Effects of zinc sulphate and zinc oxide nanoparticles on tropical cladocera Ceriodaphnia silvestrii

Zinc is an essential metal for living beings, but can become toxic at high concentrations. Currently, zinc has been used in the industrial production of nanoparticles (NPs), which have been calling attention in the nanotechnological scenario due to their large use in personal hygiene products, cosmetics, paints, fabrics, biosensors and in diagnosis and therapy of several types of cancer. However, the production of NPs on a large scale has raised concerns about the disposal of these nanomaterials in aquatic ecosystems and the consequences for the biota. The objective of this study was to compare the effects of two zinc compounds, zinc oxide nanoparticles (NP-ZnO) and zinc sulfate (ZnSO4), on the tropical cladoceran Ceriodaphnia silvestrii, in order to identify the possible effects on the effective concentration (CE50) in acute exposure tests, and in growth and reproduction in chronic exposure tests, as well as to distinguish whether the main cause of the potential toxicity of NPs is due to the release of zinc ions or their intrinsic properties. Acute tests (control; 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 and 1.0 mg L-1 for NP-ZnO and control 0.032; 0.1; 1.04 and 3.35 mg L-1 for ZnSO4) lasted 48 hours and the chronic ones (control; 0.006; 0.0125; 0.025; 0.05 and 0.1 mg L-1 for NP-ZnO and control; 0.006; 0.01; 0.02; 0.04 and 0.09 mg L-1 for ZnSO4), 8 days. The EC50-48h for NP-ZnO was 0.35 mg L-1, while the EC50-48h for ZnSO4 was 0.92 mg L-1. In the chronic tests, there was a significant reduction of the mean body size of 11.3% in the treatment of 0.1 mg L-1 of NP-ZnO and 10% in the treatment of 0.01 mg L-1 of ZnSO4; reduction in the mean number of accumulated eggs and neonates produced per female of 53.9% and 72.5% for NP-ZnO, and 55% and 50% for ZnSO4, respectively. Effects of bioaccumulation and absence of egg hatching (abortion) on the highest concentrations evaluated for NP-ZnO were also observed. Our results showed acute and chronic toxic effects by exposure of C. silvestrii to NP-ZnO and ZnSO4. Chronic exposure affected microcrustacean growth and reproduction parameters at concentrations of 0.006 mg L-1 for both substances, with toxicity coming from both free metal ions and the properties of NPs. Therefore, the present work can subsidize studies and regulations aimed at the management and disposal of NP-ZnO and ZnSO4 in freshwater environments.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)O zinco é um metal essencial para os seres vivos, mas pode tornar-se tóxico em concentrações elevadas. Atualmente, o zinco tem sido usado na produção industrial de nanopartículas (NPs), as quais têm se destacado no cenário da nanotecnologia devido à sua ampla utilização em produtos de higiene pessoal, cosméticos, tintas, tecidos, biossensores e no diagnóstico e terapia de diversos tipos de câncer. Entretanto, a produção de NPs em larga escala tem gerado preocupações quanto ao descarte desses nanomateriais em ecossistemas aquáticos e as consequências para a biota. O presente estudo objetivou comparar os efeitos de dois compostos de zinco, as nanopartículas de óxido de zinco (NP-ZnO) e o sulfato de zinco (ZnSO4), sobre o cladócero tropical Ceriodaphnia silvestrii, de maneira a identificar os possíveis efeitos na concentração efetiva (CE50) em testes de exposição aguda, e no crescimento e reprodução em testes de exposição crônica, bem como distinguir se a principal causa da eventual toxicidade das NPs é devida à liberação de íons de zinco ou à propriedades intrínsecas das mesmas. Os testes agudos (controle; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 e 1,0 mg L-1 para NP-ZnO e controle; 0,032; 0,1; 0,32; 1,04 e 3,35 mg L-1 para ZnSO4) tiveram a duração de 48 horas e os crônicos (controle; 0,006; 0,0125; 0,025; 0,05 e 0,1 mg L-1 para NP-ZnO e controle, 0,006; 0,01; 0,02; 0,04 e 0,09 mg L-1 para ZnSO4), de 8 dias. A CE50-48h para NP-ZnO foi de 0,35 mg L-1, enquanto a CE50-48h para ZnSO4 foi de 0,92 mg L-1. Nos testes crônicos, houve redução significativa do tamanho corporal médio de 11,3% no tratamento de 0,1 mg L-1 de NP-ZnO e de 10% no tratamento de 0,01 mg L-1 de ZnSO4; redução do número médio de ovos acumulados e de neonatas produzidos por fêmea de 53,9% e 72,5% para NP-ZnO, e de 55% e 50% para ZnSO4, respectivamente. Foram observados, ainda, efeitos de bioacumulação e ausência de eclosão (aborto) de ovos nas maiores concentrações avaliadas para as NP-ZnO. Nossos resultados indicaram efeitos tóxicos agudos e crônicos pela exposição de C. silvestrii às NP-ZnO e ao ZnSO4. A exposição crônica afetou os parâmetros de crescimento e reprodução do microcrustáceo em concentrações a partir de 0,006 mg L-1 para ambas as substâncias, sendo a toxicidade proveniente tanto dos íons metálicos livres, quanto das propriedades das NPs. Assim, o presente trabalho pode subsidiar estudos e regulamentações que visem o manejo e o descarte de NP-ZnO e de ZnSO4 em ecossistemas de água doce.CNPq: 132397/2016-1FAPESP: 2016/00753-