Effect of Zinc toxicity on behavioral and physiological aspects of crayfish (Procambarus clarkii) /
Samar Mamdouh Sedik,
Effect of Zinc toxicity on behavioral and physiological aspects of crayfish (Procambarus clarkii) / تأثير سمية الزنك على الجوانب السلوكية والفسيولوجية لجراد البحر(بروكمبراس كلاركى) / by Samar Mamdouh Sedik ; Supervisor Prof. Dr. Haggag Ali Mohamed, Prof. Dr. Wafaa Soliman Fahmy, Dr. Ayman saber mohamed. - 110 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2020.
Bibliography: pages 84-110.
Contamination of the ecosystem by heavy metals has given rise to one of the most important problem facing ecology and organisms. So the current study aimed to evaluate the behavioral and physiological changes of crayfish (Procambarus clarkii) as bio-indicator of heavy metal toxicity. The crayfishes of the field study group were collected from a polluted area (Rosetta branch, Egypt), where the highest concentration for heavy metals in water was for zinc (Zn). Besides the field study group, other crayfishes were exposed to different doses of ZnSO4 (0, 203, and 406 mg L−1) corresponding to Zn concentration (0, 46.03, and 92.06 mg L−1) respectively in aquariums for consecutive 4 days. The heavy metal concentrations in field water sample were arranged as follows: Zn > Fe> Pb > Cu and Mn > Ni > Co > Cd. Our result revealed that Zn bioaccumulation increases significantly with the increase in water Zn concentration among the tested groups compared to the control group, where the highest bioaccumulation in all studied tissues (hepatopancreas, gills, and muscles) was observed in the field group and Zn high-dose group. Also, there was a significant increase in the levels of hemolymph uric acid, urea, creatinine, glucose, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, and alkaline phosphatase. Their highest concentrations were observed in the Zn high-dose group and the field group, while the levels of total protein, albumin, and cholesterol showed a significant decrease among the tested groups as compared with the control group. Their determined lowest concentrations were in the Zn high-dose group and field group. Malondialdehyde (MDA) and catalase (CAT) levels increased, while glutathione reduced (GSH) concentration decreased with the increase in Zn concentration. Among the tested groups, total hemocytes (THC) and granulated hemocytes count decreased significantly, while hyaline hemocytes increased as compared with the control group. Agonistic behavior increases significantly with the increase in water Zn concentration. It is quantified by decreasing fast retreat, slowly back away and no response, increasing initial claw use, active claw use, approach with the threat, approach without threat, and unrestrained behavior. Histological damages were observed in the hepatopancreas, gills, and muscles in the field and Zn groups. The present study showed that exposure to Zn caused physiological and histological changes in Procambarus clarkia. The increase in aggressive behavior may have major population-level consequences given the high mortality experienced by this crayfish تلوث النظام البيئي بالمعادن الثقيلة أصبح واحدة من أهم المشاكل التي تواجه البيئة والكائنات الحية. لذلك تهدف الدراسة الحالية إلى تقييم التغيرات السلوكية والفسيولوجية لجراد البحر (بروكمبراس كلاركى) كمؤشر حيوي لسمية المعادن الثقيلة. تم جمع جراد البحر التابع لمجموعة الدراسة الميدانية من منطقة ملوثة (فرع رشيد ، مصر) ، حيث كان أعلى تركيز للمعادن الثقيلة في الماء هو الزنك (Zn). وإلى جانب مجموعة الدراسة الميدانية، قمنا بتعريض جراد البحر الأخرى لجرعات مختلفة منZnSO4 (0 و203 و406 ملغ L−1) المقابلة لتركيز الزنك (0 و46.03 و92.06 ملغ L−1) على التوالي في أحواض السمك لمدة 4 أيام متتالية. تم ترتيب تركيزات المعادن الثقيلة في عينة المياه الحقلية على النحو التالي: .Zn> Fe> Pb> Cu> Mn> Ni> Co> Cd كشفت نتائجنا أن التراكم الحيوي للزنك يزداد بشكل كبير مع زيادة تركيز الزنك في الماء بين المجموعات المختبرة مقارنة بالمجموعة الضابطة، حيث لوحظ أعلى تراكم أحيائي في جميع الأنسجة المدروسة (الكبد والخياشيم والعضلات) في المجموعة الميدانية ومجموعة Zn عالية الجرعة. أيضا، كانت هناك زيادة كبيرة في مستويات حمض البوليك ، واليوريا ، والكرياتينين ، والجلوكوز ، والأسبارتات أمينوترانسفيراز ، وألانين أمينوترانسفيراز ، والفوسفاتيز القلوي. وقد لوحظت أعلى تركيزاتها في مجموعة الزنك عالية الجرعة والمجموعة الميدانية ، في حين أظهرت مستويات البروتين الكلي والألبومين والكوليسترول انخفاضا كبيرا بين المجموعات التي تم اختبارها مقارنة بالمجموعة الضابطة. وكانت أدنى تركيزاتها المحددة في مجموعة الزنك عالية الجرعة والمجموعة الميدانية. زادت مستويات مالونديالدهيد (MDA) والكاتالاز (CAT)، في حين انخفض تركيز الجلوتاثيون (GSH) مع زيادة تركيز الزنك. ومن بين المجموعات التي تم اختبارها، انخفض إجمالي خلايا الدم (THC) وعدد خلايا الدم المحببة بشكل ملحوظ بينما زادت خلايا الدم الزجاجية مقارنة بالمجموعة الضابطة. يزداد السلوك الناهض بشكل كبير مع زيادة تركيز الزنك في الماء. تم تحديده كميا عن طريق تقليل التراجع السريع، والتراجع ببطء وعدم الاستجابة، وزيادة استخدام المخلب الأولي، والاستخدام النشط للمخلب، والنهج مع التهديد، والنهج دون تهديد، والسلوك غير المقيد. لوحظت أضرار نسيجية في الكبد والخياشيم والعضلات في مجموعات الحقل والزنك. أظهرت الدراسة الحالية أن التعرض ل Zn تسبب في تغيرات فسيولوجية ونسيجية في بروكمبراس كلاركى. قد يكون للزيادة في السلوك العدواني عواقب وخيمة على مستوى السكان نظرا لارتفاع معدل الوفيات الذي يعاني منه جراد البحر.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Zoology
Procambarus clarkia Toxicity Bioindicator Heavy metals
590
Effect of Zinc toxicity on behavioral and physiological aspects of crayfish (Procambarus clarkii) / تأثير سمية الزنك على الجوانب السلوكية والفسيولوجية لجراد البحر(بروكمبراس كلاركى) / by Samar Mamdouh Sedik ; Supervisor Prof. Dr. Haggag Ali Mohamed, Prof. Dr. Wafaa Soliman Fahmy, Dr. Ayman saber mohamed. - 110 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2020.
Bibliography: pages 84-110.
Contamination of the ecosystem by heavy metals has given rise to one of the most important problem facing ecology and organisms. So the current study aimed to evaluate the behavioral and physiological changes of crayfish (Procambarus clarkii) as bio-indicator of heavy metal toxicity. The crayfishes of the field study group were collected from a polluted area (Rosetta branch, Egypt), where the highest concentration for heavy metals in water was for zinc (Zn). Besides the field study group, other crayfishes were exposed to different doses of ZnSO4 (0, 203, and 406 mg L−1) corresponding to Zn concentration (0, 46.03, and 92.06 mg L−1) respectively in aquariums for consecutive 4 days. The heavy metal concentrations in field water sample were arranged as follows: Zn > Fe> Pb > Cu and Mn > Ni > Co > Cd. Our result revealed that Zn bioaccumulation increases significantly with the increase in water Zn concentration among the tested groups compared to the control group, where the highest bioaccumulation in all studied tissues (hepatopancreas, gills, and muscles) was observed in the field group and Zn high-dose group. Also, there was a significant increase in the levels of hemolymph uric acid, urea, creatinine, glucose, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, and alkaline phosphatase. Their highest concentrations were observed in the Zn high-dose group and the field group, while the levels of total protein, albumin, and cholesterol showed a significant decrease among the tested groups as compared with the control group. Their determined lowest concentrations were in the Zn high-dose group and field group. Malondialdehyde (MDA) and catalase (CAT) levels increased, while glutathione reduced (GSH) concentration decreased with the increase in Zn concentration. Among the tested groups, total hemocytes (THC) and granulated hemocytes count decreased significantly, while hyaline hemocytes increased as compared with the control group. Agonistic behavior increases significantly with the increase in water Zn concentration. It is quantified by decreasing fast retreat, slowly back away and no response, increasing initial claw use, active claw use, approach with the threat, approach without threat, and unrestrained behavior. Histological damages were observed in the hepatopancreas, gills, and muscles in the field and Zn groups. The present study showed that exposure to Zn caused physiological and histological changes in Procambarus clarkia. The increase in aggressive behavior may have major population-level consequences given the high mortality experienced by this crayfish تلوث النظام البيئي بالمعادن الثقيلة أصبح واحدة من أهم المشاكل التي تواجه البيئة والكائنات الحية. لذلك تهدف الدراسة الحالية إلى تقييم التغيرات السلوكية والفسيولوجية لجراد البحر (بروكمبراس كلاركى) كمؤشر حيوي لسمية المعادن الثقيلة. تم جمع جراد البحر التابع لمجموعة الدراسة الميدانية من منطقة ملوثة (فرع رشيد ، مصر) ، حيث كان أعلى تركيز للمعادن الثقيلة في الماء هو الزنك (Zn). وإلى جانب مجموعة الدراسة الميدانية، قمنا بتعريض جراد البحر الأخرى لجرعات مختلفة منZnSO4 (0 و203 و406 ملغ L−1) المقابلة لتركيز الزنك (0 و46.03 و92.06 ملغ L−1) على التوالي في أحواض السمك لمدة 4 أيام متتالية. تم ترتيب تركيزات المعادن الثقيلة في عينة المياه الحقلية على النحو التالي: .Zn> Fe> Pb> Cu> Mn> Ni> Co> Cd كشفت نتائجنا أن التراكم الحيوي للزنك يزداد بشكل كبير مع زيادة تركيز الزنك في الماء بين المجموعات المختبرة مقارنة بالمجموعة الضابطة، حيث لوحظ أعلى تراكم أحيائي في جميع الأنسجة المدروسة (الكبد والخياشيم والعضلات) في المجموعة الميدانية ومجموعة Zn عالية الجرعة. أيضا، كانت هناك زيادة كبيرة في مستويات حمض البوليك ، واليوريا ، والكرياتينين ، والجلوكوز ، والأسبارتات أمينوترانسفيراز ، وألانين أمينوترانسفيراز ، والفوسفاتيز القلوي. وقد لوحظت أعلى تركيزاتها في مجموعة الزنك عالية الجرعة والمجموعة الميدانية ، في حين أظهرت مستويات البروتين الكلي والألبومين والكوليسترول انخفاضا كبيرا بين المجموعات التي تم اختبارها مقارنة بالمجموعة الضابطة. وكانت أدنى تركيزاتها المحددة في مجموعة الزنك عالية الجرعة والمجموعة الميدانية. زادت مستويات مالونديالدهيد (MDA) والكاتالاز (CAT)، في حين انخفض تركيز الجلوتاثيون (GSH) مع زيادة تركيز الزنك. ومن بين المجموعات التي تم اختبارها، انخفض إجمالي خلايا الدم (THC) وعدد خلايا الدم المحببة بشكل ملحوظ بينما زادت خلايا الدم الزجاجية مقارنة بالمجموعة الضابطة. يزداد السلوك الناهض بشكل كبير مع زيادة تركيز الزنك في الماء. تم تحديده كميا عن طريق تقليل التراجع السريع، والتراجع ببطء وعدم الاستجابة، وزيادة استخدام المخلب الأولي، والاستخدام النشط للمخلب، والنهج مع التهديد، والنهج دون تهديد، والسلوك غير المقيد. لوحظت أضرار نسيجية في الكبد والخياشيم والعضلات في مجموعات الحقل والزنك. أظهرت الدراسة الحالية أن التعرض ل Zn تسبب في تغيرات فسيولوجية ونسيجية في بروكمبراس كلاركى. قد يكون للزيادة في السلوك العدواني عواقب وخيمة على مستوى السكان نظرا لارتفاع معدل الوفيات الذي يعاني منه جراد البحر.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Zoology
Procambarus clarkia Toxicity Bioindicator Heavy metals
590