Om effectief te zijncontrole muggenen de incidentie van ziekten die zij overbrengen terugdringen, zijn strategische, duurzame en milieuvriendelijke alternatieven voor chemische pesticiden nodig.We evalueerden zaadmeel van bepaalde Brassicaceae (familie Brassica) als een bron van plantaardige isothiocyanaten geproduceerd door enzymatische hydrolyse van biologisch inactieve glucosinolaten voor gebruik bij de bestrijding van Egyptische Aedes (L., 1762).Vijf-ontvet zaadmeel (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 en Thlaspi arvense – drie hoofdtypen van thermische inactivatie en enzymatische afbraak Chemisch producten Om de toxiciteit (LC50) van allylisothiocyanaat, benzylisothiocyanaat en 4-hydroxybenzylisothiocyanaat voor Aedes aegypti-larven te bepalen bij blootstelling gedurende 24 uur = 0,04 g/120 ml dH2O).LC50-waarden voor mosterd, witte mosterd en paardenstaart.zaadmeel was respectievelijk 0,05, 0,08 en 0,05 vergeleken met allylisothiocyanaat (LC50 = 19,35 ppm) en 4. -Hydroxybenzylisothiocyanaat (LC50 = 55,41 ppm) was 24 uur na behandeling giftiger voor larven dan respectievelijk 0,1 g/120 ml dH2O.Deze resultaten komen overeen met de productie van luzernezaadmeel.Het hogere rendement van benzylesters komt overeen met de berekende LC50-waarden.Het gebruik van zaadmeel kan een effectieve methode voor muggenbestrijding bieden.de effectiviteit van kruisbloemig zaadpoeder en de belangrijkste chemische componenten ervan tegen muggenlarven en laat zien hoe de natuurlijke verbindingen in kruisbloemig zaadpoeder kunnen dienen als een veelbelovend milieuvriendelijk larvicide voor muggenbestrijding.
Door vectoren overgedragen ziekten veroorzaakt door Aedes-muggen blijven een groot mondiaal probleem voor de volksgezondheid.De incidentie van door muggen overgebrachte ziekten verspreidt zich geografisch1,2,3 en duikt opnieuw op, wat leidt tot uitbraken van ernstige ziekten4,5,6,7.De verspreiding van ziekten onder mens en dier (bijvoorbeeld chikungunya, dengue, Rift Valley-koorts, gele koorts en Zika-virus) is ongekend.Alleen al door dengue-koorts lopen in de tropen ongeveer 3,6 miljard mensen risico op infectie, waarbij naar schatting 390 miljoen infecties jaarlijks voorkomen, wat resulteert in 6.100 tot 24.300 sterfgevallen per jaar8.De terugkeer en uitbraak van het Zika-virus in Zuid-Amerika heeft wereldwijd de aandacht getrokken vanwege de hersenbeschadiging die het veroorzaakt bij kinderen van geïnfecteerde vrouwen2.Kremer et al.3 voorspellen dat het geografische bereik van Aedes-muggen zal blijven groeien en dat tegen 2050 de helft van de wereldbevolking het risico zal lopen besmet te raken met door muggen overgebrachte arbovirussen.
Met uitzondering van de recent ontwikkelde vaccins tegen dengue en gele koorts zijn er nog geen vaccins ontwikkeld tegen de meeste door muggen overgedragen ziekten9,10,11.Vaccins zijn nog steeds in beperkte hoeveelheden verkrijgbaar en worden alleen in klinische onderzoeken gebruikt.Controle van muggenvectoren met behulp van synthetische insecticiden is een belangrijke strategie geweest om de verspreiding van door muggen overgedragen ziekten te beheersen12,13.Hoewel synthetische pesticiden effectief zijn in het doden van muggen, heeft het voortdurende gebruik van synthetische pesticiden een negatief effect op niet-doelorganismen en vervuilt het het milieu14,15,16.Nog alarmerender is de trend van toenemende resistentie van muggen tegen chemische insecticiden17,18,19.Deze problemen in verband met pesticiden hebben de zoektocht naar effectieve en milieuvriendelijke alternatieven voor de bestrijding van ziektevectoren versneld.
Er zijn verschillende planten ontwikkeld als bron van fytopesticiden voor ongediertebestrijding20,21.Plantaardige stoffen zijn over het algemeen milieuvriendelijk omdat ze biologisch afbreekbaar zijn en een lage of verwaarloosbare toxiciteit hebben voor niet-doelorganismen zoals zoogdieren, vissen en amfibieën20,22.Het is bekend dat kruidenpreparaten een verscheidenheid aan bioactieve verbindingen produceren met verschillende werkingsmechanismen om verschillende levensfasen van muggen effectief te bestrijden23,24,25,26.Van planten afkomstige verbindingen zoals essentiële oliën en andere actieve plantaardige ingrediënten hebben de aandacht getrokken en de weg vrijgemaakt voor innovatieve hulpmiddelen om muggenvectoren te bestrijden.Essentiële oliën, monoterpenen en sesquiterpenen werken als afweermiddelen, voedingsafschrikmiddelen en oviciden27,28,29,30,31,32,33.Veel plantaardige oliën veroorzaken de dood van muggenlarven, poppen en volwassenen34,35,36, waardoor de zenuw-, ademhalings-, endocriene en andere belangrijke systemen van insecten worden aangetast37.
Recente onderzoeken hebben inzicht gegeven in het potentiële gebruik van mosterdplanten en hun zaden als bron van bioactieve stoffen.Mosterdzaadmeel is getest als bioontsmettingsmiddel38,39,40,41 en gebruikt als bodemverbeteraar voor onkruidonderdrukking42,43,44 en bestrijding van in de bodem overgedragen plantpathogenen45,46,47,48,49,50, plantenvoeding.nematoden 41,51, 52, 53, 54 en ongedierte 55, 56, 57, 58, 59, 60. De fungicide activiteit van deze zaadpoeders wordt toegeschreven aan plantbeschermende stoffen die isothiocyanaten worden genoemd38,42,60.In planten worden deze beschermende stoffen in plantencellen opgeslagen in de vorm van niet-bioactieve glucosinolaten.Wanneer planten echter worden beschadigd door insectenvoeding of infectie met pathogenen, worden glucosinolaten door myrosinase gehydrolyseerd tot bioactieve isothiocyanaten55,61.Isothiocyanaten zijn vluchtige verbindingen waarvan bekend is dat ze een breed spectrum antimicrobiële en insectendodende activiteit hebben, en hun structuur, biologische activiteit en inhoud variëren sterk tussen Brassicaceae-soorten42,59,62,63.
Hoewel bekend is dat isothiocyanaten afgeleid van mosterdzaadmeel insecticide activiteit hebben, ontbreken gegevens over biologische activiteit tegen medisch belangrijke geleedpotige vectoren.Onze studie onderzocht de larvicide activiteit van vier ontvette zaadpoeders tegen Aedes-muggen.Larven van Aedes aegypti.Het doel van de studie was om hun potentiële gebruik als milieuvriendelijke biopesticiden voor muggenbestrijding te evalueren.Drie belangrijke chemische componenten van het zaadmeel, allylisothiocyanaat (AITC), benzylisothiocyanaat (BITC) en 4-hydroxybenzylisothiocyanaat (4-HBITC) werden ook getest om de biologische activiteit van deze chemische componenten op muggenlarven te testen.Dit is het eerste rapport waarin de effectiviteit van vier koolzaadpoeders en hun belangrijkste chemische componenten tegen muggenlarven wordt geëvalueerd.
Laboratoriumkolonies van Aedes aegypti (Rockefeller-stam) werden op 26°C, 70% relatieve vochtigheid (RH) en 10:14 uur (L:D-fotoperiode) gehouden.Gekoppelde vrouwtjes werden gehuisvest in plastic kooien (hoogte 11 cm en diameter 9,5 cm) en gevoed via een flesvoedingssysteem met behulp van gecitreerd runderbloed (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, VS).Bloedtoevoer werd zoals gebruikelijk uitgevoerd met behulp van een membraantoevoer met meerdere glazen (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, VS) aangesloten op een circulerende waterbadbuis (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, VS) met temperatuur controle 37 °C.Rek een film Parafilm M op de bodem van elke glastoevoerkamer (oppervlak 154 mm2).Elke voerbak werd vervolgens op het bovenste rooster geplaatst dat de kooi bedekte met daarin het parende vrouwtje.Ongeveer 350-400 μl runderbloed werd toegevoegd aan een glazen toevoertrechter met behulp van een Pasteurpipet (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, VS) en de volwassen wormen mochten gedurende ten minste een uur uitlekken.Zwangere vrouwtjes kregen vervolgens een 10% sucrose-oplossing en mochten eieren leggen op vochtig filtreerpapier bekleed met individuele ultraheldere soufflébekers (1,25 fl oz-grootte, Dart Container Corp., Mason, MI, VS).kooi met water.Plaats filtreerpapier met eieren in een afgesloten zak (SC Johnsons, Racine, WI) en bewaar bij 26°C.De eieren werden uitgebroed en ongeveer 200-250 larven werden grootgebracht in plastic bakjes met een mengsel van konijnenvoer (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, VS) en leverpoeder (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, VERENIGDE STATEN VAN AMERIKA).en visfilet (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Duitsland) in een verhouding van 2:1:1.In onze bioassays werden larven uit het late derde stadium gebruikt.
Plantenzaadmateriaal dat in dit onderzoek werd gebruikt, werd verkregen uit de volgende commerciële en overheidsbronnen: Brassica juncea (bruine mosterd-Pacific Gold) en Brassica juncea (witte mosterd-Ida Gold) van de Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, VS;(Garden Cress) van Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, VS en Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) van USDA-ARS, Peoria, IL, VS;Geen van de zaden die in het onderzoek werden gebruikt, werd behandeld met pesticiden.Al het zaadmateriaal werd in dit onderzoek verwerkt en gebruikt in overeenstemming met lokale en nationale regelgeving en in overeenstemming met alle relevante lokale staats- en nationale regelgeving.In deze studie zijn geen transgene plantenvariëteiten onderzocht.
Brassica juncea (PG), alfalfa (Ls), witte mosterd (IG), Thlaspi arvense (DFP) zaden werden tot een fijn poeder gemalen met behulp van een Retsch ZM200 ultracentrifugaalmolen (Retsch, Haan, Duitsland) uitgerust met een maaswijdte van 0,75 mm en roestvrijstalen stalen rotor, 12 tanden, 10.000 tpm (tabel 1).Het gemalen zaadpoeder werd overgebracht naar een papieren vingerhoed en gedurende 24 uur ontvet met hexaan in een Soxhlet-apparaat.Een deelmonster van ontvette veldmosterd werd gedurende 1 uur bij 100 ° C met hitte behandeld om myrosinase te denatureren en hydrolyse van glucosinolaten te voorkomen om biologisch actieve isothiocyanaten te vormen.Warmtebehandeld paardenstaartzaadpoeder (DFP-HT) werd gebruikt als een negatieve controle door myrosinase te denatureren.
Het glucosinolaatgehalte van ontvet zaadmeel werd in drievoud bepaald met behulp van krachtige vloeistofchromatografie (HPLC) volgens een eerder gepubliceerd protocol 64 .In het kort werd 3 ml methanol toegevoegd aan een monster van 250 mg ontvet zaadpoeder.Elk monster werd gedurende 30 minuten in een waterbad gesoniceerd en gedurende 16 uur in het donker bij 23°C gelaten.Een portie van 1 ml van de organische laag werd vervolgens door een filter van 0,45 μm in een autosampler gefiltreerd.Draaiend op een Shimadzu HPLC-systeem (twee LC 20AD-pompen; SIL 20A autosampler; DGU 20As-ontgasser; SPD-20A UV-VIS-detector voor monitoring bij 237 nm; en CBM-20A communicatiebusmodule) werd het glucosinolaatgehalte van zaadmeel bepaald. in drievoud .met behulp van Shimadzu LC Solution-softwareversie 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, VS).De kolom was een C18 Inertsil-kolom met omgekeerde fase (250 mm x 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, VS).De initiële omstandigheden voor de mobiele fase werden ingesteld op 12% methanol/88% 0,01 M tetrabutylammoniumhydroxide in water (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, VS) met een stroomsnelheid van 1 ml/min.Na injectie van 15 μl monster werden de beginomstandigheden gedurende 20 minuten gehandhaafd en vervolgens werd de oplosmiddelverhouding aangepast tot 100% methanol, met een totale monsteranalysetijd van 65 minuten.Een standaardcurve (op basis van nM/mAb) werd gegenereerd door seriële verdunningen van vers bereide sinapine-, glucosinolaat- en myrosinestandaarden (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, VS) om het zwavelgehalte van ontvet zaadmeel te schatten.glucosinolaten.Glucosinolaatconcentraties in de monsters werden getest op een Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, VS) met behulp van de OpenLAB CDS ChemStation-versie (C.01.07 SR2 [255]) uitgerust met dezelfde kolom en met behulp van een eerder beschreven methode.Glucosinolaatconcentraties werden bepaald;vergelijkbaar zijn tussen HPLC-systemen.
Allylisothiocyanaat (94%, stabiel) en benzylisothiocyanaat (98%) werden gekocht bij Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, VS).4-Hydroxybenzylisothiocyanaat werd gekocht bij ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, VS).Wanneer enzymatisch gehydrolyseerd door myrosinase, vormen glucosinolaten, glucosinolaten en glucosinolaten respectievelijk allylisothiocyanaat, benzylisothiocyanaat en 4-hydroxybenzylisothiocyanaat.
Laboratoriumbioassays werden uitgevoerd volgens de methode van Muturi et al.32 met wijzigingen.In het onderzoek werden vijf vetarme zaadvoeders gebruikt: DFP, DFP-HT, IG, PG en Ls.Twintig larven werden in een wegwerpbare driewegbeker van 400 ml geplaatst (VWR International, LLC, Radnor, PA, VS) met 120 ml gedeïoniseerd water (dH2O).Zeven zaadmeelconcentraties werden getest op toxiciteit voor muggenlarven: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 en 0,12 g zaadmeel/120 ml dH2O voor DFP-zaadmeel, DFP-HT, IG en PG.Voorlopige bioassays geven aan dat ontvet Ls-zaadmeel giftiger is dan vier andere geteste zaadmeelsoorten.Daarom hebben we de zeven behandelingsconcentraties van Ls-zaadmeel aangepast naar de volgende concentraties: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 en 0,075 g/120 ml dH2O.
Een onbehandelde controlegroep (dH20, geen zaadmeelsupplement) werd opgenomen om de normale insectensterfte onder testomstandigheden te beoordelen.Toxicologische bioassays voor elk zaadmeel omvatten drie replica's met drie hellingsbekers (20 larven uit het late derde stadium per bekerglas), voor een totaal van 108 flesjes.Behandelde containers werden bij kamertemperatuur (20-21°C) bewaard en de larvale sterfte werd geregistreerd gedurende 24 en 72 uur continue blootstelling aan behandelingsconcentraties.Als het lichaam en de aanhangsels van de mug niet bewegen wanneer ze worden doorboord of aangeraakt met een dunne roestvrijstalen spatel, worden de muggenlarven als dood beschouwd.Dode larven blijven meestal bewegingloos in een dorsale of ventrale positie op de bodem van de container of op het wateroppervlak.Het experiment werd drie keer op verschillende dagen herhaald met verschillende groepen larven, zodat in totaal 180 larven werden blootgesteld aan elke behandelingsconcentratie.
De toxiciteit van AITC, BITC en 4-HBITC voor muggenlarven werd beoordeeld met behulp van dezelfde bioassayprocedure, maar met verschillende behandelingen.Bereid 100.000 ppm stamoplossingen voor elke chemische stof door 100 µl van de chemische stof toe te voegen aan 900 µl absolute ethanol in een centrifugebuis van 2 ml en gedurende 30 seconden te schudden om grondig te mengen.De behandelingsconcentraties werden bepaald op basis van onze voorlopige bioassays, waaruit bleek dat BITC veel giftiger was dan AITC en 4-HBITC.Om de toxiciteit te bepalen zijn 5 concentraties BITC (1, 3, 6, 9 en 12 ppm), 7 concentraties AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 en 35 ppm) en 6 concentraties 4-HBITC (15 ppm) nodig. , 15, 20, 25, 30 en 35 ppm).30, 45, 60, 75 en 90 ppm).De controlebehandeling werd geïnjecteerd met 108 μl absolute ethanol, wat overeenkomt met het maximale volume van de chemische behandeling.Bioassays werden herhaald zoals hierboven, waarbij in totaal 180 larven per behandelingsconcentratie werden blootgesteld.De larvale sterfte werd geregistreerd voor elke concentratie AITC, BITC en 4-HBITC na 24 uur continue blootstelling.
Probitanalyse van 65 dosisgerelateerde sterftegegevens werd uitgevoerd met behulp van Polo-software (Polo Plus, LeOra Software, versie 1.0) om 50% dodelijke concentratie (LC50), 90% dodelijke concentratie (LC90), helling, dodelijke dosiscoëfficiënt en 95% dodelijke concentratie te berekenen. % dodelijke concentratie.gebaseerd op betrouwbaarheidsintervallen voor dodelijke dosisverhoudingen voor log-getransformeerde concentratie- en dosis-mortaliteitscurven.Sterftegegevens zijn gebaseerd op gecombineerde replicagegevens van 180 larven die aan elke behandelingsconcentratie zijn blootgesteld.Probabilistische analyses werden afzonderlijk uitgevoerd voor elk zaadmeel en elke chemische component.Op basis van het 95% betrouwbaarheidsinterval van de dodelijke dosisverhouding werd aangenomen dat de toxiciteit van zaadmeel en chemische bestanddelen voor muggenlarven significant verschillend was, dus een betrouwbaarheidsinterval met een waarde van 1 was niet significant verschillend, P = 0,0566.
De HPLC-resultaten voor de bepaling van de belangrijkste glucosinolaten in de ontvette zaadmeelsoorten DFP, IG, PG en Ls zijn vermeld in Tabel 1. De belangrijkste glucosinolaten in de geteste zaadmeelsoorten varieerden met uitzondering van DFP en PG, die beide myrosinaseglucosinolaten bevatten.Het myrosininegehalte in PG was hoger dan in DFP, respectievelijk 33,3 ± 1,5 en 26,5 ± 0,9 mg/g.Ls-zaadpoeder bevatte 36,6 ± 1,2 mg/g glucoglycon, terwijl IG-zaadpoeder 38,0 ± 0,5 mg/g sinapine bevatte.
Larven van Ae.Aedes aegypti-muggen werden gedood wanneer ze werden behandeld met ontvet zaadmeel, hoewel de effectiviteit van de behandeling varieerde afhankelijk van de plantensoort.Alleen DFP-NT was niet giftig voor muggenlarven na 24 en 72 uur blootstelling (Tabel 2).De toxiciteit van het actieve zaadpoeder nam toe met toenemende concentratie (Fig. 1A, B).De toxiciteit van zaadmeel voor muggenlarven varieerde aanzienlijk op basis van het 95% BI van de dodelijke dosisverhouding van LC50-waarden bij 24-uurs- en 72-uursbeoordelingen (Tabel 3).Na 24 uur was het toxische effect van Ls-zaadmeel groter dan bij andere zaadmeelbehandelingen, met de hoogste activiteit en maximale toxiciteit voor larven (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Larven waren na 24 uur minder gevoelig voor DFP vergeleken met IG-, Ls- en PG-zaadpoederbehandelingen, met LC50-waarden van respectievelijk 0,115, 0,04 en 0,08 g/120 ml dH2O, die statistisch hoger waren dan de LC50-waarde.0,211 g/120 ml dH2O (Tabel 3).De LC90-waarden van DFP, IG, PG en Ls waren respectievelijk 0,376, 0,275, 0,137 en 0,074 g/120 ml dH2O (Tabel 2).De hoogste concentratie DPP was 0,12 g/120 ml dH2O.Na 24 uur beoordeling bedroeg de gemiddelde larvale sterfte slechts 12%, terwijl de gemiddelde sterfte van IG- en PG-larven respectievelijk 51% en 82% bereikte.Na 24 uur evaluatie was de gemiddelde larvale mortaliteit voor de hoogste concentratie van Ls-zaadmeelbehandeling (0,075 g/120 ml dH2O) 99% (Fig. 1A).
Sterftecurven werden geschat op basis van de dosisrespons (Probit) van Ae.Egyptische larven (larven van het derde stadium) tot zaadmeelconcentratie 24 uur (A) en 72 uur (B) na de behandeling.De stippellijn geeft de LC50 van de zaadmeelbehandeling weer.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Warmte-geïnactiveerde Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Bij evaluatie na 72 uur waren de LC50-waarden van DFP, IG en PG zaadmeel respectievelijk 0,111, 0,085 en 0,051 g/120 ml dH2O.Bijna alle larven die werden blootgesteld aan Ls-zaadmeel stierven na 72 uur blootstelling, dus sterftegegevens waren niet consistent met de Probit-analyse.Vergeleken met ander zaadmeel waren de larven minder gevoelig voor DFP-zaadmeelbehandeling en hadden ze statistisch hogere LC50-waarden (tabellen 2 en 3).Na 72 uur werden de LC50-waarden voor DFP-, IG- en PG-zaadmeelbehandelingen geschat op respectievelijk 0,111, 0,085 en 0,05 g/120 ml dH2O.Na 72 uur evaluatie waren de LC90-waarden van DFP-, IG- en PG-zaadpoeders respectievelijk 0,215, 0,254 en 0,138 g/120 ml dH2O.Na 72 uur evaluatie was de gemiddelde larvale mortaliteit voor de DFP-, IG- en PG-zaadmeelbehandelingen bij een maximale concentratie van 0,12 g/120 ml dH2O respectievelijk 58%, 66% en 96% (Fig. 1B).Na een evaluatie van 72 uur bleek PG-zaadmeel giftiger te zijn dan IG- en DFP-zaadmeel.
Synthetische isothiocyanaten, allylisothiocyanaat (AITC), benzylisothiocyanaat (BITC) en 4-hydroxybenzylisothiocyanaat (4-HBITC) kunnen muggenlarven effectief doden.24 uur na de behandeling was BITC giftiger voor larven met een LC50-waarde van 5,29 ppm vergeleken met 19,35 ppm voor AITC en 55,41 ppm voor 4-HBITC (Tabel 4).Vergeleken met AITC en BITC heeft 4-HBITC een lagere toxiciteit en een hogere LC50-waarde.Er zijn significante verschillen in de toxiciteit voor muggenlarven van de twee belangrijkste isothiocyanaten (Ls en PG) in het krachtigste zaadmeel.Toxiciteit op basis van de dodelijke dosisverhouding van LC50-waarden tussen AITC, BITC en 4-HBITC vertoonde een zodanig statistisch verschil dat het 95% BI van de dodelijke dosisverhouding van de LC50 geen waarde van 1 omvatte (P = 0,05, tabel 4).Er werd geschat dat de hoogste concentraties van zowel BITC als AITC 100% van de geteste larven doodden (Figuur 2).
Sterftecurven werden geschat op basis van de dosisrespons (Probit) van Ae.24 uur na de behandeling bereikten Egyptische larven (larven van het derde stadium) synthetische isothiocyanaatconcentraties.De stippellijn geeft de LC50 voor isothiocyanaatbehandeling weer.Benzylisothiocyanaat BITC, allylisothiocyanaat AITC en 4-HBITC.
Het gebruik van plantenbiopesticiden als middelen voor de bestrijding van muggenvectoren is al lang bestudeerd.Veel planten produceren natuurlijke chemicaliën met een insectendodende werking37.Hun bioactieve verbindingen bieden een aantrekkelijk alternatief voor synthetische insecticiden met een groot potentieel bij het bestrijden van ongedierte, waaronder muggen.
Mosterdplanten worden gekweekt als gewas voor hun zaden, gebruikt als specerij en als oliebron.Wanneer uit de zaden mosterdolie wordt gewonnen of wanneer mosterd wordt gewonnen voor gebruik als biobrandstof69, is het bijproduct ontvet zaadmeel.Dit zaadmeel behoudt veel van zijn natuurlijke biochemische componenten en hydrolytische enzymen.De toxiciteit van dit zaadmeel wordt toegeschreven aan de productie van isothiocyanaten55,60,61.Isothiocyanaten worden gevormd door de hydrolyse van glucosinolaten door het enzym myrosinase tijdens de hydratatie van zaadmeel38,55,70 en het is bekend dat ze fungicide, bacteriedodende, nematicide en insectendodende effecten hebben, evenals andere eigenschappen, waaronder chemische sensorische effecten en chemotherapeutische eigenschappen61,62, 70.Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat mosterdplanten en zaadmeel effectief werken als ontsmettingsmiddelen tegen bodem- en opgeslagen voedselongedierte57,59,71,72.In deze studie hebben we de toxiciteit van vierzadenmeel en de drie bioactieve producten AITC, BITC en 4-HBITC voor Aedes-muggenlarven beoordeeld.Aedes aegypti.Het rechtstreeks toevoegen van zaadmeel aan water dat muggenlarven bevat, zal naar verwachting enzymatische processen activeren die isothiocyanaten produceren die giftig zijn voor muggenlarven.Deze biotransformatie werd gedeeltelijk aangetoond door de waargenomen larvicide activiteit van het zaadmeel en het verlies aan insectendodende activiteit wanneer dwergmosterdzaadmeel vóór gebruik een hittebehandeling kreeg.Verwacht wordt dat warmtebehandeling de hydrolytische enzymen zal vernietigen die glucosinolaten activeren, waardoor de vorming van bioactieve isothiocyanaten wordt voorkomen.Dit is de eerste studie die de insecticide eigenschappen van koolzaadpoeder tegen muggen in een wateromgeving bevestigt.
Van de geteste zaadpoeders was waterkerszaadpoeder (Ls) het meest giftig, wat een hoge sterfte onder Aedes albopictus veroorzaakte.De larven van Aedes aegypti werden gedurende 24 uur continu verwerkt.De resterende drie zaadpoeders (PG, IG en DFP) hadden een langzamere activiteit en veroorzaakten nog steeds een aanzienlijke sterfte na 72 uur continue behandeling.Alleen Ls-zaadmeel bevatte aanzienlijke hoeveelheden glucosinolaten, terwijl PG en DFP myrosinase bevatten en IG glucosinolaat als het belangrijkste glucosinolaat (Tabel 1).Glucotropaeolin wordt gehydrolyseerd tot BITC en sinalbine wordt gehydrolyseerd tot 4-HBITC61,62.Onze bioassayresultaten geven aan dat zowel Ls-zaadmeel als synthetisch BITC zeer giftig zijn voor muggenlarven.Het hoofdbestanddeel van PG- en DFP-zaadmeel is myrosinaseglucosinolaat, dat wordt gehydrolyseerd tot AITC.AITC is effectief in het doden van muggenlarven met een LC50-waarde van 19,35 ppm.Vergeleken met AITC en BITC is 4-HBITC-isothiocyanaat het minst giftig voor larven.Hoewel AITC minder giftig is dan BITC, zijn hun LC50-waarden lager dan die van veel essentiële oliën die op muggenlarven zijn getest32,73,74,75.
Ons kruisbloemige zaadpoeder voor gebruik tegen muggenlarven bevat één belangrijk glucosinolaat, goed voor meer dan 98-99% van de totale glucosinolaten, zoals bepaald door HPLC.Er werden sporen van andere glucosinolaten gedetecteerd, maar hun niveaus waren minder dan 0,3% van de totale glucosinolaten.Waterkerszaadpoeder (L. sativum) bevat secundaire glucosinolaten (sinigrine), maar hun aandeel bedraagt 1% van de totale glucosinolaten en hun gehalte is nog steeds onbeduidend (ongeveer 0,4 mg/g zaadpoeder).Hoewel PG en DFP hetzelfde belangrijkste glucosinolaat (myrosine) bevatten, verschilt de larvicide activiteit van hun zaadmeel aanzienlijk vanwege hun LC50-waarden.Varieert in toxiciteit voor echte meeldauw.Het ontstaan van Aedes aegypti-larven kan te wijten zijn aan verschillen in myrosinase-activiteit of stabiliteit tussen de twee zaadvoedingen.Myrosinase-activiteit speelt een belangrijke rol bij de biologische beschikbaarheid van hydrolyseproducten zoals isothiocyanaten in Brassicaceae-planten76.Eerdere rapporten van Pocock et al.77 en Wilkinson et al.78 hebben aangetoond dat veranderingen in de activiteit en stabiliteit van myrosinase ook in verband kunnen worden gebracht met genetische en omgevingsfactoren.
Het verwachte bioactieve isothiocyanaatgehalte werd berekend op basis van de LC50-waarden van elk zaadmeel na 24 en 72 uur (Tabel 5) ter vergelijking met overeenkomstige chemische toepassingen.Na 24 uur waren de isothiocyanaten in het zaadmeel giftiger dan de zuivere verbindingen.LC50-waarden berekend op basis van delen per miljoen (ppm) isothiocyanaatzaadbehandelingen waren lager dan LC50-waarden voor BITC-, AITC- en 4-HBITC-toepassingen.We observeerden larven die zaadmeelpellets consumeerden (Figuur 3A).Bijgevolg kunnen larven een meer geconcentreerde blootstelling aan toxische isothiocyanaten krijgen door zaadmeelpellets in te nemen.Dit was het duidelijkst bij de IG- en PG-zaadmeelbehandelingen bij 24 uur blootstelling, waarbij de LC50-concentraties respectievelijk 75% en 72% lager waren dan de zuivere AITC- en 4-HBITC-behandelingen.Ls- en DFP-behandelingen waren giftiger dan puur isothiocyanaat, met respectievelijk LC50-waarden 24% en 41% lager.Larven in de controlebehandeling verpopten met succes (Fig. 3B), terwijl de meeste larven in de zaadmeelbehandeling niet verpopten en de ontwikkeling van de larven aanzienlijk werd vertraagd (Fig. 3B, D).Bij Spodopteralitura worden isothiocyanaten geassocieerd met groeivertraging en ontwikkelingsachterstand79.
Larven van Ae.Aedes aegypti-muggen werden gedurende 24-72 uur continu blootgesteld aan Brassica-zaadpoeder.(A) Dode larven met deeltjes zaadmeel in de monddelen (omcirkeld);(B) Controlebehandeling (dH20 zonder toegevoegd zaadmeel) laat zien dat larven normaal groeien en na 72 uur beginnen te verpoppen (C, D) Larven behandeld met zaadmeel;het zaadmeel vertoonde verschillen in ontwikkeling en verpopte niet.
We hebben het mechanisme van toxische effecten van isothiocyanaten op muggenlarven niet bestudeerd.Eerdere onderzoeken bij rode vuurmieren (Solenopsis invicta) hebben echter aangetoond dat remming van glutathion S-transferase (GST) en esterase (EST) het belangrijkste mechanisme is van de bioactiviteit van isothiocyanaat, en dat AITC, zelfs bij lage activiteit, ook de GST-activiteit kan remmen. .rode geïmporteerde vuurmieren in lage concentraties.De dosis bedraagt 0,5 µg/ml80.Daarentegen remt AITC acetylcholinesterase bij volwassen maïskevers (Sitophilus zeamais)81.Soortgelijke onderzoeken moeten worden uitgevoerd om het mechanisme van isothiocyanaatactiviteit in muggenlarven op te helderen.
We gebruiken een door warmte geïnactiveerde DFP-behandeling om het voorstel te ondersteunen dat hydrolyse van plantenglucosinolaten om reactieve isothiocyanaten te vormen dient als een mechanisme voor de bestrijding van muggenlarven door middel van mosterdzaadmeel.DFP-HT-zaadmeel was bij de geteste doseringen niet giftig.Lafarga et al.82 rapporteerden dat glucosinolaten gevoelig zijn voor afbraak bij hoge temperaturen.Er wordt ook verwacht dat warmtebehandeling het myrosinase-enzym in zaadmeel zal denatureren en de hydrolyse van glucosinolaten tot reactieve isothiocyanaten zal voorkomen.Dit werd ook bevestigd door Okunade et al.75 toonden aan dat myrosinase temperatuurgevoelig is, wat aantoont dat de activiteit van myrosinase volledig werd geïnactiveerd wanneer mosterd-, zwarte mosterd- en bloedwortelzaden werden blootgesteld aan temperaturen boven 80°C.C. Deze mechanismen kunnen resulteren in verlies van insectendodende activiteit van hittebehandeld DFP-zaadmeel.
Mosterdzaadmeel en de drie belangrijkste isothiocyanaten zijn dus giftig voor muggenlarven.Gezien deze verschillen tussen zaadmeel en chemische behandelingen, kan het gebruik van zaadmeel een effectieve methode voor muggenbestrijding zijn.Er is behoefte aan het identificeren van geschikte formuleringen en effectieve afgiftesystemen om de werkzaamheid en stabiliteit van het gebruik van zaadpoeders te verbeteren.Onze resultaten wijzen op het potentiële gebruik van mosterdzaadmeel als alternatief voor synthetische pesticiden.Deze technologie zou een innovatief hulpmiddel kunnen worden voor het bestrijden van muggenvectoren.Omdat muggenlarven gedijen in aquatische omgevingen en zaadmeelglucosinolaten bij hydratatie enzymatisch worden omgezet in actieve isothiocyanaten, biedt het gebruik van mosterdzaadmeel in door muggen besmet water een aanzienlijk controlepotentieel.Hoewel de larvicide activiteit van isothiocyanaten varieert (BITC > AITC > 4-HBITC), is er meer onderzoek nodig om te bepalen of het combineren van zaadmeel met meerdere glucosinolaten synergetisch de toxiciteit verhoogt.Dit is de eerste studie die de insecticide effecten van ontvet kruisbloemig zaadmeel en drie bioactieve isothiocyanaten op muggen aantoont.De resultaten van dit onderzoek zijn baanbrekend door aan te tonen dat ontvet koolzaadmeel, een bijproduct van de olie-extractie uit de zaden, kan dienen als een veelbelovend larvicide middel voor muggenbestrijding.Deze informatie kan helpen bij de ontdekking van biologische bestrijdingsmiddelen bij planten en hun ontwikkeling als goedkope, praktische en milieuvriendelijke biopesticiden.
De voor dit onderzoek gegenereerde datasets en de daaruit voortvloeiende analyses zijn op redelijk verzoek verkrijgbaar bij de corresponderende auteur.Aan het einde van het onderzoek zijn alle in het onderzoek gebruikte materialen (insecten en zaadmeel) vernietigd.
Posttijd: 29 juli 2024