Formulert Beta-Cyfluthrin Viser Bred Divergens I Toksisitet Blant Fuglearter

Abstrakt

det antas generelt at giftigheten av pyretroidinsekticider til fugler er ubetydelig, selv om få arter har blitt testet. Den orale akutte toksisiteten av formulert beta-cyfluthrin ble bestemt for kanarifugler (Serinus sp.den er også kjent for å være en av De mest kjente artene I verden. Enkeltdoser ble administrert til voksne med sonde. Omtrentlige dødelige doser 50 () og deres konfidensintervall ble bestemt ved omtrentlig d-optimal design. Canaries ble funnet å være vesentlig mer følsomme for formulert beta-cyfluthrin ( mg/kg) enn de andre to artene testet (mg/kg og mg/kg, resp.). Den oppnådde for kanariøyene var også betydelig lavere enn typiske toksisitetsverdier tilgjengelig i litteraturen for pyretroider. Denne studien understreker behovet for å teste et bredere spekter av arter med potensielt giftige insektmidler, ved hjelp av moderne opp og ned testdesign med minimalt antall fugler.

1. Innledning

den utbredte bruken av plantevernmidler bidrar til befolkningsnedgang og dødelighet av fugler i agroøkosystemer . Blant de ulike kategoriene av plantevernmidler gir insekticider vanligvis en høyere risiko for akutte effekter på grunn av deres forhøyede iboende toksisiteter og høyt potensial for eksponering. Dokumenterte tilfeller av massedødelighet ved forgiftning og de ulike studiene som rapporterer negative effekter av insektmidler på fugler, er klare bevis på risikoen som insektmidler utgjør på ville fuglearter (f.eks.). Et tilfelle av massedødelighet av fugler som fikk stor oppmerksomhet i Argentina var 1995-1996 dødeligheten Av Swainsons hauker forårsaket av monocrotophos, et organofosforinsekticid . Etter denne hendelsen, monocrotophos registrering ble kansellert I Argentina mens pyretroid insektmidler fått i betydning og popularitet.

blant insektmidler er pyretroider en klasse av nevrotoksiske syntetiske insektmidler som er mye brukt på grunn av deres relative sikkerhet for pattedyr og fugler, høy insekticid styrke ved lave doser og rask bionedbrytning . Insekt axon natriumkanaler er 100 ganger mer følsomme for pyretroidestere enn pattedyrskanaler . Av disse grunner har pyretroider gradvis erstattet organoklor, organofosfat og karbamatinsekticider i feltet. Flere studier om pyretroider har blitt utført på vertebrater (f.eks.), flertallet på gnagere (f. eks.). Nevrotoksisiteten til pyretroider til pattedyr avhenger av den stereokjemiske konfigurasjonen og pyretroidstrukturen . I kontrast er lite kjent om giftigheten av pyretroider til fugler, sannsynligvis fordi denne klassen av insektmidler generelt anses å ha ubetydelig toksisitet for fugler.

Beta-cyfluthrin (cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenil)-methyl-3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropanecarboxylate) er den aktive ingrediensen i insektmiddelformuleringer som brukes til å kontrollere et bredt utvalg av skadedyr på bomull, mais, solsikke og soyabønneavlinger. Som andre pyretroider presenterer beta-cyfluthrin stereoselektiv interaksjon med en brøkdel av natriumkanalene i nevronmembranene, noe som resulterer i en forlengelse av de innadgående natriumstrømmene fremkalt i nevroner ved hver innkommende puls av eksitatorisk stimulering . Beta-cyfluthrin er en blanding av fire diastereomerer, med diastereomerer II OG IV som dominerer og bestemmer stoffets kjemiske og fysiske egenskaper . Beta-cyfluthrin er en type II pyretroid, med en karakteristisk cyan gruppe på alfa karbon. Type II pyretroider har større insekticid effektivitet og høyere toksisitet enn type i pyretroider. Type II estere holde natriumkanalen åpen for en lengre tidsperiode enn type i estere . De viktigste tegn PÅ forgiftning av type II pyretroider hos pattedyr inkluderer choreoathetose og salivasjon (CS) .

DEN rapporterte LD50 av beta-cyfluthrin til fugler i Plantevernmiddelhåndboken er > 2000 mg/kg I Japansk vaktel. USEPA i sin» ECOTOX » database (http://cfpub.epa.gov/ecotox/) gir samme verdi, men knyttet til den nordlige bobwhite. Ennå, upublisert informasjon sitert i en rapport uten detaljer om kjøretøy eller formulering ga EN LD50 av ca. 100 mg/kg for beta-cyfluthrin på kanariøyene, samt de mer vanlige verdiene for nordlig bobwhite og mallardand på >2000 mg / kg . Denne verdien for kanariøyene, hvis ekte, tviler på den generelle visdommen at pyretroider er giftfri for fugler. Denne studien hadde for objektiv uavhengig bekreftelse AV LD50 av beta-cyfluthrin til kanariøyene og bestemmelse av akutt oral toksisitet av kommersielt formulert beta-cyfluthrin til to nye og ville arter, den skinnende cowbird (Molothrus bonariensis) og earedduen (Zenaida auriculata).

2. Materialer og Metoder

2.1. Studiested Og Generelle Studievilkår

studien ble utført I INTA-forskningsfasilitetene (Instituto Nacional De Tecnologí Agropecuaria) ved Paraná Landbruksforsøksstasjon (31°50 ‘ 53 «S, 60°32 ’19″W). Undersøkelsene ble utført i en aviary på 20 hryvnias 10 m, inkludert et akklimatiseringsområde med 6 grupper penner (hver 3 × 2 hryvnias 3 m) og 24 individuelle testburder (hver 0.5 × 0.5 × 0.5 m). Fotoperioden og gjennomsnittstemperaturen i testrommet under doseringen ble registrert (Tabell 2 og 3). Ventilasjonen ble kontrollert for å opprettholde innendørs forhold for temperatur og fuktighet innenfor utendørs miljøområder.

2.2. Utvalg, Fangst Og Bolig Av Fugler

de ville fuglene, skinnende cowbirds og eared duer ble valgt ut fra deres store antall i omkringliggende felt, noe som sikret deres tilgjengelighet, overflod og fangst suksess. Skinnende cowbirds ble fanget med tåke-garn og eared duer med agn feller. Captive avlet kanarier ble brukt. Friske voksne fugler ble vektet og gruppert etter kjønn før de ble akklimatisert til eksperimentelle forhold i minst 14 dager. Minst tre 1,5 m-perches ble plassert i hver penn. Skinnende cowbirds ble matet insectivore sertifisert kommersiell mat, eared duer ble tilbudt en blanding av hvete og solsikkefrø, og kanariøyene, en kommersiell frøblanding og malt egg. Flaskevann til konsum ble tilbudt ad libitum til alle arter. På grunn av fraværet av en konstituert dyrepleieutvalg VED INTA eller ved det lokale universitetet (Universidad nacional del Litoral) som ga faglig tilsyn med denne forskningen, ble retningslinjer Fra Denver Wildlife Research Center I Us Department Of Agriculture fulgt for fangst, transport, bolig, omsorg, eutanasi og nekropsy av fuglene, i tillegg til andre prosedyrer i studien .

2.3. Kjemisk Og Dose

for å oppnå testdosene (mg beta-cyfluthrin/kg kroppsvekt) brukte vi en kommersiell formulering (Bulldock Av Bayer CropScience), en suspensjon på 12,5 g a.i./100 mL urapporterte inerte ingredienser. Vi antok at etikettkonsentrasjonen var korrekt rapportert og administrert til fugler det nødvendige volumet av formulerte produkter som tilsvarer den nødvendige dosen av beta-cyfluthrin. Det er kjent at pyretroidtoksisitet kan påvirkes sterkt av doseringsvognen . Fordi ville fugler er utsatt for formulerte produkter, valgte vi å teste formuleringen uten et ekstra kjøretøy der det var mulig og med destillert vann som fortynningsmiddel for flere doser for kanarifugler (se fortynninger i fotnoter I Tabell 3).

Doser ble beregnet i henhold til standardligninger for hvert trinn av omtrentlig d-optimal design, i milligram ai per kilo kroppsvekt, som vist i Tabell 3. Doseringsvolumene ble beregnet basert på individuelle kroppsvekt målt innen 12 timer etter dosering (Tabell 1). For å forhindre oppstøt ble de høyere dosevolumene (>0,17 mL for kanarifugler, >0,45 mL for skinnende cowbirds og >1,0 mL for eared duer) delt og administrert i opptil fire alikvoter separert med 15 minutter. Denne delte doseadministrasjonen fant sted for alle arter i grensetesten, en kanarifugl i første trinn av fulltesten og alle skinnende cowbirds og eared dues i alle stadier av fulltesten (Tabell 1). Dosevolumene oversteg aldri 16 mL / kg KROPPSVEKT på kanarifugler, 27 mL / kg KROPPSVEKT i skinnende kufugler og 26 mL / kg KROPPSVEKT i øreduer. Den formulerte testkjemikalien ble gitt av gavage. Kateteret ble smurt Med Vaselin for å redusere mulig ubehag når det ble introdusert. Personer som regurgiterte hele eller deler av en dose og som overlevde dosen, ble erstattet av andre på grunn av at regurgitation endrer dosen og forhindrer riktig tilnærming AV LD50 . Førtiseks prosent av skinnende cowbirds, 33% av eared duer og 16% av kanariøyene regurgitated, til tross for å være fastet før dosen.

2.4. Prosedyre

akutte orale toksisitetstester ble utført etter Utkast Til Retningslinje 223 Fra Organisasjonen For Økonomisk Samarbeid og Utvikling . Denne prosedyren minimerer antall fugler som brukes og har omfattende statistisk validering.

først ble fem individer av hver art behandlet med en grensedose på 2000 mg/kg testkjemisk. ETTER enhver dødelighet ved denne grensedosen ble LD50 estimert i sekvensielle trinn med omtrentlig d-optimal design (full test; Figur 1). På kanariøyene ble den første fasen av hele testen utført for å bekrefte og forbedre det første estimatet av kanariens LD50 (250 mg/kg, basert på ovennevnte litteraturverdi og resultatet av en grensetest). Et ekstra trinn ble lagt til for å oppnå et større presisjonsnivå.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

Diagram over metodikk som brukes.

Fugler ble randomisert til hver test og ble observert i 14 dager etter dosen. Dødelighet, kliniske symptomer, endring i vekt mellom begynnelsen og slutten av studien, regurgitations, tid til døden (i timer) og utvinning ble registrert.

både test-og kontrolldyr ble undersøkt av necropsy for å bestemme makroskopiske forskjeller. Størrelsen, posisjonen og utseendet til alle organer og hele g.i. – kanalen ble undersøkt. Lever og hjerter ble også veid og deres relative vekt beregnet (1) for å oppdage enhver patologi forbundet med tap eller økning i masse av disse organene (hepatomegali, nekrose, hypertrofi, etc.).

2.5. Statistisk Analyse

vi tilpasser en probit-modell til de kombinerte dataene fra alle stadier (STAT-SAS 6.1) for Å oppnå LD50-estimatene, konfidensintervaller betroelser og skråninger av dose-responskurver. Både innledende og endelige kroppsvekter og relative vekter av hjerter og lever ble sammenlignet med enveis ANOVA ved HJELP AV SPSS v. 10 For Windows.

3. Resultater

3.1. Grensetester

Innledende LD50-estimater oppnådd for grensetestene var 2247 mg / kg for både skinnende cowbirds og eared duer fordi 40% av individer døde i begge arter. Derimot døde alle behandlede kanarier, og det var derfor umulig å få et innledende estimat AV LD50 med grenseprøven (Tabell 2).

3.2. Full Test

MED kanariøyene var LD50-verdiene estimert ved hvert sekvensielt stadium henholdsvis 68 mg/kg, 110 mg/kg og 170 mg/kg. Under tilleggsstadiet (tilsvarende det tredje trinnet, utført for å redusere konfidensintervallene TIL LD50), oppgulpet to av fire personer som fikk den høyeste dosen, og av denne grunn ble de ikke inkludert i resultatene. For skinnende cowbirds og eared duer, selv om dosene administrert i andre trinn var de samme på grunn av lignende resultater i grenseprøven, var dødeligheten forskjellig (Tabell 3). LD50-estimatene etter andre trinn var henholdsvis 1589 mg/kg og 2338,6 mg/kg for skinnende cowbirds og eared duer. DE endelige LD50-estimatene, oppnådd ved å tilpasse en probit-modell til de kombinerte dataene for alle stadier for hver art, var 170 ± 41 mg/kg for kanarifugler, 2234 ± 544 mg/kg for skinnende cowbirds og 2271 ± 433 mg/kg for eared duer. Doseresponskurvene er vist I Figur 2.

Figur 2

Dose-respons kurver.

Kliniske tegn inkluderte ruffled utseende, salivasjon (påvist ved konstante deglutisjonsbevegelser og hoderisting), redusert aktivitet, utmattelse, panting, anstrengt pust, kroppsskjelv, balansetap og/eller kramper. Tegn dukket opp kort tid etter dosering og varte fra noen få minutter til noen timer. Det var doser som ikke ga kliniske tegn og andre som tillot rekreasjon av personer med tegn på beruselse, inkludert kramper (Tabell 2 og 3). Alle rekreasjon var i løpet av de første 24 timene etter dosering. Predose og 14-dagers postdose vekter er gitt i Tabell 4. Det var ingen signifikante forskjeller mellom kroppsvektene til de overlevende før dosering og 14 dager etter dosen, med unntak av kanarifugler i tredje trinn av den fullstendige testen hvor 14-dagers postdosevekter var høyere enn predosevekter (). Maksimal tid til døden var 1.75 timer på kanariøyene, 3 timer i eared duer, og 5 timer i skinnende cowbirds. Bare kanariøyene viste en tendens til kortere tid til døden med økende dose (Figur 3).

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c))

Figur 3

Tid for død som en funksjon av dose (bare dosene som forårsaket død er vist).

alle fugler som døde presenterte stivhet av for-og rygglemmer. Vi observerte en hvit tykk væske i forskjellige deler av g. i. – kanalen, som kan tilskrives insektmiddelformuleringen. Makroskopiske forskjeller mellom organer av behandlede og kontrollpersoner ble ikke påvist. Relativ vekt av hjerte og lever (og ) varierte heller ikke (i alle tilfeller).

4. Diskusjon

LD50-verdien vi oppnådde på kanariøyene nærmer seg verdien som presenteres i rapporten om beta-cyfluthrin Fra Eu-Kommisjonen, og bekrefter den som moderat giftig eller KLASSE II for denne arten. LD50-verdier for formulert beta-cyfluthrin oppnådd i skinnende cowbirds (en annen spurvearter) og eared duer, er nær verdiene rapportert for bobwhite vaktel og Japansk vaktel, bekrefter beta-cyfluthrin å være praktisk talt giftfri eller KLASSE III for disse artene. Noen forsiktighet er nødvendig før man tilskriver disse følsomhetsforskjellene utelukkende til fylogeni. Variasjon i dosering prosedyrer kan ha innført uønsket variasjon i våre resultater. Disse er omtalt i detalj nedenfor.

den forskjellige følsomheten for beta-cyfluthrin mellom kanarifugler og andre testede fugler kan skyldes forskjeller i egenskapene til steder med toksisk virkning, intestinal absorpsjon, metabolisme og / eller eliminering av dette stoffet. For eksempel hadde den lave akutte toksisiteten av cypermetrin til vaktel blitt forklart av en høy motstand AV CNS av vaktler til de dødelige effektene av cypermetrin, en større omfattende metabolisme til et stort antall produkter og en rask eliminering i ekskreta . Det er mulig at lignende fysiologiske mekanismer forekommer i skinnende cowbirds og eared duer, forklarer deres lave følsomhet for beta-cyfluthrin. I tillegg kan både signifikante forskjeller i følsomhet på steder med toksisk virkning og metabolske forskjeller og forskjellige hovedavgiftningsveier og enzymatiske aktiviteter spille en viktig rolle i differensialresponsen på disse insekticidene. På den annen side kan forskjeller i kroppsstørrelse blant de tre fugleartene som inngår i denne studien ha påvirket resultatene. Basert på allometrisk forskning utført Av Mineau et al. , den lille kroppsstørrelsen på kanarien sammenlignet med de to andre artene kan ha bidratt til høyere følsomhet.

Faktorer relatert til eksperimentell innstilling og våre prosedyrer kunne ha påvirket resultatene av denne studien. Et forhold mellom temperatur og toksiske effekter av pyretroider har blitt vist for flere grupper av dyr, inkludert insekter, amfibier og pattedyr . I vår studie ble det observert variasjoner i omgivelsestemperaturene på tidspunktet for hvert teststadium (Tabell 3). Men selv når variasjonen var litt høyere når det gjelder skinnende cowbirds, er det lite sannsynlig å ha påvirket resultatene fordi VI oppnådde LD50 gjennom kombinerte data fra sekvensielle stadier med forskjellige temperaturer. I tillegg kan de varierende dosevolumene og delt administrasjon ha økt variasjon mellom forsøksdyr . I vårt arbeid ble kanariøyene administrert et volum godt under de to andre artene (Tabell 1). Wolansky et al. viste at økning av mengden maisolje levert med en dose bifentrin, en annen syntetisk pyretroid, endret tidskurset og styrken av plantevernmiddelet hos rotter (en todelt forskjell i potens ble sett for en 5 ganger økning i maisolje). Bruk av olje som doseringsmiddel bør unngås når svært lipofile plantevernmidler blir testet. Vi håper å ha unngått dette problemet ved dosering med neat formulering der det er mulig, og derfor ikke endre den relative konsentrasjonen av plantevernmidler i doseringsoppløsningen. Sammenligning av antall alikvoter (Tabell 1) med dødeligheten i testene (Tabell 3) tyder på at det nøyaktige doseringsregimet sannsynligvis ikke påvirket våre testresultater i stor grad. Til slutt, fordi vi testet formulert materiale (med ukjente inerter) i stedet for den aktive ingrediensen, kan vi ikke fastslå definitivt om kanarien er mer følsom overfor den aktive ingrediensen eller til en av formulantene. Men likheten til verdien sitert for a.i. de to andre artene (MED LD50-verdier som ligner de som er oppnådd i vaktel eller mallard med den aktive ingrediensen alene) antyder forskjeller i følsomhet overfor pyretroid og ikke til inertene som er inkludert i det formulerte materialet.

Kliniske symptomer observert som respons på høye doser hos de tre fugleartene er i samsvar med De som Er beskrevet Av Sheets et al. hos rotter behandlet med beta-cyfluthrin og de Observert Av Qadri et al. , som testet permetrin og cypermetrin hos kyllinger. Disse symptomene besto av redusert aktivitet, tremor i hele kroppen, salivasjon, agitert pust, flatt stilling og koreoathetose. Nervøse forgiftningssymptomer ble observert kort tid etter inntak og varte opp til noen timer, noe som indikerer at fjerning av pyretroider fra nervesystemet er rask . De overlevende fra alle arter viste ikke tap av kroppsvekt, i hvert fall ved slutten av 14-dagers observasjonsperiode(Tabell 4). Videre økte kroppsvektene på kanariøyene betydelig i tredje fase av hele testen. Singh et al observert økt kroppsvekt etter akutt behandling med beta-cyfluthrin På Albino rotter. Disse forfatterne postulerer at økningen i kroppsvekt kan skyldes overdreven mat-og vanninntak og økt matkonverteringseffektivitet for behandlede grupper sammenlignet med kontrollerte.

alle dødsfall skjedde innen 24 timer etter dosen, sannsynligvis fordi toppnivåer i blod, lever, muskel og hjerne nås den første behandlingsdagen . Tider til døden i skinnende cowbirds og eared duer var ganske lik de som ble oppnådd med fenvalerat Av Mumtaz og Menzer I Japansk vaktel (4 til 8 timer). Raskt utvinning er karakteristisk for forgiftning med pyretroider hos pattedyr . I de tre fugleartene gjenvunnet selv individer som fikk doser som nærmet SEG LD50 raskt (Tabell 3). Pascual et al. rapportert en høy frekvens av oppstøt i duer som gjorde vi. Regurgitations var ikke så hyppig i kanariøyene, noe som tyder på forskjeller i deres fysiologiske evne til å regurgitate. Siden individer som regurgitated ble erstattet av andre, ble resultatene ikke påvirket av regurgitation i denne studien.

Akutte og subakutte studier har vist at pyretroider ved høye doser forårsaker leverhypertrofi, og hvis døden ikke forekommer, har disse endringene vist seg å være reversible . Likevel og som I Yavasoglu et al. , som jobbet med cypermetrin hos rotter, relativ levervekt—)—som et indirekte mål på endringer i levers helse eller funksjon-viste ingen effekt av dosen. Selv om det er in vitro-studier om effekten av pyretroider på hjertemuskelen hos rotter og marsvin , ble det ikke påvist effekter forbundet med tap eller økning av hjertemasse her.

som konklusjon, selv om det var faktorer som muligens forverret forskjellene i følsomhet innenfor eller mellom arter (f. eks. varierende dosevolum, flere doseringsskjema, variable omgivelsestemperaturer, kroppsstørrelse, etc.), ble den høye sensitiviteten til kanarifuglene overfor beta-cyfluthrin bekreftet. På den annen side ble formulert beta-cyfluthrin funnet å være praktisk talt giftfri for skinnende cowbirds og eared duer. Disse resultatene understreker behovet for å teste et bredere spekter av arter før generalisering om giftigheten av pyretroider (og muligens andre plantevernmidler) til fugler. I tilfelle av beta-cyfluthrin spesielt, selv om lave applikasjonshastigheter vanligvis brukes i feltet (7,5–20 g a.i./ha ifølge Tomlin), er det nødvendig å vurdere den potensielle variasjonen i toksisiteten til dette plantevernmiddelet for å fullt ut vurdere sikkerheten til fugler. I det foreliggende tilfelle vil en artsfølsomhetstilnærming foreslå at andre fuglearter, spesielt små bodied arter, vil vise høyere følsomhet for pyretroider. Fremtidig forskning er nødvendig for å forklare hvorfor kanariøyene er mer følsomme for beta-cyfluthrin, for å avgjøre om kanariene er like følsomme for andre pyretroider, og enda viktigere, om dyrearter relatert fylogenetisk til kanariene også gir høy følsomhet for pyretroider.

Bekreftelser

forfatterne takker Environment Canada Og Instituto Nacional De Tecnologí Agropecuaria (INTA) som finansierte og støttet dette papiret. Også, de takker Dr. Brian Collins for hans viktige statistiske samarbeid; Dr. Julie Brodeur for hennes gjennomgang, INTA ansatte, Og Natalia Bossel som samarbeidet om fangst og levering av materialer; Juan Carlos Reboreda, for hans verdifulle bidrag på skinnende cowbird Oppdrett; begge styremedlemmer I EØS-Paran@os Som Entre Rí Regionalt Senter, som støttet dette arbeidet I Eksperimentell Stasjon Av Paranukasus; til slutt to anonyme dommere som ga nyttige kommentarer til tidligere utkast.