Linking Limnology to Cyanotoxins in Drinking Water Using Buoy Sensors and Auto-Sa

使用浮标传感器和 Auto-Sa 将湖泊学与饮用水中的蓝藻毒素联系起来

基本信息

  • 批准号:
    8707458
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-24 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant) The number of lakes supporting accumulations of toxic cyanobacteria in the United States is rising due to changes in land use and climate. As a result there is increasing risk associated with lake recreational activities (e.g. swimming, boating), and consumption of fish. Physicochemical factors leading to cyanotoxin production are ill-defined at time-scales relevant to cyanobacterial ecology (i.e. minutes to hours). Acute poisonings are well-documented, but chronic exposure to low levels of cyanotoxins in drinking water is not. Lakes in the U.S. provide source water for drinking water treatment plants (DWTP) serving hundreds of millions of people. Lake conditions, or immunological variables, that support cyanotoxin production are intrinsically linked to the occurrence of cyanotoxins in drinking water because these variables also influence cyanotoxin removal efficiency by DWTP processes. The investigators propose to use high-resolution sensors on buoys and a new automated sampling device to investigate relationships between immunological variables and the presence of cyanotoxins in lakes and drinking water. For this work, Lake Winnebago in the Lake Michigan watershed and a DWTP drawing water from the lake will serve as a model system. In aim 1 the investigators will deploy an instrumented buoy and automated sampling device near the DWTP intake. Buoy sensors will measure physical variables and algal pigments while nutrients, community composition, and cyanotoxins will be measured in preserved water samples collected by the automated sampler. Cyanotoxins will be measured by liquid chromatography tandem mass spectrometry and include hepatotoxins (microcystins and cylindrospermopsin) and neurotoxins (anatoxins, saxitoxin, and beta-N-methylamino-L-alanine). In addition, a zebrafish assay will be used to detect unknown toxins and overall water toxicity. Thus, cyanotoxins and other limnological variables will be measured at high resolution (minutes to hours) for the duration of the cyanobacterial growth season (June-October). This data will be used to test fundamental hypotheses about the physiological ecology of cyanotoxin production in lakes. In aim 2, the investigators will deploy automated samplers at a DWTP, collecting samples twice daily. They will explore temporal dynamics of cyanotoxin occurrence in these samples as well as removal efficiency by DWTP processes. In aim 3 the investigators will construct models of cyanotoxin occurrence in lakes and drinking water. The overall goal of this final aim is to produce predictive models of cyanotoxin levels that can be used by lake managers and DWTP operators to prevent human exposure to cyanotoxins. This proposal leverages the support of other ongoing projects including the NSF Undergraduate Research in Biology and Mathematics (UBM) program at the University of Wisconsin, Milwaukee (UWM), and resources, facilities, and services provided by the Global Lake Ecological Observatory Network and the Children's Environmental Health Sciences Core Center at UWM.
描述(由申请人提供) 由于土地使用和气候的变化,美国支持有毒蓝细菌积累的湖泊数量正在增加。结果,与湖泊休闲活动(例如游泳,划船)和鱼类消费相关的风险增加。导致氰毒素产生的物理化学因子在与蓝细菌生态学相关的时间尺度上(即分钟至小时)不明显。 急性中毒是有据可查的,但长期暴露于饮用水中的蓝毒素水平较低。美国的湖泊提供饮用水处理厂(DWTP)的源水,为数亿人提供服务。 支持氰毒素产生的湖泊条件或免疫变量与饮用水中的氰毒素的发生本质上有关,因为这些变量还会影响DWTP过程的氰诺毒素去除效率。 研究人员建议在浮标上使用高分辨率传感器和新的自动抽样装置,以研究免疫变量与湖泊和饮用水中氰毒素的存在之间的关系。对于这项工作,密歇根湖流域的温尼巴哥湖和从湖中抽水的DWTP将用作模型系统。 在AIM 1中,调查人员将在DWTP摄入量附近部署一个乐器浮标和自动采样设备。浮标传感器将测量物理变量和藻类色素,而营养,社区组成和氰毒素将在自动采样器收集的保留水样中测量。蓝毒素将通过液相色谱串联质谱法测量,包括肝毒素(微囊蛋白蛋白和胞霉素)和神经毒素(Anatoxins,saxitoxin和beta-n-N-N-甲基氨基氨基氨基氨基 - 丙氨酸)。 此外,斑马鱼测定法将用于检测未知的毒素和整体水毒性。 因此,在蓝细菌生长季节(6月至10月)期间,将在高分辨率(分钟至小时)以高分辨率(分钟至小时)(6月至10月)以高分辨率(分钟至小时)进行测量蓝毒素和其他林长变量。该数据将用于检验有关湖泊生产的生理生态学的基本假设。 在AIM 2中,调查人员将在DWTP部署自动采样器,每天两次收集样品。 他们将探索这些样品中氰毒素发生的时间动力学以及DWTP过程的去除效率。 在AIM 3中,研究人员将在湖泊和饮用水中构建氰毒素发生的模型。 这个最终目标的总体目标是生产蓝毒素水平的预测模型,湖泊经理和DWTP操作员可以使用,以防止人类接触氰毒素。该建议利用其他正在进行的项目的支持,包括威斯康星大学,密尔沃基大学(UWM)的NSF生物学和数学研究(UBM)计划,以及由UWM的全球湖泊生态观测网络和儿童环境健康科学中心提供的全球湖泊生态观测网络提供的资源,设施和服务。

项目成果

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