Effect of cadmium bioavailability in food on its compartmentalization in carabids Pterostichus oblongopunctatus.

Badania dotyczyły rozmieszczenia kadmu w organizmie chrząszcza Pterostichus oblongopunctatus (Coleoptera: Carabidae) narażonego na podwyższone stężenia tego metalu w pokarmie. Badane osobniki zostały podzielone na trzy grupy karmione innym typem pokarmu: „naturalnie” skażonym kadmem (Cd-N), sztucznie skażonym kadmem (Cd-S) lub kontrolnym. Stężenie Cd w obu typach skażonego pokarmu było podobne, a różny sposób skażenia powodować miał jedynie różnice w biodostępności metalu dla chrząszczy. Przeprowadzono klasyczny eksperyment toksykokinetyczny, składający się z 90-dniowej fazy kontaminacji oraz 25-dniowej fazy eliminacji. Zawartość kadmu była oznaczana w 4 różnych frakcjach: frakcji C – części schitynizowane , frakcji S1 – frakcja mikrosomalna, zawierająca Cd związany w metalotioneinach, enzymach oraz organellach, frakcji S2 -fragmenty tkanek i błon komórkowych oraz frakcji G – granule. Chociaż parametry krzywych toksykokinetycznych (tempo asymilacji kA i eliminacji kE) nie były oszacowane istotnie statystycznie dla większości badanych frakcji, to jednak dało się zaobserwować, wyższą stałą kE dla frakcji C i G w zabiegu Cd-N niż Cd-S. W przypadku frakcji S1, wartości kE były niemal identyczne dla obu zabiegów. Wartości kA dla poszczególnych frakcji były do siebie zbliżone w obu zabiegach z Cd. Zatem, widoczne różnice w regulacji kadmu w zależności od formy tego metalu w pokarmie są powodowane raczej różnym tempem eliminacji niż różnicami w asymilacji Cd. W fazie kontaminacji istotne różnice w stężeniach Cd pomiędzy zabiegami (Cd-N vs. Cd-S) zaobserwowano dla frakcji G i S1 - stężenia u chrząszczy z zabiegu Cd-S były wyższe niż w zabiegu Cd-N. Ponadto istotna interakcja pomiędzy zabiegiem i dniem intoksykacji wskazała na wpływ dnia na zmiany stężenia Cd we frakcji G. W fazie eliminacji nie wykazano różnic pomiędzy zabiegami w stężeniach Cd dla żadnej frakcji, a wpływ dnia zaznaczył się w przypadku frakcji G, S1 i S2. Zarówno zabieg (Cd-N i Cd-S) jak i dzień eksperymentu nie wpływały istotnie na zmiany w procentowym udziale Cd w badanych frakcjach. Kadm we frakcji S1 stanowił ok. 33% całkowitej ilości metalu w organizmie i można uznać, że taka właśnie pula metalu może oddziaływać toksycznie na chrząszcze i jednocześnie być łatwo dostępna dla organizmów na wyższych poziomach troficznych.

The aim of this study was to check the possible effect of cadmium bioavailability in food on internal sequestration of this metal in the ground beetle Pterostichus oblongopunctatus (Coleoptera: Carabidae). The beetles were offered either control food or were exposed to Cd via food made of ground mealworm larvae either reared on Cd contaminated medium (Cd-N) or artificially spiked after grinding with CdCl2 solution (Cd-A). Thus, in both cases the same food was used, presumably differing only in the soluble Cd pool available to beetles. Subcellular compartmentalization of cadmium into organelles, heat-sensitive and heat-stable proteins (the first supernatant, S1 fraction), cellular debris (the second supernatant, S2 fraction), metal-rich granules (G fraction) and chitin (fraction C) was checked a few times during contamination (90 days) and decontamination (25 days) phases in toxicokinetic experiment by using different centrifugation steps. Although estimated kinetic parameters, assimilation (kA) and elimination (kE) rate constants were not significant, there were visible differences between treatments (Cd-N vs. Cd-A) in kE for fractions C and G, with higher values of kE found for Cd-N than Cd-A. The kE estimated for fraction S1 were similar in both Cd treatments. The values for kA for a particular fraction did not differ between Cd treatments. Thus, the plausible differences in Cd kinetics between treatments resulted from the differences in kE rather than kA. The amount of Cd sequestered in S1 and G fractions were significantly higher in Cd-A than Cd-N, and the interaction between treatment and day of exposure was significant for fraction G in the uptake phase. No effect of Cd treatment was found in the decontamination phase. Nevertheless the pattern of Cd distribution over different fractions, changed over the decontamination, and the day was significant variable in case of fractions G, S1 i S2. Neither Cd treatment nor day affected the percentage of Cd in any fraction. In general, the percentage of Cd in fraction S1, which is important for the transport of Cd to higher trophic levels in a food web, was ca. 33%.