Til effektivtkontrollere myggog redusere forekomsten av sykdommer de bærer på, er det nødvendig med strategiske, bærekraftige og miljøvennlige alternativer til kjemiske sprøytemidler.Vi evaluerte frømel fra visse Brassicaceae (familie Brassica) som en kilde til planteavledede isotiocyanater produsert ved enzymatisk hydrolyse av biologisk inaktive glukosinolater for bruk i kontroll av egyptiske Aedes (L., 1762).Fem-avfettet frømel (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 og Thlaspi arvense – tre hovedtyper av termisk degradering og kjemisk enzymatisk produkter For å bestemme toksisitet (LC50) av allylisotiocyanat, benzylisotiocyanat og 4-hydroksybenzylisotiocyanat for Aedes aegypti-larver ved 24-timers eksponering = 0,04 g/120 ml dH2O).LC50-verdier for sennep, hvit sennep og kjerringrokk.frømel var henholdsvis 0,05, 0,08 og 0,05 sammenlignet med allylisotiocyanat (LC50 = 19,35 ppm) og 4. -Hydroksybenzylisotiocyanat (LC50 = 55,41 ppm) var mer giftig for larver via 24 timer etter behandling/120,1 ml hhv. 24 timer etter behandling.Disse resultatene stemmer overens med produksjonen av alfalfafrømel.Den høyere effektiviteten til benzylestere tilsvarer de beregnede LC50-verdiene.Bruk av frømel kan gi en effektiv metode for myggkontroll.effektiviteten til korsblomstfrøpulver og dets hovedkjemiske komponenter mot mygglarver og viser hvordan de naturlige forbindelsene i korsblomstfrøpulver kan tjene som et lovende miljøvennlig larvicid for myggkontroll.
Vektorbårne sykdommer forårsaket av Aedes-mygg er fortsatt et stort globalt folkehelseproblem.Forekomsten av myggbårne sykdommer sprer seg geografisk1,2,3 og dukker opp igjen, noe som fører til utbrudd av alvorlig sykdom4,5,6,7.Spredningen av sykdommer blant mennesker og dyr (f.eks. chikungunya, denguefeber, Rift Valley-feber, gul feber og Zika-virus) er enestående.Denguefeber alene setter omtrent 3,6 milliarder mennesker i fare for infeksjon i tropene, med anslagsvis 390 millioner infeksjoner som forekommer årlig, noe som resulterer i 6 100–24 300 dødsfall per år8.Gjenopptredenen og utbruddet av Zika-viruset i Sør-Amerika har vakt verdensomspennende oppmerksomhet på grunn av hjerneskaden det forårsaker hos barn født av infiserte kvinner2.Kremer et al 3 spår at det geografiske området til Aedes-mygg vil fortsette å utvide seg og at innen 2050 vil halvparten av verdens befolkning være i fare for infeksjon av myggbårne arbovirus.
Med unntak av de nylig utviklede vaksinene mot dengue og gulfeber, er det ennå ikke utviklet vaksiner mot de fleste myggbårne sykdommer9,10,11.Vaksiner er fortsatt tilgjengelig i begrensede mengder og brukes kun i kliniske studier.Kontroll av myggvektorer ved bruk av syntetiske insektmidler har vært en nøkkelstrategi for å kontrollere spredningen av myggbårne sykdommer12,13.Selv om syntetiske plantevernmidler er effektive for å drepe mygg, påvirker fortsatt bruk av syntetiske plantevernmidler ikke-målorganismer negativt og forurenser miljøet14,15,16.Enda mer alarmerende er trenden med økende myggresistens mot kjemiske insektmidler17,18,19.Disse problemene knyttet til plantevernmidler har fremskyndet søket etter effektive og miljøvennlige alternativer for å kontrollere sykdomsvektorer.
Ulike planter er utviklet som kilder til plantevernmidler for skadedyrbekjempelse20,21.Plantestoffer er generelt miljøvennlige fordi de er biologisk nedbrytbare og har lav eller ubetydelig toksisitet for ikke-målorganismer som pattedyr, fisk og amfibier20,22.Urtepreparater er kjent for å produsere en rekke bioaktive forbindelser med forskjellige virkningsmekanismer for å effektivt kontrollere forskjellige livsstadier av mygg23,24,25,26.Planteavledede forbindelser som essensielle oljer og andre aktive planteingredienser har fått oppmerksomhet og banet vei for innovative verktøy for å kontrollere myggvektorer.Eteriske oljer, monoterpener og sesquiterpener fungerer som frastøtende midler, fôringsavskrekkende midler og ovicider27,28,29,30,31,32,33.Mange vegetabilske oljer forårsaker død av mygglarver, pupper og voksne34,35,36, og påvirker nervesystemet, luftveiene, endokrine og andre viktige systemer til insekter37.
Nyere studier har gitt innsikt i potensiell bruk av sennepsplanter og deres frø som en kilde til bioaktive forbindelser.Sennepsfrømel har blitt testet som et biofumigant38,39,40,41 og brukt som jordforbedring for ugrasbekjempelse42,43,44 og kontroll av jordbårne plantepatogener45,46,47,48,49,50, planteernæring.nematoder 41,51, 52, 53, 54 og skadedyr 55, 56, 57, 58, 59, 60. Den soppdrepende aktiviteten til disse frøpulverene tilskrives plantebeskyttende forbindelser kalt isotiocyanater38,42,60.I planter lagres disse beskyttende forbindelsene i planteceller i form av ikke-bioaktive glukosinolater.Men når planter blir skadet av insektfôring eller patogeninfeksjon, hydrolyseres glukosinolater av myrosinase til bioaktive isotiocyanater55,61.Isotiocyanater er flyktige forbindelser kjent for å ha bredspektret antimikrobiell og insekticid aktivitet, og deres struktur, biologiske aktivitet og innhold varierer mye mellom Brassicaceae-arter42,59,62,63.
Selv om isotiocyanater avledet fra sennepsfrømel er kjent for å ha insekticid aktivitet, mangler data om biologisk aktivitet mot medisinsk viktige leddyrvektorer.Vår studie undersøkte den larvicide aktiviteten til fire avfettede frøpulver mot Aedes-mygg.Larver av Aedes aegypti.Målet med studien var å evaluere deres potensielle bruk som miljøvennlige biopesticider for myggkontroll.Tre hovedkjemiske komponenter i frømelet, allylisotiocyanat (AITC), benzylisotiocyanat (BITC) og 4-hydroksybenzylisotiocyanat (4-HBITC) ble også testet for å teste den biologiske aktiviteten til disse kjemiske komponentene på mygglarver.Dette er den første rapporten som evaluerer effektiviteten til fire kålfrøpulver og deres viktigste kjemiske komponenter mot mygglarver.
Laboratoriekolonier av Aedes aegypti (Rockefeller-stamme) ble holdt ved 26°C, 70 % relativ fuktighet (RH) og 10:14 timer (L:D fotoperiode).Parrede hunner ble holdt i plastbur (høyde 11 cm og diameter 9,5 cm) og matet via et flaskefôringssystem ved bruk av sitratert bovint blod (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).Blodmating ble utført som vanlig ved bruk av en membran multi-glass mater (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) koblet til et sirkulerende vannbaderør (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) med temperatur kontroll 37 °C.Strekk en film av Parafilm M på bunnen av hvert glassmatekammer (areal 154 mm2).Hver mater ble deretter plassert på det øverste gitteret som dekket buret som inneholdt den parrende hunnen.Omtrent 350–400 μl storfeblod ble tilsatt en glassmatertrakt ved hjelp av en Pasteur-pipette (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) og de voksne ormene fikk renne i minst én time.Gravide kvinner fikk deretter en 10 % sukroseløsning og fikk legge egg på fuktig filterpapir dekket i individuelle ultraklare sufflékopper (1,25 fl oz størrelse, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).bur med vann.Plasser filterpapir som inneholder egg i en forseglet pose (SC Johnsons, Racine, WI) og oppbevar ved 26 °C.Eggene ble klekket og omtrent 200–250 larver ble oppdrettet i plastbrett som inneholdt en blanding av kaninmat (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 slutten av tredje fase ble brukt i våre bioassays.
Plantefrømateriale brukt i denne studien ble hentet fra følgende kommersielle og offentlige kilder: Brassica juncea (brun sennep-Pacific Gold) og Brassica juncea (hvit 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 av frøene som ble brukt i studien ble behandlet med plantevernmidler.Alt frømateriale ble behandlet og brukt i denne studien i samsvar med lokale og nasjonale forskrifter og i samsvar med alle relevante lokale statlige og nasjonale forskrifter.Denne studien undersøkte ikke transgene plantevarianter.
Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), hvit sennep (IG), Thlaspi arvense (DFP) frø ble malt til et fint pulver ved bruk av en Retsch ZM200 ultrasentrifugalmølle (Retsch, Haan, Tyskland) utstyrt med en 0,75 mm mesh og rustfritt stål. stålrotor, 12 tenner, 10 000 o/min (tabell 1).Det malte frøpulveret ble overført til et papirhylse og avfettet med heksan i et Soxhlet-apparat i 24 timer.En delprøve av avfettet åkersennep ble varmebehandlet ved 100 °C i 1 time for å denaturere myrosinase og forhindre hydrolyse av glukosinolater for å danne biologisk aktive isotiocyanater.Varmebehandlet kjerringrokkfrøpulver (DFP-HT) ble brukt som en negativ kontroll ved denaturering av myrosinase.
Glukosinolatinnholdet i avfettet frømel ble bestemt i tre eksemplarer ved bruk av høyytelses væskekromatografi (HPLC) i henhold til en tidligere publisert protokoll 64 .Kort fortalt ble 3 ml metanol tilsatt til en 250 mg prøve av avfettet frøpulver.Hver prøve ble sonikert i vannbad i 30 minutter og ble stående i mørke ved 23°C i 16 timer.En 1 mL alikvot av det organiske laget ble deretter filtrert gjennom et 0,45 μm filter inn i en autosampler.Ved å kjøre på et Shimadzu HPLC-system (to LC 20AD-pumper; SIL 20A autosampler; DGU 20As avgasser; SPD-20A UV-VIS-detektor for overvåking ved 237 nm; og CBM-20A kommunikasjonsbussmodul), ble glukosinolatinnholdet i frømel bestemt i tre eksemplarer.ved å bruke Shimadzu LC Solution programvareversjon 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Kolonnen var en C18 Inertsil omvendt fasekolonne (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Innledende mobilfasebetingelser ble satt til 12 % metanol/88 % 0,01 M tetrabutylammoniumhydroksid i vann (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) med en strømningshastighet på 1 ml/min.Etter injeksjon av 15 μl prøve ble startforholdene opprettholdt i 20 minutter, og deretter ble løsningsmiddelforholdet justert til 100 % metanol, med en total prøveanalysetid på 65 minutter.En standardkurve (nM/mAb-basert) ble generert ved seriefortynninger av nylaget sinapin, glukosinolat og myrosinstandarder (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) for å estimere svovelinnholdet i avfettet frømel.glukosinolater.Glukosinolatkonsentrasjoner i prøvene ble testet på en Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) ved bruk av OpenLAB CDS ChemStation-versjonen (C.01.07 SR2 [255]) utstyrt med samme kolonne og ved bruk av en tidligere beskrevet metode.Glukosinolatkonsentrasjoner ble bestemt;være sammenlignbare mellom HPLC-systemer.
Allylisotiocyanat (94 %, stabil) og benzylisotiocyanat (98 %) ble kjøpt fra Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-Hydroxybenzylisothiocyanat ble kjøpt fra ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Når de er enzymatisk hydrolysert av myrosinase, danner glukosinolater, glukosinolater og glukosinolater henholdsvis allylisotiocyanat, benzylisotiocyanat og 4-hydroksybenzylisotiocyanat.
Laboratoriebioassays ble utført i henhold til metoden til Muturi et al.32 med modifikasjoner.Fem frøfôr med lavt fettinnhold ble brukt i studien: DFP, DFP-HT, IG, PG og Ls.Tjue larver ble plassert i et 400 ml engangs treveisbeger (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) som inneholdt 120 ml avionisert vann (dH2O).Syv frømelkonsentrasjoner ble testet for mygglarvertoksisitet: 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.Foreløpige bioassays indikerer at avfettet Ls frømel er mer giftig enn fire andre frømel som er testet.Derfor justerte vi de syv behandlingskonsentrasjonene av Ls frømel til følgende konsentrasjoner: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 og 0,075 g/120 ml dH2O.
En ubehandlet kontrollgruppe (dH20, ingen frømålstilskudd) ble inkludert for å vurdere normal insektdødelighet under analysebetingelser.Toksikologiske bioassays for hvert frømåltid inkluderte tre replikatbeger med tre skråninger (20 larver i slutten av tredje stadium per beger), for totalt 108 hetteglass.Behandlede beholdere ble lagret ved romtemperatur (20-21°C) og larvedødelighet ble registrert i løpet av 24 og 72 timer med kontinuerlig eksponering for behandlingskonsentrasjoner.Hvis myggens kropp og vedheng ikke beveger seg ved hull eller berøring med en tynn spatel i rustfritt stål, anses mygglarvene som døde.Døde larver forblir vanligvis ubevegelige i en dorsal eller ventral stilling i bunnen av beholderen eller på overflaten av vannet.Forsøket ble gjentatt tre ganger på forskjellige dager ved bruk av forskjellige grupper av larver, for totalt 180 larver eksponert for hver behandlingskonsentrasjon.
Toksisiteten til AITC, BITC og 4-HBITC for mygglarver ble vurdert ved bruk av samme bioanalyseprosedyre, men med forskjellige behandlinger.Forbered 100 000 ppm stamløsninger for hvert kjemikalie ved å tilsette 100 µL av kjemikaliet til 900 µL absolutt etanol i et 2 mL sentrifugerør og riste i 30 sekunder for å blande grundig.Behandlingskonsentrasjoner ble bestemt basert på våre foreløpige bioassays, som fant at BITC var mye mer giftig enn AITC og 4-HBITC.For å bestemme toksisitet, 5 konsentrasjoner av BITC (1, 3, 6, 9 og 12 ppm), 7 konsentrasjoner av AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 og 35 ppm) og 6 konsentrasjoner av 4-HBITC (15 ppm) , 15, 20, 25, 30 og 35 ppm).30, 45, 60, 75 og 90 ppm).Kontrollbehandlingen ble injisert med 108 μL absolutt etanol, som tilsvarer maksimalt volum av den kjemiske behandlingen.Bioassays ble gjentatt som ovenfor, og eksponerte totalt 180 larver per behandlingskonsentrasjon.Larvedødelighet ble registrert for hver konsentrasjon av AITC, BITC og 4-HBITC etter 24 timers kontinuerlig eksponering.
Probitanalyse av 65 doserelaterte dødelighetsdata ble utført ved bruk av Polo-programvare (Polo Plus, LeOra Software, versjon 1.0) for å beregne 50 % dødelig konsentrasjon (LC50), 90 % dødelig konsentrasjon (LC90), helning, dødelig dosekoeffisient og 95 % dødelig konsentrasjon.basert på konfidensintervaller for dødelige doseforhold for log-transformerte konsentrasjons- og dose-dødelighetskurver.Dødelighetsdata er basert på kombinerte replikatdata for 180 larver eksponert for hver behandlingskonsentrasjon.Probabilistiske analyser ble utført separat for hvert frømel og hver kjemisk komponent.Basert på 95 % konfidensintervall for dødelig doseforhold, ble toksisiteten til frømel og kjemiske bestanddeler for mygglarver ansett for å være signifikant forskjellig, så et konfidensintervall som inneholdt en verdi på 1 var ikke signifikant forskjellig, P = 0,0566.
HPLC-resultatene for bestemmelse av de viktigste glukosinolatene i avfettet frømel DFP, IG, PG og Ls er oppført i tabell 1. De viktigste glukosinolatene i frømelene som ble testet varierte med unntak av DFP og PG, som begge inneholdt myrosinaseglukosinolater.Myrosinininnholdet i PG var høyere enn i DFP, henholdsvis 33,3 ± 1,5 og 26,5 ± 0,9 mg/g.Ls frøpulver inneholdt 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglykon, mens IG frøpulver inneholdt 38,0 ± 0,5 mg/g sinapin.
Larver av Ae.Aedes aegypti-mygg ble drept når de ble behandlet med avfettet frømel, selv om effektiviteten av behandlingen varierte avhengig av plantearten.Bare DFP-NT var ikke giftig for mygglarver etter 24 og 72 timers eksponering (tabell 2).Toksisiteten til det aktive frøpulveret økte med økende konsentrasjon (fig. 1A, B).Toksisiteten til frømel til mygglarver varierte betydelig basert på 95 % KI av det dødelige doseforholdet til LC50-verdier ved 24-timers og 72-timers vurderinger (tabell 3).Etter 24 timer var den toksiske effekten av Ls frømel større enn andre frømelbehandlinger, med høyest aktivitet og maksimal toksisitet for larver (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Larver var mindre følsomme for DFP etter 24 timer sammenlignet med IG-, Ls- og PG-frøpulverbehandlinger, med LC50-verdier på henholdsvis 0,115, 0,04 og 0,08 g/120 ml dH2O, som var statistisk høyere enn LC50-verdien.0,211 g/120 ml dH2O (tabell 3).LC90-verdiene til DFP, IG, PG og Ls var henholdsvis 0,376, 0,275, 0,137 og 0,074 g/120 ml dH2O (tabell 2).Den høyeste konsentrasjonen av DPP var 0,12 g/120 ml dH2O.Etter 24 timers vurdering var gjennomsnittlig larvedødelighet kun 12 %, mens gjennomsnittlig dødelighet for IG- og PG-larver nådde henholdsvis 51 % og 82 %.Etter 24 timers evaluering var gjennomsnittlig larvedødelighet for den høyeste konsentrasjonen av Ls frømelbehandling (0,075 g/120 ml dH2O) 99 % (fig. 1A).
Dødelighetskurver ble estimert fra doseresponsen (Probit) til Ae.Egyptiske larver (larver i 3. stadium) til frømelkonsentrasjon 24 timer (A) og 72 timer (B) etter behandling.Den stiplede linjen representerer LC50 for frømelbehandlingen.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Varmeinaktivert Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Ved 72-timers evaluering var LC50-verdiene for DFP, IG og PG frømel henholdsvis 0,111, 0,085 og 0,051 g/120 ml dH2O.Nesten alle larver eksponert for Ls frømel døde etter 72 timers eksponering, så dødelighetsdata var inkonsistente med Probit-analyse.Sammenlignet med annet frømel var larver mindre følsomme for behandling med DFP frømel og hadde statistisk høyere LC50-verdier (tabell 2 og 3).Etter 72 timer ble LC50-verdiene for DFP-, IG- og PG-frømelbehandlinger estimert til å være henholdsvis 0,111, 0,085 og 0,05 g/120 ml dH2O.Etter 72 timers evaluering var LC90-verdiene til DFP-, IG- og PG-frøpulvere henholdsvis 0,215, 0,254 og 0,138 g/120 ml dH2O.Etter 72 timers evaluering var gjennomsnittlig larvedødelighet for DFP-, IG- og PG-frømelbehandlingene ved en maksimal konsentrasjon på 0,12 g/120 ml dH2O henholdsvis 58 %, 66 % og 96 % (fig. 1B).Etter 72-timers evaluering ble PG-frømel funnet å være mer giftig enn IG- og DFP-frømel.
Syntetiske isotiocyanater, allylisotiocyanat (AITC), benzylisotiocyanat (BITC) og 4-hydroksybenzylisotiocyanat (4-HBITC) kan effektivt drepe mygglarver.24 timer etter behandling var BITC mer giftig for larver med en LC50-verdi på 5,29 ppm sammenlignet med 19,35 ppm for AITC og 55,41 ppm for 4-HBITC (tabell 4).Sammenlignet med AITC og BITC har 4-HBITC lavere toksisitet og en høyere LC50-verdi.Det er betydelige forskjeller i mygglarvetoksisiteten til de to viktigste isotiocyanatene (Ls og PG) i det mest potente frømelet.Toksisitet basert på det dødelige doseforholdet til LC50-verdier mellom AITC, BITC og 4-HBITC viste en statistisk forskjell slik at 95 % KI av LC50 dødelige doseforhold ikke inkluderte en verdi på 1 (P = 0,05, tabell) 4).De høyeste konsentrasjonene av både BITC og AITC ble estimert til å drepe 100 % av larvene som ble testet (Figur 2).
Dødelighetskurver ble estimert fra doseresponsen (Probit) til Ae.24 timer etter behandling nådde egyptiske larver (larver i tredje stadium) syntetiske isotiocyanatkonsentrasjoner.Den stiplede linjen representerer LC50 for isotiocyanatbehandling.Benzylisotiocyanat BITC, allylisotiocyanat AITC og 4-HBITC.
Bruken av plantebiopesticider som myggvektorkontrollmidler har lenge vært studert.Mange planter produserer naturlige kjemikalier som har insekticid aktivitet37.Deres bioaktive forbindelser gir et attraktivt alternativ til syntetiske insektmidler med stort potensial for å kontrollere skadedyr, inkludert mygg.
Sennepsplanter dyrkes som en avling for frøene deres, brukt som krydder og oljekilde.Når sennepsolje utvinnes fra frøene eller når sennep utvinnes for bruk som biodrivstoff 69 er biproduktet avfettet frømel.Dette frømelet beholder mange av sine naturlige biokjemiske komponenter og hydrolytiske enzymer.Toksisiteten til dette frømelet tilskrives produksjonen av isotiocyanater55,60,61.Isotiocyanater dannes ved hydrolyse av glukosinolater av enzymet myrosinase under hydrering av frømel38,55,70 og er kjent for å ha soppdrepende, bakteriedrepende, nematicide og insekticide effekter, så vel som andre egenskaper inkludert kjemiske sensoriske effekter og kjemoterapeutiske egenskaper61,62, 70.Flere studier har vist at sennepsplanter og frømel fungerer effektivt som desinfeksjonsmidler mot jord og lagret matskadegjørere57,59,71,72.I denne studien vurderte vi toksisiteten til firefrømel og dets tre bioaktive produkter AITC, BITC og 4-HBITC for Aedes mygglarver.Aedes aegypti.Tilsetning av frømel direkte til vann som inneholder mygglarver forventes å aktivere enzymatiske prosesser som produserer isotiocyanater som er giftige for mygglarver.Denne biotransformasjonen ble delvis demonstrert av den observerte larvicide aktiviteten til frømelet og tap av insekticid aktivitet når dvergsnepsfrømel ble varmebehandlet før bruk.Varmebehandling forventes å ødelegge de hydrolytiske enzymene som aktiverer glukosinolater, og dermed forhindre dannelsen av bioaktive isotiocyanater.Dette er den første studien som bekrefter de insektdrepende egenskapene til kålfrøpulver mot mygg i et vannmiljø.
Blant frøpulverene som ble testet, var brønnkarsefrøpulver (Ls) det mest giftige, og forårsaket høy dødelighet av Aedes albopictus.Aedes aegypti-larver ble behandlet kontinuerlig i 24 timer.De resterende tre frøpulverene (PG, IG og DFP) hadde langsommere aktivitet og forårsaket fortsatt betydelig dødelighet etter 72 timers kontinuerlig behandling.Bare Ls frømel inneholdt betydelige mengder glukosinolater, mens PG og DFP inneholdt myrosinase og IG inneholdt glukosinolat som hovedglukosinolat (tabell 1).Glukotropaeolin hydrolyseres til BITC og sinalbin hydrolyseres til 4-HBITC61,62.Våre bioassayresultater indikerer at både Ls frømel og syntetisk BITC er svært giftige for mygglarver.Hovedkomponenten i PG- og DFP-frømel er myrosinase-glukosinolat, som hydrolyseres til AITC.AITC er effektivt til å drepe mygglarver med en LC50-verdi på 19,35 ppm.Sammenlignet med AITC og BITC er 4-HBITC isotiocyanat minst giftig for larver.Selv om AITC er mindre giftig enn BITC, er deres LC50-verdier lavere enn mange essensielle oljer testet på mygglarver32,73,74,75.
Vårt korsblomstrede frøpulver for bruk mot mygglarver inneholder ett hovedglukosinolat, som utgjør over 98-99 % av de totale glukosinolater som bestemt ved HPLC.Spormengder av andre glukosinolater ble påvist, men nivåene deres var mindre enn 0,3 % av de totale glukosinolater.Brønnkarse (L. sativum) frøpulver inneholder sekundære glukosinolater (sinigrin), men deres andel er 1 % av de totale glukosinolater, og innholdet er fortsatt ubetydelig (ca. 0,4 mg/g frøpulver).Selv om PG og DFP inneholder det samme hovedglukosinolatet (myrosin), varierer den larvicide aktiviteten til frømåltidene deres betydelig på grunn av LC50-verdiene.Varierer i toksisitet til pulveraktig mugg.Fremveksten av Aedes aegypti-larver kan skyldes forskjeller i myrosinaseaktivitet eller stabilitet mellom de to frøfôrene.Myrosinase-aktivitet spiller en viktig rolle i biotilgjengeligheten til hydrolyseprodukter som isotiocyanater i Brassicaceae-planter76.Tidligere rapporter av Pocock et al.77 og Wilkinson et al.78 har vist at endringer i myrosinaseaktivitet og stabilitet også kan være assosiert med genetiske og miljømessige faktorer.
Forventet innhold av bioaktivt isotiocyanat ble beregnet basert på LC50-verdiene for hvert frømåltid ved 24 og 72 timer (tabell 5) for sammenligning med tilsvarende kjemiske anvendelser.Etter 24 timer var isotiocyanatene i frømelet mer toksiske enn de rene forbindelsene.LC50-verdier beregnet basert på deler per million (ppm) av isotiocyanatfrøbehandlinger var lavere enn LC50-verdier for BITC-, AITC- og 4-HBITC-applikasjoner.Vi observerte larver som konsumerte frømelpellets (figur 3A).Følgelig kan larver få mer konsentrert eksponering for giftige isotiocyanater ved å innta frømelpellets.Dette var tydeligst i IG- og PG-frømelbehandlingene ved 24-timers eksponering, der LC50-konsentrasjoner var henholdsvis 75 % og 72 % lavere enn rene AITC- og 4-HBITC-behandlinger.Ls- og DFP-behandlinger var mer toksiske enn rent isotiocyanat, med henholdsvis LC50-verdier 24 % og 41 % lavere.Larvene i kontrollbehandlingen forpuppet seg vellykket (fig. 3B), mens de fleste larvene i frømelbehandlingen ikke forpupte seg og larveutviklingen ble betydelig forsinket (fig. 3B,D).I Spodopteralitura er isotiocyanater assosiert med vekstretardasjon og utviklingsforsinkelse79.
Larver av Ae.Aedes aegypti-mygg ble kontinuerlig eksponert for Brassica-frøpulver i 24–72 timer.(A) Døde larver med partikler av frømel i munndelene (sirklet);(B) Kontrollbehandling (dH20 uten tilsatt frømel) viser at larver vokser normalt og begynner å forpuppe seg etter 72 timer (C, D) Larver behandlet med frømel;frømelet viste forskjeller i utvikling og forpuppet seg ikke.
Vi har ikke studert mekanismen for toksiske effekter av isotiocyanater på mygglarver.Tidligere studier på røde ildmaur (Solenopsis invicta) har imidlertid vist at hemming av glutation S-transferase (GST) og esterase (EST) er hovedmekanismen for isotiocyanat-bioaktivitet, og AITC, selv ved lav aktivitet, kan også hemme GST-aktivitet .røde importerte brannmaur i lave konsentrasjoner.Dosen er 0,5 µg/ml80.I motsetning til dette hemmer AITC acetylkolinesterase hos voksne maissnutebiller (Sitophilus zeamais)81.Lignende studier må utføres for å belyse mekanismen for isotiocyanataktivitet i mygglarver.
Vi bruker varmeinaktivert DFP-behandling for å støtte forslaget om at hydrolyse av planteglukosinolater for å danne reaktive isotiocyanater fungerer som en mekanisme for mygglarverkontroll med sennepsfrømel.DFP-HT frømel var ikke giftig ved de testede påføringsmengdene.Lafarga et al.82 rapporterte at glukosinolater er følsomme for nedbrytning ved høye temperaturer.Varmebehandling forventes også å denaturere myrosinase-enzymet i frømel og forhindre hydrolyse av glukosinolater for å danne reaktive isotiocyanater.Dette ble også bekreftet av Okunade et al.75 viste at myrosinase er temperatursensitiv, og viser at myrosinaseaktiviteten ble fullstendig inaktivert når sennep, sort sennep og blodrotfrø ble utsatt for temperaturer over 80°.C. Disse mekanismene kan resultere i tap av insekticid aktivitet av varmebehandlet DFP-frømel.
Dermed er sennepsfrømel og dets tre viktigste isotiocyanater giftige for mygglarver.Gitt disse forskjellene mellom frømel og kjemiske behandlinger, kan bruk av frømel være en effektiv metode for myggkontroll.Det er behov for å identifisere egnede formuleringer og effektive leveringssystemer for å forbedre effektiviteten og stabiliteten ved bruk av frøpulver.Resultatene våre indikerer potensiell bruk av sennepsfrømel som et alternativ til syntetiske plantevernmidler.Denne teknologien kan bli et innovativt verktøy for å kontrollere myggvektorer.Fordi mygglarver trives i vannmiljøer og frømelglukosinolater omdannes enzymatisk til aktive isotiocyanater ved hydrering, gir bruken av sennepsfrømel i mygginfisert vann et betydelig kontrollpotensial.Selv om den larvicide aktiviteten til isotiocyanater varierer (BITC > AITC > 4-HBITC), er det nødvendig med mer forskning for å avgjøre om kombinasjon av frømel med flere glukosinolater øker toksisiteten synergistisk.Dette er den første studien som viser de insektdrepende effektene av avfettet korsblomstfrømel og tre bioaktive isotiocyanater på mygg.Resultatene av denne studien bryter ny mark ved å vise at avfettet kålfrømel, et biprodukt av oljeutvinning fra frøene, kan tjene som et lovende larvicidal middel for myggkontroll.Denne informasjonen kan bidra til å fremme oppdagelsen av plantebiokontrollmidler og deres utvikling som billige, praktiske og miljøvennlige biopesticider.
Datasettene generert for denne studien og de resulterende analysene er tilgjengelig fra den tilsvarende forfatteren på rimelig forespørsel.På slutten av studien ble alt materiale som ble brukt i studien (insekter og frømel) ødelagt.
Innleggstid: 29. juli 2024