formulerad Beta-cyflutrin visar stor skillnad i toxicitet bland fågelarter

Abstrakt

det antas allmänt att toxiciteten hos pyretroidinsekticider till fåglar är försumbar, även om få arter har testats. Den orala akuta toxiciteten hos formulerad beta-cyflutrin bestämdes för kanariefåglar (Serinus sp.), glänsande kofåglar (Molothrus bonariensis) och öronduvor (Zenaida auriculata). Enstaka doser administrerades till vuxna genom sondmatning. Ungefärliga dödliga doser 50 () och deras konfidensintervall bestämdes genom ungefärlig d-optimal design. Kanarieöarna befanns vara betydligt känsligare för formulerat beta-cyflutrin ( mg/kg) än de andra två testade arterna ( mg/kg och mg/kg, resp.). Den erhållna för kanariefåglar var också betydligt lägre än typiska toxicitetsvärden som finns tillgängliga i litteraturen för pyretroider. Denna studie betonar behovet av att testa ett bredare spektrum av arter med potentiellt giftiga insekticider, med hjälp av moderna upp och ner testdesigner med minimalt antal fåglar.

1. Inledning

den utbredda användningen av bekämpningsmedel bidrar till befolkningsminskningar och dödlighet hos fåglar i agroekosystem . Bland de olika kategorierna av bekämpningsmedel utgör insekticider vanligtvis en högre risk för akuta effekter på grund av deras förhöjda inneboende toxiciteter och hög potential för exponering. Dokumenterade fall av massdödlighet genom berusning och de olika studier som rapporterar negativa effekter av insekticider på fåglar är tydliga bevis på risken för insekticider på vilda fågelarter (t.ex.). Ett fall av massdödlighet hos fåglar som fick stor uppmärksamhet i Argentina var dödligheten hos Swainsons hökar 1995-1996 orsakad av monocrotophos, en organofosforinsekticid . Efter denna händelse avbröts monocrotophos-registreringen i Argentina medan pyretroidinsekticiderna fick betydelse och popularitet.

bland insekticider är pyretroider en klass av neurotoxiska syntetiska insekticider som ofta används på grund av deras relativa säkerhet för däggdjur och fåglar, hög insekticid styrka vid låga doser och snabb biologisk nedbrytning . Insektaxonnatriumkanaler är 100 gånger känsligare för pyretroidestrar än däggdjurskanaler . Av dessa skäl har pyretroider gradvis ersatt organoklor, organofosfat och karbamatinsekticider i fältet. Flera studier om pyretroider har utförts på ryggradsdjur (t.ex.), majoriteten på gnagare (t. ex.). Neurotoxiciteten hos pyretroider till däggdjur beror på den stereokemiska konfigurationen och pyretroidstrukturen . Däremot är lite känt om pyretroidernas toxicitet för fåglar, förmodligen för att denna klass av insekticider i allmänhet anses ha försumbar toxicitet för fåglar.

Beta-cyflutrin (cyano-(4-fluoro-3-phenoxyphenil)-methyl-3-(2,2-dichloroethenyl)-2,2-dimethyl-cyclopropanecarboxylate) är den aktiva ingrediensen i insekticidformuleringar som används för att kontrollera en mängd olika skadedjur på bomulls -, majs -, solros-och sojabönsgrödor. Liksom andra pyretroider presenterar beta-cyflutrin stereoselektiv interaktion med en bråkdel av natriumkanalerna i neuronmembranen, vilket resulterar i en förlängning av de inre natriumströmmarna som framkallas i neuroner av varje inkommande puls av excitatorisk stimulering . Beta-cyflutrin är en blandning av fyra diastereomerer, med diastereomerer II och IV som dominerar och bestämmer ämnets kemiska och fysikaliska egenskaper . Beta-cyflutrin är en typ II pyretroid, med en karakteristisk cyanogrupp på Alfa-kolet. Pyretroider av typ II uppvisar större insekticid effektivitet och högre toxicitet än pyretroider av typ I. Typ II-estrar håller natriumkanalen öppen under en längre tidsperiod än typ i-estrar . De viktigaste tecknen på förgiftning av pyretroider av typ II hos däggdjur inkluderar koreoathetos och salivation (CS) .

den rapporterade LD50 av beta-cyflutrin till fåglar i Pesticidhandboken är > 2000 mg/kg i den japanska vakteln. USEPA i sin” ECOTOX ” – databas (http://cfpub.epa.gov/ecotox/) ger samma värde, men associerat med norra bobwhite. Ändå gav opublicerad information som citerades i en rapport utan detaljer om fordon eller formulering en LD50 av ca. 100 mg/kg för beta-cyflutrin på Kanarieöarna samt de mer vanliga värdena för nordlig bobvit och gräsand på > 2000 mg/kg . Detta värde för kanariefåglar, om det är verkligt, tvivlar på den allmänna visdomen att pyretroider är giftfria för fåglar. Den föreliggande studien hade för objektiv oberoende bekräftelse av LD50 av beta-cyflutrin till kanariefåglar och bestämning av akut oral toxicitet hos kommersiellt formulerad beta-cyflutrin till två nya och vilda arter, den glänsande kofågeln (Molothrus bonariensis) och den eared duvan (Zenaida auriculata).

2. Material och metoder

2.1. Plats och allmänna villkor för studien

studien genomfördes i forskningsanläggningarna i inta (Instituto Nacional de tecnolog Auguia Agropecuaria) vid Paranaugusti Agricultural Experimental Station (31 50’53″S, 60 32’19″W). Studien genomfördes i en voljär på 20 10 m, inklusive ett acklimatiseringsområde med 6 grupper av pennor (vardera 3 2 2 3 m) och 24 individuella testburar (vardera 0,5 0 0,5 0,5 m). Fotoperioden och Medeltemperaturen i testrummet under doseringen registrerades (Tabell 2 och 3). Ventilationen kontrollerades för att bibehålla inomhusförhållandena för temperatur och fuktighet inom utomhusmiljöområden.

2.2. Urval, fångst och bostäder av fåglar

de vilda fåglarna, glänsande kofåglar och öronduvor valdes utifrån deras stora antal i omgivande fält, vilket försäkrade deras tillgänglighet, överflöd och fånga framgång. Blanka cowbirds fångades med dimma-nät och eared duvor med bete fällor. Fångna uppfödda kanariefåglar användes. Friska vuxna fåglar vägdes och grupperades efter kön innan de acklimatiserades till experimentella förhållanden i minst 14 dagar. Minst tre 1,5 m-perches placerades i varje penna. Blanka cowbirds matades insectivore certifierad kommersiell mat, eared duvor erbjöds en blandning av vete och solrosfrön, och kanariefåglar, en kommersiell fröblandning och malet ägg. Flaskvatten för konsumtion erbjöds ad libitum till alla arter. På grund av avsaknaden av en konstituerad djurvårdsutskott vid INTA eller vid det lokala universitetet (Universidad Nacional del Litoral) som tillhandahöll akademisk övervakning av denna forskning följdes riktlinjer från Denver Wildlife Research Center i US Department of Agriculture för fångst, transport, bostad, vård, eutanasi och nekropsi av fåglarna, förutom andra förfaranden i studien .

2.3. Kemisk och dos

för att erhålla testdoserna (mg beta-cyflutrin/kg kroppsvikt) använde vi en kommersiell formulering (Bulldock of Bayer CropScience), en suspension av 12,5 g a.i./100 mL orapporterade inerta ingredienser. Vi antog att etikettkoncentrationen rapporterades korrekt och administrerades till fåglar den nödvändiga volymen formulerad produkt som motsvarar den erforderliga dosen beta-cyflutrin. Det är känt att pyretroidtoxicitet kan påverkas starkt av doseringsfordonet . Eftersom vilda fåglar utsätts för formulerade produkter valde vi att testa formuleringen utan ytterligare fordon där det var möjligt och med destillerat vatten som utspädningsmedel för flera doser för kanariefåglar (se utspädningar i fotnoterna i tabell 3).

doser beräknades enligt standardekvationer för varje steg i den ungefärliga d-optimala konstruktionen , i milligram a.i. per kg kroppsvikt, som visas i tabell 3. Doseringsvolymerna beräknades baserat på individuella kroppsvikt uppmätta inom 12 timmar efter dosering (Tabell 1). För att förhindra uppstötningar delades de högre dosvolymerna (>0, 17 mL för kanariefåglar, >0, 45 mL för glänsande kofåglar och >1, 0 mL för öronduvor) och administrerades i upp till fyra alikvoter separerade med 15 minuter. Denna delade administrering av doser ägde rum för alla arter i gränstestet, en kanariefågel i det första steget i det fullständiga testet och alla glänsande kofåglar och öronduvor i alla steg i det fullständiga testet (Tabell 1). Dosvolymerna överskred aldrig 16 mL / kg kroppsvikt (kroppsvikt) på Kanarieöarna, 27 mL/kg kroppsvikt i glänsande kofåglar och 26 mL/kg kroppsvikt i öronduvor. Den formulerade testkemikalien gavs genom sondmatning. Katetern smörjdes med vaselin för att minska eventuellt obehag när det infördes. Individer som regurgiterade en del eller hela dosen och som överlevde dosen ersattes med andra på grund av det faktum att regurgitation modifierar dosen och förhindrar korrekt approximation av LD50 . Fyrtiosex procent av glänsande kofåglar, 33% av eared duvor och 16% av Kanarieöarna regurgiterade, trots att de fastade före dosen.

2.4. Förfarande

akuta orala toxicitetstester utfördes enligt utkast till riktlinje 223 från Organisationen för ekonomiskt samarbete och utveckling . Denna procedur minimerar antalet fåglar som används och har omfattande statistisk validering.

först behandlades fem individer av varje art med en gränsdos på 2000 mg/kg testkemikalie. Efter eventuell dödlighet vid denna gränsdos uppskattades LD50 i sekventiella steg med ungefärlig d-optimal design (fullständigt test; Figur 1). På Kanarieöarna utfördes det första steget i det fullständiga testet för att bekräfta och förbättra den ursprungliga uppskattningen av Kanarieöarna LD50 (250 mg/kg, baserat på ovannämnda litteraturvärde och resultatet av ett gränstest). Ett ytterligare steg tillsattes för att erhålla en högre precisionsnivå.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

Diagram över metodik som används.

fåglar tilldelades slumpmässigt till varje test och observerades i 14 dagar efter dosen. Dödlighet, kliniska symtom, viktförändring mellan början och slutet av studien, uppstötningar, tid till döden (i timmar) och återhämtning registrerades.

både test-och kontrolldjur undersöktes med obduktion för att bestämma makroskopiska skillnader. Storleken, positionen och utseendet på alla organ och hela G.i. kanalen undersöktes. Lever och hjärtan vägdes också och deras relativa vikter beräknades (1) för att detektera någon patologi associerad med någon förlust eller ökning av massan av dessa organ (hepatomegali, nekros, hypertrofi etc.).

2.5. Statistisk analys

vi anpassar en probitmodell till de kombinerade data från alla stadier (STAT-SAS 6.1) för att erhålla LD50-uppskattningarna, konfidensintervall förtroende och sluttningar av dos-responskurvor. Både de initiala och slutliga kroppsvikterna och de relativa vikterna hos hjärtan och lever jämfördes med envägs ANOVA med SPSS V.10 för Windows.

3. Resultat

3.1. Gränsvärden

initiala LD50-uppskattningar erhållna för gränsvärdena var 2247 mg/kg för både glänsande kofåglar och öronduvor eftersom 40% av individerna dog i båda arterna. Däremot dog alla behandlade kanariefåglar, och det var därför omöjligt att få en initial uppskattning av LD50 med gränstestet (Tabell 2).

3.2. Fullständigt Test

med kanariefåglar var LD50-värdena uppskattade vid varje sekventiellt steg 68 mg/kg, 110 mg/kg respektive 170 mg / kg. Under det ytterligare steget (liknande det tredje steget, utfört för att minska konfidensintervallet för LD50), två av fyra individer som fick den högsta dosen regurgiterade, och av denna anledning inkluderades de inte i resultaten. För glänsande kofåglar och öronduvor, även om doserna som administrerades i det andra steget var desamma på grund av liknande resultat i gränstestet, var dödligheten annorlunda (tabell 3). LD50-uppskattningarna efter det andra steget var 1589 mg/kg och 2338,6 mg/kg för glänsande kofåglar respektive öronduvor. De slutliga LD50-uppskattningarna, som erhölls genom att montera en probitmodell till de kombinerade uppgifterna för alla stadier för varje art, var 170 41 mg/kg för kanariefåglar, 2234 544 mg/kg för blanka kofåglar och 2271 433 mg/kg för eared duvor. Dosresponskurvorna visas i Figur 2.

Figur 2

dos-responskurvor.

kliniska tecken inkluderade ruffled utseende, salivation (framgår av konstanta deglutitionsrörelser och huvudskakningar), minskad aktivitet, utmattning, flämtande, ansträngd andning, kroppsskakning, balansförlust och/eller kramper. Tecken uppträdde strax efter dosering och varade från några minuter till några timmar. Det fanns doser som inte gav kliniska tecken och andra som möjliggjorde återhämtning av individer med tecken på förgiftning, inklusive kramper (Tabell 2 och 3). Alla återhämtningar var inom de första 24 timmarna efter doseringen. Predos-och 14-dagars postdosvikter anges i Tabell 4. Det fanns inga signifikanta skillnader mellan de överlevande kroppsvikterna före dosering och 14 dagar efter dosen, med undantag för kanariefåglar i det tredje steget i det fullständiga testet där 14-dagars postdosvikter var högre än predosvikter (). Maximal tid till döden var 1.75 timmar på Kanarieöarna, 3 timmar i eared duvor och 5 timmar i glänsande cowbirds. Endast Kanarieöarna visade en tendens till en kortare tid till döds med ökande dos (Figur 3).

(a)

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Figur 3

dödstid som en funktion av dosen (endast de doser som orsakade döden visas).

alla fåglar som dog presenterade styvhet i fram-och bakbenen. Vi observerade en vit tjock vätska i olika delar av G.i. – kanalen, hänförlig till insekticidformuleringen. Makroskopiska skillnader mellan organ av behandlade och kontrollindivider upptäcktes inte. Relativa vikter av hjärta och lever ( och ) varierade inte heller ( i alla fall).

4. Diskussion

LD50-värdet som vi erhållit på Kanarieöarna approximerar värdet som presenteras i rapporten om beta-cyflutrin från Europeiska kommissionen , vilket bekräftar det som måttligt giftigt eller klass II för denna art. LD50-värden för formulerad beta-cyflutrin erhållen i glänsande kofåglar (en annan passerinart) och öronduvor ligger nära de värden som rapporterats för bobvit vaktel och japansk vaktel, vilket bekräftar att beta-cyflutrin är praktiskt taget giftfri eller klass III för dessa arter. Viss försiktighet behövs innan dessa känslighetsskillnader tillskrivs enbart fylogeni. Variation i doseringsprocedurer kan ha infört oönskad variation i våra resultat. Dessa diskuteras i detalj nedan.

den olika känsligheten för beta-cyflutrin mellan kanariefåglar och andra testade fåglar kan bero på skillnader i egenskaperna hos de toxiska verkningsställena, intestinal absorption, metabolism och/eller eliminering av detta ämne. Till exempel hade cypermetrins låga akuta toxicitet för vaktel förklarats av en hög resistens hos vaktlarnas CNS mot de dödliga effekterna av cypermetrin, en större omfattande metabolism till ett stort antal produkter och en snabb eliminering i excreta . Det är möjligt att liknande fysiologiska mekanismer förekommer i glänsande kofåglar och öronduvor, vilket förklarar deras låga mottaglighet för beta-cyflutrin. Dessutom kan både signifikanta skillnader i känslighet vid platserna för toxisk verkan och metaboliska skillnader och olika huvudsakliga avgiftningsvägar och enzymatiska aktiviteter Spela en viktig roll i de olika svaren på dessa insekticider. Å andra sidan kan skillnader i kroppsstorlek bland de tre fågelarter som ingår i denna studie ha påverkat resultaten. Baserat på allometrisk forskning utförd av Mineau et al. kan den lilla kroppsstorleken på kanariefågeln jämfört med de andra två arterna ha bidragit till den högre känsligheten.

faktorer relaterade till den experimentella inställningen och våra procedurer kan ha påverkat resultaten av denna studie. Ett samband mellan temperatur och de toxiska effekterna av pyretroider har visats för flera grupper av djur, inklusive insekter, amfibier och däggdjur . I vår studie noterades variationer i omgivningstemperaturerna vid tidpunkten för varje teststadium (tabell 3). Men även när variationen var något högre när det gäller glänsande kofåglar är det osannolikt att det har påverkat resultaten eftersom vi fick LD50 genom kombinerade data från sekventiella steg med olika temperaturer. Dessutom kan de varierande dosvolymerna och delade administreringar ha ökad variation mellan försöksdjur . I vårt arbete administrerades Kanarieöarna en volym långt under de som användes för de andra två arterna (Tabell 1). Wolansky et al. visade att en ökning av mängden majsolja som levererades med en dos bifentrin, en annan syntetisk pyretroid, förändrade tidskursen och styrkan hos bekämpningsmedlet hos råttor (en tvåfaldig skillnad i styrka sågs för en 5-faldig ökning av majsolja). Användning av olja som doseringsmedel bör undvikas när mycket lipofila bekämpningsmedel testas. Vi hoppas ha undvikit detta problem genom att dosera med den snygga formuleringen där det är möjligt och därför inte ändra den relativa koncentrationen av bekämpningsmedel i doseringslösningen. Att jämföra antalet alikvoter (Tabell 1) med dödligheten i testerna (tabell 3) antyder att den exakta doseringsregimen förmodligen inte påverkade våra testresultat i någon stor utsträckning. Slutligen, eftersom vi testade formulerat material (med okända inerts) snarare än den aktiva ingrediensen, kan vi inte fastställa definitivt om kanariefågeln är känsligare för den aktiva ingrediensen eller till en av formulanterna. Likheten med det värde som anges för a. i. av Europeiska unionen och den relativa bristen på toxicitet hos formulanterna i de andra två arterna (med LD50-värden som liknar de som erhållits i vaktel eller gräsand med den aktiva ingrediensen ensam) antyder skillnader i känslighet för pyretroiden och inte för inerterna som ingår i det formulerade materialet.

kliniska symtom som observerats som svar på höga doser hos de tre fågelarterna överensstämmer med de som beskrivs av Sheets et al. hos råttor behandlade med beta-cyflutrin och de som observerats av Qadri et al. , som testade permetrin och cypermetrin hos kycklingar. Dessa symtom bestod av minskad aktivitet, tremor i hela kroppen, salivation, upprörd andning, utplattad hållning och koreoatetos. Nervösa förgiftningssymtom observerades en kort tid efter intag och varade upp till några timmar, vilket indikerar att avlägsnandet av pyretroider från nervsystemet är snabbt . De överlevande från alla arter visade inte förlust av kroppsvikt, åtminstone i slutet av den 14-dagars observationsperioden (Tabell 4). Dessutom ökade kroppsvikterna på Kanarieöarna avsevärt under det tredje steget i hela testet. Singh et al observerade ökade kroppsvikter efter akut behandling med beta-cyflutrin på Albinoråttor. Dessa författare postulerar att ökningen i kroppsvikt kan bero på överdrivet mat-och vattenintag och ökad matomvandlingseffektivitet hos behandlade grupper jämfört med kontrollerade.

alla dödsfall inträffade inom 24 timmar efter dosen, troligen på grund av att toppnivåer i blod, lever, muskler och hjärna uppnås den första behandlingsdagen . Tider till döds i glänsande kofåglar och öronduvor var ganska lika de som erhölls med fenvalerat av Mumtaz och Menzer i japansk vaktel (4 till 8 timmar). Snabb återhämtning är ett kännetecken för förgiftning med pyretroider hos däggdjur . I de tre fågelarterna återhämtade sig även individer som fick doser som närmade sig LD50 snabbt (tabell 3). Pascual et al. rapporterade en hög frekvens av uppstötningar i duvor som gjorde vi. Regurgitationer var inte lika frekventa på Kanarieöarna, vilket tyder på skillnader i deras fysiologiska förmåga att regurgitate. Eftersom individerna som regurgitated ersattes för andra påverkades resultaten inte av regurgitation i denna studie.

akuta och subakuta studier har visat att pyretroider vid höga doser orsakar leverhypertrofi, och om döden inte inträffar har dessa förändringar visat sig vara reversibla . Ändå och som i Yavasoglu et al. , som arbetade med cypermetrin hos råttor, relativa levervikter ()—som ett indirekt mått på förändringar i leverhälsa eller funktion—visade ingen effekt av dosen. Även om det finns In vitro-studier angående effekterna av pyretroider på hjärtmuskeln hos råttor och marsvin , upptäcktes inte effekter i samband med förlust eller ökning av hjärtmassan här.

Sammanfattningsvis, även om det fanns faktorer som möjligen förvärrade skillnaderna i känslighet inom eller mellan arter (t.ex. varierande dosvolymer, multipel doseringsschema, varierande omgivningstemperaturer, kroppsstorlek etc.), Kanarieöarnas höga känslighet för beta-cyflutrin bekräftades. Å andra sidan befanns formulerad beta-cyflutrin vara praktiskt taget giftfri för glänsande kofåglar och öronduvor. Dessa resultat betonar behovet av att testa ett bredare spektrum av arter innan generalisering om toxiciteten hos pyretroider (och eventuellt andra bekämpningsmedel) till fåglar. När det gäller beta-cyflutrin specifikt, även om låga appliceringshastigheter vanligtvis används i fältet (7, 5-20 g a.i./ha enligt Tomlin), är det nödvändigt att överväga den potentiella variationen i toxiciteten hos detta bekämpningsmedel för att fullt ut kunna bedöma dess säkerhet för fåglar. I förevarande fall skulle en artkänslighetsmetod föreslå att andra fågelarter, särskilt små kroppsarter, kommer att visa högre känslighet för pyretroider. Framtida forskning behövs för att förklara varför Kanarieöarna är mer känsliga för beta-cyflutrin, för att avgöra om Kanarieöarna är på samma sätt mer känsliga för andra pyretroider, och ännu viktigare, om vilda arter relaterade fylogenetiskt till Kanarieöarna också uppvisar en hög känslighet för pyretroider.

erkännanden

författarna tackar Environment Canada och Instituto Nacional de tecnolog Auguia Agropecuaria (INTA) som finansierade och stödde detta dokument. Också, de tackar Dr. Brian Collins för hans väsentliga statistiska samarbete; Dr. Julie Brodeur för sin granskning, inta staff, och Natalia Bossel som samarbetade om fångar och tillhandahållande av material; Juan Carlos Reboreda, för hans värdefulla bidrag på glänsande cowbird djurhållning; båda direktörer i EES-Paran Sackios som Entre r Sackios Regional Center, som stödde detta arbete i den experimentella stationen i Paran; slutligen två anonyma domare som gav användbara kommentarer om tidigare utkast.