Tarnished Plant Bug (Heteroptera: Miridae) Behavioral Responses to Chemical Insecticides

The tarnished plant bug (Lygus lineolaris Palisot de Beauvois) is the dominant insect pest of cotton (Gossypium hirsutum L.) in the Mid-South Cotton Belt. This is partly due to the fact that this pest has developed resistance to most insecticides used for control. Laboratory experiments were conducted during 2014 and 2015 to study the behavioral response of tarnished plant bug nymphs to several classes of insecticides. Twenty third-instar nymphs were placed in individual dishes divided into four quadrants with five green bean pieces in each quadrant (10 treated and 10 untreated green beans in each dish). Dishes were checked at 1, 4, 8, and 24 h. Tarnished plant bug nymphs appeared to avoid green beans treated with IGR, pyrethroid, organophosphate, or carbamate insecticides, while there appeared to be an attraction to green bean pieces treated with sulfoxamine and pyridine carboxamide insecticides. No relationship was observed with neonicotinoid insecticides within 24 h.

The Comparative Metabolism of Some Substituted Phenyl-N-Methylcarbamate Insecticides

<p>1. The metabolism of the N-methylcarbamates of 3-tertbutylphenol; 3,5-ditertbutylphenol; and 2-isopropoxyphenol was investigated in insects and mammals. 2. The major degradative pathway in enzyme systems from insects and mice was oxidative. The major metabolites from tertbutyl substituted phenyl-N-methylcarbamates were N-hydroxymethyl derivatives and tertbutanol derivatives. Baygon yielded N-hydroxymethyl, ring hydroxyl and O-dealkyl derivatives as major metabolites. 3. The rates of oxidation of the three insecticides in each enzyme system were similar. 4. Oxidation was inhibited by piperonyl butoxide and Metopirone, apparent I50 for singly oxidised metabolites was 10-4 M, and for metabolites with two oxidations 10-5M. 5. Enzymic hydrolysis of carbamate insecticides required reduced cofactor in insect and mouse systems. Mouse blood did not effect hydrolysis. 6. A wide variation of oxidising ability was found in live insects. Musca domestica was most active, Tenebrio molitor and Costelytra zealandica were least active. 7. Insecticide synergists reduce insects' ability to oxidise Baygon to acetone. 8. Musca domestica and Lucilia sericata larvae oxidised carbamate insecticides slower than the adult forms. 9. Mice excrete 3-tertbutylphenyl-N-methylcarbamate as phenolic metabolites, with only minor oxidative products. 10. Different rates of metabolism among insects could account for the selective toxicity of aryl-N-methylcarbamates.</p>

The Comparative Metabolism of Some Substituted Phenyl-N-Methylcarbamate Insecticides

<p>1. The metabolism of the N-methylcarbamates of 3-tertbutylphenol; 3,5-ditertbutylphenol; and 2-isopropoxyphenol was investigated in insects and mammals. 2. The major degradative pathway in enzyme systems from insects and mice was oxidative. The major metabolites from tertbutyl substituted phenyl-N-methylcarbamates were N-hydroxymethyl derivatives and tertbutanol derivatives. Baygon yielded N-hydroxymethyl, ring hydroxyl and O-dealkyl derivatives as major metabolites. 3. The rates of oxidation of the three insecticides in each enzyme system were similar. 4. Oxidation was inhibited by piperonyl butoxide and Metopirone, apparent I50 for singly oxidised metabolites was 10-4 M, and for metabolites with two oxidations 10-5M. 5. Enzymic hydrolysis of carbamate insecticides required reduced cofactor in insect and mouse systems. Mouse blood did not effect hydrolysis. 6. A wide variation of oxidising ability was found in live insects. Musca domestica was most active, Tenebrio molitor and Costelytra zealandica were least active. 7. Insecticide synergists reduce insects' ability to oxidise Baygon to acetone. 8. Musca domestica and Lucilia sericata larvae oxidised carbamate insecticides slower than the adult forms. 9. Mice excrete 3-tertbutylphenyl-N-methylcarbamate as phenolic metabolites, with only minor oxidative products. 10. Different rates of metabolism among insects could account for the selective toxicity of aryl-N-methylcarbamates.</p>

Organophosphate and carbamate insecticide exposure is related to lung function change among smallholder farmers: a prospective study

Introduction and aimExposure to some insecticides may cause airway obstruction, but existing evidence is limited by cross-sectional designs and inadequate confounder control. We investigated the relation between organophosphate and carbamate insecticides and pulmonary function in a prospective study accounting for important confounders.MethodsIn a cohort of 364 smallholder farmers in Uganda (69% women), participants underwent pre-bronchodilator spirometry at baseline (September/October 2018) and at two follow-up visits (November/December 2018 and January/February 2019). Exposure to carbamate and organophosphate insecticides was assessed using haemoglobin-adjusted erythrocyte acetylcholinesterase (AChE/Hb). Less than 3% of participants were lost to follow-up. We calculated Z-scores for FEV1, FVC and FEV1/FVC using the Global Lung Function Initiative equations. Data were analysed in linear mixed and fixed effect models accounting for family relationships and repeated measures of exposure and outcome.ResultsLow AChE/Hb was significantly associated with low FEV1 Z-score in both unadjusted and adjusted analyses. Compared with individuals with AChE/Hb 25.90 U/g (50th percentile, reference), those with lower AChE/Hb 24.50 U/g (35th percentile) had mean FEV1 Z-score 0.045 (0.003 to 0.087) lower, and persons with higher AChE/Hb 27.30 U/g (65th percentile) had a mean FEV1 Z-score 0.043 (−0.002 to 0.087) higher compared with the reference. Similar, but numerically smaller and statistically non-significant effects were seen for Z-scores of FVC and FEV1/FVC.ConclusionExposure to organophosphate and carbamate insecticides may lead to lung function decline. Our results add to the growing evidence of health effects in relation to exposure to organophosphate and carbamate insecticides, underlining the importance of minimising exposure.

Self-poisoning with pesticides in Jiangsu Province, China: a cross-sectional study on 24,602 subjects

Background With an estimated > 800,000 suicide-related deaths and potentially several attempts for each death in the world. The purpose of this study was to determine the epidemiological characteristics of self-poisoning with pesticides within the Jiangsu province in China. Methods We evaluated the incidence of pesticide self-poisoning using the Routine Surveillance System by Jiangsu Provincial Center for Disease Control and Prevention. Results In recent years, Jiangsu Province has witnessed a decrease in pesticide self-poisoning cases and consequent deaths. Among all suicides by deliberate ingestion of pesticides, the proportion of cases were mainly in the age 40, accounting for 3.43% of all cases with pesticide suicide. The proportion of suicide due to pesticide poisoning in females was markedly higher than that in males (p < 0.001). Moreover, higher numbers of self-poisoning cases and deaths were reported in the farming season. Suicide using organophosphate and carbamate insecticides was most common, with 10,303 reported cases accounting for 42.02% of all suicides. Conclusions For national responses to be effective, the characteristics of pesticide suicides should be comprehensively investigated for the formulation of corresponding prevention strategies. Restriction of access to means plays an important role in suicide prevention, particularly in impulsive suicide cases. Implementation of these prevention strategies should result in an ongoing decline in the proportion of suicide.

Assessment of Organophosphate and Carbamate Insecticides and Heavy Metal Contamination in Canal-Grown Water Morning Glory (Ipomoea aquatica Forssk) in Nakhon Nayok Province, Thailand

Excessive application of insecticides in agriculture has become an increasing trend in Thailand, where agriculture is common in the area. This problem leads to negative impacts on human health and environment. Therefore, this study focused on monitoring organophosphate and carbamate insecticides, and heavy metals (Cd, Cu, Pb, Ni, Hg, Zn and Mn) in Ipomoea aquatica Forssk, as well as water and soil from different canals in Ongkharak District, Nakhon Nayok Province, Thailand. The powder samples were prepared from roots, stems and leaves of Ipomoea aquatica Forssk, as well as soil. Then, anti-acetylcholinesterase activity of each sample was determined, and heavy metal contents were measured by atomic absorption spectrometry. The results showed that the highest anti-acetylcholinesterase activity was found in the soil samples, followed by those of leaves and stems, roots, and water, respectively. Additionally, the order of heavy metal concentration of stem and leaves, root, water and soil samples were Mn>Cu>Hg>Ni>Zn>Cd>Pb, Mn>Zn>Ni >Cu>Cd>Hg>Pb, Ni>Cu>Hg>Mn>Cd>Zn>Pb, and Mn>Cu>Ni>Zn>Pb>Cd>Hg, respectively. The concentration of Cu and Hg in stems and leaves were above the standard levels of Ministry of Public Health (2003), while Cu and Cd in root samples were above the standard levels. Additionally, the concentrations of Cd, Ni and Zn in all water samples were above the standard levels of Ministry of Natural Resources and Environment (1994), and the concentrations of Cu, Hg and Mn in certain water samples were above the standard levels. The translocation factors (TFroot and TFwater) and bioaccumulation factor (BAF) above 1 were observed in order of Cu>Ni>Cd>Zn>Mn, Mn>Zn>Ni >Cd, and Mn>Zn>Ni>Cd, respectively. The findings provide useful information to agricultural and public health authorities for a dialogue in policy development (i.e. the importation and use of pesticides) to minimize health risk of vulnerable population including farmers and nearby communities in the province, and thus strengthening equity in health.

Isolation of bacteria that degrade carbamate insecticides and characterization of the functional and ecological role of bacterial genes involved in their hydrolysis in soil

Τα συνθετικά καρβαμιδικά αποτελούν μια σημαντική ομάδα γεωργικών φαρμάκων με το oxamyl να είναι o κύριος εκπρόσωπος τους σήμερα στην αγορά εντομοκτόνων/νηματοδοκτόνων. Η μικροβιακή αποδόμηση αποτελεί μία από τις κύριες διεργασίες που ελέγχει την περιβαλλοντική τύχη του oxamyl. Παραδόξως, η μικροβιακή αποδόμηση, η οποία αρχικά θεωρήθηκε ως μια επιθυμητή διεργασία για τη μείωση των περιβαλλοντικών κινδύνων, έχει μετατραπεί σε δίκοπο μαχαίρι με την ανάπτυξη του φαινομένου της επιταχυνόμενης μικροβιακής αποδόμησης, η οποία υπό ευνοϊκές συνθήκες μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της αποτελεσματικότητας των γεωργικών φαρμάκων. Λαμβάνοντας υπόψη τη σημασία της βιοαποδόμησης στην περιβαλλοντική τύχη και στην αποτελεσματικότητα των καρβαμιδικών εντομοκτόνων που εφαρμόζονται στο έδαφος στοχεύσαμε (1) στην απομόνωση και ταυτοποίηση βακτηρίων που αποδομούν το καρβαμιδικό oxamyl και στον χαρακτηρισμό των γονιδίων που εμπλέκονται στη αποδόμησή του, (2) στην διερεύνηση της οικολογίας, της κατανομής και της λειτουργίας των γονιδίων που κωδικοποιούν υδρολάσες των καρβαμιδικών σε γεωργικά εδάφη και (3) στη διερεύνηση της προέλευσης και των μηχανισμών εξέλιξης των συγκεκριμένων γονιδίων. Ως πηγή για την απομόνωση βακτηρίων που αποδομούν το oxamyl χρησιμοποιήσαμε έδαφος από μια εμπορική καλλιέργεια μπανάνας που βρίσκεται στην περιοχή της Σητείας, βορειοανατολικά της Κρήτης, στην Ελλάδα με ιστορικό προηγούμενων εφαρμογών oxamyl. Παρατηρήθηκε ταχύτατη μικροβιακή υδρόλυση του oxamyl σε oxamyl oxime στο υπό μελέτη έδαφος η οποία είναι σε συμφωνία με την μειωμένη αποτελεσματικότητα του oxamyl στον συγκεκριμένο αγρό. Επακόλουθες καλλιέργειες εμπλουτισμού εμβολιασμένες με το υπό μελέτη έδαφος οδήγησαν στην απομόνωση τεσσάρων βακτηριακών στελεχών που αποδομούν το oxamyl τα οποία ταυτοποιήθηκαν, με βάση την ανάλυση αλληλουχίας πολλαπλών γενετικών τόπων (MLSA), ως Pseudomonas. Τα απομονωθέντα βακτήρια ήταν ικανά να μεταβολίζουν το oxamyl σε oxamyl oxime το οποίο δεν μετασχηματίστηκε περαιτέρω από τα στελέχη μας σε αντίθεση με την σταδιακή του αποδόμηση του στο έδαφος. Η αποστείρωση του εδάφους είχε ως αποτέλεσμα την πλήρη ανάσχεση της αποδόμησης του oxamyl oxime υποδηλώνοντας ότι ο μετασχηματισμός του ήταν βιολογικά εξαρτώμενος. Ωστόσο, οι επαναλαμβανόμενες προσπάθειες μας να απομονώσουμε βακτήρια που διασπούν το oxamyl oxime ακολουθώντας την ίδια μέθοδο εμπλουτισμένων καλλιεργειών απέτυχαν, υποδηλώνοντας ότι ο μετασχηματισμός του στο έδαφος είναι πιθανώς μια συμμεταβολική διεργασία που εκτελείται από μη εξειδικευμένα βακτήρια ή μύκητες. Όλα τα απομονωθέντα βακτηριακά στελέχη έφεραν το γονίδιο cehA που κωδικοποιεί μια καρβαμιδική υδρολάση και το οποίο δείχθηκε, μέσω μεταγραφικής ανάλυσης, να είναι υπεύθυνο για την υδρόλυση του oxamyl. Τα απομονωθέντα στελέχη μπορούσαν να χρησιμοποιούν την ομάδα του μεθυλοκαρβαμικού οξέος (που απελευθερώνεται κατά την διάρκεια της υδρόλυσης του oxamyl) ως πηγή C και N, σε συμφωνία με τα υψηλά επίπεδα ανοργανοποίησης του σημασμένου oxamyl με 14C στο καρβαμικό τμήμα από όλα τα στελέχη, και την ικανότητά τους να αναπτύσσονται σε μεθυλαμίνη, η οποία ελευθερώνεται από την διάσπαση της ασταθούς ομάδας του μεθυλοκαρβαμικού οξέος. Επεκτείναμε τις έρευνές μας από την in vitro βακτηριακή υδρόλυση του oxamyl στο ρόλο της μικροβιακής κοινότητας του εδάφους στην in situ βιοδιάσπαση των καρβαμιδικών στο έδαφος. Μελετήσαμε την διάσπαση του oxamyl και καθορίσαμε την αφθονία των τριών πιο μελετημένων γονιδίων που κωδικοποιούν υδρολάσες καρβαμιδικών cehA, mcd και cahA σε 16 εδάφη από μια περιοχή μονοκαλλιέργειας πατάτας στην Ελλάδα, όπου το oxamyl χρησιμοποιείται συχνά. Το oxamyl έδειξε χαμηλή υπολειμματικότητα (DT50 = 2.4-26.7 ημέρες) και μέσω qPCR ανιχνεύσαμε τα γονίδια cehA και mcd σε 10 και 3 από τα εδάφη που μελετήθηκαν, αντίστοιχα. Η αφθονία του cehA γονιδίου εμφάνισε σημαντική θετική συσχέτιση με το pH, ενώ και η αφθονία του cehA και το pH εμφάνισαν σημαντική αρνητική συσχέτιση με το DT50 του oxamyl. Λαμβάνοντας υπόψη την ανίχνευση του mcd στα μελετούμενα εδάφη, παρά την απουσία του carbofuran, του κυριότερου υποστρώματός του, του οποίου η χρήση έχει απαγορευθεί και δεν χρησιμοποιήθηκε στην υπό μελέτη περιοχή τουλάχιστον τα τελευταία 10 έτη, εξετάσαμε την υπόθεση ότι άλλα καρβαμιδικά που χρησιμοποιήθηκαν στη περιοχή θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως υποστρώματα για το mcd. Κανένα από τα εναλλακτικά καρβαμιδικά που δοκιμάστηκαν δεν οδήγησε σε αύξηση της αφθονίας των γονιδίων cehA και mcd εκτός από (i) το oxamyl το οποίο προκάλεσε αύξηση της αφθονίας και της έκφρασης μόνο του cehA γονιδίου και (ii) το carbofuran που οδήγησε σε αύξηση της αφθονίας και της έκφρασης και των δύο γονιδίων υποδηλώνοντας έναν ενδιαφέρον καταβολικό λειτουργικό πλεονασμό ο οποίος αναφέρεται πρώτη φορά για καρβαμιδικά εντομοκτόνα εδάφους. Το cehA γονίδιο ανιχνεύθηκε επίσης σε μη γεωργικά εδάφη (που δεν είχαν εκτεθεί ποτέ σε συνθετικά καρβαμιδικά) μετά από επαναλαμβανόμενες εφαρμογές oxamyl και carbofuran και μόνο σε εδάφη με pH ≥ 7.2, όπου παρατηρήθηκε η πιο ταχεία αποδόμηση του oxamyl. Η ύπαρξη του γονιδίου cehA σε γεωργικά που έχουν εκτεθεί σε συνθετικά καρβαμιδικά εντομοκτόνα και σε μη γεωργικά εδάφη που δεν έχουν εκτεθεί σε συνθετικά καρβαμιδικά υποδεικνύει την ευρεία κατανομή του συγκεκριμένου γονιδίου που θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα ενός παράλληλου εξελικτικού μηχανισμού από έναν κοινό πρόγονο, πιθανότατα εμπλεκόμενου στην αποτοξικοποίηση φυσικών καρβαμιδικών ενώσεων που παράγονται στο έδαφος από μικροοργανισμούς και φυτά. Συνολικά, μελετήσαμε την αποδόμηση του oxamyl από βακτήρια που έχουν την ικανότητα να διασπούν το oxamyl και την μικροβιακή αποδόμηση του σε εδάφη. Αναφέραμε την απομόνωση και την ταυτοποίηση τεσσάρων στελεχών Pseudomonas με την ικανότητα να αποδομούν το oxamyl και προσδιορίσαμε το μονοπάτι του μικροβιακού μετασχηματισμού του oxamyl. Όλα τα στελέχη έφεραν το γονίδιο cehA το οποίο δείχθηκε να είναι υπεύθυνο για την υδρόλυση του oxamyl. Περαιτέρω μελέτες σε δείγματα εδάφους επιβεβαίωσαν το ρόλο του γονιδίου cehA στη διάσπαση του oxamyl, ενώ και τα δύο γονίδια cehΑ και mcd εμπλέκονται στην αποδόμηση του carbofuran. H ανίχνευση του γονιδίου cehA σε γεωργικά και μη γεωργικά εδάφη, μετά από εφαρμογή oxamyl υποδηλώνει την ευρεία εμφάνισή του και τονίζει τον σημαντικό ρόλο του pH στην κατανομή του cehA στα εδάφη. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αναμένεται να έχουν σημαντικές συνέπειες σχετικά με την διατήρηση γονιδίων που κωδικοποιούν υδρολάσες καρβαμιδικών σε εδάφη, έχουν πρακτικές εφαρμογές σχετικά με την γεωργική χρήση των καρβαμιδικών και παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την εξέλιξη του γονιδίου cehA.