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Évaluation du potentiel d’utiliser les larves de Chironomus (Diptera, Chironomidae) comme biomoniteurs de la biodisponibilité des éléments.

Proulx, Isabelle (2014). Évaluation du potentiel d’utiliser les larves de Chironomus (Diptera, Chironomidae) comme biomoniteurs de la biodisponibilité des éléments. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 308 p.

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Résumé

Au cours des derniers siècles, l’industrie minière a grandement contribué à contaminer les sédiments de nombreuses étendues d’eau par le relargage d’importantes quantités d’éléments traces dans l’environnement. Comme les éléments traces ont le potentiel d’être assimilés par les animaux benthiques et d’être remobilisés dans l’environnement aquatique, il y a intérêt à ce que leur biodisponibilité soit évaluée dans les sédiments. La meilleure façon d’estimer la biodisponibilité de ces contaminants est de mesurer leurs concentrations chez des organismes qui consomment et qui habitent les sédiments. Les larves de chironomidés du genre Chironomus ont le potentiel d’être utilisées comme biomoniteurs, car ils souvent présents dans les sédiments fins d’étendues d’eau propres et contaminées. Cependant, leur utilisation est limitée par le fait qu’il est difficile, voire impossible, de séparer morphologiquement les larves au niveau de l’espèce, car beaucoup d’entre elles sont identiques. En fait, jusqu’à récemment, la séparation des larves de Chironomus en Amérique du Nord au niveau de l’espèce requérait l’examen de leurs chromosomes polytènes, une technique d’identification qui ne compte que quelques experts dans le monde. L’objectif global de la thèse était d’évaluer le potentiel et la faisabilité d’utiliser les larves de Chironomus comme biomoniteur de l’As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se et Zn dans les sédiments. Pour ce faire, nous avons récolté des larves de Chironomus dans les sédiments de lacs situés principalement dans les régions minières de Rouyn-Noranda et Sudbury. Les larves ont été séparées selon leur morphologie, leur ADN et leurs chromosomes polytènes. Nos résultats démontrent qu’il est maintenant possible pour des non-experts en cytologie de séparer et d’identifier correctement des larves de Chironomus au niveau de l’espèce selon leur morphologie et leurs séquences d’ADN (cox1 et gb2β). Nos recherches ont permis de publier des outils morphologiques et moléculaires simples à utiliser qui faciliteront à l’avenir la séparation et l’identification d’espèces de Chironomus en Amérique du Nord. La comparaison entre les concentrations d’éléments traces chez les larves et les concentrations d’éléments traces dans l’eau et les sédiments d’où les larves ont été récoltées suggèrent que Chironomus est un bon biomoniteur de la biodisponibilité de l’As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se et Zn dans les sédiments. Cependant, nos résultats démontrent qu’il n’est pas toujours justifiable de regrouper les espèces de Chironomus lors d’analyses de contaminants, car, selon le comportement alimentaire des larves, les concentrations de certains éléments traces diffèrent entre espèces de Chironomus vivant au même endroit. En fait, nous avons établi que les larves de C. dilutus, C. entis, C. plumosus et C. staegeri assimilent principalement les éléments traces des sédiments oxiques tandis que les larves de C. anthracinus, C. bifurcatus, C. cucini, C. decorus-group sp. 2, C. harpi, C. nr. atroviridis (sp. 2i), C. ochreatus, C. sp. NAI, C. sp. NAII, C. sp. NAIII et C. « tigris » assimilent principalement les éléments traces des sédiments anoxiques. D’un lac à l’autre, les espèces qui se nourrissent de sédiments oxiques avaient des concentrations de Cd et parfois de Zn plus élevées et des concentrations de Se plus basses que celles qui ingèrent des sédiments anoxiques. Pour ce qui est des autres éléments, il n’y avait pas de différences. Les concentrations larvaires indiquent que la biodisponibilité du Cd, du Se et parfois du Zn diffère entre les sédiments oxiques et anoxiques. Bien qu’il n’est pas toujours justifiable de regrouper les larves de Chironomus au niveau du genre, elles peuvent tout de même être utilisées de façon pratico-pratique comme biomoniteurs. Nos résultats démontrent que les larves n’ont pas besoin d’être séparées au niveau de l’espèce, mais seulement en fonction de leur comportement alimentaire; ce qui peut être facilement fait en examinant la morphologie des larves alors qu’elles sont toujours vivantes. Nos résultats démontrent que les larves de Chironomus sont de très bons outils pour comparer, à un site donné, la biodisponibilité des éléments traces dans les sédiments oxiques et anoxiques.

Abstract

Over the past centuries, mining activities have greatly increased trace element loadings into sediments. Since trace elements in sediments have the potential to be assimilated by benthic animals and thus, remobilized into the aquatic environment, there is a need to assess their bioavailability. The best way to estimate the bioavailability of trace elements in sediments is to measure contaminant concentrations in organisms that live and feed in sediments. Potential candidates for this type of measurement are non-bitting midges of the genus Chironomus because of there frequent presence in sediments of clean and contaminated bodies of water. However, a major drawback of using Chironomus larvae in studies is that they cannot be separated and identified morphologically to species, as many of them are identical. Until recently, the identification of Chironomus species in North America was restricted to a few specialists, who identified larvae through the analysis of their polytene chromosomes. The overall aim of the thesis was to evaluate the potential and feasibility of using Chironomus larvae as biomonitors of As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se and Zn in sediments. To do this, we collected Chironomus larvae from lakes located mostly in the mining areas of Rouyn-Noranda and Sudbury. Larvae were separated according to their morphology, their DNA and their polytene chromosomes. Our study demonstrates that it is now possible for non-cytological experts to correctly separate and identify Chironomus larvae to species through their morphology and using DNA (cox1 and gb2β) analyses. Our research has led to the publication of easy to use morphological and molecular tools that will facilitate the separation and identification of North American Chironomus species in the future. By comparing the concentrations of trace elements in larvae to those in water and sediments from which larvae were collected, we conclude that Chironomus larvae can be used as biomonitors to assess the bioavailability of As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se and Zn in sediments. However, our results demonstrate that it is not always justifiable to pool Chironomus species in contaminant analyses, because, according to their feeding behaviour, species living at the same site differ in their trace element concentrations. In fact, we found that C. dilutus, C. entis, C. plumosus and C. staegeri mainly assimilate trace elements from oxic sediments; whereas, C. anthracinus, C. bifurcatus, C. cucini, C. decorus-group sp. 2, C. harpi, C. nr. atroviridis (sp. 2i), C. ochreatus, C. sp. NAI, C. sp. NAII, C. sp. NAIII and C. ‘tigris’ larvae mainly assimilate traces elements anoxic sediments. From one lake to another, species that feed in oxic sediment had higher Cd and sometimes Zn concentrations and lower Se concentration than those that feed in anoxic sediments. As for the other trace elements, there were no differences between species living at the same site. Larval concentrations indicate that the bioavailability of Cd, Se and sometimes Zn differs between oxic and anoxic sediments. Not being able to pool Chironomus species in contaminant studies could be viewed as a drawback for using these larvae as biomonitors. However, our data suggest that not all Chironomus larvae need to be identified to species, since trace element concentrations generally only differed between species that feed in oxic and anoxic sediments and living larvae from these two feeding groups can be separated morphologically. Overall, our results demonstrate that Chironomus larvae are very useful for comparing the bioavailability of trace elements in oxic and anoxic sediments at a given site.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Hare, Landis
Mots-clés libres: Larves; Chironomus; Diptera, Chironomidae; biomoniteur; éléments traces; sédiment; alimentation
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 14 janv. 2016 19:58
Dernière modification: 14 janv. 2016 19:58
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/3284

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