Phytotoxic and cytogenotoxic assessment of glyphosate on Lactuca sativa L

Abstract The active ingredient glyphosate is the most commercialized herbicide on the world market due to its capability in eliminating weeds. However, it can harm the development of non-target organisms and threaten environmental quality. This study analyzed the effects of potentially toxic concentrations of glyphosate on germination, growth, cell cycle and genomic stability of Lactuca sativa L., and identified the most sensitive variables for assessing the toxicity of this herbicide to this biomonitor. Seeds of L. sativa were germinated in Petri dishes containing a sheet of filter paper moistened with 5 mL of a concentration of glyphosate (1.34, 3.35, 6.70, 10.05, 13.40 mg L-1). Controls consisted of distilled water (negative) and 3 mg L-1 CuSO4 (positive). Macroscopic and microscopic variables were analyzed. The germination of L. sativa was not affected by the concentrations of glyphosate. Root length and shoot height of the plants and the mitotic index decreased from the lowest concentration tested on. The chromosomal anomaly index and frequency of micronuclei increased by 3.2 and 22 times, respectively, with the presence of the lowest concentration of glyphosate compared to the negative control. The observed phytotoxic and cytogenotoxic effects demonstrate the negative influence that glyphosate has on the development of L. sativa. Root length and microscopic variables showed the highest sensitivity. This study warns of the possible harmful effects that glyphosate can have on non-target organisms and suggests greater control over the use of this herbicide to mitigate its environmental impact.

Resumo O ingrediente ativo glifosato é o herbicida mais comercializado do mercado mundial, pela sua capacidade de eliminar as plantas daninhas. No entanto, ele pode prejudicar o desenvolvimento dos organismos não-alvo e ameaçar a qualidade do ambiente. O estudo teve como objetivo analisar os efeitos de concentrações potencialmente tóxicas de glifosato sobre a germinação, o crescimento, o ciclo celular e a estabilidade genômica de Lactuca sativa L., e identificar as variáveis mais sensíveis para avaliar a toxicidade deste herbicida ao biomonitor. Sementes de L. sativa foram germinadas em placas de Petri contendo uma folha de papel-filtro umedecida com 5 mL das concentrações de glifosato (1,34, 3,35, 6,70, 10,05, 13,40 mg L-1). Os controles consistiram em água destilada (negativo) e 3 mg L-1 de CuSO4 (positivo). Variáveis macroscópicas e microscópicas foram analisadas. A germinação de L. sativa não foi afetada pelas concentrações de glifosato. O comprimento da raiz e a altura da parte aérea das plantas e o índice mitótico reduziram desde a menor concentração testada. O índice de anomalias cromossômicas e a frequência de micronúcleos aumentaram, respectivamente, 3,2 e 22 vezes na presença da menor concentração de glifosato em comparação ao controle negativo. Os efeitos fitotóxicos e citogenotóxicos observados demonstram a interferência negativa do herbicida no desenvolvimento de L. sativa. O comprimento da raiz e as variáveis microscópicas foram as que apresentaram maior sensibilidade. Este estudo alerta sobre os possíveis efeitos prejudiciais que o glifosato pode provocar nos organismos não-alvo, sugerindo um maior controle quanto à utilização deste herbicida, a fim de mitigar o seu impacto ambiental.

Phytotoxic and cytogenotoxic assessment of glyphosate on Lactuca sativa L / Avaliação fitotóxica e citogenotóxica do glifosato em Lactuca sativa L

The active ingredient glyphosate is the most commercialized herbicide on the world market due to its capability in eliminating weeds. However, it can harm the development of non-target organisms and threaten environmental quality. This study analyzed the effects of potentially toxic concentrations of glyphosate on germination, growth, cell cycle and genomic stability of Lactuca sativa L., and identified the most sensitive variables for assessing the toxicity of this herbicide to this biomonitor. Seeds of L. sativa were germinated in Petri dishes containing a sheet of filter paper moistened with 5 mL of a concentration of glyphosate (1.34, 3.35, 6.70, 10.05, 13.40 mg L-1). Controls consisted of distilled water (negative) and 3 mg L-1 CuSO4 (positive). Macroscopic and microscopic variables were analyzed. The germination of L. sativa was not affected by the concentrations of glyphosate. Root length and shoot height of the plants and the mitotic index decreased from the lowest concentration tested on. The chromosomal anomaly index and frequency of micronuclei increased by 3.2 and 22 times, respectively, with the presence of the lowest concentration of glyphosate compared to the negative control. The observed phytotoxic and cytogenotoxic effects demonstrate the negative influence that glyphosate has on the development of L. sativa. Root length and microscopic variables showed the highest sensitivity. This study warns of the possible harmful effects that glyphosate can have on non-target organisms and suggests greater control over the use of this herbicide to mitigate its environmental impact.

O ingrediente ativo glifosato é o herbicida mais comercializado do mercado mundial, pela sua capacidade de eliminar as plantas daninhas. No entanto, ele pode prejudicar o desenvolvimento dos organismos não-alvo e ameaçar a qualidade do ambiente. O estudo teve como objetivo analisar os efeitos de concentrações potencialmente tóxicas de glifosato sobre a germinação, o crescimento, o ciclo celular e a estabilidade genômica de Lactuca sativa L., e identificar as variáveis mais sensíveis para avaliar a toxicidade deste herbicida ao biomonitor. Sementes de L. sativa foram germinadas em placas de Petri contendo uma folha de papel-filtro umedecida com 5 mL das concentrações de glifosato (1,34, 3,35, 6,70, 10,05, 13,40 mg L-1). Os controles consistiram em água destilada (negativo) e 3 mg L-1 de CuSO4 (positivo). Variáveis macroscópicas e microscópicas foram analisadas. A germinação de L. sativa não foi afetada pelas concentrações de glifosato. O comprimento da raiz e a altura da parte aérea das plantas e o índice mitótico reduziram desde a menor concentração testada. O índice de anomalias cromossômicas e a frequência de micronúcleos aumentaram, respectivamente, 3,2 e 22 vezes na presença da menor concentração de glifosato em comparação ao controle negativo. Os efeitos fitotóxicos e citogenotóxicos observados demonstram a interferência negativa do herbicida no desenvolvimento de L. sativa. O comprimento da raiz e as variáveis microscópicas foram as que apresentaram maior sensibilidade. Este estudo alerta sobre os possíveis efeitos prejudiciais que o glifosato pode provocar nos organismos não-alvo, sugerindo um maior controle quanto à utilização deste herbicida, a fim de mitigar o seu impacto ambiental.

Avaliação quantitativa do impacto do algodão-Bt na população de Araneae, Carabidae e Formicidae predadores ocorrentes sobre o solo / Quantitative assessment of bt-cotton impact on ground-dwelling predators, Araneae, Carabidae and Formicidae

A recente autorização do algodão-Bt para cultivo comercial no Brasil leva à necessidade de estudos de monitoramento de impacto ambiental, inclusive para avaliar os potenciais riscos sobre os predadores. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito do cultivo do algodoeiro (Gossypium hirsutum L) Bollgard® sobre os predadores ocorrentes sobre solo. O delineamento experimental foi de grupos pareados, com dois tratamentos e onze repetições. Os tratamentos foram: 1) cultivar NuOpal Bollgard® (que expressa a proteína Cry1Ac), e 2) cultivar isogênico não-transgênico DeltaOpal® . A variedade e a variabilidade dos predadores ocorrentes sobre o solo foram quantificadas durante todo o ciclo da cultura, através de captura em armadilhas do tipo pitfall. No estudo, predominaram capturas de artrópodes Formicidae, Carabidae e Araneae. Não foram encontradas diferenças quantitativas significativas entre as populações dos predadores Carabidae e Araneae nas áreas cultivadas com o algodão convencional e o transgênico Bollgard® ; entretanto, a população de predadores da família Formicidae foi significativamente menor em algodão transgênico Bollgard® do que no seu isogênico não-transgênico, nas avaliações realizadas aos 35 e 42 dias após a emergência da cultura.

The recent commercial launch of Bt-cotton has created the need to study and evaluate its impact on non-target arthropods, especially predators; it may influence these beneficial. The main objective of this work was to evaluate the effect of Bt-cotton NuOpal Bollgard® on ground-dwelling arthropods concentrating on predators. The experimental design was two treatments grouped in pairs with eleven replications. The treatments were: 1) Bt-cotton NuOpal Bollgard® (cultivar which expresses the Cry1Ac protein), and 2) isogenic non-transgenic DeltaOpal® cultivar. The abundance and diversity of the predators on the soil surface was evaluated during the entire growing season using pitfall traps. In the study the predators most commonly captured were Formicidae, Carabidae and Araneae. There were no significant differences found between the transgenic and non-transgenic cottons for carabids and Araneae species; however, the number of predators of the Formicidae family was significantly lower in Bt-cotton (NuOpal Bollgard®) than in the non-transgenic cotton (DeltaOpal® ) in the sampling at 35 and 42 days after cotton emergence.

Biologia e comportamento do percevejo predador, Orius insidiosus (SAY, 1832) (Hemiptera: anthocoridae) em milho Bt e não Bt / Biological and behavioral aspects of of predator, Orius insidiosus (SAY, 1832) in Bt and non-Bt maize

Orius insidiosus é um percevejo predador associado à cultura do milho no Brasil. No entanto, poucos estudos relacionam sua biologia e comportamento sobre as pragas-alvo e o efeito indireto do milho Bt através de sua presa O objetivo desse trabalho foi avaliar aspectos biológicos de O. insidiosus alimentado com ovos de Spodoptera frugiperda e o efeito da alimentação dessa presa em milho Bt, expressando a proteína Cry1A(b), nos seus aspectos biológicos e comportamentais. Os ensaios foram conduzidos em câmara climatizada a 25 ± 1 ºC de temperatura, 12 horas de fotoperíodo e 60 ± 10% de umidade relativa. Ovos de O. insidiosus foram retirados da criação de pesquisa mantida em laboratório e ninfas de primeiro ínstar foram isoladas e mantidas de acordo com o tratamento. Para os ensaios com larvas de S. frugiperda que se alimentaram em milho Bt, utilizaram-se plantas nos estádios vegetativos entre V5 e V8. As variáveis avaliadas foram: a sobrevivência de ninfas, 48 h após a emergência e ninfas do 4º e 5º instares; o período de desenvolvimento das ninfas do 4º e 5º ínstares e a não preferência para alimentação entre lavas de S. frugiperda alimentadas em milho Bt e não Bt. O predador completou a fase ninfal em 11,94 dias apenas com alimentação de ovos de S. frugiperda. O primeiro ínstar apresentou sobrevivência menor do que aos demais avaliados. A alimentação de ninfas de O. insidiosus com larvas de S. frugiperda alimentadas em milho Bt e não Bt não afetou significativamente o desenvolvimento nem a sobrevivência do predador, que apresentou uma maior preferência para as larvas que se alimentaram em milho Bt, provavelmente devido ao tamanho reduzidos dessas larvas.

Orius insidiosus is a predator frequently associated with maize crop in Brazil. However there are few studies comparing its biology and behavior on the target pest as well as the Bt maize indirect effect by its pray. Thus, the present study was to evaluate the biological aspects of O. insidiosus feeding on eggs of Spodoptera frugiperda and the effect of the prey feeding on Bt maize expressing Cry1A(b) protein, on its predation ability and development. The experiments were conducted in a climatic chamber at 25 ± 1 oC and photophase of 12 h and 60 ± 10% RH. O. insidiosus eggs were obtained from a laboratory colony and the first instar nymphs were isolated and submitted to the experiment treatments. Larvae of S. frugiperda were fed on leaf of Bt maize on V5 to V8 vegetative growth stages. There were evaluated: nymphal survival after 48 h of hatching and nymphs at 4th and 5th instars. Also the nymphs development period at 4th and 5th instars and non-preference for feeding on S. frugiperda fed on Bt and Non-Bt maize were evaluated. The predator feeding only on eggs of S. frugiperda completed the nymphal stage in 11.94 days. The first instar had lower survival than the others. The development and survival of O. insidiosus nymphs were not affected when they were fed of FAW larvae fed on Bt and Non-Bt maize and the predator preferred to feed on larvae from Bt-maize, probably because they were smaller.

The Environmental Effects of Genetically Modified Crops Resistant to Insects: [review] / Efeitos Ambientais de Culturas Geneticamente Modificadas Resistentes a Insetos: revisão]

Cultivares transgênicas de várias culturas estão sendo utilizadas em escala comercial em muitos países. A área dedicada ao cultivo com plantas transgênicas resistentes às pragas em todo o mundo alcançou 13 milhões de hectares em 2001. As cultivares transgênicas proporcionam benefícios, mas também apresentam riscos potenciais. As avaliações do seu impacto no ambiente são conduzidas antes da sua aprovação para uso comercial, como requerido pelas normas de biossegurança. Nesta revisão, serão discutidas as conseqüências ecológicas potenciais do uso comercial na agricultura de cultivares geneticamente modificadas que apresentam resistência aos insetos-pragas. Também serão discutidos os impactos ambientais causados pelas mudanças nas práticas agrícolas, identificando-se falhas e oportunidades de pesquisa, considerando-se essa nova ferramenta tecnológica. Os comentários e análises serão baseados no conhecimento atual que se tem dos riscos e beneficios do uso de cultivares resistentes a insetos, geneticamente modificadas, dentro do contexto dos programas de manejo integrado de pragas tradicionais.

Transgenic crops are currently being cultivated on a commercial scale in many countries. The area devoted to transgenic pest resistant varieties worldwide reached 13 million hectares in 2001. These varieties offer valuable benefits but also pose potential risks. Assessments of their impact on the environment are conducted before they are approved for commercial use, as required by the regulatory biosafety frameworks. In this review, we discuss the potential ecological consequences of the commercial use in agriculture of genetically modified insect resistant crops. We also discuss the impacts caused by the change in agricultural practices, and attempt to identify gaps and possible opportunities for research, considering this new technological tool. We based our analysis and comments on the current knowledge of the risks and benefits of these genetically modified insect resistant crops, within the context of traditional insect management strategies.