Insecticides evaluated for control of fall armyworm (Lepidóptera: Noctuidae) on Sorghum)

El gusano cogollero [Spodoptera fnugiperda (J.E. Smith) (lnsecta: Lepidoptera: Noctuidae)], es uno de los principales insectos que afectan el cultivo de sorgo en El Salvador. En vista de lo anterior, durante los meses de septiembre de 2001 y enero de 2002, se realizó una investigación en la estación experimental dos del Centro Nacional de Tecnología Agropecuaria y Forestal (CENTA), ubicado en el valle de San Andrés, departamento de La Libertad. El objetivo de la investigación fue determinar la efectividad de productos químicos, botánicos y biológicos para el control del gusano cogollero. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar, con nueve tratamientos y cuatro repeticiones. Los tratamientos fueron: insecticida botánico (Agrolnagor), Aceite de Nim, Beauveria bassiana, Virus de la Poliedrosis Nuclear (VPN), Lufenuron, Teflubanzuron, Agua azucarada, testigo relativo ( clorpirifos) y testigo absoluto (sin aplicación). Los datos de mortalidad se obtuvieron 24 horas y cuatro días después de las aplicaciones. Los resultados muestran diferencias significativas entre tratamientos en los porcentajes de mortalidad de la plaga. Los insecticidas inhibidores de la quitina, lufeneron y tetlubenzuron, mostraron mayor efectividad (superior al 90 por ciento) comparados con los otros tratamientos insecticidas, los cuales mostraron niveles de mortalidad interior al 65 por ciento cuatro días después de su aplicación. El porcentaje de mortalidad obtenido en parcelas tratadas con chlorpyrifos fue de 63.3 por ciento durante el primer muestreo. La mortalidad fue superior en larvas de los primeros estadios, comparada con larvas de los últimos estadios. Los tratamientos con Neem, productos biológicos (Beauveria bassiana y el virus de la poliedrosis nuclear) y agua azucarada presentaron los más bajos niveles de mortalidad. Hubo diferencias significativas en el rendimiento del cultivo, sin embargo, dichas diferencias no siempre estuvieron relacionadas a los niveles de mortalidad presentados por los tratamientos insecticidas.

Application of insecticide in various volumes of waterat stages of Sorghum development for control of fall armyworm (Lepidóptera: Noctuidae)

Una debilidad en las aplicaciones de insecticidas para el control de plagas del sorgo, es el desconocimiento existente acerca del efecto de los volúmenes de agua sobre la efectividad del producto químico aplicado. El objetivo de esta investigación fue determinar el efecto de diferentes volúmenes de agua aplicados en diferentes etapas fonológicas del cultivo sobre la efectividad de clorpirifos sobre el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) (lnsecta: Lepidoptera: Noctuidae)) . El ensayo se estableció el 20 de Septiembre de 2001, en terrenos de la es~ación experimental numero 2 del Centro Nacional de Tecnología Agropecuaria y Forestal (CENTA), ubicado en SanAndrés, departamento de la Libertad, El Salvador .. Se efectuaron aplicaciones de chlorpyrifos en dosis de ~ .4 1 ha·, utilizando 285 y ~42 litros de agua, aplicado en dos etapas de crecimiento del cultivo de sorgo (25 y 45 días después de siembra). Los tratamientos incluyeron una aplicación a un determinado volumen y tiempo (25 días después de siembra), y dos a aplicaciones a determinados volúmenes y tiempo, una a los 25 y otra a los 45 días después de siembra. La aplicación de Chlorpyrifos redujo de significativamente la intestación de larvas a las 24 horas después de la primera aplicación, cuando se le compara con el tratamiento control. Sin embargo, no se determinaron diferencias significativas en la eficacia del insecticida, cuando se comparó la infestación de larvas en parcelas tratadas con diferentes cantidades de agua. El volumen mayor de agua pareciera que mejora la distribución del producto qufmico sobre la planta, lo que conduce a una mayor mortalidad de larvas. Una segunda aplicación de insecticida, 20 días después de la primera aplicación, redujo significativamente la infestación de larvas comparada con una sola aplicación. Esta información indica que el incremento en los volúmenes de agua mejora la eficacia del insecticida Chlorpyrifos contra el gusano cogollero en el cultivo de sorgo. Una segunda aplicación del tratamiento insecticida es efectiva contra relnfestaciones de larvas y sugiere que el cogollero que se alimenta de estructuras vegetativas del sorgo, en los ntveles encontrados en este estudio en el Salvador, puede reducir la producción de grano del sorgo.

Frequency of insecticide spray application for control of fall armyworm (Lepidóptera: Noctuidae) on sorghum

Existe desconocimiento del efecto de frecuencias de aplicación de los insecticidas sobre el comportamiento de las poblaciones del gu· sano cogollero ( Spodoptera frugipercta) y la repercusión de estas en los rendimientos del sorgo granifero (Sorghum bicolor l. Moench). El estudio se realizó en la Estación Experimental dos del Centro Nacional de Tecnología Agropecuaria y Forestal (CENTA), ubicado en San Andrés, departamento de La Libertad, El Salvador, durante los meses de septiembre del año 2001 y enero de 2002. El objetivo de la investigación fue determinar el efecto del numero de aplicaciones de clorpirifos sobre las poblaciones de larvas de gusano cogollero en el cultivo del sorgo. Para este ensayo se estableció un diseño de bloques al azar con cinco tratamientos y cuatro repeticiones. Se realizaron aplicaciones de Chlorpyrifos en el cultivo del sorgo, en dosis de 1.4 1 ha·1, en 285 1 de agua durante cuatro fechas (4 estados de desarrollo de la planta), específicamente a los 15, 25, 35 y 45 días después de la siembra. Las parcelas contratamientos recibieron 1 , 2, 3 y 4 aplicaciones de insecticidas y fueron comparadas con una parcela sin aplicación. Cada tratamiento insecticida inicialmente tuvo reducciones significativas en las poblaciones de cogollero, comparados con la parcela sin aplicación. Tratamientos con cada aplicación adicional tuvo reducciones significativas en las poblaciones de larvas vivas, comparados con tratamientos que tuvieron menor numero de aplicaciones. El cogollero, tuvo reinfestaciones, en las parcelas que recibieron ya sea una, dos o tres aplicaciones de insecticidas, durante el periodo de observación después de cada uno de los tres tratamientos. Estos resultados muestran las reinfecciones de las poblaciones de cogollero después de las aplicaciones de insecticidas, y la carencia de efecto residual de los mismos. A pesar de que no se determinaron diferencias significativas en el rendimiento de grano, las diferencias numéricas oscilaron desde 555 a 1 674 kg ha·1 mas allá del rendimiento observado en el tratamiento sin aplicación, lo cual sugiere que el manejo efectivo del daño ocasionado por el cogollero en el cultivo de sorgo, puede resultar en mejora de los rendimientos.

Efecto de período crítico y niveles de infestación por cogollero Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) para la producción de chilote en maíz de primera (Lepidoptera: noctuidae)

Con el objetivo determinar el efecto de nivel de infestación del gusano cogollero, spodoptera frugiperda (j.e. Smith) en diferente periodo críticos sobre el rendimiento de chilote en época de primera, se llevó a cabo un experimento en el centro nacional de investigación de granos básicos de medina “san Cristóbal” el cual está ubicado en el km. 14 carretera norte, Managua, Nicaragua. Se usó un diseño experimental de bloques completos al azar con 6 bloques y 16 tratamiento. La parcela conto de 3 surcos con 4 metros de largo, para una área por parcela de 9.12m2, evaluándose el surco central. Los tratamientos consistieron en combinaciones de dos factores: periodos de infestación y niveles de infestación, este último dentro de cada periodo de infestación. Se tuvieron tres periodos de infestación 1) 11-24 días después de germinado (DDG), 2) 24-39 (DDG) ,3) 39-46 (DDG). Los niveles de infestación esperado fueron 100%, 40%, y 0% de las plantas infestadas. Se presentó un insecticida chlorpyrifos a dosis de 1.42 1t/ha. (1 1t/mz). En forma de cebo mezclado con aserrín 37.57 kg/ha. (26.4 kg/mz) agregándole galón y medio de agua. Una vez preparando el cebo este se aplicó directamente al cogollo. Las aplicaciones se realizaron en un porcentaje de plantas de cada parcela para así dejar el nivel de infestación deseado, se realizaron recuentos antes de cada aplicación para determinar el porcentaje de infestación, al momento de realizar los recuentos se encontraron el número de plantas de cada parcela esto para determinar el porcentaje de plantas que necesitaban aplicación las cuales se escogieron al azar. Los resultado demuestran que no hubo efecto de niveles de infestación sobre rendimiento de chilote, en este último no hubo efecto significativo, pero existe la tendencia que periodo tardíos de infestación por cogollero s. frugiperda, los rendimientos de chilote bajan. Como conclusión se tiene que no hubo efecto de niveles de infestación y periodo de infestación por cogollero s. frugiperda para lsa producción de chilote en época de primera. En las recomendaciones se tiene que no hay que realizar aplicaciones de producto químicos contra el cogollero s. frugiperda en la producción de chilote bajo estas infestaciones y de realizar otro estudio donde se estableció otros periodos de infestación y periodo crítico como también otro lugares épocas y densidades.

Efecto de dosis mínima del insecticida Chlorpirifos sobre mortalidad del gusano cogollero Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae) en maíz (Zea mays) en el campo y el laboratorio

En el presente estudio se evaluó el efecto de diferente dosis del insecticida chlorpyrifos sobre mortalidad del gusano cogollero spodoptera frugiperda (j.e. Smith) en maíz. La dosis de 0.125/mz aplicado en el campo fue la que provoco más mortalidad sobre la plaga sin afectar el rendimiento, esta dosis es baja comparada con la que se usa tradicionalmente que es de 0.5 1t/mz a 1 1t/mz. Los resultado le los bioensayos indican que la dosis 0.125 1t/mz mata mayor cantidad de larvas coincidiendo así con los resultados de campo. Esto quiere decir que se puede bajar la dosis y por tanto de los costó de producción ya que el número de aplicaciones será de 2 a 3 y no de 5 a 6 como se acostumbra. Además podemos notar que las plantas jóvenes toleran hasta un 50% de daño de cogollero y esto no afecta el rendimiento al momento de cosecha, ya que a medida que las plantas crecen se vuelven más tolerante al ataque.

Acción residual del hongo entomopatógeno Nomuraea rileyi (Farlow) Samson, en el follaje del maíz (Zea mays) aplicado para control del cogollero Spodoptera frugiperda J.E. Smith (Lepidoptera: noctuidae)

El maíz al igual que otros cultivos es atacado por un complejo de plagas que cuasan merma en la producción. Spodoptera frugiperda J. E. Smith ( Lep. Noctidae) es una de las plagas claves en el cultivo del maíz. El costo de control de S. Frugiperda asciende hasta US$ 9,500.000 anulaes utilizando Chlorpyrifos (Lorasban 4 E) ( hrusca y Gladstone), 1987). Con el propósito de disminuir los costos de control de S. frugiperda se buscan alternativas de control que disminuyen la utilización de los productos químicos: es un candidato con potencial para ser utilizado como insecticida microbial para control de plagas lepidopteras (Ignoffo, 1981). Nomuraea fileye ha sido objeto de muchos estudios en Nicaragua para tratar de implementar su uso. Se realizó una evaluación de la acción residual de conidias de N. Fileyi en el follaje de maíz aplicado para control de SA. Frigiperda: Se probo el efecto sobre la acción residual de dos dosis de conidias; 4.1 x1012 conidias /0.4 ha. Y 4.1 x1011 conidias /0.4 ha y el efecto de tres formulasciones de conidias: conidias mas agua; conidias mas adherente Tritòn x-100 al 0.05% y conidias mas adherente protectivo melaza al 0.05%. El estudio se realizó en el Centro Nacional de Investigación de Granos Básicos “ San Cristóbal” del MIDINRA, Managua, el diseño experimental fue bloques completamente al Azar: las pruebas de acción residual consistieron en bioensayos con larvas de S. Frugiperda y hojas de maíz tratado con conidias recolectadas en el ensayo a los 0,1,2,4y 9 días después de aplicación. Se encontró que no existe efecto significativo de dosis y formulaciones de conidias sobre acción residual: sin embargo hubo una tendencia a obtener una mayor acción residual con la utilización de adherentes: con el adherente protectivo melaza debido a la acción residual hasta 4 días después de aplicación debido a la acción de protección que ejerce sobre las conidias: Se encontró efecto significativo del tiempo de exportación de conidias en el campo sobre acción residual. La acción residual fue poca debido probablemente a la influencia negativa de factores ambientales: El viento y la lluvia provocan diseminación de las conidias: el Vientos y la lluvia provocan diseminación de las conidias: La radiación solar inactiva las conidias reduciendo el periodo de desintegración en el follaje hasta solamente 2-3 días (Ignoffo, 1977). Sabiendo que la acción residual en el follaje del maíz es poca, se debe hacer la aplicación de conidias cuando esté presente en el hospedero en el cultivo: De esta menara habrá mayor oportunidad de inicia un brote de epizootia de micosis en el cultivo. Para investigaciones futuras se recomienda probar dosis más altas de conidias y el uso de adherente protectivos para tratar bajo diferentes condiciones ambientales para comprobar los resultados obtenidos.

Neurotoxicidade de pesticidas organofosforados durante o desenvolvimento: alterações bioquímicas e comportamentais

Pesticidas organofosforados são amplamente usados e seu uso constitui um grave problema de saúde pública. A ação clássica destes compostos é a inibição irreversível da acetilcolinesterase, promovendo acúmulo de acetilcolina nas sinapses e hiperestimulação colinérgica. No entanto, as consequências da exposição a baixas doses podem se estender a outros mecanismos de ação e sistemas neurotransmissores. Considerando que crianças constituem um grupo particularmente vulnerável aos efeitos de pesticidas, neste trabalho investigamos os efeitos da exposição aos organofosforados metamidofós (MET) e clorpirifós (CPF) durante o desenvolvimento sobre os sistemas colinérgico e serotoninérgico e sobre o comportamento de camundongos. Para isso, camundongos suíços foram expostos a injeções subcutâneas de MET, clorpirifós ou veículo do terceiro (PN3) ao nono (PN9) dias de vida pós-natal. As doses de exposição foram previamente escolhidas através da construção de uma curva dose-resposta que identificou como mais adequadas para este estudo as doses de 1mg/kg de MET e 3mg/kg de CPF, as quais promoveram em torno de 20% de inibição da acetilcolinesterase. Em PN10, parte dos animais foi sacrificada e foram avaliados os sistemas colinérgico e serotoninérgico no tronco encefálico e córtex cerebral. De PN60 a PN63, os animais foram submetidos a uma bateria de testes comportamentais. Em seguida, estes animais também foram sacrificados tendo sido avaliados os sistemas colinérgico e serotoninérgico. Em PN10, MET e CPF causaram alterações que sugerem aumento da atividade colinérgica respectivamente no tronco e córtex em fêmeas. No sistema serotoninérgico, apenas CPF promoveu alterações, aumentando a ligação ao receptor 5HT1A e transportador 5HT em fêmeas e diminuindo na ligação ao 5HT2. Em PN63, a atividade da acetilcolinesterase foi reestabelecida em todos os grupos. Ainda assim, MET diminuiu a atividade da colina acetiltransferase no córtex e a ligação ao transportador colinérgico no tronco. Quanto aos efeitos do CPF, no tronco, houve redução da atividade da colina acetiltransferase em fêmeas e aumento em machos. Sobre o sistema serotoninérgico, MET e CPF promoveram diminuições no 5HT1A respectivamente no tronco e córtex das fêmeas e CPF aumentou a ligação no córtex de machos. A ligação ao 5HT2 foi aumentada após o tratamento com MET e ao transportador 5HT foi diminuída em fêmeas após o tratamento com clorpirifós. Sobre o comportamento, identificamos comportamento associado à depressão em animais expostos a MET e aumento dos níveis de ansiedade, além de prejuízo de aprendizado/memória após exposição à CPF. Desta forma, nossos resultados indicam que a exposição à metamidofós e clorpirifós durante o desenvolvimento é capaz de alterar, de diferentes formas, a atividade colinérgica e serotoninérgica, mesmo que as doses de exposição sejam toxicologicamente equivalentes. Foram verificados efeitos nas vias neuroquímicas logo após a exposição e após um longo período de interrupção do tratamento, indicando efeitos tardios em sistemas importantes que podem estar associados às alterações comportamentais. Finalmente, o presente estudo reforça a associação epidemiológica entre pesticidas e alterações psiquiátricas e a capacidade da programação de alterações a longo-prazo quando a exposição se dá durante o desenvolvimento.

Insecticide resistance in Chinese populations of the Culex pipiens complex through esterase overproduction

In most parts of China, mosquitoes have been subjected to organophosphate (OP) insecticide treatments since the mid-1960s, and resistance gene monitoring in the Culex pipiens complex (Diptera: Culicidae) started in only a few locations from the end of the 1980s. Many resistant alleles at the Ester locus have been found in field populations, including those commonly found around the world (Ester(B1) and Ester(2)), and those endemic to China (Ester(B6), Ester(B7), Ester(8), and Ester(9)). This situation is atypical, and may represent a complex situation for the evolution of insecticide resistance genes in China. To increase our understanding of the Chinese situation and our ability to manage resistance in the C. pipiens complex, a large study was performed. Twenty field populations were sampled from Beijing to Guangzhou. Bioassays with five insecticides (dichlorvos, parathion, chlorpyrifos, 2-sec-butylphenyl methyl carbamate, and propoxur) disclosed resistance levels variable according to the geographic origin, and up to 85-fold for dichlorvos. Six overproduced esterases were identified, including two that have not been previously described. Most of them were found in all samples, although at variable frequencies, suggesting variable selection or a transient situation, e.g., each one was recently restricted to a particular geographic area. The results are discussed in the context of recent alterations to insecticide campaigns, and of the evolution of resistance genes in Chinese C. pipiens populations.

Challenging conventional risk assessment with respect to human exposure to multiple food contaminants in food: A case study using maize

Mycotoxins and heavy metals are ubiquitous in the environment and contaminate many foods. The widespread use of pesticides in crop production to control disease contributes further to the chemical contamination of foods. Thus multiple chemical contaminants threaten the safety of many food commodities; hence the present study used maize as a model crop to identify the severity in terms of human exposure when multiple contaminants are present. High Content Analysis (HCA) measuring multiple endpoints was used to determine cytotoxicity of complex mixtures of mycotoxins, heavy metals and pesticides. Endpoints included nuclear intensity (NI), nuclear area (NA), plasma membrane permeability (PMP), mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial mass (MM). At concentrations representing legal limits of each individual contaminant in maize (3. ng/ml ochratoxin A (OTA), 1. μg/ml fumonisin B1 (FB1), 2. ng/ml aflatoxin B1 (AFB1), 100. ng/ml cadmium (Cd), 150. ng/ml arsenic (As), 50. ng/ml chlorpyrifos (CP) and 5. μg/ml pirimiphos methyl (PM), the mixtures (tertiary mycotoxins plus Cd/As) and (tertiary mycotoxins plus Cd/As/CP/PM) were cytotoxic for NA and MM endpoints with a difference of up to 13.6% (. p≤. 0.0001) and 12% (. p≤. 0.0001) respectively from control values. The most cytotoxic mixture was (tertiary mycotoxins plus Cd/As/CP/PM) across all 4 endpoints (NA, NI, MM and MMP) with increases up to 61.3%, 23.0%, 61.4% and 36.3% (. p≤. 0.0001) respectively. Synergy was evident for two endpoints (NI and MM) at concentrations contaminating maize above legal limits, with differences between expected and measured values of (6.2-12.4% (. p≤. 0.05-. p≤. 0.001) and 4.5-12.3% (. p≤. 0.05-. p≤. 0.001) for NI and MM, respectively. The study introduces for the first time, a holistic approach to identify the impact in terms of toxicity to humans when multiple chemical contaminants are present in foodstuffs. Governmental regulatory bodies must begin to contemplate how to safeguard the population when such mixtures of contaminants are found in foods and this study starts to address this critical issue.

Lacertid lizards as bioindicators of agricultural contamination

Apesar do recente aumento no número de estudos, os lagartos persistem como um dos grupos menos estudados em ecotoxicologia e o desconhecimento em relação à sua resposta à contaminação ambiental é enorme. A nível europeu, os lacertídeos têm sido identificados como potenciais espécies modelo para a ecotoxicologia com répteis. O principal objectivo deste projecto era determinar se um lacertídeo abundante pertencente ao género Podarcis, podia ser utilizado como bioindicador de exposição e toxicidade em zonas agrícolas. Para atingir este objectivo, utilizámos uma estratégia integrada com três fases. Numa primeira fase realizou-se um estudo de campo para documentar o tipo de exposição e parâmetros populacionais de populações de lacertídeos que ocorrem em zonas de uso intenso de pesticidas e zonas de agricultura orgânica. A segunda fase consistiu num estudo de mesocosmo em que se expuseram juvenis a um conjunto de pesticidas em condições controladas durante um período de um ano. Finalmente, a terceira fase incluiu um estudo laboratorial sobre os efeitos do clorpirifos, um dos insecticidas mais utilizado a nível global, em lagartixas. No término de cada um dos estudos, analisaram-se diversos biomarcadores e parâmetros de exposição e toxicidade a pesticidas nos diferentes indivíduos. Este conjunto abrangente de parâmetros foi analisado em diferentes níveis de organização biológica, incluindo parâmetros populacionais, bem como comportamentais, fisiológicos, bioquímicos e histológicos. Em geral, detectaram-se poucas diferenças estatísticas significativas entre as populações dos campos expostos a pesticidas e populações referência. Confirmando a dificuldade que existe em isolar os efeitos de diferentes contaminantes sobre as populações de outros factores locais, ciclos sazonais ou eventos estocásticos. As populações de P. bocagei parecem ser capazes de lidar com o nível observado de exposição a pesticidas. No entanto, indivíduos que vivem em locais expostos a pesticidas parecem estar menos adaptados ecologicamente do que aqueles que vivem em locais referência, apresentando um estado de depleção nutricional e sinais de stress metabólico. Os resultados obtidos com os animais da experiência de mesocosmo parecem reforçar estes resultados. Os animais prosperaram relativamente bem em todos os mesocosmos, independentemente do tratamento ou não com pesticidas, apresentando uma ampla gama de comportamentos naturais. A abordagem laboratorial confirmou P. bocagei como um valioso indicador de exposição sub-letal a doses ambientalmente realistas de clorpirifos. De acordo, com o conjunto d resultados obtidos, P. bocagei parece ser um bioindicador adequado de exposição a pesticidas.

Toxicidade de químicos em mistura: o caso da albufeira do Alqueva

In the environment humans and biota are generally exposed to chemical mixtures rather than individual chemicals. Therefore, when assessing the environmental risk of chemicals, it is important to consider chemical mixtures and their possible interactions. The main objective of this work focused on the environmental risk assessment of pesticides found in the water of the Alqueva reservoir and their binary combinations. In this aquatic ecosystem several pesticides were above of the environmental quality standards. But in addition, there were several sampling points of the reservoir where ecotoxicity was observed despite the presence of these contaminants at low concentrations. Here, a component-based approach was used to assess the effects of the pesticide mixtures. The effects of the binary combinations of four herbicides, atrazine (ATR), terbuthylazine (TER), simazine (SIM) and metolachlor (MET), on the growth rate of the microalgae Pseudokirchneriella subcapitata and the effects of the binary combinations of the s-triazine herbicides ATR and TER and the insecticide chlorpyrifos (CPF) on the swimming behaviour and acetylcholinesterase (AChE) activity of the zebrafish Danio rerio were assessed using the two reference models of concentration addition (CA) and independent action (IA). Moreover, the combined effects of the herbicides (ATR, TER and MET) and the insecticide CPF were also tested on the swimming behaviour and AChE activity of the aquatic midge Chironomus riparius after the cholinesterases characterization. In this risk characterization, the calculated risk quotients for the herbicides ATR, TER, SIM and MET were higher than 1, meaning that these herbicides present a high risk for the Alqueva ecosystem. As expected, the microalgae P. subcapitata was the most sensitive species to the herbicides. However, despite these herbicides pose no or low risk to other aquatic organisms tested in this study, with EC50 values much higher than the concentrations found in this aquatic ecosystem, they are able to increase the toxic effects of CPF when they are tested in binary mixtures. Moreover, the risk quotients of mixtures of these herbicides present simultaneously in three different locations of the reservoir were also higher than 1, so this confirms the fact that these herbicides when present in mixtures, present a greater risk for this ecosystem than the expected considering each single chemical by its own.

Single and joint effects of natural and chemical stressors to the terrestrial isopod Porcellionides pruinosus

Environmental contamination and climate changes constitute two of the most serious problems affecting soil ecosystems in agricultural fields. Agriculture is nowadays a highly optimized process that strongly relies on the application of multiple pesticides to reduce losses and increase yield production. Although constituting, per se, a serious problem to soil biota, pesticide mixtures can assume an even higher relevance in a context of unfavourable environmental conditions. Surprisingly, frameworks currently established for environmental risk assessments keep not considering environmental stressors, such as temperature, soil moisture or UV radiation, as factors liable to influence the susceptibility of organisms to pesticides, or pesticide mixtures, which is raising increasing apprehension regarding their adequacy to actually estimate the risks posed by these compounds to the environment. Albeit the higher attention received on the last few years, the influence of environmental stressors on the behaviour and toxicity of chemical mixtures remains still poorly understood. Aiming to contribute for this discussion, the main goal of the present thesis was to evaluate the single and joint effects of natural stressors and pesticides to the terrestrial isopod Porcellionides pruinosus. The first approach consisted on evaluating the effects of several abiotic factors (temperature, soil moisture and UV radiation) on the performance of P. pruinosus using several endpoints: survival, feeding parameters, locomotor activity and avoidance behaviour. Results showed that these stressors might indeed affect P. pruinosus at relevant environmental conditions, thus suggesting the relevance of their consideration in ecotoxicological assays. At next, a multiple biomarker approach was used to have a closer insight into the pathways of damage of UV radiation and a broad spectrum of processes showed to be involved (i.e. oxidative stress, neurotoxicity, energy). Furthermore, UV effects showed to vary with the environment medium and growth-stage. A similar biomarker approach was employed to assess the single and joint effects of the pesticides chlorpyrifos and mancozeb to P. pruinosus. Energy-related biomarkers showed to be the most differentiating parameters since age-classes seemed to respond differently to contamination stress and to have different metabolic costs associated. Finally, the influence of temperature and soil moisture on the toxicity of pesticide mixtures was evaluated using survival and feeding parameters as endpoints. Pesticide-induced mortality was found to be oppositely affected by temperature, either in single or mixture treatments. Whereas chlorpyrifos acute toxicity was raised under higher temperatures the toxicity of mancozeb was more prominent at lower temperatures. By the opposite, soil moisture showed no effects on the pesticide-induced mortality of isopods. Contrary to survival, both temperature and soil moisture showed to interact with pesticides to influence isopods’ feeding parameters. Nonetheless, was however the most common pattern. In brief, findings reported on this thesis demonstrated why the negligence of natural stressors, or multiple stressors in general, is not a good solution for risk assessment frameworks.

MEASUREMENT AND MODELING OF THE TOXICITY OF BINARY MIXTURES IN THE NEMATODE CAENORHABDITIS ELEGANS-A TEST OF INDEPENDENT ACTION

Ecological risk assessments must increasingly consider the effects of chemical mixtures on the environment as anthropogenic pollution continues to grow in complexity. Yet testing every possible mixture combination is impractical and unfeasible; thus, there is an urgent need for models that can accurately predict mixture toxicity from single-compound data. Currently, two models are frequently used to predict mixture toxicity from single-compound data: Concentration addition and independent action (IA). The accuracy of the predictions generated by these models is currently debated and needs to be resolved before their use in risk assessments can be fully justified. The present study addresses this issue by determining whether the IA model adequately described the toxicity of binary mixtures of five pesticides and other environmental contaminants (cadmium, chlorpyrifos, diuron, nickel, and prochloraz) each with dissimilar modes of action on the reproduction of the nematode Caenorhabditis elegans. In three out of 10 cases, the IA model failed to describe mixture toxicity adequately with significant or antagonism being observed. In a further three cases, there was an indication of synergy, antagonism, and effect-level-dependent deviations, respectively, but these were not statistically significant. The extent of the significant deviations that were found varied, but all were such that the predicted percentage effect seen on reproductive output would have been wrong by 18 to 35% (i.e., the effect concentration expected to cause a 50% effect led to an 85% effect). The presence of such a high number and variety of deviations has important implications for the use of existing mixture toxicity models for risk assessments, especially where all or part of the deviation is synergistic.

Phyto-activity of biocides used to manipulate herbivory: tests of three pesticides on fourteen plant species

1. We tested three pesticides used for field manipulations of herbivory for direct phytoactive effects on the germination and growth of 14 herbaceous plant species selected to provide a range of life-history strategies and functional groups. 2. We report three companion experiments: (A) Two insecticides, chlorpyrifos (granular soil insecticide) and dimethoate (foliar spray), were applied in fully-factorial combination to pot-germinated individuals of 12 species. (B) The same fully-factorial design was used to test for direct effects on the germination of four herbaceous legumes. (C) The molluscicide, metaldehyde, was tested for direct effects on the germination and growth of six plant species. 3. The insecticides had few significant effects on growth and germination. Dimethoate acted only on growth stimulating Anisantha sterilis, Sonchus asper and Stellaria graminea. In contrast, chlorpyrifos acted on germination increasing the germination of Trifolium dubium and Trifolium pratense. There was also a significant interactive effect of chlorpyrifos and dimethoate on the germination of T pratense. However, all. effects were relatively small in magnitude and explanatory power. The molluscicide had no significant effect on plant germination or growth. 4. The small number and size of direct effects of the pesticides on plant performance is encouraging for the use of these pesticides in manipulative experiments on herbivory, especially for the molluscicide. However, a smatt number of direct (positive) effects of the insecticides on some plant species need to be taken into account when interpreting field manipulations of herbivory with these compounds, and emphasises the importance of conducting tests for direct phyto-active effects. (C) 2004 Elsevier GmbH. All rights reserved.

A comparative study on the relationship between acetyl cholinesterase activity and acute toxicity in Daphnia magna exposed to anticholinesterase insecticides

Acetylcholinesterase (AChE) activity was measured in Daphnia magna that had been exposed to four organophosphates (OPs; parathion, chlorpyrifos, malathion, and acephate) and one carbamate (propoxur) for 48 h. These results were related to acute toxicity (median effective concentration [EC50] for immobility). For the four OPs, the EC50s were 7.03 pM, 3.17 pM, 10.56 pM, and 309.82 muM, respectively. The EC50 for propoxur was 449.90 pM. Reduction in AChE activity was directly related to an increase in immobility in all chemicals tested. However, the ratio between the EC50 and the AChE median inhibiting concentration ranged from 0.31 to 0.90. A 50% reduction in AChE activity generally was associated with detrimental effects on mobility. However, for acephate, high levels of AChE inhibition (70%) were observed in very low concentrations and were not associated with immobility. In addition, increasing the concentration of acephate further had a slight negative effect oil AChE activity but a Strong detrimental effect on mobility. Binding sites other than AChE possibly are involved in acephate toxicity to D. magna. Our findings demonstrate different associations between AChE inhibition and toxicity when different chemicals are compared. Therefore, the value of using AChE activity as a biomarker in D. magna will be dependent on the chemical tested.