Da efikasnokontroliše komarcei smanjiti učestalost bolesti koje nose, potrebne su strateške, održive i ekološki prihvatljive alternative hemijskim pesticidima.Procijenili smo brašnu iz sjemena određenih Brassicaceae (porodica Brassica) kao izvor izotiocijanata biljnog porijekla proizvedenih enzimskom hidrolizom biološki neaktivnih glukozinolata za upotrebu u kontroli egipatskih Aedes (L., 1762).Petoodmašćeni obrok sjemenki (Brassica juncea (L) Czern., 1859., Lepidium sativum L., 1753., Sinapis alba L., 1753., Thlaspi arvense L., 1753. i Thlaspi arvense – tri glavna tipa termičke inaktivacije i kemijske enzimske deaktivacije proizvodi Za određivanje toksičnosti (LC50) alil izotiocijanata, benzil izotiocijanata i 4-hidroksibenzilizotiocijanata na larve Aedes aegypti pri 24-satnoj izloženosti = 0,04 g/120 ml dH2O).LC50 vrijednosti za senf, bijeli senf i preslicu.brašna od sjemena je bila 0,05, 0,08 i 0,05 respektivno u poređenju sa alil izotiocijanatom (LC50 = 19,35 ppm) i 4. -Hidroksibenzilizotiocijanat (LC50 = 55,41 ppm) bio je toksičniji za larve nakon tretmana od 120 g/20 ml respektivno.Ovi rezultati su u skladu sa proizvodnjom sačme iz sjemena lucerne.Veća efikasnost benzil estera odgovara izračunatim vrednostima LC50.Korištenje brašna od sjemena može pružiti efikasnu metodu kontrole komaraca.efikasnost praha semena krstašica i njegovih glavnih hemijskih komponenti protiv larvi komaraca i pokazuje kako prirodna jedinjenja u prahu semena krstaša mogu poslužiti kao obećavajući ekološki prihvatljiv larvicid za kontrolu komaraca.
Vektorske bolesti uzrokovane komarcima Aedes ostaju veliki globalni problem javnog zdravlja.Incidencija bolesti koje prenose komarci se geografski širi1,2,3 i ponovo se pojavljuje, što dovodi do izbijanja teških bolesti4,5,6,7.Širenje bolesti među ljudima i životinjama (npr. chikungunya, denga, groznica Rift Valley, žuta groznica i Zika virus) je bez presedana.Samo denga groznica izlaže riziku od infekcije oko 3,6 milijardi ljudi u tropskim krajevima, a procjenjuje se da se godišnje dogodi 390 miliona infekcija, što rezultira 6.100-24.300 smrtnih slučajeva godišnje8.Ponovna pojava i izbijanje Zika virusa u Južnoj Americi privuklo je pažnju širom svijeta zbog oštećenja mozga koje uzrokuje kod djece rođene od zaraženih žena2.Kremer i ostali 3 predviđaju da će se geografski raspon komaraca Aedes nastaviti širiti i da će do 2050. polovina svjetske populacije biti u opasnosti od infekcije arbovirusima koji prenose komarci.
Sa izuzetkom nedavno razvijenih vakcina protiv denga groznice i žute groznice, vakcine protiv većine bolesti koje prenose komarci još nisu razvijene9,10,11.Vakcine su još uvijek dostupne u ograničenim količinama i koriste se samo u kliničkim ispitivanjima.Kontrola vektora komaraca korištenjem sintetičkih insekticida bila je ključna strategija za kontrolu širenja bolesti koje prenose komarci12,13.Iako su sintetički pesticidi efikasni u ubijanju komaraca, nastavak upotrebe sintetičkih pesticida negativno utječe na neciljane organizme i zagađuje okoliš14,15,16.Još alarmantniji je trend povećanja otpornosti komaraca na hemijske insekticide17,18,19.Ovi problemi povezani sa pesticidima ubrzali su potragu za efikasnim i ekološki prihvatljivim alternativama za kontrolu vektora bolesti.
Razvijene su različite biljke kao izvori fitopeticida za kontrolu štetočina20,21.Biljne supstance su općenito ekološki prihvatljive jer su biorazgradive i imaju nisku ili zanemarljivu toksičnost za neciljne organizme kao što su sisari, ribe i vodozemci20,22.Poznato je da biljni preparati proizvode niz bioaktivnih jedinjenja sa različitim mehanizmima delovanja za efikasnu kontrolu različitih životnih faza komaraca23,24,25,26.Spojevi biljnog porijekla kao što su eterična ulja i drugi aktivni biljni sastojci privukli su pažnju i utrli put inovativnim alatima za kontrolu vektora komaraca.Eterična ulja, monoterpeni i seskviterpeni djeluju kao repelenti, odvraćaju hranu i ovicidi27,28,29,30,31,32,33.Mnoga biljna ulja uzrokuju smrt larvi, kukuljica i odraslih komaraca34,35,36, utičući na nervni, respiratorni, endokrini i druge važne sisteme insekata37.
Nedavne studije dale su uvid u potencijalnu upotrebu biljaka gorušice i njihovih sjemenki kao izvora bioaktivnih jedinjenja.Sačmu sjemenki gorušice testirano je kao biofumigant38,39,40,41 i koristi se kao dopuna tla za suzbijanje korova42,43,44 i kontrolu biljnih patogena koji se prenose iz tla45,46,47,48,49,50, ishranu biljaka.nematode 41,51, 52, 53, 54 i štetočine 55, 56, 57, 58, 59, 60. Fungicidna aktivnost ovih sjemenskih prahova pripisuje se jedinjenjima za zaštitu biljaka zvanim izotiocijanati38,42,60.U biljkama se ovi zaštitni spojevi pohranjuju u biljnim stanicama u obliku nebioaktivnih glukozinolata.Međutim, kada su biljke oštećene hranjenjem insekata ili infekcijom patogenom, glukozinolati se hidroliziraju mirozinazom u bioaktivne izotiocijanate55,61.Izotiocijanati su hlapljiva jedinjenja za koja je poznato da imaju antimikrobno i insekticidno djelovanje širokog spektra, a njihova struktura, biološka aktivnost i sadržaj uvelike variraju među vrstama Brassicaceae42,59,62,63.
Iako je poznato da izotiocijanati dobiveni iz sačme sjemenki gorušice imaju insekticidno djelovanje, nedostaju podaci o biološkoj aktivnosti protiv medicinski važnih vektora artropoda.Naša studija je ispitala larvicidnu aktivnost četiri odmašćena sjemena praha protiv Aedes komaraca.Larve Aedes aegypti.Cilj istraživanja bio je procijeniti njihovu potencijalnu upotrebu kao ekološki prihvatljivih biopesticida za suzbijanje komaraca.Tri glavne hemijske komponente brašne sjemena, alil izotiocijanat (AITC), benzil izotiocijanat (BITC) i 4-hidroksibenzilizotiocijanat (4-HBITC) su također testirane kako bi se testirala biološka aktivnost ovih hemijskih komponenti na larvama komaraca.Ovo je prvi izvještaj koji procjenjuje efikasnost četiri praha sjemenki kupusa i njihovih glavnih kemijskih komponenti protiv larvi komaraca.
Laboratorijske kolonije Aedes aegypti (Rockefeller soj) održavane su na 26°C, 70% relativne vlažnosti (RH) i 10:14 h (L:D fotoperiod).Parene ženke su smještene u plastične kaveze (visine 11 cm i prečnika 9,5 cm) i hranjene putem sistema za hranjenje na bočicu korištenjem citratne goveđe krvi (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, Kalifornija, SAD).Hranjenje krvlju je obavljeno kao i obično korištenjem membranskog multi-staklenog dodavača (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, SAD) spojenog na cijev s cirkulirajućom vodenom kupkom (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) s temperaturom kontrola 37 °C.Navucite film Parafilma M na dno svake staklene komore za punjenje (površina 154 mm2).Svaka hranilica je zatim stavljena na gornju rešetku koja je prekrivala kavez sa ženkom koja se parila.Otprilike 350-400 μl goveđe krvi dodano je u stakleni lijevak za hranjenje pomoću Pasteurove pipete (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) i odraslim crvima je ostavljeno da se ocijede najmanje jedan sat.Trudnim ženkama je zatim dat 10% rastvor saharoze i ostavljen im je da polažu jaja na vlažan filter papir obložen u pojedinačne ultra prozirne čaše za sufle (veličina 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, SAD).kavez sa vodom.Stavite filter papir koji sadrži jaja u zapečaćenu vrećicu (SC Johnsons, Racine, WI) i čuvajte na 26°C.Jaja su se izlegla i otprilike 200-250 larvi je uzgojeno u plastičnim posudama koje su sadržavale mješavinu zečje hrane (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, SAD) i praha jetre (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, SAD).i riblji file (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Njemačka) u omjeru 2:1:1.U našim biološkim testovima korištene su larve kasnog trećeg stupnja.
Biljni sjemenski materijal korišten u ovoj studiji dobiven je iz sljedećih komercijalnih i državnih izvora: Brassica juncea (smeđi senf-pacifičko zlato) i Brassica juncea (bijeli senf-Ida Gold) iz Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, SAD;(Garden Cress) iz Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, SAD i Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) iz USDA-ARS, Peoria, IL, SAD;Nijedno sjeme korišteno u istraživanju nije tretirano pesticidima.Sav sjemenski materijal je obrađen i korišten u ovoj studiji u skladu sa lokalnim i nacionalnim propisima iu skladu sa svim relevantnim lokalnim državnim i nacionalnim propisima.Ova studija nije ispitivala transgene biljne sorte.
Sjemenke Brassica juncea (PG), lucerke (Ls), bijele gorušice (IG), Thlaspi arvense (DFP) su mljevene u fini prah korištenjem Retsch ZM200 ultracentrifugalnog mlina (Retsch, Haan, Njemačka) opremljenog mrežicom od 0,75 mm i nerđajućeg čelika. čelični rotor, 12 zubaca, 10.000 o/min (tabela 1).Mljeveno sjeme u prahu je prebačeno u papirni naprstak i odmašćeno heksanom u Soxhlet aparatu 24 h.Poduzorak odmašćenog poljskog senfa je termički obrađen na 100 °C u trajanju od 1 h da bi se denaturirala mirozinaza i spriječila hidroliza glukozinolata da bi se formirali biološki aktivni izotiocijanati.Termički obrađeni prah sjemenki preslice (DFP-HT) korišten je kao negativna kontrola denaturacijom mirozinaze.
Sadržaj glukozinolata u odmašćenom sjemenskom brašnu određen je u tri primjerka pomoću tečne hromatografije visokih performansi (HPLC) prema ranije objavljenom protokolu 64 .Ukratko, 3 mL metanola je dodano u uzorak od 250 mg odmašćenog sjemena u prahu.Svaki uzorak je sonikiran u vodenom kupatilu 30 minuta i ostavljen u mraku na 23°C 16 sati.Alikvot od 1 mL organskog sloja je zatim filtriran kroz filter od 0,45 μm u autosampler.Radeći na Shimadzu HPLC sistemu (dvije LC 20AD pumpe; SIL 20A autosampler; DGU 20As degasser; SPD-20A UV-VIS detektor za praćenje na 237 nm; i CBM-20A modul komunikacione magistrale), određen je sadržaj glukozinolata u sjemenskoj sačmi. u tri primjerka.koristeći verziju softvera Shimadzu LC Solution 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Kolona je bila C18 Inertsil kolona reverzne faze (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, Kalifornija, SAD).Početni uslovi mobilne faze su postavljeni na 12% metanola/88% 0,01 M tetrabutilamonijum hidroksida u vodi (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, SAD) sa brzinom protoka od 1 mL/min.Nakon ubrizgavanja 15 μl uzorka, početni uslovi su održavani 20 minuta, a zatim je odnos rastvarača podešen na 100% metanola, sa ukupnim vremenom analize uzorka od 65 minuta.Standardna kriva (na bazi nM/mAb) generisana je serijskim razblaženjima sveže pripremljenih standarda sinapina, glukozinolata i mirozina (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, SAD) da bi se procenio sadržaj sumpora u odmašćenoj sačmi od semena.glukozinolati.Koncentracije glukozinolata u uzorcima su testirane na Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, Kalifornija, SAD) koristeći OpenLAB CDS ChemStation verziju (C.01.07 SR2 [255]) opremljenu istom kolonom i korištenjem prethodno opisane metode.Određene su koncentracije glukozinolata;biti uporedivi između HPLC sistema.
Alil izotiocijanat (94%, stabilan) i benzil izotiocijanat (98%) kupljeni su od Fisher Scientifica (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, SAD).4-hidroksibenzilizotiocijanat je kupljen od ChemCruza (Santa Cruz Biotechnology, CA, SAD).Kada se enzimski hidroliziraju mirozinazom, glukozinolati, glukozinolati i glukozinolati formiraju alil izotiocijanat, benzil izotiocijanat, odnosno 4-hidroksibenzilizotiocijanat.
Laboratorijski biološki testovi rađeni su prema metodi Muturi et al.32 sa izmjenama.U studiji je korišćeno pet hraniva sa niskim sadržajem masti: DFP, DFP-HT, IG, PG i Ls.Dvadeset larvi stavljeno je u trosmjernu čašu od 400 mL za jednokratnu upotrebu (VWR International, LLC, Radnor, PA, SAD) koja sadrži 120 mL dejonizirane vode (dH2O).Sedam koncentracija sjemenskog brašna je testirano na toksičnost larvi komaraca: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 i 0,12 g sjemenskog brašna/120 ml dH2O za DFP sjemensku brašnu, DFP-HT, IG i PG.Preliminarni biološki testovi pokazuju da je odmašćeno brašno Ls sjemena toksičnije od četiri druga ispitana brašna sjemena.Stoga smo prilagodili sedam koncentracija tretmana sačme Ls sjemena na sljedeće koncentracije: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 i 0,075 g/120 mL dH2O.
Netretirana kontrolna grupa (dH20, bez dodatka obroku sjemena) je uključena za procjenu normalne smrtnosti insekata u uslovima testa.Toksikološki biološki testovi za svaki obrok sjemena uključivali su tri replicirane čaše sa tri nagiba (20 larvi kasnog trećeg stadija po čaši), za ukupno 108 bočica.Tretirani kontejneri su čuvani na sobnoj temperaturi (20-21°C), a smrtnost larvi je zabilježena tokom 24 i 72 sata kontinuiranog izlaganja tretiranim koncentracijama.Ako se tijelo i dodaci komarca ne pomaknu kada se probuše ili dodiruju tankom lopaticom od nehrđajućeg čelika, larve komaraca se smatraju mrtvima.Mrtve ličinke obično ostaju nepomične u leđnom ili ventralnom položaju na dnu posude ili na površini vode.Eksperiment je ponovljen tri puta u različite dane koristeći različite grupe ličinki, za ukupno 180 larvi izloženih svakoj koncentraciji tretmana.
Toksičnost AITC, BITC i 4-HBITC na larve komaraca procijenjena je korištenjem iste procedure biološke analize, ali s različitim tretmanima.Pripremite osnovne otopine od 100.000 ppm za svaku hemikaliju dodavanjem 100 µL hemikalije u 900 µL apsolutnog etanola u epruveti za centrifugiranje od 2 mL i mućkanjem 30 sekundi da se dobro promiješa.Koncentracije tretmana određene su na osnovu naših preliminarnih bioloških testova, koji su otkrili da je BITC mnogo toksičniji od AITC i 4-HBITC.Za određivanje toksičnosti potrebno je 5 koncentracija BITC (1, 3, 6, 9 i 12 ppm), 7 koncentracija AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 i 35 ppm) i 6 koncentracija 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 i 35 ppm).30, 45, 60, 75 i 90 ppm).Kontrolni tretman je ubrizgan sa 108 μL apsolutnog etanola, što je ekvivalentno maksimalnoj zapremini hemijskog tretmana.Biološki testovi su ponovljeni kao gore, izlažući ukupno 180 larvi po koncentraciji tretmana.Smrtnost larvi je zabilježena za svaku koncentraciju AITC, BITC i 4-HBITC nakon 24 h kontinuirane izloženosti.
Probit analiza 65 podataka o smrtnosti vezanim za dozu izvršena je korištenjem Polo softvera (Polo Plus, LeOra Software, verzija 1.0) za izračunavanje 50% smrtonosne koncentracije (LC50), 90% smrtonosne koncentracije (LC90), nagiba, koeficijenta smrtonosne doze i 95 % smrtonosne koncentracije.baziran na intervalima pouzdanosti za omjere smrtonosnih doza za logaritamsku transformiranu koncentraciju i krivulje doza-smrt.Podaci o mortalitetu zasnovani su na kombinovanim repliciranim podacima od 180 larvi izloženih svakoj koncentraciji tretmana.Probabilističke analize su rađene posebno za svako sjemensko brašno i svaku hemijsku komponentu.Na osnovu intervala pouzdanosti od 95% omjera smrtonosne doze, toksičnost sjemenskog brašna i hemijskih sastojaka na larve komaraca smatrana je značajno različitom, tako da interval povjerenja koji sadrži vrijednost 1 nije bio značajno različit, P = 0,0566.
Rezultati HPLC za određivanje glavnih glukozinolata u odmašćenom brašnu sjemena DFP, IG, PG i Ls navedeni su u Tabeli 1. Glavni glukozinolati u testiranom brašnu sjemena varirali su s izuzetkom DFP i PG, koji su oba sadržavala glukozinolate mirozinaze.Sadržaj mirozinina u PG bio je veći nego u DFP-u, 33,3 ± 1,5 i 26,5 ± 0,9 mg/g, respektivno.Ls prah sjemena je sadržavao 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglikona, dok je IG sjemenski prah sadržavao 38,0 ± 0,5 mg/g sinapina.
Larve Ae.Komarci Aedes aegypti su ubijeni kada su tretirani odmašćenim sjemenskim brašnom, iako je efikasnost tretmana varirala u zavisnosti od biljne vrste.Samo DFP-NT nije bio toksičan za larve komaraca nakon 24 i 72 sata izlaganja (Tabela 2).Toksičnost aktivnog sjemena u prahu se povećavala s povećanjem koncentracije (sl. 1A, B).Toksičnost brašna iz sjemena na larve komaraca značajno je varirala na osnovu 95% CI omjera smrtonosne doze LC50 vrijednosti u 24-satnoj i 72-satnoj procjeni (Tabela 3).Nakon 24 sata, toksični efekat sačme Ls je bio veći od ostalih tretmana sa sjemenom, s najvećom aktivnošću i maksimalnom toksičnošću za larve (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Larve su bile manje osjetljive na DFP nakon 24 sata u odnosu na tretiranje prahom sjemena IG, Ls i PG, sa vrijednostima LC50 od 0,115, 0,04 i 0,08 g/120 ml dH2O respektivno, koje su bile statistički veće od vrijednosti LC50.0,211 g/120 ml dH2O (Tabela 3).Vrijednosti LC90 za DFP, IG, PG i Ls bile su 0,376, 0,275, 0,137 i 0,074 g/120 ml dH2O, respektivno (Tabela 2).Najveća koncentracija DPP bila je 0,12 g/120 ml dH2O.Nakon 24 sata procjene, prosječna smrtnost larvi iznosila je samo 12%, dok je prosječna smrtnost IG i PG larvi dostigla 51%, odnosno 82%.Nakon 24 sata evaluacije, prosječan mortalitet larvi za najvišu koncentraciju tretiranog obroka sjemena Ls (0,075 g/120 ml dH2O) bio je 99% (slika 1A).
Krive mortaliteta su procijenjene na osnovu odgovora na dozu (Probit) Ae.Egipatske larve (larve 3. stadijuma) do koncentracije obroka sjemena 24 sata (A) i 72 sata (B) nakon tretmana.Isprekidana linija predstavlja LC50 tretmana obroka sjemena.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense inaktiviran toplinom, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
U 72-satnoj evaluaciji, LC50 vrijednosti DFP, IG i PG sjemenskog brašna bile su 0,111, 0,085 i 0,051 g/120 ml dH2O, respektivno.Gotovo sve larve izložene Ls sjemenskom brašnu uginule su nakon 72 sata izlaganja, tako da podaci o mortalitetu nisu bili u skladu sa Probit analizom.U poređenju sa drugim sjemenskim brašnom, larve su bile manje osjetljive na tretman sačmom sjemena DFP-om i imale su statistički veće vrijednosti LC50 (tablice 2 i 3).Nakon 72 sata, vrijednosti LC50 za tretmane obroka sjemena DFP, IG i PG procijenjene su na 0,111, 0,085 i 0,05 g/120 ml dH2O, respektivno.Nakon 72 sata evaluacije, vrijednosti LC90 DFP, IG i PG sjemena u prahu bile su 0,215, 0,254 i 0,138 g/120 ml dH2O, respektivno.Nakon 72 sata evaluacije, prosječan mortalitet larvi za tretmane obroka sjemena DFP, IG i PG pri maksimalnoj koncentraciji od 0,12 g/120 ml dH2O bio je 58%, 66% i 96%, respektivno (slika 1B).Nakon 72-časovne evaluacije, utvrđeno je da je brašno sjemena PG toksičnije od IG i DFP brašna sjemena.
Sintetički izotiocijanati, alil izotiocijanat (AITC), benzil izotiocijanat (BITC) i 4-hidroksibenzilizotiocijanat (4-HBITC) mogu efikasno ubiti larve komaraca.24 sata nakon tretmana, BITC je bio toksičniji za larve sa LC50 vrijednošću od 5,29 ppm u poređenju sa 19,35 ppm za AITC i 55,41 ppm za 4-HBITC (Tabela 4).U poređenju sa AITC i BITC, 4-HBITC ima nižu toksičnost i višu LC50 vrednost.Postoje značajne razlike u toksičnosti larvi komaraca dva glavna izotiocijanata (Ls i PG) u najsnažnijem sjemenskom obroku.Toksičnost zasnovana na omjeru smrtonosne doze LC50 vrijednosti između AITC, BITC i 4-HBITC pokazala je statističku razliku tako da 95% CI omjera smrtonosne doze LC50 ne uključuje vrijednost od 1 (P = 0,05, tabela 4).Procijenjeno je da najveće koncentracije BITC-a i AITC-a ubijaju 100% testiranih larvi (Slika 2).
Krive mortaliteta su procijenjene na osnovu odgovora na dozu (Probit) Ae.24 sata nakon tretmana, egipatske larve (larve 3. stadijuma) postigle su sintetičku koncentraciju izotiocijanata.Isprekidana linija predstavlja LC50 za tretman izotiocijanatom.Benzil izotiocijanat BITC, alil izotiocijanat AITC i 4-HBITC.
Upotreba biljnih biopesticida kao sredstava za kontrolu vektora komaraca je dugo proučavana.Mnoge biljke proizvode prirodne kemikalije koje imaju insekticidno djelovanje37.Njihova bioaktivna jedinjenja pružaju atraktivnu alternativu sintetičkim insekticidima sa velikim potencijalom u kontroli štetočina, uključujući komarce.
Biljke gorušice uzgajaju se kao kultura za svoje sjemenke, koriste se kao začin i izvor ulja.Kada se gorušičino ulje ekstrahuje iz sjemena ili kada se gorušica ekstrahira za upotrebu kao biogorivo, 69 nusproizvod je odmašćeno brašno sjemena.Ovaj obrok od sjemenki zadržava mnoge svoje prirodne biohemijske komponente i hidrolitičke enzime.Toksičnost ove brašne sjemena pripisuje se proizvodnji izotiocijanata55,60,61.Izotiocijanati nastaju hidrolizom glukozinolata enzimom mirozinazom tokom hidratacije sjemenskog brašna38,55,70 i poznato je da imaju fungicidno, baktericidno, nematicidno i insekticidno djelovanje, kao i druga svojstva uključujući hemijske senzorne efekte i kemoterapeutska svojstva,62,61 70.Nekoliko studija je pokazalo da biljke gorušice i sjemenska brašna djeluju efikasno kao fumiganti protiv štetočina tla i uskladištene hrane57,59,71,72.U ovoj studiji procijenili smo toksičnost brašna od četiri sjemenke i njegova tri bioaktivna proizvoda AITC, BITC i 4-HBITC na larve komaraca Aedes.Aedes aegypti.Očekuje se da će dodavanje sjemenskog brašna direktno u vodu koja sadrži larve komaraca aktivirati enzimske procese koji proizvode izotiocijanate koji su toksični za larve komaraca.Ova biotransformacija je djelomično prikazana uočenom larvicidnom aktivnošću brašne sjemena i gubitkom insekticidne aktivnosti kada je brašno sjemenki patuljaste gorušice termički obrađeno prije upotrebe.Očekuje se da će toplinska obrada uništiti hidrolitičke enzime koji aktiviraju glukozinolate, čime se sprječava stvaranje bioaktivnih izotiocijanata.Ovo je prva studija koja potvrđuje insekticidna svojstva praha sjemenki kupusa protiv komaraca u vodenoj sredini.
Među testiranim prahovima sjemena, prah sjemenki potočarke (Ls) bio je najotrovniji, uzrokujući visoku smrtnost Aedes albopictus.Larve Aedes aegypti obrađene su kontinuirano 24 sata.Preostala tri praha sjemena (PG, IG i DFP) imala su sporiju aktivnost i još uvijek su uzrokovala značajnu smrtnost nakon 72 sata kontinuiranog tretmana.Samo Ls semenska brašna je sadržavala značajne količine glukozinolata, dok su PG i DFP sadržavali mirozinazu, a IG je sadržavao glukozinolat kao glavni glukozinolat (Tabela 1).Glukotropeolin se hidrolizira u BITC, a sinalbin se hidrolizira u 4-HBITC61,62.Naši rezultati biološke analize pokazuju da su i brašno Ls sjemena i sintetički BITC visoko toksični za larve komaraca.Glavna komponenta obroka sjemena PG i DFP je mirozinaza glukozinolat, koji se hidrolizira u AITC.AITC je efikasan u ubijanju larvi komaraca sa LC50 vrijednošću od 19,35 ppm.U poređenju sa AITC i BITC, 4-HBITC izotiocijanat je najmanje toksičan za larve.Iako je AITC manje toksičan od BITC-a, njihove vrijednosti LC50 su niže od mnogih eteričnih ulja testiranih na larvama komaraca32,73,74,75.
Naš prah sjemenki krstaša za upotrebu protiv larvi komaraca sadrži jedan glavni glukozinolat, koji čini preko 98-99% ukupnih glukozinolata kako je utvrđeno HPLC-om.Detektovane su količine drugih glukozinolata u tragovima, ali su njihovi nivoi bili manji od 0,3% ukupnih glukozinolata.Prašak sjemena potočare (L. sativum) sadrži sekundarne glukozinolate (sinigrin), ali njihov udio je 1% ukupnih glukozinolata, a njihov sadržaj je još uvijek neznatan (oko 0,4 mg/g praha sjemena).Iako PG i DFP sadrže isti glavni glukozinolat (mirozin), larvicidna aktivnost njihovih sjemenki značajno se razlikuje zbog njihovih LC50 vrijednosti.Razlikuje se u toksičnosti prema pepelnici.Pojava larvi Aedes aegypti može biti posljedica razlika u aktivnosti mirozinaze ili stabilnosti između dvije vrste hrane.Aktivnost mirozinaze igra važnu ulogu u biodostupnosti produkata hidrolize kao što su izotiocijanati u biljkama Brassicaceae76.Prethodni izvještaji Pocock et al.77 i Wilkinson et al.78 su pokazali da promjene u aktivnosti i stabilnosti mirozinaze mogu biti povezane s genetskim faktorima i faktorima okoline.
Očekivani sadržaj bioaktivnog izotiocijanata izračunat je na osnovu LC50 vrijednosti svakog obroka sjemena u 24 i 72 sata (Tabela 5) radi poređenja sa odgovarajućim hemijskim primjenama.Nakon 24 sata, izotiocijanati u sačmu sjemena bili su toksičniji od čistih spojeva.Vrijednosti LC50 izračunate na osnovu dijelova na milion (ppm) tretmana sjemena izotiocijanata bile su niže od vrijednosti LC50 za BITC, AITC i 4-HBITC aplikacije.Uočili smo larve koje konzumiraju pelete od sjemena (Slika 3A).Posljedično, larve mogu biti izloženije više toksičnim izotiocijanatima gutanjem peleta sjemenskog brašna.Ovo je bilo najočitije u tretmanima obroka sjemena IG i PG pri 24-satnoj izloženosti, gdje su koncentracije LC50 bile 75% i 72% niže od čistih AITC i 4-HBITC tretmana, respektivno.Tretmani Ls i DFP bili su toksičniji od čistog izotiocijanata, sa vrijednostima LC50 za 24%, odnosno 41% niže.Larve u kontrolnom tretmanu su uspješno pupirane (slika 3B), dok većina larvi u tretmanu sjemenskog brašna nije pupirala i razvoj larvi je značajno odgođen (sl. 3B,D).U Spodopteralitura, izotiocijanati su povezani sa zaostajanjem u rastu i kašnjenjem u razvoju79.
Larve Ae.Komarci Aedes aegypti bili su kontinuirano izloženi prahu sjemena Brassica 24-72 sata.(A) Uginule larve sa česticama brašna sjemena u ustima (zaokružene);(B) Kontrolni tretman (dH20 bez dodanog brašna od sjemena) pokazuje da larve normalno rastu i počinju da pupiraju nakon 72 sata (C, D) Larve tretirane brašnom od sjemena;sjemenka brašna je pokazala razlike u razvoju i nije pupirala.
Nismo proučavali mehanizam toksičnog djelovanja izotiocijanata na larve komaraca.Međutim, prethodne studije na crvenim vatrenim mravima (Solenopsis invicta) pokazale su da je inhibicija glutation S-transferaze (GST) i esteraze (EST) glavni mehanizam bioaktivnosti izotiocijanata, a AITC, čak i pri niskoj aktivnosti, također može inhibirati GST aktivnost .crveni uvezeni vatreni mravi u niskim koncentracijama.Doza je 0,5 µg/ml80.Nasuprot tome, AITC inhibira acetilholinesterazu kod odraslih kukuruznih žižaka (Sitophilus zeamais)81.Slične studije moraju se provesti kako bi se razjasnio mehanizam aktivnosti izotiocijanata u larvi komaraca.
Koristimo termički inaktivirani DFP tretman kako bismo podržali prijedlog da hidroliza biljnih glukozinolata u formiranje reaktivnih izotiocijanata služi kao mehanizam za kontrolu larvi komaraca brašnom sjemenki gorušice.DFP-HT sjemenski brašn nije bio toksičan pri testiranim količinama primjene.Lafarga et al.82 navodi da su glukozinolati osjetljivi na razgradnju na visokim temperaturama.Također se očekuje da će termička obrada denaturirati enzim mirozinazu u sačmu sjemena i spriječiti hidrolizu glukozinolata u formiranje reaktivnih izotiocijanata.To su potvrdili i Okunade et al.75 pokazalo je da je mirozinaza osjetljiva na temperaturu, pokazujući da je aktivnost mirozinaze potpuno inaktivirana kada su gorušica, crna gorušica i sjemenke krvavice izložene temperaturama iznad 80°.C. Ovi mehanizmi mogu dovesti do gubitka insekticidne aktivnosti termički obrađenog DFP sjemenskog brašna.
Dakle, brašno sjemenki gorušice i njegova tri glavna izotiocijanata su toksični za larve komaraca.S obzirom na ove razlike između sjemenskog brašna i hemijskih tretmana, upotreba brašna od sjemena može biti efikasna metoda kontrole komaraca.Postoji potreba da se identifikuju prikladne formulacije i efikasni sistemi isporuke kako bi se poboljšala efikasnost i stabilnost upotrebe praha za seme.Naši rezultati ukazuju na potencijalnu upotrebu sačme sjemenki gorušice kao alternative sintetičkim pesticidima.Ova tehnologija bi mogla postati inovativno sredstvo za kontrolu vektora komaraca.Budući da larve komaraca napreduju u vodenom okruženju, a glukozinolati sjemena se enzimski pretvaraju u aktivne izotiocijanate nakon hidratacije, upotreba brašna iz sjemena gorušice u vodi zaraženoj komarcima nudi značajan potencijal kontrole.Iako larvicidna aktivnost izotiocijanata varira (BITC > AITC > 4-HBITC), potrebno je više istraživanja kako bi se utvrdilo da li kombinacija sjemena sa više glukozinolata sinergistički povećava toksičnost.Ovo je prva studija koja demonstrira insekticidne efekte odmašćenog brašna od sjemenki krstaša i tri bioaktivna izotiocijanata na komarce.Rezultati ove studije otvaraju novi teren pokazujući da odmašćeno brašno sjemena kupusa, nusprodukt ekstrakcije ulja iz sjemena, može poslužiti kao obećavajući larvicidni agens za kontrolu komaraca.Ove informacije mogu pomoći daljem otkrivanju sredstava za biokontrolu biljaka i njihovom razvoju kao jeftinih, praktičnih i ekološki prihvatljivih biopesticida.
Skupovi podataka generirani za ovu studiju i rezultirajuće analize dostupni su od odgovarajućeg autora na razuman zahtjev.Na kraju studije, svi materijali korišteni u istraživanju (insekti i brašna od sjemena) su uništeni.
Vrijeme objave: Jul-29-2024