Aby efektivněkontrolovat komárya snížit výskyt nemocí, které přenášejí, jsou zapotřebí strategické, udržitelné a ekologicky šetrné alternativy k chemickým pesticidům.Hodnotili jsme šrot ze semen určitých Brassicaceae (čeleď Brassica) jako zdroj rostlinných isothiokyanátů produkovaných enzymatickou hydrolýzou biologicky neaktivních glukosinolátů pro použití při kontrole egyptských Aedes (L., 1762).Pětodtučněný šrot ze semen (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 a Thlaspi arvense – tři hlavní typy tepelné inaktivace a enzymatické degradace Chem. produkty Stanovení toxicity (LC50) allyl isothiokyanátu, benzyl isothiokyanátu a 4-hydroxybenzylisothiokyanátu pro larvy Aedes aegypti při 24hodinové expozici = 0,04 g/120 ml dH2O).Hodnoty LC50 pro hořčici, hořčici bílou a přesličku.šrot ze semen byl 0,05, 0,08 a 0,05 v tomto pořadí ve srovnání s allyl isothiokyanátem (LC50 = 19,35 ppm) a 4. -Hydroxybenzylisothiokyanát (LC50 = 55,41 ppm) byl toxičtější pro larvy 24 hodin po ošetření než 24 hodin po ošetření než 0,20 ml.Tyto výsledky jsou v souladu s produkcí moučky z vojtěškových semen.Vyšší účinnost benzylesterů odpovídá vypočteným hodnotám LC50.Použití moučky ze semen může poskytnout účinnou metodu kontroly komárů.účinnost prášku ze semen brukvovitých a jeho hlavních chemických složek proti larvám komárů a ukazuje, jak mohou přírodní sloučeniny v prášku ze semen brukvovitých sloužit jako slibný ekologický larvicid pro hubení komárů.
Nemoci přenášené vektory způsobené komáry rodu Aedes zůstávají hlavním globálním problémem veřejného zdraví.Výskyt nemocí přenášených komáry se geograficky rozšiřuje1,2,3 a znovu se objevuje, což vede k propuknutí závažných onemocnění4,5,6,7.Šíření nemocí mezi lidmi a zvířaty (např. chikungunya, dengue, horečka Rift Valley, žlutá zimnice a virus Zika) je bezprecedentní.Samotná horečka dengue vystavuje přibližně 3,6 miliardám lidí riziku infekce v tropech, přičemž se ročně vyskytuje odhadem 390 milionů infekcí, což má za následek 6 100–24 300 úmrtí ročně8.Znovuobjevení a propuknutí viru Zika v Jižní Americe přitáhlo celosvětovou pozornost kvůli poškození mozku, které způsobuje u dětí narozených infikovaným ženám2.Kremer et al 3 předpovídají, že geografický rozsah komárů rodu Aedes se bude nadále rozšiřovat a že do roku 2050 bude polovina světové populace ohrožena infekcí arboviry přenášenými komáry.
S výjimkou nedávno vyvinutých vakcín proti horečce dengue a žluté zimnici nebyly vakcíny proti většině nemocí přenášených komáry dosud vyvinuty9,10,11.Vakcíny jsou stále dostupné v omezeném množství a používají se pouze v klinických studiích.Kontrola přenašečů komárů pomocí syntetických insekticidů byla klíčovou strategií pro kontrolu šíření nemocí přenášených komáry12,13.Přestože syntetické pesticidy jsou účinné při hubení komárů, pokračující používání syntetických pesticidů negativně ovlivňuje necílové organismy a znečišťuje životní prostředí14,15,16.Ještě alarmující je trend zvyšující se odolnosti komárů vůči chemickým insekticidům17,18,19.Tyto problémy spojené s pesticidy urychlily hledání účinných a ekologicky šetrných alternativ ke kontrole přenašečů chorob.
Jako zdroje fytopesticidů pro kontrolu škůdců byly vyvinuty různé rostliny20,21.Rostlinné látky jsou obecně šetrné k životnímu prostředí, protože jsou biologicky rozložitelné a mají nízkou nebo zanedbatelnou toxicitu pro necílové organismy, jako jsou savci, ryby a obojživelníci20,22.Je známo, že rostlinné přípravky produkují řadu bioaktivních sloučenin s různými mechanismy účinku k účinné kontrole různých životních fází komárů23,24,25,26.Sloučeniny rostlinného původu, jako jsou esenciální oleje a další aktivní rostlinné složky, si získaly pozornost a připravily cestu pro inovativní nástroje pro kontrolu přenašečů komárů.Esenciální oleje, monoterpeny a seskviterpeny působí jako repelenty, odstrašující látky a ovicidy27,28,29,30,31,32,33.Mnoho rostlinných olejů způsobuje smrt larev, kukel a dospělých komárů34,35,36, což ovlivňuje nervový, respirační, endokrinní a další důležitý systém hmyzu37.
Nedávné studie poskytly vhled do potenciálního využití rostlin hořčice a jejich semen jako zdroje bioaktivních sloučenin.Moučka z hořčičných semen byla testována jako biofumigant38,39,40,41 a použita jako doplněk půdy pro potlačení plevele42,43,44 a kontrolu půdních patogenů rostlin45,46,47,48,49,50, výživy rostlin.háďátka 41, 51, 52, 53, 54 a škůdci 55, 56, 57, 58, 59, 60. Fungicidní aktivita těchto prášků semen je připisována sloučeninám na ochranu rostlin zvaným isothiokyanáty38,42,60.V rostlinách jsou tyto ochranné látky uloženy v rostlinných buňkách ve formě nebioaktivních glukosinolátů.Pokud jsou však rostliny poškozeny krmením hmyzem nebo infekcí patogeny, glukosinoláty jsou hydrolyzovány myrosinázou na bioaktivní isothiokyanáty55,61.Isothiokyanáty jsou těkavé sloučeniny, o nichž je známo, že mají širokospektrální antimikrobiální a insekticidní aktivitu a jejich struktura, biologická aktivita a obsah se mezi druhy Brassicaceae značně liší42,59,62,63.
Ačkoli je známo, že izothiokyanáty získané z moučky z hořčičných semen mají insekticidní aktivitu, chybí údaje o biologické aktivitě proti lékařsky důležitým členovcům.Naše studie zkoumala larvicidní aktivitu čtyř odtučněných prášků semen proti komárům rodu Aedes.Larvy Aedes aegypti.Cílem studie bylo zhodnotit jejich potenciální využití jako ekologicky šetrných biopesticidů pro hubení komárů.Tři hlavní chemické složky moučky ze semen, allyl isothiokyanát (AITC), benzyl isothiokyanát (BITC) a 4-hydroxybenzylisothiokyanát (4-HBITC), byly také testovány za účelem testování biologické aktivity těchto chemických složek na larvách komárů.Toto je první zpráva, která hodnotí účinnost čtyř prášků ze semen zelí a jejich hlavních chemických složek proti larvám komárů.
Laboratorní kolonie Aedes aegypti (kmen Rockefeller) byly udržovány při 26 °C, 70% relativní vlhkosti (RH) a 10:14 h (fotoperioda L:D).Spárované samice byly umístěny v plastových klecích (výška 11 cm a průměr 9,5 cm) a krmeny pomocí systému krmení z láhve s použitím citrátované hovězí krve (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).Krmení bylo prováděno jako obvykle pomocí membránového multi-skleněného podavače (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) připojeného k cirkulační vodní lázni (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) s teplotou regulace 37 °C.Natáhněte fólii Parafilmu M na dno každé komory pro podávání skla (plocha 154 mm2).Každé krmítko bylo poté umístěno na horní mřížku zakrývající klec obsahující pářící se samici.Přibližně 350–400 μl hovězí krve bylo přidáno do skleněné nálevky pomocí Pasteurovy pipety (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) a dospělí červi se nechali odtékat po dobu alespoň jedné hodiny.Březí samice pak dostaly 10% roztok sacharózy a nechaly se naklást vajíčka na vlhký filtrační papír vyložený do jednotlivých ultračirých kelímků na suflé (velikost 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).klec s vodou.Vložte filtrační papír obsahující vejce do uzavřeného sáčku (SC Johnsons, Racine, WI) a skladujte při teplotě 26 °C.Vajíčka se vylíhla a přibližně 200–250 larev bylo odchováno v plastových podnosech obsahujících směs králičího žrádla (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) a jaterního prášku (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA).a rybí filé (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Německo) v poměru 2:1:1.V našich biologických testech byly použity larvy pozdního třetího instaru.
Rostlinný semenný materiál použitý v této studii byl získán z následujících komerčních a vládních zdrojů: Brassica juncea (hnědá hořčice-Pacific Gold) a Brassica juncea (bílá hořčice-Ida Gold) od Pacific Northwest Farmers' Cooperative, stát Washington, USA;(Garden Cress) od Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA a Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) od USDA-ARS, Peoria, IL, USA;Žádné ze semen použitých ve studii nebylo ošetřeno pesticidy.Veškerý semenný materiál byl zpracován a použit v této studii v souladu s místními a národními předpisy a v souladu se všemi příslušnými místními státními a národními předpisy.Tato studie nezkoumala transgenní odrůdy rostlin.
Semena Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), Bílá hořčice (IG), Thlaspi arvense (DFP) byla rozemleta na jemný prášek pomocí ultraodstředivého mlýnu Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Německo) vybaveného sítem 0,75 mm a nerez ocelový rotor, 12 zubů, 10 000 ot./min (tabulka 1).Rozemletý prášek semen byl přenesen do papírového náprstku a odtučněn hexanem v Soxhletově přístroji po dobu 24 hodin.Dílčí vzorek odtučněné polní hořčice byl tepelně zpracován při 100 °C po dobu 1 hodiny, aby se denaturovala myrosináza a zabránilo se hydrolýze glukosinolátů za vzniku biologicky aktivních isothiokyanátů.Tepelně upravený prášek ze semen přesličky (DFP-HT) byl použit jako negativní kontrola denaturací myrosinázy.
Obsah glukosinolátů v odtučněném šrotu semen byl stanoven trojmo pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC) podle dříve publikovaného protokolu64.Stručně, 3 ml methanolu byly přidány k 250 mg vzorku odtučněného prášku semen.Každý vzorek byl sonikován ve vodní lázni po dobu 30 minut a ponechán ve tmě při 23 °C po dobu 16 hodin.1 ml alikvot organické vrstvy byl poté přefiltrován přes 0,45 um filtr do autosampleru.Na HPLC systému Shimadzu (dvě čerpadla LC 20AD; autosampler SIL 20A; odplyňovač DGU 20As; detektor SPD-20A UV-VIS pro monitorování při 237 nm; a modul komunikační sběrnice CBM-20A) byl stanoven obsah glukosinolátů v semenném šrotu v trojím vyhotovení.pomocí softwaru Shimadzu LC Solution verze 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Kolona byla kolona C18 Inertsil s reverzní fází (250 mm x 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Počáteční podmínky mobilní fáze byly nastaveny na 12 % methanol/88 % 0,01 M hydroxid tetrabutylamonný ve vodě (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) s průtokem 1 ml/min.Po nástřiku 15 μl vzorku byly počáteční podmínky udržovány po dobu 20 minut a poté byl poměr rozpouštědel upraven na 100% methanol s celkovou dobou analýzy vzorku 65 minut.Standardní křivka (na bázi nM/mAb) byla vytvořena sériovým ředěním čerstvě připravených sinapinových, glukosinolátových a myrosinových standardů (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) pro odhad obsahu síry v odtučněném semenném šrotu.glukosinoláty.Koncentrace glukosinolátů ve vzorcích byly testovány na Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) s použitím verze OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) vybavené stejnou kolonou a za použití dříve popsané metody.Byly stanoveny koncentrace glukosinolátů;být srovnatelné mezi systémy HPLC.
Allyl isothiokyanát (94 %, stabilní) a benzyl isothiokyanát (98 %) byly zakoupeny od Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-Hydroxybenzylisothiokyanát byl zakoupen od ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Když jsou enzymaticky hydrolyzovány myrosinázou, glukosinoláty, glukosinoláty a glukosinoláty tvoří allyl isothiokyanát, benzyl isothiokyanát a 4-hydroxybenzylisothiokyanát, v daném pořadí.
Laboratorní biotesty byly provedeny podle metody Muturi et al.32 s úpravami.Ve studii bylo použito pět nízkotučných semenných krmiv: DFP, DFP-HT, IG, PG a Ls.Dvacet larev bylo umístěno do 400ml jednorázové třícestné kádinky (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) obsahující 120 ml deionizované vody (dH20).Na toxicitu pro larvy komárů bylo testováno sedm koncentrací moučky ze semen: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 a 0,12 g moučky ze semen/120 ml dH2O pro moučku ze semen DFP, DFP-HT, IG a PG.Předběžné biologické testy ukazují, že odtučněná mouka ze semen Ls je toxičtější než čtyři jiné testované mouky ze semen.Proto jsme upravili sedm ošetřovacích koncentrací moučky ze semen Ls na následující koncentrace: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 a 0,075 g/120 ml dH20.
Byla zahrnuta neošetřená kontrolní skupina (dH20, žádný doplněk šrotu ze semen), aby se vyhodnotila normální mortalita hmyzu za podmínek testu.Toxikologické biologické testy pro každé semeno zahrnovaly tři replikáty třísměrných kádinek (20 larev pozdního třetího instaru na kádinku), celkem 108 lahviček.Ošetřené nádoby byly skladovány při teplotě místnosti (20-21 °C) a mortalita larev byla zaznamenávána během 24 a 72 hodin nepřetržitého vystavení léčebným koncentracím.Pokud se tělo a přívěsky komára nepohybují při propíchnutí nebo dotyku tenkou špachtlí z nerezové oceli, jsou larvy komárů považovány za mrtvé.Mrtvé larvy většinou zůstávají nehybně v dorzální nebo ventrální poloze na dně nádoby nebo na hladině vody.Experiment byl opakován třikrát v různých dnech s použitím různých skupin larev, celkem 180 larev vystavených každé koncentraci ošetření.
Toxicita AITC, BITC a 4-HBITC na larvy komárů byla hodnocena za použití stejného postupu biologického testu, ale s odlišným ošetřením.Připravte zásobní roztoky o koncentraci 100 000 ppm pro každou chemikálii přidáním 100 µl chemikálie k 900 µl absolutního etanolu v 2ml centrifugační zkumavce a třepáním po dobu 30 sekund, aby se důkladně promíchalo.Koncentrace ošetření byly stanoveny na základě našich předběžných biologických testů, které zjistily, že BITC je mnohem toxičtější než AITC a 4-HBITC.Ke stanovení toxicity bylo použito 5 koncentrací BITC (1, 3, 6, 9 a 12 ppm), 7 koncentrací AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 a 35 ppm) a 6 koncentrací 4-HBITC (15 15, 20, 25, 30 a 35 ppm).30, 45, 60, 75 a 90 ppm).Kontrolní ošetření bylo injikováno 108 μl absolutního etanolu, což je ekvivalentní maximálnímu objemu chemického ošetření.Biologické testy byly opakovány jako výše, přičemž bylo vystaveno celkem 180 larev na léčebnou koncentraci.Larvální mortalita byla zaznamenána pro každou koncentraci AITC, BITC a 4-HBITC po 24 hodinách nepřetržité expozice.
Probitová analýza 65 údajů o úmrtnosti související s dávkou byla provedena pomocí softwaru Polo (Polo Plus, LeOra Software, verze 1.0) pro výpočet 50% letální koncentrace (LC50), 90% letální koncentrace (LC90), směrnice, koeficientu letální dávky a 95 % smrtelné koncentrace.na základě intervalů spolehlivosti pro poměry letálních dávek pro logaritmicky transformované křivky koncentrace a dávka-mortalita.Údaje o mortalitě jsou založeny na kombinovaných replikačních datech 180 larev vystavených každé koncentraci ošetření.Pravděpodobnostní analýzy byly prováděny odděleně pro každou moučku semen a každou chemickou složku.Na základě 95% intervalu spolehlivosti poměru letálních dávek byla toxicita moučky ze semen a chemických složek pro larvy komárů považována za významně odlišnou, takže interval spolehlivosti obsahující hodnotu 1 nebyl významně odlišný, P = 0,0566.
Výsledky HPLC pro stanovení hlavních glukosinolátů v odtučněných semenných moukách DFP, IG, PG a Ls jsou uvedeny v tabulce 1. Hlavní glukosinoláty v testovaných semenných moukách se lišily s výjimkou DFP a PG, které oba obsahovaly myrosinázové glukosinoláty.Obsah myrosininu v PG byl vyšší než v DFP, 33,3 ± 1,5 a 26,5 ± 0,9 mg/g, v daném pořadí.Prášek semen Ls obsahoval 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglykonu, zatímco prášek semen IG obsahoval 38,0 ± 0,5 mg/g sinapinu.
Larvy Ae.Komáři Aedes aegypti byli zabiti při ošetření odtučněným šrotem ze semen, ačkoli účinnost ošetření se lišila v závislosti na rostlinném druhu.Pouze DFP-NT nebyl toxický pro larvy komárů po 24 a 72 hodinách expozice (tabulka 2).Toxicita aktivního prášku semen se zvyšovala se zvyšující se koncentrací (obr. 1A, B).Toxicita moučky ze semen pro larvy komárů se významně lišila na základě 95% CI poměru letální dávky hodnot LC50 při 24hodinovém a 72hodinovém hodnocení (tabulka 3).Po 24 hodinách byl toxický účinek moučky ze semen Ls větší než u jiných ošetření moučkou ze semen, s nejvyšší aktivitou a maximální toxicitou pro larvy (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Larvy byly méně citlivé na DFP po 24 hodinách ve srovnání s ošetřením práškem semen IG, Ls a PG s hodnotami LC50 0,115, 0,04 a 0,08 g/120 ml dH2O, které byly statisticky vyšší než hodnota LC50.0,211 g/120 ml dH20 (tabulka 3).Hodnoty LC90 DFP, IG, PG a Ls byly 0,376, 0,275, 0,137 a 0,074 g/120 ml dH20, v daném pořadí (tabulka 2).Nejvyšší koncentrace DPP byla 0,12 g/120 ml dH2O.Po 24 hodinách hodnocení byla průměrná mortalita larev pouze 12 %, zatímco průměrná mortalita larev IG a PG dosáhla 51 %, respektive 82 %.Po 24 hodinách hodnocení byla průměrná mortalita larev pro nejvyšší koncentraci ošetření moučkou ze semen Ls (0,075 g/120 ml dH20) 99 % (obr. 1A).
Křivky úmrtnosti byly odhadnuty z dávkové odezvy (Probit) Ae.Egyptské larvy (larvy ve 3. instaru) do koncentrace moučky semen 24 hodin (A) a 72 hodin (B) po ošetření.Tečkovaná čára představuje LC50 ošetření moučky ze semen.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT tepelně inaktivovaný Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Při 72hodinovém hodnocení byly hodnoty LC50 DFP, IG a PG moučky ze semen 0,111, 0,085 a 0,051 g/120 ml dH2O, v daném pořadí.Téměř všechny larvy vystavené moučce ze semen Ls uhynuly po 72 hodinách expozice, takže údaje o úmrtnosti byly v rozporu s analýzou Probit.Ve srovnání s jinou moučkou ze semen byly larvy méně citlivé na ošetření moučkou ze semen DFP a měly statisticky vyšší hodnoty LC50 (tabulky 2 a 3).Po 72 hodinách byly hodnoty LC50 pro ošetření moučky ze semen DFP, IG a PG odhadnuty na 0,111, 0,085 a 0,05 g/120 ml dH2O.Po 72 hodinách hodnocení byly hodnoty LC90 práškových semen DFP, IG a PG 0,215, 0,254 a 0,138 g/120 ml dH2O, v daném pořadí.Po 72 hodinách hodnocení byla průměrná mortalita larev pro ošetření moučkou ze semen DFP, IG a PG při maximální koncentraci 0,12 g/120 ml dH20 58 %, 66 % a 96 % (obr. 1B).Po 72hodinovém hodnocení bylo zjištěno, že moučka ze semen PG je toxičtější než moučka ze semen IG a DFP.
Syntetické isothiokyanáty, allylisothiokyanát (AITC), benzylisothiokyanát (BITC) a 4-hydroxybenzylisothiokyanát (4-HBITC) mohou účinně zabíjet larvy komárů.24 hodin po ošetření byl BITC toxičtější pro larvy s hodnotou LC50 5,29 ppm ve srovnání s 19,35 ppm pro AITC a 55,41 ppm pro 4-HBITC (tabulka 4).Ve srovnání s AITC a BITC má 4-HBITC nižší toxicitu a vyšší hodnotu LC50.Existují významné rozdíly v toxicitě dvou hlavních isothiokyanátů (Ls a PG) vůči larvám komárů v nejúčinnějším šrotu semen.Toxicita založená na poměru letálních dávek hodnot LC50 mezi AITC, BITC a 4-HBITC ukázala statistický rozdíl takový, že 95% CI poměru letálních dávek LC50 nezahrnovalo hodnotu 1 (P = 0,05, tabulka 4).Odhaduje se, že nejvyšší koncentrace jak BITC, tak AITC zahubí 100 % testovaných larev (obrázek 2).
Křivky úmrtnosti byly odhadnuty z dávkové odezvy (Probit) Ae.24 hodin po ošetření dosáhly egyptské larvy (larvy ve 3. instaru) koncentrace syntetického isothiokyanátu.Tečkovaná čára představuje LC50 pro zpracování isothiokyanátem.Benzyl isothiokyanát BITC, allyl isothiokyanát AITC a 4-HBITC.
Použití rostlinných biopesticidů jako prostředků pro kontrolu vektorů komárů bylo dlouho studováno.Mnoho rostlin produkuje přírodní chemikálie, které mají insekticidní aktivitu37.Jejich bioaktivní sloučeniny poskytují atraktivní alternativu k syntetickým insekticidům s velkým potenciálem v boji proti škůdcům, včetně komárů.
Rostliny hořčice se pěstují jako plodina pro jejich semena, používají se jako koření a zdroj oleje.Při extrakci hořčičného oleje ze semen nebo při extrakci hořčice pro použití jako biopalivo 69 je vedlejším produktem odtučněný šrot ze semen.Tento šrot ze semen si zachovává mnoho svých přirozených biochemických složek a hydrolytických enzymů.Toxicita tohoto semenného šrotu se připisuje produkci isothiokyanátů55,60,61.Isothiokyanáty vznikají hydrolýzou glukosinolátů enzymem myrosinázou během hydratace moučky ze semen38,55,70 a je o nich známo, že mají fungicidní, baktericidní, nematocidní a insekticidní účinky, stejně jako další vlastnosti včetně chemických senzorických účinků a chemoterapeutických vlastností61,62, 70.Několik studií ukázalo, že rostliny hořčice a moučka ze semen účinně působí jako fumiganty proti půdním a skladovaným potravinovým škůdcům57,59,71,72.V této studii jsme hodnotili toxicitu moučky ze čtyř semen a jejích tří bioaktivních produktů AITC, BITC a 4-HBITC pro larvy komárů rodu Aedes.Aedes aegypti.Očekává se, že přidání moučky ze semen přímo do vody obsahující larvy komárů aktivuje enzymatické procesy, které produkují isothiokyanáty, které jsou toxické pro larvy komárů.Tato biotransformace byla částečně demonstrována pozorovanou larvicidní aktivitou moučky ze semen a ztrátou insekticidní aktivity, když byla moučka z trpasličích hořčičných semen před použitím tepelně ošetřena.Očekává se, že tepelné zpracování zničí hydrolytické enzymy, které aktivují glukosinoláty, a tím zabrání tvorbě bioaktivních isothiokyanátů.Jedná se o první studii, která potvrdila insekticidní vlastnosti prášku ze semen zelí proti komárům ve vodním prostředí.
Mezi testovanými prášky semen byl prášek ze semen řeřichy (Ls) nejtoxičtější a způsobil vysokou mortalitu Aedes albopictus.Larvy Aedes aegypti byly zpracovávány nepřetržitě po dobu 24 hodin.Zbývající tři prášky semen (PG, IG a DFP) měly pomalejší aktivitu a stále způsobovaly významnou mortalitu po 72 hodinách nepřetržitého ošetřování.Pouze moučka ze semen Ls obsahovala významná množství glukosinolátů, zatímco PG a DFP obsahovaly myrosinázu a IG obsahovaly glukosinolát jako hlavní glukosinolát (tabulka 1).Glukotropaeolin je hydrolyzován na BITC a sinalbin je hydrolyzován na 4-HBITC61,62.Výsledky našich biologických testů ukazují, že jak moučka ze semen Ls, tak syntetický BITC jsou vysoce toxické pro larvy komárů.Hlavní složkou moučky ze semen PG a DFP je myrosináza glukosinolát, který je hydrolyzován na AITC.AITC je účinný při zabíjení larev komárů s hodnotou LC50 19,35 ppm.Ve srovnání s AITC a BITC je izothiokyanát 4-HBITC pro larvy nejméně toxický.Přestože je AITC méně toxický než BITC, jejich hodnoty LC50 jsou nižší než u mnoha esenciálních olejů testovaných na larvách komárů32,73,74,75.
Náš prášek z brukvovitých semen pro použití proti larvám komárů obsahuje jeden hlavní glukosinolát, který představuje více než 98-99 % celkových glukosinolátů, jak bylo stanoveno pomocí HPLC.Byla detekována stopová množství jiných glukosinolátů, ale jejich hladiny byly nižší než 0,3 % z celkových glukosinolátů.Prášek ze semen řeřichy (L. sativum) obsahuje sekundární glukosinoláty (sinigrin), ale jejich podíl je 1 % z celkových glukosinolátů a jejich obsah je stále nevýznamný (asi 0,4 mg/g prášku ze semen).Ačkoli PG a DFP obsahují stejný hlavní glukosinolát (myrosin), larvicidní aktivita jejich semenných šrotů se významně liší v důsledku jejich hodnot LC50.Liší se toxicitou pro padlí.Výskyt larev Aedes aegypti může být způsoben rozdíly v aktivitě myrosinázy nebo stabilitě mezi dvěma semeny.Aktivita myrosinázy hraje důležitou roli v biologické dostupnosti produktů hydrolýzy, jako jsou isothiokyanáty v rostlinách Brassicaceae76.Předchozí zprávy Pococka a kol.77 a Wilkinsona a kol.78 ukázaly, že změny v aktivitě a stabilitě myrosinázy mohou být také spojeny s genetickými a environmentálními faktory.
Očekávaný obsah bioaktivního isothiokyanátu byl vypočten na základě hodnot LC50 každého šrotu semen po 24 a 72 hodinách (tabulka 5) pro srovnání s odpovídajícími chemickými aplikacemi.Po 24 hodinách byly isothiokyanáty v šrotu semen toxičtější než čisté sloučeniny.Hodnoty LC50 vypočítané na základě částic na milion (ppm) ošetření semen isothiokyanátem byly nižší než hodnoty LC50 pro aplikace BITC, AITC a 4-HBITC.Pozorovali jsme larvy konzumující pelety semenné moučky (obrázek 3A).V důsledku toho mohou larvy dostávat koncentrovanější expozici toxickým isothiokyanátům požitím pelet semenné moučky.To bylo nejzřetelnější při ošetření IG a PG moučkou ze semen při 24hodinové expozici, kde koncentrace LC50 byly o 75 % a 72 % nižší než při ošetření čistým AITC a 4-HBITC.Ošetření Ls a DFP byly toxičtější než čistý isothiokyanát, s hodnotami LC50 o 24 % a o 41 % nižšími.Larvy v kontrolním ošetření se úspěšně zakuklily (obr. 3B), zatímco většina larev v ošetření semenným šrotem se nezakuklila a vývoj larev byl významně opožděn (obr. 3B,D).U Spodopteralitura jsou isothiokyanáty spojovány se zpomalením růstu a vývojovým zpožděním79.
Larvy Ae.Komáři Aedes aegypti byli nepřetržitě vystaveni prášku ze semen Brassica po dobu 24–72 hodin.(A) Mrtvé larvy s částicemi semenné moučky v tlamkách (zakroužkované);(B) Kontrolní ošetření (dH20 bez přidané moučky ze semen) ukazuje, že larvy rostou normálně a začnou se kuklit po 72 hodinách (C, D) Larvy ošetřené moučkou ze semen;šrot ze semen vykazoval rozdíly ve vývoji a nekuklil se.
Mechanismus toxických účinků isothiokyanátů na larvy komárů jsme nestudovali.Předchozí studie na mravencích rudých (Solenopsis invicta) však ukázaly, že inhibice glutathion S-transferázy (GST) a esterázy (EST) je hlavním mechanismem bioaktivity isothiokyanátu a AITC, i při nízké aktivitě, může také inhibovat aktivitu GST .červené importované ohnivé mravence v nízkých koncentracích.Dávka je 0,5 ug/ml80.Naproti tomu AITC inhibuje acetylcholinesterázu u dospělých zavíječů kukuřičných (Sitophilus zeamais)81.K objasnění mechanismu isothiokyanátové aktivity u larev komárů musí být provedeny podobné studie.
Tepelně inaktivované ošetření DFP používáme k podpoře návrhu, že hydrolýza rostlinných glukosinolátů za vzniku reaktivních isothiokyanátů slouží jako mechanismus pro hubení larev komárů moučkou z hořčičných semen.Moučka ze semen DFP-HT nebyla při testovaných aplikačních dávkách toxická.Lafarga a kol.82 uvádí, že glukosinoláty jsou citlivé na degradaci při vysokých teplotách.Očekává se také, že tepelné zpracování denaturuje enzym myrosinázu v semenném šrotu a zabrání hydrolýze glukosinolátů za vzniku reaktivních isothiokyanátů.To také potvrdili Okunade et al.75 ukázal, že myrosináza je citlivá na teplotu, což ukazuje, že aktivita myrosinázy byla zcela inaktivována, když byly hořčice, hořčice černá a semena krvavého kořene vystaveny teplotám nad 80 °C.C. Tyto mechanismy mohou vést ke ztrátě insekticidní aktivity tepelně ošetřené moučky ze semen DFP.
Moučka z hořčičných semen a její tři hlavní isothiokyanáty jsou tedy toxické pro larvy komárů.Vzhledem k těmto rozdílům mezi moučkou ze semen a chemickým ošetřením může být použití moučky ze semen účinnou metodou kontroly komárů.Existuje potřeba identifikovat vhodné formulace a účinné dodávací systémy pro zlepšení účinnosti a stability použití práškových semen.Naše výsledky naznačují potenciální použití moučky z hořčičných semen jako alternativy k syntetickým pesticidům.Tato technologie by se mohla stát inovativním nástrojem pro kontrolu přenašečů komárů.Protože se larvám komárů daří ve vodním prostředí a glukosinoláty moučky ze semen se po hydrataci enzymaticky přeměňují na aktivní isothiokyanáty, použití moučky z hořčičných semen ve vodě zamořené komáry nabízí významný kontrolní potenciál.Ačkoli se larvicidní aktivita isothiokyanátů liší (BITC > AITC > 4-HBITC), je zapotřebí dalšího výzkumu, aby se zjistilo, zda kombinace moučky ze semen s více glukosinoláty synergicky zvyšuje toxicitu.Toto je první studie, která demonstruje insekticidní účinky odtučněné moučky z brukvovitých semen a tří bioaktivních isothiokyanátů na komáry.Výsledky této studie ukazují, že odtučněná moučka ze semen kapusty, vedlejší produkt extrakce oleje ze semen, může sloužit jako slibný larvicidní prostředek pro hubení komárů.Tyto informace mohou napomoci dalšímu objevování látek pro biologickou kontrolu rostlin a jejich vývoji jako levných, praktických a ekologických biopesticidů.
Soubory dat vytvořené pro tuto studii a výsledné analýzy jsou k dispozici od odpovídajícího autora na rozumné vyžádání.Na konci studie byly všechny materiály použité ve studii (hmyz a moučka ze semen) zničeny.
Čas odeslání: 29. července 2024