptake-rate were quantified in the gills (5.9 ± 0.9 μg/g tissue ww and 0.22-0.24 μg U/g tissue/day). The U concentrations were as follows: gills>stomach w/content >skin>kidney>muscle>liver. The uptake-rates were significantly higher in the organs with direct contact with the contaminated water, compared to the internal organs analysed (muscle, kidney and liver). The apparent BCF in liver was 0.52 L/mg (<0.45 μm-filtered U conc.). The BCF in stomach (w/content) was 18.5 L/mg (particulate U conc.). The other organs did not reach steady state concentrations within 28 days of exposure.The accumulated concentrations in internal organs (muscle, kidney and liver) documented U being transported in the blood. Uptake of U through skin and stomach were not excluded in aqueous exposure of U to Atlantic salmon. Results demonstrate that even longer exposure are needed to identify steady state.

submittedVersion