Ecotoxicological effects of the titanium dioxide nanoparticles on the algae Pseudokirchneriella subcapitata and on the cladoceran Ceriodaphnia silvestrii by different exposure routes

In recent years, increased use of titanium dioxide nanoparticles (TiO 2 NPs) in consumer products and technological devices has raised concerns regarding their environmental impacts and their risks to human health. Ecotoxicological studies have been used as a tool to analyze the toxic potential of TiO 2 NP S in different trophic levels, such as primary producers (algae) and first order consumers (cladocerans). In the present study, the chronic effects of TiO2 NPS on the population growth of the microalgae chlorophycean Pseudokirchneriella subcapitata was evaluated during an exposure period of 96 hours, under conditions of temperature and photoperiod similar to those found in tropical ecosystems. New methods were developed for the separation of the aggregates between the algae cells and TiO2 NPS, whose formation was observed at above 0.01 mg L-1 concentrations after a period of 96 hours’ exposure. The only effective method was the one in which the cells were washed three times with a metal chelator (EDTA), with duration of 1 minute for each wash. In the toxicity chronic test, there was obtained a significant inhibition of algal growth from the concentration of 64 mg L-1 of TiO2 NPs, with a concentration of 50% inhibition of algal cells (96 h - IC50) of 201.22 mg L -1 in 96 h of exposure. Then, it was evaluated the acute effects of exposure by contact and the chronic effects of TiO2 NPs for the cladoceran Ceriodaphnia silvestrii, using contaminated food (Pseudokirchneriella subcapitata) as a route of exposure. In acute toxicity tests was obtained the average value of EC50 - 48 h of 77.57 mg L-1. In chronic toxicity tests, it was observed significant differences in survival from the concentration of 0.01 mg L-1, while for the body length, the number of eggs and neonates produced, toxic effects were observed from the concentration of 1 mg L-1. These results indicate that the nano-TiO2 NPS had a deleterious effect on the growth of Pseudokirchneriella subcapitata only at concentrations above those normally found in natural aquatic environments. For the cladoceran Ceriodaphnia silvestrii, the route of dietary exposure indicated a greater toxic effect.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Nos últimos anos, o aumento do uso das nanopartículas de dióxido de titânio (nano-TiO2) em produtos de consumo e em dispositivos tecnológicos tem gerado preocupações relativas aos seus impactos ambientais e seus riscos à saúde humana. Estudos ecotoxicológicos têm sido utilizados como uma ferramenta para analisar o potencial tóxico das nano-TiO2 em diversos níveis tróficos, tais como produtores primários (algas) e consumidores de primeira ordem (cladóceros). No presente estudo, os efeitos crônicos das nano-TiO2 sobre o crescimento populacional da microalga clorofícea Pseudokirchneriella subcapitata foi avaliado durante um período de exposição de 96 horas, sob condições de temperatura e de fotoperíodo semelhantes às encontradas em ecossistemas de regiões tropicais. Foram desenvolvidas novas metodologias para separação dos agregados entre as células algais e as nano-TiO2, cuja formação foi observada nas concentrações acima de 0,01 mg L -1 após um período de exposição de 96 horas. O único método eficiente foi aquele em que as células foram lavadas três vezes com um quelante de metal (EDTA), com duração de 1 minuto para cada lavagem. No teste de toxicidade crônico obteve-se inibição significativa do crescimento algal a partir da concentração de 64 mg L-1 de nano-TiO2, com uma concentração de inibição a 50% das células algais (CI 50 - 96h) de 201,22 mg L-1 em 96 h de exposição. Em seguida, foram avaliados os efeitos agudos via exposição por contato e os efeitos crônicos das nano-TiO2 para o cladócero Ceriodaphnia silvestrii, utilizando o alimento (Pseudokirchneriella subcapitata) contaminado como via de exposição. Nos testes de toxicidade aguda foi obtido o valor médio de CE50 - 48 h de 77,57 mg L-1. Nos ensaios de toxicidade crônica, diferenças significativas foram observadas na sobrevivência a partir da concentração de 0,01 mg L -1, enquanto que para o comprimento corporal, o número de ovos e o número de neonatas produzidos, os efeitos tóxicos foram observados a partir da concentração de 1 mg L-1. Tais resultados indicam que as nano-TiO2 possuíram um efeito deletério sobre o crescimento de Pseudokirchneriella subcapitata somente em concentrações acima daquelas normalmente encontradas em ambientes aquáticos naturais. Para o cladócero Ceriodaphnia silvestrii, a via de exposição alimentar indicou um maior efeito tóxico.CNPq: 305698/2013-30FAPESP: 2014/14139-3 e 2016/00753-