利用历史数据设计和优化非靶标陆生植物试验

日期:10-29-2020

作者：C. Picard、A. Kirkwood、J. Schwalbe, Smithers -Wareham，马萨诸塞州

非靶标陆生植物（NTTP）研究用于评估作物保护农化品（又称植保产品PPP）对受控温室条件下生长的幼苗萌芽和生长活力的潜在影响。幼苗研究根据OECD 208“陆生植物试验：幼苗萌芽和幼苗生长试验”或美国环保署850.4100“幼苗萌芽和幼苗生长”指南评估暴露于植保产品对发芽和生长的影响。生长活力研究根据OECD 227“陆生植物试验：生长活力试验”或美国环保署850.4150“生长活力”指南评估暴露于植保产品对幼苗的影响。这些研究用于评估由于将植保产品应用于耕地而对非大田内植物群落产生不良影响的风险。

根据监管目标，这些研究通常需要明确完全无效的概率或各种有效浓度（ECx）值，并可能最多需要在10种常见植物进行试验。这种试验固有的可变性加上其他问题（各种刺激剂、频繁的浅剂量反应、重复试验缺乏标准化程序，亦或者种植密度等因素）严重影响了试验本身以及数据准确性的解释说明。对于非靶标陆生植物，其固有可变性可以定义为生物可变性（而非真正毒性影响）的测量参数（幼苗萌芽、生长等）的差异。虽然增加重复试验数或增大使用量可以提高这些试验的统计学意义，但由于进行更大规模的研究也需要更多资源，实际当中往往并不可行。

我们从自己庞大的幼苗萌发率和生长活力研究历史数据库中收集相关信息进行了敏感性分析。分析发现，西红柿产生最低毒性终点的频率最高，没有观测到任何影响的发生率占ANOVA比较结果的84%。我们还发现最小显著差异百分比（PMSD）并非毒性影响敏感性的明确指标，也未发现化合物类别或作用模式存在明显的趋势。

利用历史数据

Smithers通常根据特定的指导原则以及与客户达成的保密协议开展标准研究，因而很少有机会公布单个研究的结果。然而，利用我们与几个试验类型相关的丰富历史试验数据，我们可进行回溯查询，提取数据并进行资料分析，以对现在采用的试验方法进行优化。

为此，我们汇编了32项幼苗萌发和25项生长活力研究的终点数据，按各试验类型、化合物类别和作用模式的最低报告终点分析了物种敏感性。最后，我们评估了不同试验类型中每个物种的亚致死终点最小显著差异百分比（PMSD）。

试验过程

研究内容包括对近10种常见植物进行试验；测量致死和非致死终点，以生成剂量-反应数据EC25、无观察效应浓度（NOEC）和最低可观察效应浓度（LOEC）。研究是根据美国环保署和OECD的相关指导进行的。

结果分析

数据挖掘包括对我们最新的植物试验数据进行评估。数据库的设计包括以下部分：试验材料、化合物类别、试验类型、受试物种、使用量的单位以及试验要求的各终点。接下来，我们从研究报告中提取相关数据，并添加到数据库中进行评估。下图汇总了与统计终点相关的已完成数据库。

图表1：本次评估中涵盖的终点数据的数量和类型。无效应值基于每个物种的单向ANOVA比较。生成的EC25值的数量与完整的数据集关联度较低，原因是在许多情况下，在给定终点中并未观察到减少25%的情况。

敏感度评估

我们对每个试验类型（幼苗萌芽和生长活力）的数据库进行了评估，确定了每项试验中报告终点最低的物种，并对化合物种类和作用模式（仅针对除草剂）进行了比较。针对干重和长度等亚致死终点，绘制了每个物种和试验类型的PMSD值图形。这些值用于确定使用PMSD作为替代的统计敏感度是否与毒性的真实敏感度相关。

图表2：基于完整幼苗萌芽和生长活力数据集的个体物种敏感性频率分布。

图表3：幼苗萌芽和生长活力数据集中亚致死终点的PMSD数据的框图和须图。

框代表中间值以及第25、第75个百分点，须代表最大值和最小值。空心圆圈代表异常值。

结论

对历史数据的分析表明，西红柿是最敏感的常用品种。在幼苗萌芽和生长活力试验中，西红柿产生的最低终点最频繁。尽管化合物种类或作用模式之间没有明显的敏感性趋势，但具有类似藤本植物形态的植物（如西红柿、菜豆和黄瓜）表现出明显更高的敏感性。因此，植物形态可能是准确测量生长、从而影响灵敏度的一个重要因素。此外，PMSD不是明确的敏感性指标，这表明统计敏感性与真实毒性之间存在差异。在检索和分析的数据集中，全部ANOVA终点中84%的结果为无效应。

化结果为实践

Smithers处于生态毒理学试验的前沿，这与我们具有的分析历史数据（无论是终点敏感性还是控制性能）并将其应用于试验设计或优化的能力密不可分。通过复查与不同类型试验相关的现有数据池，我们可开发出最佳实践，并向监管机构和农业科学届的同行们提供建议，为最大限度地减少试验实践的可变性贡献我们的力量。

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