forespørgselbg

Biologisk aktivitet af kålfrøpulver og dets forbindelser som et miljøvenligt larvicid mod myg

Til effektivtkontrollere mygog reducere forekomsten af ​​sygdomme, de bærer på, er der behov for strategiske, bæredygtige og miljøvenlige alternativer til kemiske pesticider.Vi vurderede frømel fra visse Brassicaceae (familie Brassica) som en kilde til plante-afledte isothiocyanater produceret ved enzymatisk hydrolyse af biologisk inaktive glucosinolater til brug i bekæmpelsen af ​​egyptiske Aedes (L., 1762).Fem-affedtet frømel (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 og Thlaspi arvense – tre hovedtyper af termisk degradering og kemisk enzymatisk produkter Til bestemmelse af toksicitet (LC50) af allylisothiocyanat, benzylisothiocyanat og 4-hydroxybenzylisothiocyanat for Aedes aegypti-larver ved 24-timers eksponering = 0,04 g/120 ml dH2O.LC50 værdier for sennep, hvid sennep og padderok.frømel var henholdsvis 0,05, 0,08 og 0,05 sammenlignet med allylisothiocyanat (LC50 = 19,35 ppm) og 4. -Hydroxybenzylisothiocyanat (LC50 = 55,41 ppm) var mere toksisk over for larver via 24 timer efter behandling hhv. 24 timer efter behandling/120, ml dH.Disse resultater stemmer overens med produktionen af ​​alfalfa frømel.Den højere effektivitet af benzylestere svarer til de beregnede LC50-værdier.Brug af frømel kan give en effektiv metode til myggekontrol.effektiviteten af ​​korsblomstfrøpulver og dets vigtigste kemiske komponenter mod myggelarver og viser, hvordan de naturlige forbindelser i korsblomstfrøpulver kan tjene som et lovende miljøvenligt larvicid til myggebekæmpelse.
Vektorbårne sygdomme forårsaget af Aedes-myg er fortsat et stort globalt folkesundhedsproblem.Forekomsten af ​​myggebårne sygdomme spreder sig geografisk1,2,3 og dukker op igen, hvilket fører til udbrud af alvorlig sygdom4,5,6,7.Spredningen af ​​sygdomme blandt mennesker og dyr (f.eks. chikungunya, dengue, Rift Valley-feber, gul feber og Zika-virus) er uden fortilfælde.Alene denguefeber sætter cirka 3,6 milliarder mennesker i risiko for infektion i troperne, med anslået 390 millioner infektioner, der forekommer årligt, hvilket resulterer i 6.100-24.300 dødsfald om året8.Genopkomsten og udbruddet af Zika-virussen i Sydamerika har tiltrukket sig verdensomspændende opmærksomhed på grund af den hjerneskade, den forårsager hos børn født af inficerede kvinder2.Kremer et al 3 forudsiger, at det geografiske udbredelsesområde for Aedes-myg vil fortsætte med at udvide sig, og at halvdelen af ​​verdens befolkning i 2050 vil være i risiko for infektion med myggebårne arbovirus.
Med undtagelse af de nyligt udviklede vacciner mod dengue og gul feber, er vacciner mod de fleste myggebårne sygdomme endnu ikke udviklet9,10,11.Vacciner er stadig tilgængelige i begrænsede mængder og bruges kun i kliniske forsøg.Bekæmpelse af myggevektorer ved hjælp af syntetiske insekticider har været en nøglestrategi til at kontrollere spredningen af ​​myggebårne sygdomme12,13.Selvom syntetiske pesticider er effektive til at dræbe myg, påvirker den fortsatte brug af syntetiske pesticider ikke-målorganismer negativt og forurener miljøet14,15,16.Endnu mere alarmerende er tendensen til stigende mygresistens over for kemiske insekticider17,18,19.Disse problemer forbundet med pesticider har fremskyndet søgningen efter effektive og miljøvenlige alternativer til at kontrollere sygdomsvektorer.
Forskellige planter er blevet udviklet som kilder til fytopesticider til skadedyrsbekæmpelse20,21.Plantestoffer er generelt miljøvenlige, fordi de er biologisk nedbrydelige og har lav eller ubetydelig toksicitet over for ikke-målorganismer som pattedyr, fisk og padder20,22.Naturlægemidler er kendt for at producere en række bioaktive forbindelser med forskellige virkningsmekanismer til effektivt at kontrollere forskellige livsstadier af myg23,24,25,26.Planteafledte forbindelser såsom æteriske olier og andre aktive planteingredienser har vundet opmærksomhed og banet vejen for innovative værktøjer til at kontrollere myggevektorer.Æteriske olier, monoterpener og sesquiterpener fungerer som afskrækningsmidler, fodringsafskrækkende midler og ovicid27,28,29,30,31,32,33.Mange vegetabilske olier forårsager døden af ​​myggelarver, pupper og voksne34,35,36, hvilket påvirker insekternes nerve-, luftvejs-, endokrine og andre vigtige systemer37.
Nylige undersøgelser har givet indsigt i den potentielle brug af sennepsplanter og deres frø som en kilde til bioaktive forbindelser.Sennepsfrømel er blevet testet som biofumigant38,39,40,41 og brugt som jordtilpasning til ukrudtsbekæmpelse42,43,44 og bekæmpelse af jordbårne plantepatogener45,46,47,48,49,50, planteernæring.nematoder 41,51, 52, 53, 54 og skadedyr 55, 56, 57, 58, 59, 60. Den fungicide aktivitet af disse frøpulvere tilskrives plantebeskyttende forbindelser kaldet isothiocyanater38,42,60.I planter opbevares disse beskyttende forbindelser i planteceller i form af ikke-bioaktive glucosinolater.Men når planter beskadiges af insekternæring eller patogeninfektion, hydrolyseres glucosinolater af myrosinase til bioaktive isothiocyanater55,61.Isothiocyanater er flygtige forbindelser, der vides at have bredspektret antimikrobiel og insekticid aktivitet, og deres struktur, biologiske aktivitet og indhold varierer meget blandt Brassicaceae-arter42,59,62,63.
Selvom isothiocyanater afledt af sennepsfrømel vides at have insekticid aktivitet, mangler data om biologisk aktivitet mod medicinsk vigtige leddyrvektorer.Vores undersøgelse undersøgte den larvicide aktivitet af fire affedtede frøpulvere mod Aedes-myg.Larver af Aedes aegypti.Formålet med undersøgelsen var at evaluere deres potentielle anvendelse som miljøvenlige biopesticider til myggekontrol.Tre hovedkemiske komponenter i frømelet, allylisothiocyanat (AITC), benzylisothiocyanat (BITC) og 4-hydroxybenzylisothiocyanat (4-HBITC) blev også testet for at teste den biologiske aktivitet af disse kemiske komponenter på myggelarver.Dette er den første rapport, der evaluerer effektiviteten af ​​fire kålfrøpulvere og deres vigtigste kemiske komponenter mod myggelarver.
Laboratoriekolonier af Aedes aegypti (Rockefeller-stamme) blev holdt ved 26°C, 70% relativ fugtighed (RH) og 10:14 timer (L:D fotoperiode).Parrede hunner blev anbragt i plastikbure (højde 11 cm og diameter 9,5 cm) og fodret via et flaskefodringssystem under anvendelse af citreret bovint blod (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).Blodfodring blev udført som sædvanligt ved hjælp af en membran multi-glas feeder (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) forbundet til et cirkulerende vandbaderør (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) med temperatur kontrol 37 °C.Stræk en film af Parafilm M på bunden af ​​hvert glasindføringskammer (areal 154 mm2).Hver foderautomat blev derefter placeret på det øverste gitter, der dækkede buret indeholdende den parrende hun.Ca. 350-400 μl bovint blod blev tilsat til en glasfødertragt ved hjælp af en Pasteur-pipette (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), og de voksne orme fik lov til at dræne i mindst en time.Drægtige hunner fik derefter en 10 % saccharoseopløsning og fik lov til at lægge æg på fugtigt filterpapir foret i individuelle ultraklare soufflékopper (1,25 fl oz størrelse, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).bur med vand.Anbring filterpapir indeholdende æg i en forseglet pose (SC Johnsons, Racine, WI) og opbevar ved 26°C.Æggene blev udklækket, og cirka 200-250 larver blev rejst i plastikbakker indeholdende en blanding af kaninmad (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) og leverpulver (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA).og fiskefilet (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Tyskland) i forholdet 2:1:1.Larver i den sene tredje fase blev brugt i vores bioassays.
Plantefrømateriale anvendt i denne undersøgelse blev opnået fra følgende kommercielle og offentlige kilder: Brassica juncea (brun sennep-Pacific Gold) og Brassica juncea (hvid sennep-Ida Gold) fra Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, USA;(Garden Cress) fra Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA og Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) fra USDA-ARS, Peoria, IL, USA;Ingen af ​​frøene, der blev brugt i undersøgelsen, blev behandlet med pesticider.Alt frømateriale blev behandlet og brugt i denne undersøgelse i overensstemmelse med lokale og nationale regler og i overensstemmelse med alle relevante lokale statslige og nationale regler.Denne undersøgelse undersøgte ikke transgene plantesorter.
Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), hvid sennep (IG), Thlaspi arvense (DFP) frø blev formalet til et fint pulver ved hjælp af en Retsch ZM200 ultracentrifugalmølle (Retsch, Haan, Tyskland) udstyret med en 0,75 mm maskevidde og rustfrit stål. stålrotor, 12 tænder, 10.000 rpm (tabel 1).Det formalede frøpulver blev overført til et papirfingerbøl og affedtet med hexan i et Soxhlet-apparat i 24 timer.En delprøve af affedtet feltsennep blev varmebehandlet ved 100 °C i 1 time for at denaturere myrosinase og forhindre hydrolyse af glucosinolater til dannelse af biologisk aktive isothiocyanater.Varmebehandlet padderokfrøpulver (DFP-HT) blev anvendt som en negativ kontrol ved denaturering af myrosinase.
Glucosinolatindholdet i affedtet frømel blev bestemt i tre eksemplarer ved hjælp af højtydende væskekromatografi (HPLC) i henhold til en tidligere offentliggjort protokol 64 .Kort fortalt blev 3 ml methanol tilsat til en 250 mg prøve af affedtet frøpulver.Hver prøve blev sonikeret i et vandbad i 30 minutter og efterladt i mørke ved 23°C i 16 timer.En 1 ml alikvot af det organiske lag blev derefter filtreret gennem et 0,45 μm filter ind i en autosampler.Ved at køre på et Shimadzu HPLC-system (to LC 20AD pumper; SIL 20A autosampler; DGU 20As afgasser; SPD-20A UV-VIS detektor til overvågning ved 237 nm; og CBM-20A kommunikationsbusmodul) blev glucosinolatindholdet i frømel bestemt i tre eksemplarer.ved hjælp af Shimadzu LC Solution-softwareversion 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Søjlen var en C18 Inertsil omvendt fasesøjle (250 mm x 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).De indledende mobilfasebetingelser blev sat til 12 % methanol/88 % 0,01 M tetrabutylammoniumhydroxid i vand (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) med en strømningshastighed på 1 ml/min.Efter injektion af 15 μl prøve blev de indledende betingelser opretholdt i 20 minutter, og derefter blev opløsningsmiddelforholdet justeret til 100 % methanol med en samlet prøveanalysetid på 65 minutter.En standardkurve (baseret på nM/mAb) blev genereret ved seriefortyndinger af frisklavet sinapin-, glucosinolat- og myrosinstandarder (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) for at estimere svovlindholdet i affedtet frømel.glucosinolater.Glucosinolatkoncentrationer i prøverne blev testet på en Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) under anvendelse af OpenLAB CDS ChemStation-versionen (C.01.07 SR2 [255]) udstyret med den samme søjle og ved anvendelse af en tidligere beskrevet metode.Glucosinolatkoncentrationer blev bestemt;være sammenlignelige mellem HPLC-systemer.
Allylisothiocyanat (94%, stabil) og benzylisothiocyanat (98%) blev købt fra Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-Hydroxybenzylisothiocyanat blev købt fra ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Når de er enzymatisk hydrolyseret af myrosinase, danner glucosinolater, glucosinolater og glucosinolater henholdsvis allylisothiocyanat, benzylisothiocyanat og 4-hydroxybenzylisothiocyanat.
Laboratoriebioassays blev udført ifølge metoden ifølge Muturi et al.32 med ændringer.Fem frøfoder med lavt fedtindhold blev brugt i undersøgelsen: DFP, DFP-HT, IG, PG og Ls.Tyve larver blev anbragt i et 400 ml engangs trevejsbæger (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) indeholdende 120 ml deioniseret vand (dH2O).Syv frømelkoncentrationer blev testet for myggelarvertoksicitet: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 og 0,12 g frømel/120 ml dH2O for DFP frømel, DFP-HT, IG og PG.Foreløbige bioassays indikerer, at affedtet Ls-frømel er mere giftigt end fire andre afprøvede frømel.Derfor justerede vi de syv behandlingskoncentrationer af Ls frømel til følgende koncentrationer: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 og 0,075 g/120 ml dH2O.
En ubehandlet kontrolgruppe (dH20, intet frømelstilskud) blev inkluderet for at vurdere normal insektdødelighed under assaybetingelser.Toksikologiske bioassays for hvert frømel inkluderede tre replikatglas med tre hældninger (20 larver i sen tredje fase pr. bæger), til i alt 108 hætteglas.Behandlede beholdere blev opbevaret ved stuetemperatur (20-21°C), og larvedødelighed blev registreret under 24 og 72 timers kontinuerlig eksponering for behandlingskoncentrationer.Hvis myggens krop og vedhæng ikke bevæger sig, når den gennembores eller berøres med en tynd rustfri stålspatel, anses myggelarverne for at være døde.Døde larver forbliver normalt ubevægelige i en dorsal eller ventral stilling i bunden af ​​beholderen eller på vandoverfladen.Forsøget blev gentaget tre gange på forskellige dage under anvendelse af forskellige grupper af larver, for i alt 180 larver udsat for hver behandlingskoncentration.
Toksiciteten af ​​AITC, BITC og 4-HBITC over for myggelarver blev vurderet ved anvendelse af den samme bioassayprocedure, men med forskellige behandlinger.Forbered 100.000 ppm stamopløsninger for hvert kemikalie ved at tilsætte 100 µL af kemikaliet til 900 µL absolut ethanol i et 2 mL centrifugerør og ryste i 30 sekunder for at blande grundigt.Behandlingskoncentrationer blev bestemt baseret på vores foreløbige bioassays, som fandt, at BITC var meget mere toksisk end AITC og 4-HBITC.For at bestemme toksicitet, 5 koncentrationer af BITC (1, 3, 6, 9 og 12 ppm), 7 koncentrationer af AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 og 35 ppm) og 6 koncentrationer af 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 og 35 ppm).30, 45, 60, 75 og 90 ppm).Kontrolbehandlingen blev injiceret med 108 μL absolut ethanol, hvilket svarer til det maksimale volumen af ​​den kemiske behandling.Bioassays blev gentaget som ovenfor, idet der blev eksponeret i alt 180 larver pr. behandlingskoncentration.Larvedødelighed blev registreret for hver koncentration af AITC, BITC og 4-HBITC efter 24 timers kontinuerlig eksponering.
Probitanalyse af 65 dosisrelaterede dødelighedsdata blev udført ved hjælp af Polo-software (Polo Plus, LeOra Software, version 1.0) til at beregne 50 % dødelig koncentration (LC50), 90 % dødelig koncentration (LC90), hældning, letal dosiskoefficient og 95 % dødelig koncentration.baseret på konfidensintervaller for dødelige dosisforhold for log-transformeret koncentration og dosis-dødelighedskurver.Dødelighedsdata er baseret på kombinerede replikatdata for 180 larver udsat for hver behandlingskoncentration.Probabilistiske analyser blev udført separat for hvert frømel og hver kemisk komponent.Baseret på 95 % konfidensintervallet for det dødelige dosisforhold, blev frømel og kemiske bestanddeles toksicitet over for myggelarver anset for at være signifikant forskellig, så et konfidensinterval med en værdi på 1 var ikke signifikant forskellig, P = 0,0566.
HPLC-resultaterne til bestemmelse af de vigtigste glucosinolater i affedtede frømel DFP, IG, PG og L'er er anført i tabel 1. De vigtigste glucosinolater i de testede frømel varierede med undtagelse af DFP og PG, som begge indeholdt myrosinase glucosinolater.Myrosininindholdet i PG var højere end i DFP, henholdsvis 33,3 ± 1,5 og 26,5 ± 0,9 mg/g.Ls frøpulver indeholdt 36,6 ± 1,2 mg/g glucoglycon, hvorimod IG frøpulver indeholdt 38,0 ± 0,5 mg/g sinapin.
Larver af Ae.Aedes aegypti myg blev dræbt, når de blev behandlet med affedtet frømel, selvom effektiviteten af ​​behandlingen varierede afhængigt af plantearten.Kun DFP-NT var ikke toksisk for myggelarver efter 24 og 72 timers eksponering (tabel 2).Toksiciteten af ​​det aktive frøpulver steg med stigende koncentration (fig. 1A, B).Toksiciteten af ​​frømel til myggelarver varierede signifikant baseret på 95 % CI af det dødelige dosisforhold af LC50-værdier ved 24-timers og 72-timers vurderinger (tabel 3).Efter 24 timer var den toksiske effekt af Ls frømel større end andre frømelsbehandlinger, med den højeste aktivitet og maksimal toksicitet over for larver (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Larver var mindre følsomme over for DFP efter 24 timer sammenlignet med IG-, Ls- og PG-frøpulverbehandlinger med LC50-værdier på henholdsvis 0,115, 0,04 og 0,08 g/120 ml dH2O, som var statistisk højere end LC50-værdien.0,211 g/120 ml dH20 (tabel 3).LC90-værdierne for DFP, IG, PG og Ls var henholdsvis 0,376, 0,275, 0,137 og 0,074 g/120 ml dH2O (tabel 2).Den højeste koncentration af DPP var 0,12 g/120 ml dH2O.Efter 24 timers vurdering var den gennemsnitlige larvedødelighed kun 12%, mens den gennemsnitlige dødelighed for IG- og PG-larver nåede henholdsvis 51% og 82%.Efter 24 timers evaluering var den gennemsnitlige larvedødelighed for den højeste koncentration af Ls frømelbehandling (0,075 g/120 ml dH2O) 99 % (fig. 1A).
Dødelighedskurver blev estimeret ud fra dosisrespons (Probit) af Ae.Egyptiske larver (larver i 3. stadium) til frømelkoncentration 24 timer (A) og 72 timer (B) efter behandling.Den stiplede linje repræsenterer LC50 for frømelsbehandlingen.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Varmeinaktiveret Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Ved 72-timers evaluering var LC50-værdierne for DFP, IG og PG frømel henholdsvis 0,111, 0,085 og 0,051 g/120 ml dH2O.Næsten alle larver udsat for Ls frømel døde efter 72 timers eksponering, så dødelighedsdata var inkonsistente med Probit-analyse.Sammenlignet med andet frømel var larverne mindre følsomme over for behandling med DFP frømel og havde statistisk højere LC50-værdier (tabel 2 og 3).Efter 72 timer blev LC50-værdierne for DFP-, IG- og PG-frømelsbehandlinger estimeret til at være henholdsvis 0,111, 0,085 og 0,05 g/120 ml dH2O.Efter 72 timers evaluering var LC90-værdierne for DFP-, IG- og PG-frøpulvere henholdsvis 0,215, 0,254 og 0,138 g/120 ml dH2O.Efter 72 timers evaluering var den gennemsnitlige larvedødelighed for DFP-, IG- og PG-frømelbehandlingerne ved en maksimal koncentration på 0,12 g/120 ml dH2O henholdsvis 58 %, 66 % og 96 % (fig. 1B).Efter 72-timers evaluering blev PG frømel fundet at være mere giftigt end IG og DFP frømel.
Syntetiske isothiocyanater, allylisothiocyanat (AITC), benzylisothiocyanat (BITC) og 4-hydroxybenzylisothiocyanat (4-HBITC) kan effektivt dræbe myggelarver.24 timer efter behandling var BITC mere toksisk for larver med en LC50-værdi på 5,29 ppm sammenlignet med 19,35 ppm for AITC og 55,41 ppm for 4-HBITC (tabel 4).Sammenlignet med AITC og BITC har 4-HBITC lavere toksicitet og en højere LC50-værdi.Der er signifikante forskelle i myggelarvernes toksicitet af de to store isothiocyanater (Ls og PG) i det mest potente frømel.Toksicitet baseret på det dødelige dosisforhold af LC50-værdier mellem AITC, BITC og 4-HBITC viste en statistisk forskel, således at 95 % CI af LC50-dødelig dosisforholdet ikke inkluderede en værdi på 1 (P = 0,05, tabel 4).De højeste koncentrationer af både BITC og AITC blev estimeret til at dræbe 100 % af de testede larver (figur 2).
Dødelighedskurver blev estimeret ud fra dosisrespons (Probit) af Ae.24 timer efter behandling nåede egyptiske larver (larver i 3. stadium) syntetiske isothiocyanatkoncentrationer.Den stiplede linje repræsenterer LC50 for isothiocyanatbehandling.Benzylisothiocyanat BITC, allylisothiocyanat AITC og 4-HBITC.
Brugen af ​​plantebiopesticider som myggevektorkontrolmidler har længe været undersøgt.Mange planter producerer naturlige kemikalier, der har insekticid aktivitet37.Deres bioaktive forbindelser giver et attraktivt alternativ til syntetiske insekticider med stort potentiale til at bekæmpe skadedyr, herunder myg.
Sennepsplanter dyrkes som en afgrøde for deres frø, brugt som krydderi og oliekilde.Når sennepsolie udvindes af frøene, eller når sennep udvindes til brug som biobrændstof 69, er biproduktet affedtet frømel.Dette frømel bevarer mange af dets naturlige biokemiske komponenter og hydrolytiske enzymer.Toksiciteten af ​​dette frømel tilskrives produktionen af ​​isothiocyanater55,60,61.Isothiocyanater dannes ved hydrolyse af glucosinolater af enzymet myrosinase under hydrering af frømel38,55,70 og er kendt for at have fungicide, bakteriedræbende, nematicide og insekticide virkninger, såvel som andre egenskaber, herunder kemiske sensoriske virkninger og kemoterapeutiske egenskaber61,62, 70.Adskillige undersøgelser har vist, at sennepsplanter og frømel virker effektivt som desinfektionsmidler mod jord og lagrede fødevareskadedyr57,59,71,72.I denne undersøgelse vurderede vi toksiciteten af ​​fire-frø mel og dets tre bioaktive produkter AITC, BITC og 4-HBITC til Aedes myggelarver.Aedes aegypti.Tilsætning af frømel direkte til vand, der indeholder myggelarver, forventes at aktivere enzymatiske processer, der producerer isothiocyanater, der er giftige for myggelarver.Denne biotransformation blev delvist demonstreret af frømelets observerede larvicide aktivitet og tab af insekticid aktivitet, når dværgsennepsfrømel blev varmebehandlet før brug.Varmebehandling forventes at ødelægge de hydrolytiske enzymer, der aktiverer glucosinolater, og derved forhindre dannelsen af ​​bioaktive isothiocyanater.Dette er den første undersøgelse, der bekræfter kålfrøpulverets insekticide egenskaber mod myg i et vandmiljø.
Blandt de testede frøpulvere var brøndkarsefrøpulver (Ls) det mest toksiske, hvilket forårsagede høj dødelighed af Aedes albopictus.Aedes aegypti-larver blev behandlet kontinuerligt i 24 timer.De resterende tre frøpulvere (PG, IG og DFP) havde langsommere aktivitet og forårsagede stadig betydelig dødelighed efter 72 timers kontinuerlig behandling.Kun Ls frømel indeholdt betydelige mængder af glucosinolater, hvorimod PG og DFP indeholdt myrosinase, og IG indeholdt glucosinolat som det vigtigste glucosinolat (tabel 1).Glucotropaeolin hydrolyseres til BITC, og sinalbin hydrolyseres til 4-HBITC61,62.Vores bioassayresultater indikerer, at både Ls frømel og syntetisk BITC er meget giftige for myggelarver.Hovedbestanddelen af ​​PG og DFP frømel er myrosinase glucosinolat, som hydrolyseres til AITC.AITC er effektivt til at dræbe myggelarver med en LC50-værdi på 19,35 ppm.Sammenlignet med AITC og BITC er 4-HBITC isothiocyanat det mindst toksiske for larver.Selvom AITC er mindre giftigt end BITC, er deres LC50-værdier lavere end mange æteriske olier testet på myggelarver32,73,74,75.
Vores korsblomstrede frøpulver til brug mod myggelarver indeholder et hovedglucosinolat, der tegner sig for over 98-99% af de samlede glukosinolater som bestemt ved HPLC.Spormængder af andre glucosinolater blev påvist, men deres niveauer var mindre end 0,3% af de samlede glucosinolater.Brøndkarse (L. sativum) frøpulver indeholder sekundære glucosinolater (sinigrin), men deres andel er 1% af de samlede glucosinolater, og deres indhold er stadig ubetydeligt (ca. 0,4 mg/g frøpulver).Selvom PG og DFP indeholder det samme hovedglucosinolat (myrosin), adskiller den larvicide aktivitet af deres frømåltider sig betydeligt på grund af deres LC50-værdier.Varierer i toksicitet over for meldug.Fremkomsten af ​​Aedes aegypti-larver kan skyldes forskelle i myrosinaseaktivitet eller stabilitet mellem de to frøfoder.Myrosinaseaktivitet spiller en vigtig rolle i biotilgængeligheden af ​​hydrolyseprodukter såsom isothiocyanater i Brassicaceae-planter76.Tidligere rapporter af Pocock et al.77 og Wilkinson et al.78 har vist, at ændringer i myrosinaseaktivitet og stabilitet også kan være forbundet med genetiske og miljømæssige faktorer.
Forventet indhold af bioaktivt isothiocyanat blev beregnet ud fra LC50-værdierne for hvert frøskrå efter 24 og 72 timer (tabel 5) til sammenligning med tilsvarende kemiske anvendelser.Efter 24 timer var isothiocyanaterne i frømelet mere giftige end de rene forbindelser.LC50-værdier beregnet baseret på dele per million (ppm) af isothiocyanatfrøbehandlinger var lavere end LC50-værdier for BITC-, AITC- og 4-HBITC-applikationer.Vi observerede larver, der indtog frømelspellets (figur 3A).Som følge heraf kan larver blive mere koncentreret udsat for giftige isothiocyanater ved at indtage frømelspellets.Dette var mest tydeligt i IG- og PG-frømel-behandlingerne ved 24-timers eksponering, hvor LC50-koncentrationer var 75 % og 72 % lavere end henholdsvis ren AITC- og 4-HBITC-behandling.Ls- og DFP-behandlinger var mere toksiske end rent isothiocyanat, med LC50-værdier henholdsvis 24 % og 41 % lavere.Larverne i kontrolbehandlingen forpuppede sig med succes (fig. 3B), mens de fleste larver i frømelsbehandlingen ikke forpuppede sig, og larveudviklingen var signifikant forsinket (fig. 3B,D).I Spodopteralitura er isothiocyanater forbundet med væksthæmning og udviklingsforsinkelse79.
Larver af Ae.Aedes aegypti myg blev kontinuerligt udsat for Brassica frøpulver i 24-72 timer.(A) Døde larver med partikler af frømel i munddelene (cirklet);(B) Kontrolbehandling (dH20 uden tilsat frømel) viser, at larver vokser normalt og begynder at forpuppe sig efter 72 timer (C, D) Larver behandlet med frømel;frømelet viste forskelle i udvikling og forpuppede sig ikke.
Vi har ikke undersøgt mekanismen for toksiske virkninger af isothiocyanater på myggelarver.Tidligere undersøgelser af røde brandmyrer (Solenopsis invicta) har dog vist, at hæmning af glutathion S-transferase (GST) og esterase (EST) er hovedmekanismen for isothiocyanat bioaktivitet, og AITC, selv ved lav aktivitet, kan også hæmme GST-aktivitet .røde importerede brandmyrer i lave koncentrationer.Dosis er 0,5 µg/ml80.I modsætning hertil hæmmer AITC acetylcholinesterase i voksne majssnudebiller (Sitophilus zeamais)81.Lignende undersøgelser skal udføres for at belyse mekanismen for isothiocyanataktivitet i myggelarver.
Vi bruger varmeinaktiveret DFP-behandling til at understøtte forslaget om, at hydrolyse af planteglucosinolater til dannelse af reaktive isothiocyanater tjener som en mekanisme til myggelarverkontrol med sennepsfrømel.DFP-HT frømel var ikke giftigt ved de testede doseringsmængder.Lafarga et al.82 rapporterede, at glucosinolater er følsomme over for nedbrydning ved høje temperaturer.Varmebehandling forventes også at denaturere myrosinase-enzymet i frømel og forhindre hydrolysen af ​​glucosinolater til dannelse af reaktive isothiocyanater.Dette blev også bekræftet af Okunade et al.75 viste, at myrosinase er temperaturfølsomt, hvilket viser, at myrosinaseaktiviteten var fuldstændig inaktiveret, når sennep, sort sennep og blodrodsfrø blev udsat for temperaturer over 80°.C. Disse mekanismer kan resultere i tab af insekticid aktivitet af varmebehandlet DFP frømel.
Sennepsfrømel og dets tre vigtigste isothiocyanater er således giftige for myggelarver.I betragtning af disse forskelle mellem frømel og kemiske behandlinger, kan brugen af ​​frømel være en effektiv metode til myggekontrol.Der er et behov for at identificere egnede formuleringer og effektive leveringssystemer for at forbedre effektiviteten og stabiliteten af ​​anvendelsen af ​​frøpulvere.Vores resultater indikerer den potentielle brug af sennepsfrømel som et alternativ til syntetiske pesticider.Denne teknologi kan blive et innovativt værktøj til at kontrollere myggevektorer.Fordi myggelarver trives i vandmiljøer, og frømelsglucosinolater omdannes enzymatisk til aktive isothiocyanater ved hydrering, giver brugen af ​​sennepsfrømel i myggeangrebet vand et betydeligt kontrolpotentiale.Selvom den larvicide aktivitet af isothiocyanater varierer (BITC > AITC > 4-HBITC), er der behov for mere forskning for at bestemme, om kombination af frømel med flere glucosinolater synergistisk øger toksiciteten.Dette er den første undersøgelse, der viser de insekticide virkninger af affedtet korsblomstrede frømel og tre bioaktive isothiocyanater på myg.Resultaterne af denne undersøgelse bryder nye veje ved at vise, at affedtet kålfrømel, et biprodukt af olieudvinding fra frøene, kan tjene som et lovende larvicidalt middel til myggekontrol.Disse oplysninger kan hjælpe med at fremme opdagelsen af ​​plantebiokontrolmidler og deres udvikling som billige, praktiske og miljøvenlige biopesticider.
Datasæt genereret til denne undersøgelse og de resulterende analyser er tilgængelige fra den tilsvarende forfatter på rimelig anmodning.Ved afslutningen af ​​undersøgelsen blev alle materialer anvendt i undersøgelsen (insekter og frømel) destrueret.


Indlægstid: 29-jul-2024