การประเมินความผิดปกติของโครโมโซมปลาดุกอุยที่รับสัมผัสโลหะหนักในสภาพทดลองเลี้ยงในน้ำและตะกอนดินจากเหมืองแร่ทองคำ: Chromosomal Aberration Assessment of Gunther's Walking Catfish (Clarias macrocephalus) after In Vivo Exposure to Heavy Metals Contaminated in Water and Sediment from Gold Mine Area

Uraiwan Phoonaploy; Apitchayaporn Chayjun; Patcharin  Ruchuwararak; Bundit Tengjaroenkul; Lamyai Neeratanaphan

Authors

Uraiwan Phoonaploy Research Center for Environmental and Hazardous Substance Management, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002; Department of Environmental Science, Faculty of Science, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002
Apitchayaporn Chayjun Research Center for Environmental and Hazardous Substance Management, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002; Department of Environmental Science, Faculty of Science, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002
Patcharin Ruchuwararak Research and Development Institute (RDI), Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002
Bundit Tengjaroenkul Department of Veterinary Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002
Lamyai Neeratanaphan Research Center for Environmental and Hazardous Substance Management, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002; Department of Environmental Science, Faculty of Science, Khon Kaen University, Muang, Khon Kaen, Thailand 40002

Keywords:

ความผิดปกติของโครโมโซม, โลหะหนัก, ปลาดุกอุย, เหมืองแร่ทองคำ, Chromosomal aberration, Heavy metals, Gunther's walking catfish, Gold mine

Abstract

การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินความผิดปกติของโครโมโซมปลาดุกอุย (Clarias macrocephalus) ในสภาพการทดลองเลี้ยงในน้ำและตะกอนดินจากเหมืองแร่ทองคำ ระยะเวลา 30 วัน เปรียบเทียบกับชุดอ้างอิง วิเคราะห์ปริมาณโลหะหนักในน้ำ ตะกอนดิน และปลาดุกอุยด้วยเครื่อง Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) เตรียมโครโมโซมจากเนื้อเยื่อไตโดยวิธีทางตรง ผลการศึกษาปริมาณโลหะหนักก่อนการทดลองในน้ำพบปริมาณของสารหนู แคดเมียม โครเมียม และตะกั่ว ในชุดทดลอง มีค่าเฉลี่ย 0.229±0.009 0.007±0.003 0.007±0.000 และ 0.007±0.003 mg/l ตามลำดับ ชุดอ้างอิงตรวจพบค่าเฉลี่ยของสารหนูและตะกั่วเท่ากับ 0.010±0.000 และ 0.010±0.000 mg/l ตามลำดับ แต่ไม่พบแคดเมียมและโครเมียม ซึ่งชุดทดลองมีค่าสารหนูและแคดเมียมเกินค่ามาตรฐาน ปริมาณโลหะหนักในตะกอนดินจากชุดทดลองพบสารหนู แคดเมียม โครเมียมและตะกั่ว มีค่า 130.492±5.570 120.466±14.576 21.031±0.288 และ 36.926±3.265 mg/kg ตามลำดับ ชุดอ้างอิงพบค่าเฉลี่ยของแคดเมียม โครเมียมและตะกั่ว มีค่า 0.390±0.288 11.033±3.074 และ 4.027±1.835 mg/kg ตามลำดับ แต่ไม่พบสารหนู ชุดทดลองมีค่าสารหนูและแคดเมียมเกินค่ามาตรฐานคุณภาพดิน หลังการทดลองเลี้ยงพบว่าปริมาณสารหนู แคดเมียม โครเมียมและตะกั่วในปลาดุกอุยในชุดทดลองมีค่า 0.586±0.404 2.314±2.369 2.090±0.305 และ 0.277±0.011 mg/kg ตามลำดับ ชุดอ้างอิงพบตะกั่วมีค่า 0.162±0.073 mg/kg ในชุดทดลองมีแคดเมียมและโครเมียมเกินค่ามาตรฐานอาหารปนเปื้อน ปลาดุกอุยทั้ง 2 ชุดการทดลองมีโครโมโซมดิพลอยด์ 54 แท่ง (2n = 54) ในชุดทดลองตรวจสอบเซลล์ปลาดุกอุย 3 ตัว ตัวละ 50 เซลล์ พบ 5 รูปแบบความผิดปกติของโครโมโซม คือ single chromatid gap (SCG) deletion (D) fragmentation (F) centric fragmentation (CF) และ isochromatid gap (ISCG) จำนวน 4 9 1 5 และ 2 ตำแหน่ง ตามลำดับ โดยมีจำนวนเซลล์ที่โครโมโซมผิดปกติคิดเป็นร้อยละ 9.33 เซลล์ ลักษณะความผิดปกติที่พบมากที่สุดในตัวอย่างปลาดุกอุย คือ D

The objective of this study was to investigate chromosomal aberrations of Gunther's walking catfish (Clarias macrocephalus) exposed to heavy metals contaminated water and sediment from gold mine for 30 days compared to unaffected area. Heavy metal concentrations in water, sediment and C. macrocephalus were measured by using inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Assessment of chromosomal aberration of C. macrocephalus prepared from kidney tissues by direct method. Heavy metal concentrations in water and sediment were analyzed before the experiment. The results showed that the mean value concentrations of arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr) and lead (Pb) in water were 0.229±0.009, 0.007±0.003, 0.007±0.000 and 0.007±0.003 mg/l, respectively in the experimental group. The reference group exhibited As and Pb at 0.010±0.000 and 0.010±0.000 mg/l, respectively; whereas, Cd and Cr were not detected. As and Cd in the experimental group exceeded the water quality standard. The experimental group concentrations of As, Cd, Cr and Pb in sediment were 130.492±5.570, 120.466±14.576, 21.031±0.288 and 36.926±3.265 mg/kg, respectively. The reference group exhibited Cd, Cr and Pb at 0.390±0.288, 11.033±3.074 and 4.027±1.835 mg/kg, respectively, while As was not detected. As and Cd in the experimental group exceeded the soil quality standard. The experimental group concentrations of As, Cd, Cr and Pb in C. macrocephalus samples were 0.586±0.404, 2.314±2.369, 2.090±0.305 and 0.277±0.011 mg/kg, respectively. The reference group exhibited only Pb at 0.162±0.073 mg/kg. Cd and Cr in the experimental group exceeded the standard contamination in food. The diploid chromosomes of C. macrocephalus were 54 (2n=54). Chromosomal aberration in 50 kidney cells of three C. macrocephalus raised in heavy metals contaminated water and sediment from gold mine were found in 5 types including single chromatid gap (SCG), deletion (D), fragmentation (F), centric fragmentation (CF) and isochromatid gap (ISCG), which were detected at 4, 9, 1, 5 and 2 positions, respectively. The percentage of the cell numbers of chromosomal aberration was 9.33. The most of chromosomal aberration type in C. macrocephalus samples was D.

References

Ahmed, M. K., Habibullah, A. M., Parvin, E., Akter, M. S., & Khan, M. S. (2013). Arsenic induced toxicity and histopathological changes in gill and liver tissue of freshwater fish, tilapia (Oreochromis mossambicus). Experimental and Toxicologic Pathology, 65, 903-909.

An, Y., Gao, Z., Yang, S., Liang, J., Feng, Y., Kato, K., …Yamanaka, K. (2004). Immunohistochemical analysis of oxidative DNA damage in arsenic-related human skin sample from arsenic contaminated area of China. Cancer Letters, 214(1), 11-18.

APHA. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater, American Public Health Association (21st ed.). Washington, D.C.: USA.

Boonmee, S., & Neeratanaphan, L. (2014). Water quality and arsenic contamination in sediment and aquatic plants in gold mining area. Journal of Science and Technology Mahasarakham University, Special Issue, 429-435.

Chen, T. R., & Ebeling, A. W. (1968). Karyological evidence of female heterogamety in themosquito fish, Gambusia affinis. Copeia, 1, 70-75.

Chonpichan, J. (2015). The role of the mining industry on the economy. Bangkok: Department of primary industries and mines.

Department of primary industries and mines. (2004). Cadmium contamination of the environment in Mae Sot, Tak province. Retrieved from http://www.dpim.go.th/purchase/purchase-3.html?catid=122

Ghosh, P., Banjaree, M., Chaudhuri, S. D., Das, J. K., Sarma, N., Basu, A., & Giri, A. K. (2007). Increased chromosome aberration frequencies in the Bowen’s patients compared to non-cancerous skin lesions individuals exposed to arsenic. Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 632(1), 104-110.

Intarat, R. (2007). Monitoring water quality gold mining site Wangsaphung district of Loei province. Journal Environmental News Zone 9, 5, 14-18.

Jeronimo, P. P., Rapb, E., & Vosca, J. (2015). The politics of land use planning: Gold mining in Cajamarca, Peru. Land Use Policy, 49, 104-117.

Kaenchiangsa, C., Wongsasom, S., & Sriruang, I. (2012). Potential of natural wetlands in treating arsenic from gold mine runoff. Research Project, Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Khon Kaen University.

Khunin, B. (2015). The mining industry of Thailand in 2557 and outlook for 2558 Department of primary industries and mines. Bangkok: n.p.

Larramendy, M. L., Popescu, N. C., & Dipaolo, J. A. (1981). Induction by inorganic metal salts of sisterchromatid exchanges and chromosome aberration in human and Syrian hamster cells. Environmental and Molecular Mutagenesis, 3, 597-606.

Mahata, J., Basu, A., Ghoshal, S., Sarker, J. N., Roy, A. K., Poddar, G., Nandy, A. K., Banjaree, A., Ray, K., Natarajan, A. T., Nilson, R., & Giri, A. K. (2003). Chromosome aberrations and sister chromatid exchanges in individuals exposed to arsenic through drinking water in West Bengal, India. Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 534(1), 133-143.

Nanda, I., Schartl, M., Feichtinger, W., Schlupp, I., Parzefall, J., & Schmid, M. (1995). Chromosomal evidence for laboratory synthesis of triploid hybrid between the gynogeneticteleost Poecilia formosa and its host species. Journal of the Marine Biological Association of India, 8(2), 267-269.

Pholweang, N. (2014). Accumulation of arsenic in surface water, sediment and macrobenthos at Huai Lek, Wang saphung district, Loei province. In the National and International Graduate Research Conference 2014, 28 March 2014, (pp. 770-775). Khon Kaen University, Khon Kaen.

Patlolla, A. K., & Tchounwou, P. B. (2005). Cytogenetic evaluation of arsenic trioxide toxicity in Sprague-Dawley rats. Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 587(1), 126-133.

Pollution control department. (2009). Reporting examination of cyanide and heavy metals in the surface water. Use of public water and sediment of nearby villages gold mining. PCD Bangkok: n.p.

Tanomtong, A. (2011). Cytogenetic. Khon Kaen: Publisher Khon Kaen University.

Tseng, H. P., Wang, Y. H., Wu, M. M., The, H. W., Chiou, H. Y., & Chen, C. J. (2006). Association between chronic exposure to arsenic and slow nerve conduction velocity among adolescents in Taiwan. Journal of Health, Population and Nutrition, 24(2), 182-189.

Yadav, K. Y., & Trivedi, S. P. (2009). Chromosomal aberrations in a fish, Channa punctata after in vivo exposure to three heavy metals. Mutation Research, 678, 7-12.