SIMLIDAR Simulation of LiDAR performance in artificially simulate orchards

SIMLIDAR is an application developed in Cþþ that generates an artificial orchard using a Lindenmayer system. The application simulates the lateral interaction between the artificial orchard and a laser scanner or LIDAR (Light Detection and Ranging). To best highlight the unique qualities of the LIDAR simulation, this work focuses on apple trees without leaves, i.e. the woody structure. The objective is to simulate a terrestrial laser sensor (LIDAR) when applied to different artificially created orchards and compare the simulated characteristics of trees with the parameters obtained with the LIDAR. The scanner is mounted on a virtual tractor and measures the distance between the origin of the laser beam and the nearby plant object. This measurement is taken with an angular scan in a plane which is perpendicular to the route of the virtual tractor. SIMLIDAR determines the distance measured in a bi-dimensional matrix N M, where N is the number of angular scans and M is the number of steps in the tractor route. In order to test the data and performance of SIMLIDAR, the simulation has been applied to 42 different artificial orchards. After previously defining and calculating two vegetative parameters (wood area and wood projected area) of the simulated trees, a good correlation (R2 ¼ 0.70e0.80) was found between these characteristics and the wood area detected (impacted) by the laser beam. The designed software can be valuable in horticulture for estimating biomass and optimising the pesticide treatments that are performed in winter.

Selectivity of diacylhydrazine insecticides to the predatory bug Orius laevigatus: In vivo and modeling/docking experiments

BACKGROUND: Knowledge of pesticide selectivity to natural enemies is necessary for a successful implementation of biological and chemical control methods in integrated pest management (IPM) programs. Diacylhydrazine (DAH)-based ecdysone agonists also known as molting-accelerating compounds (MACs) are considered a selective group of insecticides, and their compatibility with predatory Heteroptera, which are used as biological control agents, is known. However, their molecular mode of action has not been explored in beneficial insects such as Orius laevigatus (Fieber) (Hemiptera: Anthocoridae). RESULTS: In this project in vivo toxicity assays demonstrated that the DAH-based RH-5849, tebufenozide and methoxyfenozide have no toxic effect against O. laevigatus. The ligand-binding domain (LBD) of the ecdysone receptor (EcR) of O. laevigatus was sequenced and a homology protein model was constructed which confirmed a cavity structure with 12 ?-helixes, harboring the natural insect molting hormone 20-hydroxyecdysone. However, docking studies showed that a steric clash occurred for the DAH-based insecticides due to a restricted extent of the ligand-binding cavity of the EcR of O. laevigatus. CONCLUSIONS: The insect toxicity assays demonstrated that MACs are selective for O. laevigatus. The modeling/docking experiments are indications that these pesticides do not bind with the LBD-EcR of O. laevigatus and support that they show no biological effects in the predatory bug. These data help in explaining the compatible use of MACs together with predatory bugs in IPM programs. Keywords: Orius laevigatus, selectivity, diacylhydrazine insecticides, ecdysone receptor, homology modelling, docking studies.

Diminished UV-absorbing nets reduce the Spreads and population density of Macrosiphum euphorbiae in lettuce.

UV-absorbing covers reduce the incidence of injurious insect pests and viruses in protected crops. In the present study, the effect of a UV-absorbing net (Bionet) on the spatio-temporal dynamics of the potato aphid on lettuce plants was evaluated. A field experiment was conducted during three seasons in two identical tunnels divided in four plots. A set of lettuce plants were artificially infested with Macrosiphum euphorbiae adults and the population was estimated by counting aphids on every plant over 7 to 9 weeks. Insect population grew exponentially but a significantly lower aphid density was present on plants grown under the UV-absorbing cover compared to a standard 50 mesh net. Similarly, in laboratory conditions, life table parameters were significantly reduced under the Bionet. Moreover, SADIE analysis showed that the spatial distribution of aphids was effectively limited under the UV-absorbing nets. Our results indicate that UV-absorbing nets should be considered as an important component of lettuce indoor cropping systems preventing pesticide applications and reducing the risk of spread of aphid-borne virus diseases.

Compatibilidad de Orius laevigatus (Fieber) (Hemiptera: Anthocoridae) y Nesidiocoris tenuis (Reuter)(Hemiptera: Miridae), depredadores importantes en cultivos hortícolas protegidos, con nuevas barreras físicas selectivas y modernos plaguicidas

La nueva legislación en materia fitosanitaria se dirige hacia una Gestión Integrada de Plagas (GIP). Estos programas dan preferencia a aquellos métodos más respetuosos y sostenibles con el medio ambiente, siendo piezas claves en ellos el control biológico, el físico y otros de carácter no químico. Sin embargo, el uso de insecticidas selectivos es a veces necesario para el adecuado manejo de plagas en cultivos hortícolas. Por ello, el objetivo general de este estudio es aportar conocimientos para mejorar el control de plagas en cultivos hortícolas, mediante la integración de tres estrategias de lucha: biológica, física y química. Una parte de este trabajo ha consistido en el estudio de los posibles efectos que mallas tratadas con insecticida (bifentrin) pudieran provocar mediante diferentes ensayos de laboratorio, invernadero y campo, en los enemigos naturales Orius laevigatus (Fieber) (Hemiptera: Anthocoridae) (depredador de trips), Nesidiocoris tenuis (Reuter) (Hemiptera: Miridae) (depredador de mosca blanca y Tuta absoluta (Meirick) (Lepidoptera: Gelechiidae)), y otros agentes de biocontrol comúnmente usados en cultivos hortícolas protegidos. Este tipo de mallas se han empleado con éxito en entomología médica para controlar mosquitos vectores de la malaria, y actualmente se está trabajando en su desarrollo para uso agrícola como método de exclusión, y método directo de control de plagas. En los ensayos realizados en laboratorio, O. laevigatus y N. tenuis no fueron capaces de detectar la presencia de bifentrin en el ensayo de preferencia. Además, no se produjo mortalidad a corto plazo (72 horas) en ambos chinches depredadores. Por el contrario, se registró una elevada mortalidad cuando se expusieron por contacto a la malla tratada durante 72 horas en cajas de dimensiones reducidas (10 cm de diámetro X 3 cm de altura). En ensayos llevados a cabo bajo condiciones más reales de exposición, en un invernadero experimental con jaulas de 25 X 25 X 60 cm de altura, no se produjo ningún efecto en la mortalidad a corto plazo (72 horas) o en los parámetros reproductivos de O. laevigatus y N. tenuis. Finalmente, en ensayos de campo realizados en túneles semi-comerciales (8 m de largo X 6,5 m de ancho X 2,6 m de altura), ni las condiciones ambientales [temperatura, humedad relativa, radiación ultravioleta (UV) y fotosintéticamente activa (PAR)], ni los enemigos naturales, se vieron afectados por la presencia de la malla tratada con bifentrin en el cultivo. Sin embargo, los resultados no fueron concluyentes, debido al bajo establecimiento de los agentes de biocontrol liberados. Por lo tanto, más estudios son necesarios en invernaderos comerciales para confirmar los resultados preliminares de compatibilidad. Además, en este trabajo se han evaluado los efectos letales (mortalidad) y subletales (parámetros reproductivos) de seis modernos insecticidas sobre los chinches depredadores O. laevigatus y N. tenuis, mediante ensayos de laboratorio y persistencia. Los ensayos se realizaron por contacto residual, aplicando los insecticidas a la dosis máxima de campo sobre placas de cristal (laboratorio) o plantas (persistencia). Los productos fitosanitarios se seleccionaron por representar a un grupo de modernos plaguicidas con modos de acción en principio más selectivos para los enemigos naturales que antiguos plaguicidas como organoclorados, oroganofosforados o carbamatos, y por su uso frecuente en cultivos hortícolas donde O. laevigatus y N. tenuis están presentes. Todos ellos están incluidos o en proceso de inclusión en la lista comunitaria de sustancias activas para uso agrícola, Anexo I de la Directiva 91/414/CEE: abamectina y emamectina (avermectinas neurotóxicas, activadoras del canal del cloro), deltametrina (piretroide neurotóxico, modulador del canal del sodio, control positivo), flubendiamida (neurotóxico, modulador del receptor de rianodina), spinosad (naturalito neurotóxico, agonistas/antagonistas del receptor de nicotínico acetilcolina) y spiromesifen (inhibidor de la acetil CoA carboxilasa). El estudio mostró que O. laevigatus fue más susceptible a los insecticidas que N. tenuis. Además, los resultados revelaron que flubendiamida y spiromesifen fueron compatibles con los dos enemigos naturales estudiados, y por tanto se podrían usar en programas de GIP. Por el contrario, los insecticidas abamectina, deltametrina, emamectina y spinosad no fueron selectivos para ninguno de los chinches depredadores. Sin embargo, los estudios de persistencia demostraron que a pesar de que estos insecticidas no proporcionaron selectividad fisiológica, pueden proporcionar selectividad ecológica en algunos casos. Abamectina, deltametrina, emamectina y spinosad podrían ser compatibles con N. tenuis si el enemigo natural es introducido en el cultivo 4 días después de su aplicación. En el caso de O. laevigatus, abamectina, deltametrina y spinosad se clasificaron como persistentes, por lo tanto es necesario completar el estudio con experimentos de semi-campo y campo que determinen si es posible su uso conjunto en programas de GIP. Por otro lado, emamectina podría ser compatible con O. laevigatus si el enemigo natural es introducido en el cultivo 7 días después de su aplicación. Por último, se ha comprobado la selectividad de tres insecticidas aceleradores de la muda (MACs) (metoxifenocida, tebufenocida y RH-5849) sobre O. laevigatus y N. tenuis. Además de realizar estudios para evaluar la toxicidad en laboratorio de los insecticidas por contacto residual e ingestión (principal modo de acción de los MAC´s), se extrajo RNA de los insectos y con el cDNA obtenido se secuenció y clonó el dominio de unión al ligando (LBD) del receptor de ecdisona correspondiente a O. laevigatus (OlEcR-LBD) y N. tenuis (NtEcR-LBD). Posteriormente, se obtuvo la configuración en tres dimensiones del LBD y se estudió el acoplamiento de las moléculas de los tres insecticidas en la cavidad que forman las 12 α-hélices que constituyen el EcR-LBD. En el caso de N. tenuis se debe mencionar que no fue posible la obtención de la secuencia completa del LBD. Sin embargo, se obtuvo una secuencia parcial (hélice 6-hélice 11), que mostró una alta conservación de aminoácidos con respecto a la obtenida en O. laevigatus. Los ensayos de toxicidad mostraron que metoxifenocida, tebufenocida y RH-5849 no produjeron ningún efecto nocivo en ambos depredadores. Además, los estudios de modelado por homología y acoplamiento molecular llevados a cabo con O. laevigatus, también indicaron que los MACs no produjeron ningún efecto deletéreo en este enemigo natural. Por lo tanto, estos compuestos pueden ser aplicados de manera segura en programas de GIP en los cuales O. laevigatus y N. tenuis estén presentes. ABSTRACT The new pesticide legislation on pest control is aimed at integrated pest management (IPM). These programs are based on the most environmentally sustainable approaches, where biological, physical control and other non-chemical methods are the cornerstone. However, selective pesticides are often required for pest management on horticultural crops. Therefore, the main goal of this study is to provide knowledge to improve pest control on horticultural crops through the integration of three strategies: biological, physical and chemical. Firstly, the effects of insecticide treated nets (bifenthrin) were evaluated in different laboratory, greenhouse and field experiments on the natural enemies Orius laevigatus (Fieber) (Hemiptera: Anthocoridae) (predator of thrips), Nesidiocoris tenuis (Reuter) (Hemiptera: Miridae) (predator of whiteflies and Tuta absoluta (Meirick) (Lepidoptera: Gelechiidae)), and other biocontrol agents commonly used on protected horticultural crops. These types of nets have been successfully used in medical entomology to control mosquito malaria vectors, and work is currently being done on their use as exclusion barriers and as a direct method of pest control in agriculture. In experiments made under laboratory conditions, O. laevigatus and N. tenuis were not able to detect the presence of bifenthrin in a dual-choice test. Furthermore, no shortterm mortality (72 hours) was recorded on both predatory bugs. In contrast, a high mortality rate was found when they were exposed by contact to the bifenthrin-treated net for 72 hours in small cages (10 cm diameter X 3 cm high). In assays carried out under more realistic conditions of exposure, in an experimental greenhouse with cages of 25 X 25 X 60 cm high, short-term mortality (72 hours) and reproductive parameters were not affected. Lastly, in field experiments carried out in semi-commercial tunnels (8 m long X 6.5 m width X 2.6 m high), neither environmental conditions [temperature, relative humidity, ultraviolet (UV) and photosynthetically active radiation (PAR)] nor natural enemies were affected by the presence of the bifenthrin-treated net on the crop. However, results were not conclusive, mainly due to a low settlement of the released biocontrol agents, and further studies are needed in commercial greenhouses to confirm our preliminary results of compatibility. Secondly, the lethal (mortality) and sublethal effects (reproductive parameters) of six modern pesticides on the predatory bugs O. laevigatus and N. tenuis has been evaluated through laboratory and persistence experiments. Trials were carried out by residual contact, applying the insecticides to the maximum field recommended concentration on glass plates (laboratory) or plants (persistence). Insecticides were chosen as representatives of modern pesticides with a more selective mode of action on natural enemies than organochlorine, organophosphorus and carbamate insecticides. Moreover, they were also chosen because of their frequent use on horticultural crops where O. laevigatus and N. tenuis are present. All of them have been included or have been requested for inclusion in the community list of active substances on the agricultural market, Annex I of the European Directive 91/414/EEC: abamectin and emamectin (neurotoxic avermectins, chloride channel activators), deltamethrin (neutotoxic pyrethroid, sodium channel modulator, positive commercial standard), flubendiamide (neurotoxic, rianodine receptor modulator), spinosad (neurotoxic naturalyte, nicotinic acetylcholine receptor allosteric activator) and spiromesifen (inhibitors of acetyl CoA carboxylase). The study showed that O. laevigatus was more susceptible to all the studied pesticides than N. tenuis. In addition, the research results indicated no impact of flubendiamide and spiromesifen on the two natural enemies studied under laboratory conditions. Consequently, both pesticides are candidates to be included in IPM programmes where these biocontrol agents are present. On the other hand, abamectin, deltamethrin, emamectin and spinosad were not selective for both predatory bugs in laboratory experiments. However, persistence test demonstrated that in spite of the lack of physiological selectivity, these pesticides can provide ecological selectivity in some cases. Abamectin, deltamethrin, emamectin and spinosad could be compatible with N. tenuis if the mirid bug is released 4 days after the insecticide treatment on the crop. With regard to O. laevigatus, abamectin, deltamethrin and spinosad were classified as persistent in our assays, thus the study should be completed with semi-field and field experiments in order to ascertain their possible joint use in IPM programs. In contrast, emamectin could be compatible with O. laevigatus if the pirate bug is released 7 days after the insecticide treatment on the crop. Finally, the selectivity of three moulting accelerating compounds (MACs) (methoxyfenozide, tebufenozide and RH-5849) has also been evaluated on O. laevigatus and N. tenuis. In addition to laboratory experiments to evaluate the toxicity of the insecticides by residual contact and ingestion, molecular approaches were used as well. RNA of both insects was isolated, cDNA was subsequently synthesized and the complete sequence of the ligand binding domain (LBD) of the ecdysone receptor of O. laevigatus (OlEcR-LBD) and N. tenuis (NtEcR-LBD) were determined. Afterwards, the three dimensional structure of LBD was constructed. Finally, the docking of the insecticide molecules in the cavity delineated by the 12 α-helix that composed the EcRLBD was performed. In the case of N. tenuis, it should be noted that in spite of intensive efforts, we did not manage to complete the sequence for the LBD.However, a partial sequence of the LBD was obtained (helix 6-helix 11), and a strong conservation between the amino acids of N. tenuis and O. laevigatus was observed. Results showed no biological activity of methoxyfenozide, tebufenozide and RH-5849, on both predatory bugs. Moreover, modeling of the OlEcR-LBD and docking experiments also suggested that MACs were devoid of any deleterious effect on O. laevigatus. Therefore, our results indicate that these compounds could be safely applied in IPM programs in which O. laevigatus and N. tenuis are present.

Effects of a bifenthrin-treated net on the natural enemies Aphidius colemani (Haliday) and Adalia bipunctata L. in a cucumber crop in Central Spain. Semi-field experiments

Pest management practices that rely on pesticides are growing increasingly less effective and environmentally inappropriate in many cases and the search of alternatives is under focus nowadays. Exclusion of pests from the crop by means of pesticide-treated screens can be an eco-friendly method to protect crops, especially if pests are vectors of important diseases. The mesh size of nets is crucial to determine if insects can eventually cross the barrier or exclude them because there is a great variation in insect size depending on the species. Long-lasting insecticide-treated (LLITN) nets, factory pre-treated, have been used since years to fight against mosquitoes vector of malaria and are able to retain their biological efficacy under field for 3 years. In agriculture, treated nets with different insecticides have shown efficacy in controlling some insects and mites, so they seem to be a good tool in helping to solve some pest problems. However, treated nets must be carefully evaluated because can diminish air flow, increase temperature and humidity and decrease light transmission, which may affect plant growth, pests and natural enemies. As biological control is considered a key factor in IPM nowadays, the potential negative effects of treated nets on natural enemies need to be studied carefully. In this work, the effects of a bifentrhin-treated net (3 g/Kg) (supplied by the company Intelligent Insect Control, IIC) on natural enemies of aphids were tested on a cucumber crop in Central Spain in autumn 2011. The crop was sown in 8x6.5 m tunnels divided in 2 sealed compartments with control or treated nets, which were simple yellow netting with 25 mesh (10 x 10 threads/cm2; 1 x 1 mm hole size). Pieces of 2 m high of the treated-net were placed along the lateral sides of one of the two tunnel compartments in each of the 3 available tunnels (replicates); the rest was covered by a commercial untreated net of a similar mesh. The pest, Aphis gossypii Glover (Aphidae), the parasitoid Aphidius colemani (Haliday) (Braconidae) and the predator Adalia bipunctata L. (Coccinellidae) were artificially introduced in the crop. Weekly sampling was done determining the presence or absence of the pest and the natural enemies (NE) in the 42 plants/compartment as well as the number of insects in 11 marked plants. Environmental conditions (temperature, relative humidity, UV and PAR radiation) were recorded. Results show that when aphids were artificially released inside the tunnels, neither its number/plant nor their distribution was affected by the treated net. A lack of negative effect of the insecticide-treated net on natural enemies was also observed. Adalia bipunctata did not establish in the crop and only a short term control of aphids was observed one week after release. On the other hand, A. colemani did establish in the crop and a more long-term effect on the numbers of aphids/plant was detected irrespective of the type of net. KEY WORDS: bifenthrin-treated net, Adalia bipunctata, Aphidius colemani, Aphis gossypii, semi-field

Ecological approaches and the development of “truly integrated” pest management

Recent predictions of growth in human populations and food supply suggest that there will be a need to substantially increase food production in the near future. One possible approach to meeting this demand, at least in part, is the control of pests and diseases, which currently cause a 30–40% loss in available crop production. In recent years, strategies for controlling pests and diseases have tended to focus on short-term, single-technology interventions, particularly chemical pesticides. This model frequently applies even where so-called integrated pest management strategies are used because in reality, these often are dominated by single technologies (e.g., biocontrol, host plant resistance, or biopesticides) that are used as replacements for chemicals. Very little attention is given to the interaction or compatibility of the different technologies used. Unfortunately, evidence suggests that such approaches rarely yield satisfactory results and are unlikely to provide sustainable pest control solutions for the future. Drawing on two case histories, this paper demonstrates that by increasing our basic understanding of how individual pest control technologies act and interact, new opportunities for improving pest control can be revealed. This approach stresses the need to break away from the existing single-technology, pesticide-dominated paradigm and to adopt a more ecological approach built around a fundamental understanding of population biology at the local farm level and the true integration of renewable technologies such as host plant resistance and natural biological control, which are available to even the most resource-poor farmers.

Induction of cytochrome P4501A1 by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin or indolo(3,2-b)carbazole is associated with oxidative DNA damage.

Induction of cytochrome P4501A1 (CYP1A1) in the hepatoma Hepa1c1c7 cell line results in an elevation in the excretion rate of 8-oxoguanine (oxo8Gua), a biomarker of oxidative DNA damage and the major repair product of 8-oxo-2'-deoxyguanosine (oxo8dG) residues in DNA. Treatment of this cell line with 2,3,7,8-tetrachloro-p-dibenzodioxin (TCDD), a nonmetabolized environmental contaminant, and indolo(3,2-b)carbazole (ICZ), a metabolite of a natural pesticide found in cruciferous vegetables, is shown to both induce CYP1A1 activity and elevate the excretion rate of oxo8Gua; 7,8-benzoflavone (7,8-BF or alpha-naphthoflavone), an inhibitor of CYP1A1 activity and an antagonist of the aryl hydrocarbon (Ah) receptor, reduced the excretion rate of oxo8Gua. The essential role of Ah-receptor, which mediates the induction of CYP1A1, is shown by the inability of TCDD to induce CYP1A1 and to increase excretion of oxo8Gua in Ah receptor-defective c4 mutant cells. While there was a significant 7.0-fold increase over 2 days in the excretion rate of oxo8Gua into the growth medium of TCDD-treated Hepa1c1c7 cells compared to control, no significant increase was detected in the steady-state level of oxo8dG in the DNA presumably due to efficient DNA repair. Thus, the induction of CYP1A1 appears to lead to a leak of oxygen radicals and consequent oxidative DNA damage that could lead to mutation and cancer.

Activation of mammalian retinoid X receptors by the insect growth regulator methoprene.

We report that methoprene and its derivatives can stimulate gene transcription in vertebrates by acting through the retinoic acid-responsive transcription factors, the retinoid X receptors (RXRs). Methoprene is an insect growth regulator in domestic and agricultural use as a pesticide. At least one metabolite of methoprene, methoprene acid, directly binds to RXR and is a transcriptional activator in both insect and mammalian cells. Unlike the endogenous RXR ligand, 9-cis-retinoic acid, this activity is RXR-specific; the methoprene derivatives do not activate the retinoic acid receptor pathway. Methoprene is a juvenile hormone analog that acts to retain juvenile characteristics during insect growth, preventing metamorphosis into an adult, and it has been shown to have ovicidal properties in some insects. Thus, a pesticide that mimics the action of juvenile hormone in insects can also activate a mammalian retinoid-responsive pathway. This finding provides a basis through which the potential bioactivity of substances exposed to the environment may be reexamined and points the way for discovery of new receptor ligands in both insects and vertebrates.

Avaliação probabilística de riscos à saúde humana em área contaminada por compostos organoclorados

Introdução: Áreas contaminadas por agentes químicos perigosos em regiões urbanas representam riscos importantes à saúde humana e ao ambiente. Vila Carioca, localizada na cidade de São Paulo, é uma área contaminada por pesticidas organoclorados considerada crítica, pela magnitude da contaminação, pela presença de pessoas residentes e pela complexidade de fontes da contaminação. Vários estudos de riscos já foram realizados por uma das empresas contaminadoras, no entanto, ainda há muita incerteza e controvérsias sobre os riscos à saúde da população. Objetivo: Avaliar o incremento de risco de câncer no tempo de vida para população exposta por meio de uma avaliação probabilística. Método: Foram utilizados dados secundários das contaminações obtidos nos estudos de riscos efetuados pela empresa produtora de pesticidas organoclorados e também em documentos oficiais dos órgãos de saúde e meio ambiente do Estado de São Paulo, resultantes do monitoramento da água e do solo na área residencial no período de 1997 a 2012, para 335 substâncias. Foram selecionadas substâncias carcinogênicas presentes na água subterrânea e solo com melhor conjunto de dados. Para a avaliação probabilística foi empregado o método de simulação de Monte Carlo, por meio do software comercial ModelRisk. Foram utilizados os métodos recomendados pela United States Environmental Protection Agency para a avaliação de risco de exposição dérmica e de incremento de riscos de câncer para substâncias mutagênicas. Foram consideradas a ingestão de água e solo, e contato dérmico com água. Resultados: O incremento de risco de câncer no tempo de vida (IRLT) foi de 4,7x10-3 e 4,1x10-2 para o percentil 50% e 95%, respectivamente. As rotas de exposição mais importantes foram ingestão e contato dérmico com a água subterrânea, seguido da ingestão de solo. O grupo etário que apresentou maior risco foi o das crianças de 0 a 2 anos de idade. Conclusão: Os riscos estimados são superiores aos valores considerados toleráveis. A avaliação realizada foi conservativa, mas ressalta-se que a restrição do uso da água subterrânea deve ser mantida e que a população deve ser devidamente informada dos riscos envolvidos na área, em especial, relacionados ao solo contaminado

Atividade da própolis verde contra o fitopatógeno Pythium aphanidermatum e análise da interação do composto majoritário Artepillin C com sistemas biomiméticos de membranas

O aumento da resistência microbiana devido a fatores como uso excessivo e ineficiente de antibióticos convencionais acarreta a necessidade da busca por novos compostos bioativos que atuem por mecanismos de ação diferentes aos fármacos já conhecidos. Na agricultura, o uso intensivo de pesticidas para o combate de microrganismos que comprometem principalmente a parte alimentícia também traz diversos problemas relacionados à resistência antimicrobiana e a riscos ambientais, oriundos do acúmulo dessas substâncias no solo. Dentro deste aspecto, o pseudofungo Pythium aphanidermatum, da classe dos oomicetos, destaca-se por ser uma espécie agressiva e altamente resistente a fungicidas comuns, apodrecendo raízes e frutos de cultivos de tomate, beterraba, pepino, pimentão, etc. A própolis verde, constituída em sua grande parte por material resinoso coletado e processado pela abelha da espécie Apis mellifera tem sido utilizada na medicina tradicional devido ao seu amplo espectro de ações preventivas e tratamentos de doenças, possuindo propriedades anti-inflamatórias, antimicrobianas, anticancerígenas e antioxidantes, tornando-se um produto de grande interesse na busca de novos compostos bioativos. Dentro destes aspectos apresentados, neste trabalho investigamos a ação da própolis verde contra o fitopatógeno P. aphanidermatum e identificamos através da técnica de cromatografia e bioensaios que a Artepillin C (3,5-diprenil-4-ácido-hidroxicinâmico), majoritária na própolis verde, foi o principal composto nesta ação. Os efeitos terapêuticos desta molécula tem sido foco de muitos estudos, porém ainda não há evidência em sua interação com agregados anfifílicos que mimetizam membranas celulares. O caráter anfifílico do composto, elevado pela presença dos grupos prenilados ligados ao ácido cinâmico, favoreceram a sua inserção nas membranas modelo, principalmente em seu estado agregado. Estas conclusões puderam ser inferidas devido às alterações nas propriedades das bicamadas lipídicas na presença da Artepillin C, podendo causar, especificamente para o caso de fitopatógenos como o P. aphanidermatum, perdas funcionais das proteínas de membranas, liberação de eletrólitos intracelulares e desintegração citoplasmática dos micélios e esporos. Ainda, as diferentes composições lipídicas nas vesículas influenciam no modo de interação do composto e consequentes alterações em suas estruturas, principalmente na presença do colesterol, que auxilia na manutenção da permeabilidade da bicamada lipídica, que pode contribuir para a integridade do conteúdo citoplasmático da célula.

Gestão de embalagens vazias de agrotóxicos - logística reversa em pequenos municípios brasileiros: o caso do município de Bom Repouso, MG

O Brasil assumiu e mantém desde 2008 o primeiro lugar mundial em consumo de agrotóxicos e, tendo em vista este uso intensivo, é possível estimar a grande quantidade de embalagens vazias de agrotóxicos (EVAs) geradas todos os anos no país. Com a promulgação da Lei 9974 de 2000, a criação do Instituto Nacional de Processamento de Embalagens Vazias (inpEV) em 2001 e a implantação da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) em 2010, a destinação adequada das EVAs por meio da logística reversa passou a ocorrer de maneira mais eficiente, chegando a um percentual de 94% de devolução em 2014 segundo dados do INPEV. No entanto, este processo foi originalmente concebido para atender grandes áreas rurais, com economias de escala que o favorecem, e portanto não está adequado à realidade de pequenas comunidades rurais, geralmente com infraestrutura precária e mais isoladas. Sendo assim, ainda é comum nos municípios de pequeno porte que essas embalagens sejam queimadas, armazenadas em locais não adequados ou simplesmente abandonadas no campo. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi analisar a gestão de EVAs em pequenos municípios agrícolas brasileiros, com foco no processo de logística reversa, a partir de um estudo de caso. Este foi realizado em Bom Repouso, MG, município de 10500 habitantes, caracterizado pela produção de morango e batata, com mão de obra familiar e uso intensivo de agrotóxicos. As seguintes etapas de pesquisa foram desenvolvidas: entrevistas semiestruturadas com os atores da cadeia de logística reversa de EVAs; levantamento documental; análise comparativa entre a quantidade de embalagens vendidas e a quantidade total de embalagens devolvidas entre os anos de 2012-2013 e 2013-2014, bem como um levantamento dos agrotóxicos mais comercializados no município. Verificou-se que, no período 2012-2013, a quantidade de embalagens vendidas foi cerca de 30 vezes maior que a de embalagens devolvidas, e para o período entre 2013-2014 a mesma relação foi da ordem de 26 vezes. Além disso, a massa total de embalagens devolvidas corresponde a apenas 3,3% da massa de vendidas no período 2012-2013, e 3,8% para 2013-2014. Ou seja, aproximadamente 96% das embalagens comercializadas em ambos os períodos não foram devolvidas à central de Pouso Alegre. Além disso, há produtos extremamente tóxicos para a saúde e para o meio ambiente entre os 20 mais vendidos no município. Não estão estabelecidas políticas públicas municipais voltadas à gestão desses resíduos, como pode ser verificado através das entrevistas e do levantamento documental. Dificuldades relacionadas ao armazenamento das EVAs até o momento da devolução e seu transporte até a Central de Recolhimento foram apontadas pelos entrevistados como principais motivos para não cumprir suas responsabilidades e, consequente, descartar inadequadamente esses resíduos.

Efeitos dos agrotóxicos Kraft®36EC e Score®250EC (e seus princípios ativos) em ecossistemas aquáticos: análises comparativas e ecossistêmicas

Com o advento da agricultura ampliou-se a produção alimentar e os bens de consumo, no entanto, os riscos ambientais também foram maximizados em função da adoção de técnicas produtivas baseadas no uso intensivo de insumos agrícolas. Esta problemática é mundial, embora mais evidenciada nos países em desenvolvimento e que tem, na produção agrícola, a base de sua economia. O Brasil enquadra-se nesta situação e desde 2009 é considerado o maior consumidor de agrotóxicos do mundo, criando um cenário de risco ambiental e de saúde humana. Os efeitos ambientais, base deste estudo, estão relacionados não somente à perda de espécies não-alvo, uma vez que os agrotóxicos não são seletivos, mas também as alterações em nível ecossistêmico, a qual se relaciona com as perdas das funções e dos serviços gerados pelos sistemas naturais. Adiciona-se a esta complexidade, a forma de ação de cada agrotóxico, a distribuição dos mesmos nos diferentes compartimentos (ar, solo e água), o período de permanência de cada um, as relações sinérgicas decorrentes das interações entre diferentes produtos, a formação de subprodutos no processo de degradação, entre outros fatores, como as diferenças existentes entre o ingrediente ativo e a formulação comercial, na qual existem os chamados ingredientes inertes em sua composição, os quais podem ser muito mais tóxicos para espécies e ecossistemas. Considerando esta abordagem, a presente pesquisa foi desenvolvida com base na realidade de um local de referência, o município de Bom Repouso (MG/BR), no qual a intensificação da produção de morango e batata tem trazido uma série de riscos sociais e ambientais. Semelhante a outras regiões produtivas do país, o uso de agrotóxicos é recorrente, amplo e irrestrito, com destaque para as formulações comerciais Kraft®36EC e Score®250EC, as quais, juntamente com seus respectivos ingredientes ativos (abamectina e difenoconazol), foram avaliadas por meio de testes de toxicidade com espécies de diferentes níveis tróficos representativas de um ecossistema aquático, gerando informações que foram avaliadas em nível de espécie e de ecossistema, simulando o cenário de aplicação dos produtos no local de referência. Os resultados obtidos permitiram concluir sobre as diferenças de sensibilidade das espécies e quais seriam as mais indicadas para se avaliar os efeitos tóxicos de ambos os agrotóxicos; os efeitos diferenciados entre a formulação comercial e os ingredientes ativos; bem como as respostas em termos de espécies e de ecossistemas, demonstrando a necessidade de que ambas as análises sejam consideradas na avaliação de risco ecológico.

Caracterização de valores de referência de qualidade de sedimentos para compostos orgânicos no sistema estuarino da baixada santista, São Paulo

Em regiões altamente contaminadas como a região da Baixada Santista, é importante estabelecer metas para a recuperação do ambiente. Apesar da ausência da contaminação ser a meta ideal, as implicações e os custos associados a esse objetivo, demanda o estabelecimento de metas de recuperação realistas em relação aos contaminantes presentes na região. Com o objetivo de caracterizar valores de referência de qualidade de sedimentos para compostos orgânicos na região da Baixada Santista, o Canal de Bertioga foi escolhido como local de referência por ser uma região sem fontes industrais ou outras fontes pontuais relativas aos compostos analisados. Amostras de água, sedimento e ostras foram coletadas e os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs), bifenilos policlorados (PCBs) e pesticidas organoclorados (OCPs) foram determinados por técnicas cromatográficas. A avaliação dos resultados de análises de PAHs, permite afirmar com alguma segurança, que os valores da somatória de PAHs das amostras sedimentos são, na sua grande maioria, inferiores a 1.000 µg/kg, não superando 1.600 µg/kg, concentrações abaixo dos limites estabelecidos na Resolução CONAMA 344/04 e abaixo dos valores que possam causar algum efeito adverso à biota, conforme valores descritos na literatura. Resultados de análise de PCBs, OCPs, compostos fenólicos e compostos orgânicos voláteis (VOCs) em amostras de sedimento, indicaram concentrações destes compostos abaixo dos limites de quantificação, exceto DDE (5,30 g/kg) e HCB (2,34 g/kg), que foram detectados em apenas um ii sítio de amostragem. Não houve evidências de possíveis fontes de emissão próximas à região de referência para PCBs, OCPs, compostos fenólicos e VOCs. Finalizando, espera-se que os resultados obtidos neste estudo possam fornecer subsídios para futuramente estabelecer uma área de referência para qualidade de sedimento na região da Baixada Santista, ou ainda serem utilizados em conjunto com as avaliações de contaminantes inorgânicos, testes ecotoxicológicos e indicadores biológicos, como ferramenta para avaliação da qualidade de sedimento e/ou para a classificação de material a ser dragado na região da Baixada Santista.

Desenvolvimento e validação de metodologia para determinação de resíduos de pesticidas piretróides por HPLC em feijão

Um método rápido utilizando cromatografia liquida (LC) foi desenvolvido para determinação simultânea de 7 pesticidas piretróides (bifentrina, cipermetrina, fenpropatrina, fenvalerato, permetrina, lambda-cialotrina, e deltametrina). Os resíduos são extraídos com acetona e a partição realizada de acordo com o método multi-resíduos DFG-S19, substituindo diclorometano por acetato de etila/ciclohexano (1+1) e purificação usando cromatografia de permeação a gel com uma coluna Biobeads SX3 e acetato de etila/ciclohexano (1+1) como eluente. A separação por LC é realizada com uma coluna LiChrospher 100 RP-18 e acetonitrila/água (8+2) como fase móvel. Os pesticidas são detectados em 212nm. As recuperações dos 7 pesticidas piretróides em amostras de feijão fortificadas em 0,010; 0,100; e 1,000 mg/kg ficaram entre 71-105%. A diferença particular deste método é o limite de quantificação, os quais ficaram entre 0,004-0,011 mg/kg, abaixo de muitos outros métodos de LC descritos na literatura. A cromatografia a gás (GC) com detector de captura de elétrons é mais sensível que a LC, mas o método com LC facilita a identificação dos picos. A GC apresenta muitos picos enquanto a LC apresenta apenas um para a maioria dos piretróides. A análise com LC é uma boa alternativa para a determinação de resíduos de piretróides em feijão. Durante o ano de 2005, um total de 48 amostras de feijão comercializadas na cidade de São Paulo, foram analisadas. Nenhum resíduo de pesticida piretróide foi detectado nas amostras.

Impacto da diversidade bacteriana sob a degradação clorotalonil no solo manejado com biochar

A diversidade microbiana é geralmente considerada por seu papel nos principais processos do ecossistema, tais como a decomposição da matéria orgânica e ciclos biogeoquímicos. No entanto, informações sobre o impacto da diversidade em funções menores, como degradação de xenobióticos são escassas. Nós estudamos a partir da abordagem da \'diluição para extinção\', o papel da diversidade sobre a capacidade da comunidade microbiana em degradar o fungicida clorotalonil (organoclorado). Também estudamos o comportamento da comunidade bacteriana após aplicação do pesticida no solo com e sem biochar. A diversidade microbiana do solo natural foi alterada artificialmente por diluição, constituindo um gradiente de diversidade (SN > 10-1 > 10-3 > 10-6), seguido pela inoculação em amostras de solo estéril e posterior reestruturação (15 dias). Após a reestruturação da comunidade, as amostras foram manejadas com biochar (1% m/m) e tratadas com a dose de campo do CHT. O comportamento da comunidade bacteriana foi estudo por PCR-DGGE e qPCR do gene 16S rDNA através de um experimento com molécula fria (não radiomarcada). Enquanto a capacidade de degradação do CHT foi estudada por radiorespirometria (14C-CHT). Inicialmente, a comunidade de bactérias foi influenciada pelo gradiente de diversidade obtido por diluição. A separação dos grupos bacterianos se mostrou bastante similar nos três primeiros períodos pré-aplicação do CHT (SN > 10-1 - 10-3 > 10-6), enquanto que no período de 15 dias, a dinâmica de grupos foi alterada (SN > 10-1 > 10-3 - 10-6). O fungicida e o biochar não exerceram efeitos na comunidade bacteriana no tempo zero (imediatamente após a aplicação), a modificação no perfil da comunidade foi atribuído à diluição. Nos períodos de 21 e 42 dias, o perfil comunidade bacteriana apresentou forte modificação. Os grupos bacterianos se mostraram mais dispersos quando considerado somente o CHT. Embora, a análise de ANOSIM indicou não haver diferença nas amostras com e sem biochar, sugerindo que o clorotalonil foi quem mais contribuiu na dispersão dos grupos bacterianos. No período de 42 d, a comunidade apresentou resposta positiva, sendo observado aumentos no número de bandas e no índice de Shannon em todos tratamentos. Isto possivelmente, devido a menor concentração do fungicida disponível na solução do solo, diminuindo assim, os efeitos deletérios sobre a comunidade. Os dados de qPCR não apresentaram alteração no número de copias do gene 16S rDNA em todos os tratamentos. A remoção da diversidade impactou fortemente a capacidade da comunidade bacteriana de degradar o clorotalonil. Apesar da capacidade de degradar não ter sido perdida, a mínima alteração na diversidade promoveu elevada redução na taxa de mineralização do CHT. A dissipação do CHT se mostrou rápida (D50 < 1 dia) em todos os tratamentos, além disso, a formação de 14C-resíduos não extraíveis foi constituiu um dos principais mecanismos de dissipação do CHT. A partir da degradação do fungicida, foram detectados três metabólitos. Conclui-se que a modificação por diluição da diversidade bacteriana promoveu impacto negativo na mineralização do clorotalonil. E que a formação de resíduos não extraíveis consistiu no principal mecanismo de dissipação do CHT em ambos solos.