Aby efektívnekontrolovať komárea znížiť výskyt chorôb, ktoré prenášajú, sú potrebné strategické, udržateľné a ekologické alternatívy k chemickým pesticídom.Hodnotili sme múčky zo semien z určitých Brassicaceae (čeľaď Brassica) ako zdroj izotiokyanátov rastlinného pôvodu produkovaných enzymatickou hydrolýzou biologicky neaktívnych glukozinolátov na použitie pri kontrole egyptských Aedes (L., 1762).Päťtučná múčka zo semien (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 a Thlaspi arvense – tri hlavné typy tepelnej inaktivácie a enzymatického odbúravania Chem. produkty Na stanovenie toxicity (LC50) alylizotiokyanátu, benzylizotiokyanátu a 4-hydroxybenzylizotiokyanátu pre larvy Aedes aegypti pri 24-hodinovej expozícii = 0,04 g/120 ml dH2O).Hodnoty LC50 pre horčicu, bielu horčicu a prasličku.múčka zo semien bola 0,05, 0,08 a 0,05 v tomto poradí v porovnaní s alylizotiokyanátom (LC50 = 19,35 ppm) a 4. -Hydroxybenzylizotiokyanát (LC50 = 55,41 ppm) bol toxickejší pre larvy 24 hodín po ošetrení ako 120 ml vody.Tieto výsledky sú v súlade s produkciou múčky zo semien lucerny.Vyššia účinnosť benzylesterov zodpovedá vypočítaným hodnotám LC50.Použitie múčky zo semien môže poskytnúť účinnú metódu kontroly komárov.účinnosť prášku zo semien kríža a jeho hlavných chemických zložiek proti larvám komárov a ukazuje, ako môžu prírodné zlúčeniny v prášku z krížových semien slúžiť ako sľubný ekologický larvicíd na kontrolu komárov.
Choroby prenášané vektormi spôsobené komármi rodu Aedes zostávajú hlavným globálnym problémom verejného zdravia.Výskyt chorôb prenášaných komármi sa šíri geograficky1,2,3 a znovu sa objavuje, čo vedie k prepuknutiu závažných chorôb4,5,6,7.Šírenie chorôb medzi ľuďmi a zvieratami (napr. chikungunya, horúčka dengue, horúčka Rift Valley, žltá zimnica a vírus Zika) je bezprecedentné.Samotná horúčka dengue vystavuje približne 3,6 miliardy ľudí riziku infekcie v trópoch, pričom sa odhaduje, že ročne sa vyskytne 390 miliónov infekcií, čo má za následok 6 100 – 24 300 úmrtí ročne8.Znovuobjavenie a prepuknutie vírusu Zika v Južnej Amerike pritiahlo celosvetovú pozornosť kvôli poškodeniu mozgu, ktoré spôsobuje deťom narodeným infikovaným ženám2.Kremer et al 3 predpovedajú, že geografický rozsah komárov rodu Aedes sa bude naďalej rozširovať a že do roku 2050 bude polovica svetovej populácie ohrozená infekciou arbovírusmi prenášanými komármi.
S výnimkou nedávno vyvinutých vakcín proti horúčke dengue a žltej zimnici vakcíny proti väčšine chorôb prenášaných komármi ešte neboli vyvinuté9,10,11.Vakcíny sú stále dostupné v obmedzenom množstve a používajú sa len v klinických štúdiách.Kontrola vektorov komárov pomocou syntetických insekticídov bola kľúčovou stratégiou na kontrolu šírenia chorôb prenášaných komármi12,13.Hoci syntetické pesticídy sú účinné pri ničení komárov, pokračujúce používanie syntetických pesticídov negatívne ovplyvňuje necieľové organizmy a znečisťuje životné prostredie14,15,16.Ešte alarmujúcejší je trend zvyšovania odolnosti komárov voči chemickým insekticídom17,18,19.Tieto problémy spojené s pesticídmi urýchlili hľadanie účinných a ekologických alternatív na kontrolu prenášačov chorôb.
Ako zdroje fytopesticídov na kontrolu škodcov boli vyvinuté rôzne rastliny20,21.Rastlinné látky sú vo všeobecnosti šetrné k životnému prostrediu, pretože sú biologicky odbúrateľné a majú nízku alebo zanedbateľnú toxicitu pre necieľové organizmy, ako sú cicavce, ryby a obojživelníky20,22.Je známe, že rastlinné prípravky produkujú rôzne bioaktívne zlúčeniny s rôznymi mechanizmami účinku na účinnú kontrolu rôznych životných štádií komárov23,24,25,26.Zložky rastlinného pôvodu, ako sú esenciálne oleje a iné aktívne rastlinné zložky, si získali pozornosť a vydláždili cestu pre inovatívne nástroje na kontrolu vektorov komárov.Esenciálne oleje, monoterpény a seskviterpény pôsobia ako repelenty, odpudzovače výživy a ovicídy27,28,29,30,31,32,33.Mnohé rastlinné oleje spôsobujú smrť lariev, kukiel a dospelých komárov34,35,36, čo ovplyvňuje nervový, dýchací, endokrinný a iný dôležitý systém hmyzu37.
Nedávne štúdie poskytli pohľad na potenciálne využitie horčičných rastlín a ich semien ako zdroja bioaktívnych zlúčenín.Múčka z horčičných semien bola testovaná ako biofumigant38,39,40,41 a používa sa ako doplnok pôdy na potlačenie buriny42,43,44 a kontrolu pôdnych rastlinných patogénov45,46,47,48,49,50, výživy rastlín.háďatká 41, 51, 52, 53, 54 a škodcovia 55, 56, 57, 58, 59, 60. Fungicídna aktivita týchto práškových semien sa pripisuje zlúčeninám na ochranu rastlín nazývaným izotiokyanáty38,42,60.V rastlinách sú tieto ochranné zlúčeniny uložené v rastlinných bunkách vo forme nebioaktívnych glukozinolátov.Keď sú však rastliny poškodené kŕmením hmyzom alebo infekciou patogénom, glukozinoláty sa hydrolyzujú myrozinázou na bioaktívne izotiokyanáty55,61.Izotiokyanáty sú prchavé zlúčeniny, o ktorých je známe, že majú širokospektrálnu antimikrobiálnu a insekticídnu aktivitu a ich štruktúra, biologická aktivita a obsah sa medzi druhmi Brassicaceae značne líšia42,59,62,63.
Hoci je známe, že izotiokyanáty odvodené z horčičného semena majú insekticídnu aktivitu, chýbajú údaje o biologickej aktivite proti medicínsky dôležitým článkonožcom.Naša štúdia skúmala larvicídnu aktivitu štyroch odtučnených práškových semien proti komárom rodu Aedes.Larvy Aedes aegypti.Cieľom štúdie bolo zhodnotiť ich potenciálne využitie ako ekologických biopesticídov na kontrolu komárov.Tri hlavné chemické zložky múčky zo semien, alylizotiokyanát (AITC), benzylizotiokyanát (BITC) a 4-hydroxybenzylizotiokyanát (4-HBITC), boli tiež testované na testovanie biologickej aktivity týchto chemických zložiek na larvách komárov.Toto je prvá správa, ktorá hodnotí účinnosť štyroch práškových semien kapusty a ich hlavných chemických zložiek proti larvám komárov.
Laboratórne kolónie Aedes aegypti (kmeň Rockefeller) sa udržiavali pri 26 °C, 70 % relatívnej vlhkosti (RH) a 10:14 h (fotoperióda L:D).Spárované samice boli umiestnené v plastových klietkach (výška 11 cm a priemer 9,5 cm) a kŕmené systémom kŕmenia z fľaše s použitím citrátovej hovädzej krvi (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).Krvné kŕmenie sa uskutočňovalo ako zvyčajne pomocou membránového multi-skleneného podávača (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) pripojeného k trubici s cirkulujúcim vodným kúpeľom (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) s teplotou regulácia 37 °C.Natiahnite fóliu Parafilmu M na spodok každej sklenenej podávacej komory (plocha 154 mm2).Každé kŕmidlo sa potom umiestnilo na hornú mriežku zakrývajúcu klietku obsahujúcu páriacu samicu.Približne 350 – 400 μl hovädzej krvi sa pridalo do skleneného podávacieho lievika pomocou Pasteurovej pipety (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) a dospelé červy sa nechali odtekať najmenej jednu hodinu.Gravidným samiciam sa potom podal 10 % roztok sacharózy a nechali sa naklásť vajíčka na vlhký filtračný papier vyložený v jednotlivých ultra priehľadných pohároch na suflé (veľkosť 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).klietka s vodou.Vložte filtračný papier obsahujúci vajcia do uzavretého vrecka (SC Johnsons, Racine, WI) a skladujte pri teplote 26 °C.Vajíčka sa vyliahli a približne 200 – 250 lariev bolo odchovaných v plastových podnosoch obsahujúcich zmes králičieho krmiva (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) a prášku z pečene (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA).a rybie filé (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Nemecko) v pomere 2:1:1.Larvy neskorého tretieho instaru sa použili v našich biologických testoch.
Rastlinný semenný materiál použitý v tejto štúdii bol získaný z nasledujúcich komerčných a vládnych zdrojov: Brassica juncea (hnedá horčica-Pacific Gold) a Brassica juncea (biela horčica-Ida Gold) od Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, USA;(Garden Cress) od Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA a Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) od USDA-ARS, Peoria, IL, USA;Žiadne zo semien použitých v štúdii nebolo ošetrené pesticídmi.Všetok semenný materiál bol spracovaný a použitý v tejto štúdii v súlade s miestnymi a národnými predpismi a v súlade so všetkými príslušnými miestnymi štátnymi a národnými predpismi.Táto štúdia neskúmala transgénne odrody rastlín.
Semená Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), Biela horčica (IG), Thlaspi arvense (DFP) boli rozomleté na jemný prášok pomocou ultraodstredivého mlyna Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Nemecko) vybaveného sitom 0,75 mm a nehrdzavejúcej ocele. oceľový rotor, 12 zubov, 10 000 ot./min (tabuľka 1).Mletý prášok semien bol prenesený do papierového náprstku a odtučnený hexánom v Soxhletovom prístroji počas 24 hodín.Čiastková vzorka odtučnenej poľnej horčice bola tepelne spracovaná pri 100 °C počas 1 hodiny, aby sa denaturovala myrozináza a zabránilo sa hydrolýze glukozinolátov za vzniku biologicky aktívnych izotiokyanátov.Tepelne ošetrený prášok zo semien prasličky (DFP-HT) sa použil ako negatívna kontrola denaturáciou myrozinázy.
Obsah glukozinolátov v odtučnenom šrote semien bol stanovený trojmo pomocou vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie (HPLC) podľa predtým publikovaného protokolu64.Stručne, 3 ml metanolu sa pridali k 250 mg vzorke odtučneného prášku semien.Každá vzorka bola sonikovaná vo vodnom kúpeli počas 30 minút a ponechaná v tme pri 23 °C počas 16 hodín.1 ml alikvot organickej vrstvy sa potom prefiltroval cez 0,45 um filter do autosamplera.Na HPLC systéme Shimadzu (dve čerpadlá LC 20AD; autosampler SIL 20A; odplyňovač DGU 20As; detektor SPD-20A UV-VIS na monitorovanie pri 237 nm; a modul komunikačnej zbernice CBM-20A) sa stanovil obsah glukozinolátov v múčke zo semien. v troch vyhotoveniach.pomocou softvéru Shimadzu LC Solution verzie 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Kolóna bola C18 Inertsil kolóna s reverznou fázou (250 mm x 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Počiatočné podmienky mobilnej fázy boli nastavené na 12 % metanol/88 % 0,01 M hydroxid tetrabutylamónny vo vode (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) s prietokovou rýchlosťou 1 ml/min.Po vstreknutí 15 μl vzorky sa počiatočné podmienky udržiavali 20 minút a potom sa pomer rozpúšťadla upravil na 100 % metanol s celkovým časom analýzy vzorky 65 minút.Štandardná krivka (na báze nM/mAb) bola vytvorená sériovým riedením čerstvo pripravených sinapínových, glukozinolátových a myrozínových štandardov (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) na odhadnutie obsahu síry v odtučnenom šrote semien.glukozinoláty.Koncentrácie glukozinolátov vo vzorkách sa testovali na Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) s použitím verzie OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) vybavenej rovnakou kolónou a použitím vyššie opísanej metódy.Stanovili sa koncentrácie glukozinolátov;byť porovnateľné medzi systémami HPLC.
Allylizotiokyanát (94 %, stabilný) a benzylizotiokyanát (98 %) boli zakúpené od Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-Hydroxybenzylizotiokyanát bol zakúpený od ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Keď sú enzymaticky hydrolyzované myrozinázou, glukozinoláty, glukozinoláty a glukozinoláty tvoria alylizotiokyanát, benzylizotiokyanát a 4-hydroxybenzylizotiokyanát.
Laboratórne biologické testy sa uskutočňovali podľa metódy Muturiho a kol.32 s úpravami.V štúdii sa použilo päť nízkotučných semien: DFP, DFP-HT, IG, PG a Ls.Dvadsať lariev sa umiestnilo do 400 ml jednorazovej trojcestnej kadičky (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) obsahujúcej 120 ml deionizovanej vody (dH20).Na toxicitu pre larvy komárov sa testovalo sedem koncentrácií múčky zo semien: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 a 0,12 g múčky zo semien/120 ml dH20 pre múčku zo semien DFP, DFP-HT, IG a PG.Predbežné biologické testy naznačujú, že odtučnená múka zo semien Ls je toxickejšia ako štyri iné testované múky zo semien.Preto sme upravili sedem koncentrácií ošetrenia múčky zo semien Ls na nasledujúce koncentrácie: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 a 0,075 g/120 ml dH20.
Bola zahrnutá neošetrená kontrolná skupina (dH20, žiadny doplnok múčky zo semien) na vyhodnotenie normálnej úmrtnosti hmyzu v podmienkach testu.Toxikologické biologické testy pre každé semeno obsahovali tri replikáty kadičiek s tromi sklonmi (20 lariev neskorého tretieho instaru na kadičku), celkovo 108 fľaštičiek.Ošetrené nádoby sa skladovali pri teplote miestnosti (20 až 21 °C) a mortalita lariev sa zaznamenávala počas 24 a 72 hodín nepretržitého vystavenia koncentráciám ošetrenia.Ak sa telo a prívesky komára nepohybujú pri prepichovaní alebo dotyku tenkou špachtľou z nehrdzavejúcej ocele, larvy komárov sa považujú za mŕtve.Mŕtve larvy zvyčajne zostávajú nehybne v dorzálnej alebo ventrálnej polohe na dne nádoby alebo na hladine vody.Experiment sa opakoval trikrát v rôznych dňoch s použitím rôznych skupín lariev, celkovo bolo 180 lariev vystavených každej koncentrácii ošetrenia.
Toxicita AITC, BITC a 4-HBITC na larvy komárov sa hodnotila použitím rovnakého postupu biologického testu, ale s rôznymi spôsobmi liečby.Pripravte 100 000 ppm zásobných roztokov pre každú chemikáliu pridaním 100 µl chemikálie do 900 µl absolútneho etanolu v 2 ml centrifugačnej skúmavke a trepaním po dobu 30 sekúnd sa dôkladne premieša.Liečebné koncentrácie boli stanovené na základe našich predbežných biologických testov, ktoré zistili, že BITC je oveľa toxickejší ako AITC a 4-HBITC.Na stanovenie toxicity sa používa 5 koncentrácií BITC (1, 3, 6, 9 a 12 ppm), 7 koncentrácií AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 a 35 ppm) a 6 koncentrácií 4-HBITC (15 15, 20, 25, 30 a 35 ppm).30, 45, 60, 75 a 90 ppm).Kontrolné ošetrenie bolo vstreknuté 108 μl absolútneho etanolu, čo je ekvivalentné maximálnemu objemu chemického ošetrenia.Biologické testy sa opakovali ako je uvedené vyššie, pričom sa vystavilo celkom 180 lariev na koncentráciu ošetrenia.Larválna mortalita bola zaznamenaná pre každú koncentráciu AITC, BITC a 4-HBITC po 24 hodinách nepretržitej expozície.
Probitová analýza 65 údajov o úmrtnosti súvisiacich s dávkou sa uskutočnila pomocou softvéru Polo (Polo Plus, LeOra Software, verzia 1.0), aby sa vypočítala 50 % letálna koncentrácia (LC50), 90 % letálna koncentrácia (LC90), sklon, koeficient smrteľnej dávky a 95 % smrteľnej koncentrácie.založené na intervaloch spoľahlivosti pre pomery smrteľných dávok pre krivky logaritmicky transformovanej koncentrácie a dávka-mortalita.Údaje o mortalite sú založené na kombinovaných replikačných údajoch 180 lariev vystavených každej koncentrácii ošetrenia.Pravdepodobnostné analýzy sa uskutočňovali oddelene pre každú múčku semien a každú chemickú zložku.Na základe 95 % intervalu spoľahlivosti pomeru letálnej dávky sa toxicita múčky zo semien a chemických zložiek pre larvy komárov považovala za výrazne odlišnú, takže interval spoľahlivosti obsahujúci hodnotu 1 sa významne nelíšil, P = 0,0566.
Výsledky HPLC na stanovenie hlavných glukozinolátov v odtučnených semenných múčkach DFP, IG, PG a Ls sú uvedené v tabuľke 1. Hlavné glukozinoláty v testovaných semenných múčkach sa líšili s výnimkou DFP a PG, ktoré oba obsahovali myrozinázové glukozinoláty.Obsah myrozinínu v PG bol vyšší ako v DFP, 33,3 ± 1,5 a 26,5 ± 0,9 mg/g, v uvedenom poradí.Prášok semien Ls obsahoval 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglykónu, zatiaľ čo prášok semien IG obsahoval 38,0 ± 0,5 mg/g sinapínu.
Larvy Ae.Komáre Aedes aegypti boli zabité, keď boli ošetrené odtučneným šrotom zo semien, hoci účinnosť ošetrenia sa líšila v závislosti od druhu rastliny.Iba DFP-NT nebol toxický pre larvy komárov po 24 a 72 hodinách expozície (tabuľka 2).Toxicita aktívneho prášku semien sa zvyšovala so zvyšujúcou sa koncentráciou (obr. 1A, B).Toxicita múčky zo semien pre larvy komárov sa významne líšila na základe 95 % CI pomeru letálnej dávky hodnôt LC50 pri 24-hodinovom a 72-hodinovom hodnotení (tabuľka 3).Po 24 hodinách bol toxický účinok múčky zo semien Ls väčší ako pri iných ošetreniach múčky zo semien, s najvyššou aktivitou a maximálnou toxicitou pre larvy (LC50 = 0,04 g/120 ml dH20).Larvy boli menej citlivé na DFP po 24 hodinách v porovnaní s ošetrením práškom semien IG, Ls a PG s hodnotami LC50 0,115, 0,04 a 0,08 g/120 ml dH2O, ktoré boli štatisticky vyššie ako hodnota LC50.0,211 g/120 ml dH20 (tabuľka 3).Hodnoty LC90 DFP, IG, PG a Ls boli 0,376, 0,275, 0,137 a 0,074 g/120 ml dH20, v tomto poradí (tabuľka 2).Najvyššia koncentrácia DPP bola 0,12 g/120 ml dH2O.Po 24 hodinách hodnotenia bola priemerná mortalita lariev iba 12 %, zatiaľ čo priemerná mortalita lariev IG a PG dosiahla 51 % a 82 %.Po 24 hodinách hodnotenia bola priemerná mortalita lariev pri najvyššej koncentrácii ošetrenia múčkou zo semien Ls (0,075 g/120 ml dH20) 99 % (obr. 1A).
Krivky úmrtnosti sa odhadli z odozvy na dávku (Probit) Ae.Egyptské larvy (larvy 3. instaru) na koncentráciu múčky zo semena 24 hodín (A) a 72 hodín (B) po ošetrení.Bodkovaná čiara predstavuje LC50 ošetrenia múčky zo semien.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Tepelne inaktivovaný Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Pri 72-hodinovom hodnotení boli hodnoty LC50 múčky zo semien DFP, IG a PG 0,111, 0,085 a 0,051 g/120 ml dH2O.Takmer všetky larvy vystavené múčke zo semien Ls uhynuli po 72 hodinách expozície, takže údaje o úmrtnosti boli v rozpore s analýzou Probit.V porovnaní s inou múčkou zo semien boli larvy menej citlivé na ošetrenie múčkou zo semien DFP a mali štatisticky vyššie hodnoty LC50 (tabuľky 2 a 3).Po 72 hodinách sa hodnoty LC50 pre ošetrenie múčky zo semien DFP, IG a PG odhadli na 0,111, 0,085 a 0,05 g/120 ml dH2O.Po 72 hodinách hodnotenia boli hodnoty LC90 práškových semien DFP, IG a PG 0,215, 0,254 a 0,138 g/120 ml dH20.Po 72 hodinách hodnotenia bola priemerná mortalita lariev pri ošetrení múčkou zo semien DFP, IG a PG pri maximálnej koncentrácii 0,12 g/120 ml dH20 58 %, 66 % a 96 % (obr. 1B).Po 72-hodinovom hodnotení sa zistilo, že múčka zo semien PG je toxickejšia ako múčka zo semien IG a DFP.
Syntetické izotiokyanáty, alylizotiokyanát (AITC), benzylizotiokyanát (BITC) a 4-hydroxybenzylizotiokyanát (4-HBITC) môžu účinne zabíjať larvy komárov.24 hodín po ošetrení bol BITC toxickejší pre larvy s hodnotou LC50 5,29 ppm v porovnaní s 19,35 ppm pre AITC a 55,41 ppm pre 4-HBITC (tabuľka 4).V porovnaní s AITC a BITC má 4-HBITC nižšiu toxicitu a vyššiu hodnotu LC50.Existujú významné rozdiely v toxicite dvoch hlavných izotiokyanátov (Ls a PG) voči larvám komárov v najsilnejšom šrote zo semien.Toxicita založená na pomere letálnej dávky hodnôt LC50 medzi AITC, BITC a 4-HBITC ukázala štatistický rozdiel taký, že 95 % CI pomeru letálnej dávky LC50 nezahŕňalo hodnotu 1 (P = 0,05, tabuľka 4).Odhaduje sa, že najvyššie koncentrácie BITC aj AITC zabíjajú 100 % testovaných lariev (obrázok 2).
Krivky úmrtnosti sa odhadli z odozvy na dávku (Probit) Ae.24 hodín po ošetrení dosiahli egyptské larvy (larvy 3. instaru) koncentrácie syntetického izotiokyanátu.Bodkovaná čiara predstavuje LC50 pre spracovanie izotiokyanátom.Benzylizotiokyanát BITC, alylizotiokyanát AITC a 4-HBITC.
Použitie rastlinných biopesticídov ako prostriedkov na kontrolu vektorov komárov bolo už dlho študované.Mnohé rastliny produkujú prírodné chemikálie, ktoré majú insekticídnu aktivitu37.Ich bioaktívne zlúčeniny poskytujú atraktívnu alternatívu k syntetickým insekticídom s veľkým potenciálom v boji proti škodcom vrátane komárov.
Horčičné rastliny sa pestujú ako plodina pre ich semená, používajú sa ako korenie a zdroj oleja.Keď sa horčičný olej extrahuje zo semien alebo keď sa horčica extrahuje na použitie ako biopalivo 69, vedľajším produktom je odtučnená múčka zo semien.Táto múčka zo semien si zachováva mnohé zo svojich prirodzených biochemických zložiek a hydrolytických enzýmov.Toxicita tejto múčky zo semien sa pripisuje produkcii izotiokyanátov55,60,61.Izotiokyanáty vznikajú hydrolýzou glukozinolátov enzýmom myrozinázou počas hydratácie múčky zo semien38,55,70 a je známe, že majú fungicídne, baktericídne, nematocídne a insekticídne účinky, ako aj ďalšie vlastnosti vrátane chemických senzorických účinkov a chemoterapeutických vlastností61,62, 70.Niekoľko štúdií ukázalo, že horčičné rastliny a múčka zo semien účinne pôsobia ako fumiganty proti škodcom v pôde a skladovaných potravinách57,59,71,72.V tejto štúdii sme hodnotili toxicitu múčky zo štyroch semien a jej troch bioaktívnych produktov AITC, BITC a 4-HBITC na larvy komárov Aedes.Aedes aegypti.Očakáva sa, že pridanie múčky zo semien priamo do vody obsahujúcej larvy komárov aktivuje enzymatické procesy, ktoré produkujú izotiokyanáty, ktoré sú toxické pre larvy komárov.Táto biotransformácia bola čiastočne preukázaná pozorovanou larvicídnou aktivitou múčky zo semien a stratou insekticídnej aktivity, keď bola múčka zo semien trpasličej horčice pred použitím tepelne spracovaná.Očakáva sa, že tepelná úprava zničí hydrolytické enzýmy, ktoré aktivujú glukozinoláty, čím sa zabráni tvorbe bioaktívnych izotiokyanátov.Toto je prvá štúdia, ktorá potvrdila insekticídne vlastnosti prášku zo semien kapusty proti komárom vo vodnom prostredí.
Spomedzi testovaných práškov zo semien bol prášok zo semien potočnice (Ls) najtoxickejší a spôsobil vysokú úmrtnosť Aedes albopictus.Larvy Aedes aegypti sa spracovávali nepretržite počas 24 hodín.Zostávajúce tri prášky semien (PG, IG a DFP) mali pomalšiu aktivitu a stále spôsobovali významnú úmrtnosť po 72 hodinách nepretržitého ošetrovania.Iba múčka zo semien Ls obsahovala významné množstvá glukozinolátov, zatiaľ čo PG a DFP obsahovali myrozinázu a IG obsahovali glukozinolát ako hlavný glukozinolát (tabuľka 1).Glukotropaeolín sa hydrolyzuje na BITC a sinalbín sa hydrolyzuje na 4-HBITC61,62.Výsledky našich biologických testov naznačujú, že múčka zo semien Ls aj syntetický BITC sú vysoko toxické pre larvy komárov.Hlavnou zložkou múčky zo semien PG a DFP je myrozináza glukozinolát, ktorý je hydrolyzovaný na AITC.AITC je účinný pri zabíjaní lariev komárov s hodnotou LC50 19,35 ppm.V porovnaní s AITC a BITC je izotiokyanát 4-HBITC pre larvy najmenej toxický.Aj keď je AITC menej toxický ako BITC, ich hodnoty LC50 sú nižšie ako mnohé esenciálne oleje testované na larvách komárov32,73,74,75.
Náš prášok zo semien kríža na použitie proti larvám komárov obsahuje jeden hlavný glukozinolát, ktorý predstavuje viac ako 98 – 99 % celkových glukozinolátov, ako sa stanovilo pomocou HPLC.Zistili sa stopové množstvá iných glukozinolátov, ale ich hladiny boli nižšie ako 0,3 % z celkových glukozinolátov.Prášok zo semien žeruchy (L. sativum) obsahuje sekundárne glukozinoláty (sinigrin), ich podiel je však 1 % z celkových glukozinolátov a ich obsah je zatiaľ zanedbateľný (asi 0,4 mg/g prášku zo semien).Hoci PG a DFP obsahujú rovnaký hlavný glukozinolát (myrozín), larvicídna aktivita ich semien sa výrazne líši v dôsledku ich hodnôt LC50.Líši sa toxicitou voči múčnatke.Výskyt lariev Aedes aegypti môže byť spôsobený rozdielmi v aktivite myrozinázy alebo stabilite medzi týmito dvoma semennými krmivami.Aktivita myrozinázy hrá dôležitú úlohu v biologickej dostupnosti produktov hydrolýzy, ako sú izotiokyanáty v rastlinách Brassicaceae76.Predchádzajúce správy Pococka a spol.77 a Wilkinsona a spol.78 ukázali, že zmeny v aktivite a stabilite myrozinázy môžu súvisieť aj s genetickými a environmentálnymi faktormi.
Očakávaný obsah bioaktívneho izotiokyanátu bol vypočítaný na základe hodnôt LC50 každého šrotu semien po 24 a 72 hodinách (tabuľka 5) na porovnanie so zodpovedajúcimi chemickými aplikáciami.Po 24 hodinách boli izotiokyanáty v múčke zo semien toxickejšie ako čisté zlúčeniny.Hodnoty LC50 vypočítané na základe častíc na milión (ppm) ošetrenia semien izotiokyanátom boli nižšie ako hodnoty LC50 pre aplikácie BITC, AITC a 4-HBITC.Pozorovali sme larvy konzumujúce pelety zo semennej múčky (obrázok 3A).V dôsledku toho môžu byť larvy koncentrovanejšie vystavené toxickým izotiokyanátom požitím peliet zo semennej múčky.Toto bolo najzreteľnejšie pri ošetrení múčkou zo semien IG a PG pri 24-hodinovej expozícii, kde koncentrácie LC50 boli o 75 % a 72 % nižšie ako pri ošetrení čistým AITC a 4-HBITC.Ošetrenia Ls a DFP boli toxickejšie ako čistý izotiokyanát, s hodnotami LC50 o 24 % a o 41 % nižšími.Larvy v kontrolnom ošetrení sa úspešne zakuklili (obr. 3B), zatiaľ čo väčšina lariev pri ošetrení múčkou zo semien sa nezakuklila a vývoj lariev bol výrazne oneskorený (obr. 3B, D).V Spodopteralitura sú izotiokyanáty spojené so spomalením rastu a oneskorením vývoja79.
Larvy Ae.Komáre Aedes aegypti boli nepretržite vystavené prášku zo semien Brassica počas 24 až 72 hodín.(A) Mŕtve larvy s časticami múčky zo semien v ústnej časti (zakrúžkované);(B) Kontrolné ošetrenie (dH20 bez pridanej múčky zo semien) ukazuje, že larvy rastú normálne a začínajú sa kukliť po 72 hodinách (C, D) Larvy ošetrené múčkou zo semien;múčka zo semien vykazovala rozdiely vo vývoji a nekuklila sa.
Mechanizmus toxických účinkov izotiokyanátov na larvy komárov sme neštudovali.Predchádzajúce štúdie s červenými ohnivými mravcami (Solenopsis invicta) však ukázali, že inhibícia glutatión S-transferázy (GST) a esterázy (EST) je hlavným mechanizmom biologickej aktivity izotiokyanátov a AITC, dokonca aj pri nízkej aktivite, môže tiež inhibovať aktivitu GST. .červené importované ohnivé mravce v nízkych koncentráciách.Dávka je 0,5 ug/ml80.Naopak, AITC inhibuje acetylcholínesterázu u dospelých nosatcov kukuričných (Sitophilus zeamais)81.Podobné štúdie sa musia vykonať na objasnenie mechanizmu izotiokyanátovej aktivity v larvách komárov.
Tepelne inaktivované ošetrenie DFP používame na podporu návrhu, že hydrolýza rastlinných glukozinolátov za vzniku reaktívnych izotiokyanátov slúži ako mechanizmus na kontrolu lariev komárov pomocou múčky z horčičných semien.Múčka zo semien DFP-HT nebola toxická pri testovaných aplikačných dávkach.Lafarga a kol.82 uvádza, že glukozinoláty sú citlivé na degradáciu pri vysokých teplotách.Očakáva sa tiež, že tepelným spracovaním sa denaturuje enzým myrozináza v múčke zo semien a zabráni sa hydrolýze glukozinolátov za vzniku reaktívnych izotiokyanátov.Toto potvrdili aj Okunade et al.75 ukázali, že myrozináza je citlivá na teplotu, čo ukazuje, že aktivita myrozinázy bola úplne inaktivovaná, keď boli horčica, horčica čierna a semená krvavca vystavené teplotám nad 80 °C.C. Tieto mechanizmy môžu viesť k strate insekticídnej aktivity tepelne spracovanej múčky zo semien DFP.
Múčka z horčičných semien a jej tri hlavné izotiokyanáty sú teda toxické pre larvy komárov.Vzhľadom na tieto rozdiely medzi múčkou zo semien a chemickým ošetrením môže byť použitie múčky zo semien účinnou metódou kontroly komárov.Existuje potreba identifikovať vhodné formulácie a účinné dodávacie systémy na zlepšenie účinnosti a stability použitia práškov semien.Naše výsledky naznačujú potenciálne použitie múčky z horčičných semien ako alternatívy k syntetickým pesticídom.Táto technológia by sa mohla stať inovatívnym nástrojom na kontrolu vektorov komárov.Pretože larvám komárov sa darí vo vodnom prostredí a glukozinoláty múčky zo semien sa po hydratácii enzymaticky premieňajú na aktívne izotiokyanáty, použitie múčky z horčičných semien vo vode zamorenej komármi ponúka významný kontrolný potenciál.Hoci sa larvicídna aktivita izotiokyanátov líši (BITC > AITC > 4-HBITC), je potrebný ďalší výskum, aby sa zistilo, či kombinácia múčky zo semien s viacerými glukozinolátmi synergicky zvyšuje toxicitu.Toto je prvá štúdia, ktorá demonštruje insekticídne účinky odtučnenej múčky z krížových semien a troch bioaktívnych izotiokyanátov na komáre.Výsledky tejto štúdie ukazujú, že odtučnená múčka zo semien kapusty, vedľajší produkt extrakcie oleja zo semien, môže slúžiť ako sľubný larvicídny prostriedok na kontrolu komárov.Tieto informácie môžu pomôcť pri ďalšom objavovaní látok na biologickú kontrolu rastlín a ich vývoji ako lacných, praktických a ekologických biopesticídov.
Súbory údajov vygenerované pre túto štúdiu a výsledné analýzy sú k dispozícii od príslušného autora na primeranú žiadosť.Na konci štúdie boli všetky materiály použité v štúdii (hmyz a múčka zo semien) zničené.
Čas odoslania: 29. júla 2024