Tehokkaastitorjua hyttysiäkemiallisille torjunta-aineille tarvitaan strategisia, kestäviä ja ympäristöystävällisiä vaihtoehtoja ja vähentää niiden kantamien sairauksien esiintyvyyttä.Arvioimme tiettyjen Brassicaceae-heimon (Brassica-suvun) siemenjauhoja kasviperäisten isotiosyanaattien lähteenä, joka on tuotettu biologisesti inaktiivisten glukosinolaattien entsymaattisella hydrolyysillä käytettäväksi egyptiläisten Aedes-eläinten torjuntaan (L., 1762).Viidestä rasvattomasta siemenjauho (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 ja Thlaspi arvense – kolme päätyyppiä lämpöinaktivoinnista ja entsymaattisesta degradaatiosta tuotteet Allyyli-isotiosyanaatin, bentsyyli-isotiosyanaatin ja 4-hydroksibentsyyli-isotiosyanaatin toksisuuden (LC50) määrittämiseksi Aedes aegypti -toukille 24 tunnin altistuksessa = 0,04 g/120 ml dH2O).Sinapin, valkosinapin ja korteen LC50-arvot.siemenjauho oli vastaavasti 0,05, 0,08 ja 0,05 verrattuna allyyli-isotiosyanaattiin (LC50 = 19,35 ppm) ja 4. -Hydroksibentsyyli-isotiosyanaatti (LC50 = 55,41 ppm) oli myrkyllisempää toukille kuin 20.1 g/10 ml 24 tunnin kuluttua käsittelystä.Nämä tulokset ovat yhdenmukaisia sinimailasen siemenjauhon tuotannon kanssa.Bentsyyliesterien korkeampi hyötysuhde vastaa laskettuja LC50-arvoja.Siemenjauhon käyttö voi tarjota tehokkaan menetelmän hyttysten torjuntaan.ristikukkaisten siemenjauheen ja sen tärkeimpien kemiallisten komponenttien tehokkuus hyttysten toukkia vastaan ja osoittaa, kuinka ristikukkaisten siemenjauheen luonnolliset yhdisteet voivat toimia lupaavana ympäristöystävällisenä toukkamyrkkynä hyttysten torjuntaan.
Aedes-hyttysten aiheuttamat vektorivälitteiset taudit ovat edelleen suuri maailmanlaajuinen kansanterveysongelma.Hyttysten levittämien tautien ilmaantuvuus leviää maantieteellisesti1,2,3 ja ilmaantuu uudelleen, mikä johtaa vakavien tautien puhkeamiseen4,5,6,7.Tautien leviäminen ihmisten ja eläinten keskuudessa (esim. chikungunya, denguekuume, Rift Valley -kuume, keltakuume ja Zika-virus) on ennennäkemätöntä.Pelkästään denguekuume altistaa noin 3,6 miljardille ihmiselle tartuntariskin tropiikissa, ja arviolta 390 miljoonaa tartuntaa tapahtuu vuosittain, mikä johtaa 6 100–24 300 kuolemaan8.Zika-viruksen uusiutuminen ja puhkeaminen Etelä-Amerikassa on herättänyt maailmanlaajuista huomiota sen aiheuttamien aivovaurioiden vuoksi tartunnan saaneille naisille syntyneille lapsille2.Kremer et al 3 ennustavat, että Aedes-hyttysten maantieteellinen levinneisyysalue jatkaa laajentumistaan ja että vuoteen 2050 mennessä puolet maailman väestöstä on vaarassa saada hyttysten levittämät arbovirukset.
Lukuun ottamatta äskettäin kehitettyjä denguekuume- ja keltakuumerokotteita, useimpia hyttysten levittämiä sairauksia vastaan ei ole vielä kehitetty rokotteita9,10,11.Rokotteita on edelleen saatavilla rajoitettu määrä, ja niitä käytetään vain kliinisissä kokeissa.Hyttysvektorien torjunta synteettisten hyönteismyrkkyjen avulla on ollut keskeinen strategia hyttysten levittämien tautien leviämisen hillitsemisessä12,13.Vaikka synteettiset torjunta-aineet tappavat tehokkaasti hyttysiä, synteettisten torjunta-aineiden jatkuva käyttö vaikuttaa negatiivisesti muihin kuin kohdeorganismeihin ja saastuttaa ympäristöä14,15,16.Vielä huolestuttavampi on hyttysten vastustuskyky kemiallisille hyönteismyrkkyille17,18,19.Nämä torjunta-aineisiin liittyvät ongelmat ovat nopeuttaneet tehokkaiden ja ympäristöystävällisten vaihtoehtojen etsimistä taudinlevittäjien torjuntaan.
Erilaisia kasveja on kehitetty kasvien torjunta-aineiden lähteiksi tuholaistorjuntaan20,21.Kasviaineet ovat yleensä ympäristöystävällisiä, koska ne ovat biologisesti hajoavia ja niiden toksisuus muille kuin kohdeorganismeille, kuten nisäkkäille, kaloille ja sammakkoeläimille, on vähäistä tai mitätöntä20,22.Yrttivalmisteiden tiedetään tuottavan erilaisia bioaktiivisia yhdisteitä, joilla on eri vaikutusmekanismit, jotka säätelevät tehokkaasti hyttysten eri elämänvaiheita23,24,25,26.Kasviperäiset yhdisteet, kuten eteeriset öljyt ja muut aktiiviset kasviperäiset ainesosat, ovat saaneet huomiota ja tasoittaneet tietä innovatiivisille työkaluille hyttysvektorien torjuntaan.Eteeriset öljyt, monoterpeenit ja seskviterpeenit toimivat karkotteina, ruokinnan karkotteina ja munasarjoina27,28,29,30,31,32,33.Monet kasviöljyt aiheuttavat hyttysten toukkien, nukkejen ja aikuisten kuoleman34,35,36 vaikuttaen hyönteisten hermostoon, hengityselimiin, endokriinisiin ja muihin tärkeisiin järjestelmiin37.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat antaneet käsityksen sinappikasvien ja niiden siementen mahdollisesta käytöstä bioaktiivisten yhdisteiden lähteenä.Sinapinsiemenjauho on testattu biokaasutusaineena38,39,40,41 ja sitä on käytetty maaperän parannuskeinona rikkakasvien torjuntaan42,43,44 ja maaperässä leviävien kasvipatogeenien45,46,47,48,49,50 torjuntaan, kasvien ravintoon.sukkulamadot 41, 51, 52, 53, 54 ja tuholaiset 55, 56, 57, 58, 59, 60. Näiden siemenjauheiden fungisidinen vaikutus johtuu kasveja suojaavista yhdisteistä, joita kutsutaan isotiosyanaateiksi38, 42, 60.Kasveissa nämä suojaavat yhdisteet varastoituvat kasvisoluihin ei-bioaktiivisten glukosinolaattien muodossa.Kuitenkin, kun kasveja vahingoittaa hyönteisten ruokinta tai patogeeni-infektio, myrosinaasi hydrolysoi glukosinolaatteja bioaktiivisiksi isotiosyanaateiksi55,61.Isotiosyanaatit ovat haihtuvia yhdisteitä, joilla tiedetään olevan laajakirjoinen antimikrobinen ja hyönteismyrkkyvaikutus, ja niiden rakenne, biologinen aktiivisuus ja pitoisuus vaihtelevat suuresti Brassicaceae-lajien välillä42, 59, 62, 63.
Vaikka sinapinsiemenjauhosta johdetuilla isotiosyanaateilla tiedetään olevan hyönteismyrkkyä, tiedot biologisesta aktiivisuudesta lääketieteellisesti tärkeitä niveljalkaisten vektoreita vastaan puuttuvat.Tutkimuksemme tutki neljän rasvattoman siemenjauheen toukkamyrkkyvaikutusta Aedes-hyttysiä vastaan.Aedes aegyptin toukat.Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida niiden mahdollista käyttöä ympäristöystävällisinä biopestideinä hyttysten torjuntaan.Siemenjauhon kolme tärkeintä kemiallista komponenttia, allyyli-isotiosyanaatti (AITC), bentsyyli-isotiosyanaatti (BITC) ja 4-hydroksibentsyyli-isotiosyanaatti (4-HBITC), testattiin myös näiden kemiallisten komponenttien biologisen aktiivisuuden testaamiseksi hyttysen toukissa.Tämä on ensimmäinen raportti, jossa arvioidaan neljän kaalin siemenjauheen ja niiden tärkeimpien kemiallisten komponenttien tehokkuutta hyttysen toukkia vastaan.
Aedes aegyptin (Rockefeller-kanta) laboratoriopesäkkeitä pidettiin 26 °C:ssa, 70 %:n suhteellisessa kosteudessa (RH) ja 10:14 tunnissa (L:D-valojakso).Pariutuneet naaraat pidettiin muovihäkeissä (korkeus 11 cm ja halkaisija 9,5 cm) ja ruokittiin pullonsyöttöjärjestelmän kautta sitroitua naudan verta (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).Verensyöttö suoritettiin tavalliseen tapaan käyttämällä kalvon monilasisyöttölaitetta (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA), joka oli yhdistetty kiertävään vesihaudeputkeen (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) lämpötilalla kontrolli 37 °C.Venytä Parafilm M -kalvo jokaisen lasinsyöttökammion pohjalle (ala 154 mm2).Jokainen syöttölaite asetettiin sitten yläritilään, joka peitti parittelevan naaraan sisältävän häkin.Noin 350–400 μl naudan verta lisättiin lasiseen syöttösuppiloon Pasteur-pipetillä (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) ja aikuisten matojen annettiin valua vähintään tunnin ajan.Raskaana oleville naaraille annettiin sitten 10-prosenttista sakkaroosiliuosta, ja niiden annettiin munia kostealle suodatinpaperille, joka oli vuorattu yksittäisiin ultrakirkkaisiin soufflekuppeihin (1,25 fl unssia, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).häkki vedellä.Aseta munia sisältävä suodatinpaperi suljettuun pussiin (SC Johnsons, Racine, WI) ja säilytä 26 °C:ssa.Munat kuoriutuivat ja noin 200–250 toukkaa kasvatettiin muovialuksilla, joissa oli sekoitus kaninruokaa (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) ja maksajauhetta (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA).ja kalafileetä (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Saksa) suhteessa 2:1:1.Myöhäisiä kolmannen vaiheen toukkia käytettiin biotesteissämme.
Tässä tutkimuksessa käytetty kasvien siemenmateriaali saatiin seuraavista kaupallisista ja valtion lähteistä: Brassica juncea (ruskea sinappi-Tyynenmeren kulta) ja Brassica juncea (valkoinen sinappi-Ida Gold) Pacific Northwest Farmers' Cooperativelta, Washingtonin osavaltiosta, USA:sta;(Garden Cress) Kelly Seed and Hardware Co.:lta, Peoria, IL, USA ja Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) USDA-ARS:lta, Peoria, IL, USA;Yhtään tutkimuksessa käytetyistä siemenistä ei käsitelty torjunta-aineilla.Kaikki siemenmateriaali käsiteltiin ja käytettiin tässä tutkimuksessa paikallisten ja kansallisten määräysten ja kaikkien asiaankuuluvien paikallisten valtion ja kansallisten määräysten mukaisesti.Tässä tutkimuksessa ei tutkittu siirtogeenisiä kasvilajikkeita.
Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), valkosinappi (IG), Thlaspi arvense (DFP) siemenet jauhettiin hienoksi jauheeksi Retsch ZM200 ultrasentrifugimyllyllä (Retsch, Haan, Saksa), joka oli varustettu 0,75 mm:n meshillä ja ruostumattomalla teräksellä. teräsroottori, 12 hammasta, 10 000 rpm (taulukko 1).Jauhettu siemenjauhe siirrettiin paperisormustimeen ja rasvat poistettiin heksaanilla Soxhlet-laitteessa 24 tunnin ajan.Osanäyte rasvattomasta peltosinapista lämpökäsiteltiin 100 °C:ssa 1 tunnin ajan myrosinaasin denaturoimiseksi ja glukosinolaattien hydrolyysin estämiseksi biologisesti aktiivisten isotiosyanaattien muodostamiseksi.Lämpökäsiteltyä kortesiemenjauhetta (DFP-HT) käytettiin negatiivisena kontrollina denaturoimalla myrosinaasia.
Rasvattoman siemenjauhon glukosinolaattipitoisuus määritettiin kolmena rinnakkaisena käyttämällä korkean suorituskyvyn nestekromatografiaa (HPLC) aiemmin julkaistun protokollan mukaisesti 64 .Lyhyesti sanottuna 3 ml metanolia lisättiin 250 mg:n näytteeseen rasvattomasta siemenjauheesta.Jokaista näytettä sonikoitiin vesihauteessa 30 minuuttia ja jätettiin pimeään 23 °C:seen 16 tunniksi.1 ml:n alikvootti orgaanista kerrosta suodatettiin sitten 0,45 um:n suodattimen läpi automaattiseen näytteenottimeen.Siemenjauhon glukosinolaattipitoisuus määritettiin Shimadzu HPLC -järjestelmällä (kaksi LC 20AD -pumppua; SIL 20A automaattinen näytteenottolaite; DGU 20As kaasunpoistolaite; SPD-20A UV-VIS-detektori 237 nm:n valvontaan; ja CBM-20A-tietoliikenneväylämoduuli). kolmena kappaleena.käyttäen Shimadzu LC Solution -ohjelmistoversiota 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Kolonni oli C18 Inertsil -käänteisfaasikolonni (250 mm x 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Alkuvaiheen liikkuvan faasin olosuhteet asetettiin 12 % metanoliin/88 % 0,01 M tetrabutyyliammoniumhydroksidiin vedessä (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) virtausnopeudella 1 ml/min.15 μl:n näytettä injektoinnin jälkeen alkuolosuhteita pidettiin yllä 20 minuuttia, minkä jälkeen liuotinsuhde säädettiin 100 %:iin metanolia, jolloin näytteen kokonaisanalyysiaika oli 65 minuuttia.Standardikäyrä (nM/mAb-pohjainen) muodostettiin sarjalaimennoksilla juuri valmistettuja sinapiinin, glukosinolaatin ja myrosiinistandardeja (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) rasvattoman siemenjauhon rikkipitoisuuden arvioimiseksi.glukosinolaatit.Glukosinolaattipitoisuudet näytteissä testattiin Agilent 1100 HPLC:llä (Agilent, Santa Clara, CA, USA) käyttämällä OpenLAB CDS ChemStation -versiota (C.01.07 SR2 [255]), joka oli varustettu samalla kolonnilla ja käyttämällä aiemmin kuvattua menetelmää.Glukosinolaattipitoisuudet määritettiin;olla vertailukelpoisia HPLC-järjestelmien välillä.
Allyyli-isotiosyanaatti (94 %, stabiili) ja bentsyyli-isotiosyanaatti (98 %) ostettiin Fisher Scientificilta (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-hydroksibentsyyli-isotiosyanaatti ostettiin ChemCruzilta (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Kun myrosinaasi hydrolysoi entsymaattisesti, glukosinolaatit, glukosinolaatit ja glukosinolaatit muodostavat allyyli-isotiosyanaatin, bentsyyli-isotiosyanaatin ja 4-hydroksibentsyyli-isotiosyanaatin, vastaavasti.
Laboratoriobiomääritykset suoritettiin Muturin et ai.32 muutoksilla.Tutkimuksessa käytettiin viittä vähärasvaista siemenrehua: DFP, DFP-HT, IG, PG ja Ls.Kaksikymmentä toukkaa asetettiin 400 ml:n kertakäyttöiseen kolmisuuntaiseen dekantterilasiin (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA), joka sisälsi 120 ml deionisoitua vettä (dH2O).Seitsemän siemenjauhon pitoisuutta testattiin hyttysen toukkien toksisuuden suhteen: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 ja 0,12 g siemenjauhoa/120 ml dH20:ta DFP-siemenjauholle, DFP-HT:lle, IG:lle ja PG:lle.Alustavat biotestit osoittavat, että rasvattomat Ls-siemenjauhot ovat myrkyllisempiä kuin neljä muuta testattua siemenjauhoa.Siksi säädimme Ls-siemenjauhon seitsemän käsittelypitoisuutta seuraaviin pitoisuuksiin: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 ja 0,075 g/120 ml dH20.
Käsittelemätön kontrolliryhmä (dH20, ei siemenjauholisää) otettiin mukaan arvioimaan normaalia hyönteiskuolleisuutta määritysolosuhteissa.Jokaisen siemenjauhon toksikologisiin biomäärityksiin sisältyi kolme rinnakkaista kolmikulmaista dekantterilasia (20 kolmannen vaiheen myöhäisen vaiheen toukkia dekantterilasia kohden), yhteensä 108 pulloa.Käsiteltyjä säiliöitä säilytettiin huoneenlämpötilassa (20-21 °C) ja toukkien kuolleisuus kirjattiin 24 ja 72 tunnin jatkuvan altistuksen aikana käsittelypitoisuuksille.Jos hyttysen ruumis ja lisäkkeet eivät liiku, kun se lävistetään tai kosketetaan ohuella ruostumattomalla teräslastalla, hyttysen toukat katsotaan kuolleiksi.Kuolleet toukat pysyvät yleensä liikkumattomina selkä- tai vatsa-asennossa säiliön pohjalla tai veden pinnalla.Koe toistettiin kolme kertaa eri päivinä käyttämällä eri toukkaryhmiä, yhteensä 180 toukkaa, jotka altistettiin kullekin käsittelypitoisuudelle.
AITC:n, BITC:n ja 4-HBITC:n myrkyllisyys hyttysen toukille arvioitiin käyttämällä samaa biomääritysmenetelmää, mutta eri käsittelyillä.Valmista 100 000 ppm kantaliuosta jokaiselle kemikaalille lisäämällä 100 µl kemikaalia 900 µl:aan absoluuttista etanolia 2 ml:n sentrifugiputkessa ja ravistamalla 30 sekuntia, jotta se sekoittuu perusteellisesti.Hoitopitoisuudet määritettiin alustavien biotesteidemme perusteella, joiden mukaan BITC oli paljon myrkyllisempää kuin AITC ja 4-HBITC.Myrkyllisyyden määrittämiseksi 5 pitoisuutta BITC:tä (1, 3, 6, 9 ja 12 ppm), 7 pitoisuutta AITC:tä (5, 10, 15, 20, 25, 30 ja 35 ppm) ja 6 pitoisuutta 4-HBITC:tä (15 , 15, 20, 25, 30 ja 35 ppm).30, 45, 60, 75 ja 90 ppm).Kontrollikäsittelyyn injektoitiin 108 µl absoluuttista etanolia, mikä vastaa käsittelykemikaalien maksimitilavuutta.Biomääritykset toistettiin kuten yllä, paljastaen yhteensä 180 toukkaa käsittelykonsentraatiota kohti.Toukkien kuolleisuus kirjattiin jokaiselle AITC-, BITC- ja 4-HBITC-pitoisuudelle 24 tunnin jatkuvan altistuksen jälkeen.
65 annokseen liittyvän kuolleisuustiedon probit-analyysi suoritettiin käyttämällä Polo-ohjelmistoa (Polo Plus, LeOra Software, versio 1.0) 50 %:n tappavan pitoisuuden (LC50), 90 %:n tappavan pitoisuuden (LC90), kaltevuuden, tappavan annoskertoimen ja 95 laskemiseksi. % tappava pitoisuus.perustuen luottamusväliin letaalisille annossuhteille log-muunnetuille pitoisuuksille ja annos-kuolleisuuskäyrille.Kuolleisuustiedot perustuvat kullekin käsittelypitoisuudelle altistetun 180 toukan yhdistettyihin rinnakkaistietoihin.Todennäköisyysanalyysit suoritettiin erikseen jokaiselle siemenjauholle ja jokaiselle kemialliselle komponentille.Kuolettavan annossuhteen 95 %:n luottamusvälin perusteella siemenjauhon ja kemiallisten aineosien toksisuuden katsottiin olevan merkittävästi erilainen hyttysen toukille, joten arvon 1 sisältävä luottamusväli ei ollut merkitsevästi erilainen, P = 0,0566.
HPLC-tulokset tärkeimpien glukosinolaattien määrittämiseksi rasvattomista siemenjauhoista DFP, IG, PG ja Ls on lueteltu taulukossa 1. Tärkeimmät glukosinolaatit testatuissa siemenjauhoissa vaihtelivat lukuun ottamatta DFP:tä ja PG:tä, jotka molemmat sisälsivät myrosinaasiglukosinolaatteja.Myrosiniinipitoisuus PG:ssä oli korkeampi kuin DFP:ssä, vastaavasti 33,3 ± 1,5 ja 26,5 ± 0,9 mg/g.Ls-siemenjauhe sisälsi 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglykonia, kun taas IG-siemenjauhe sisälsi 38,0 ± 0,5 mg/g sinapiinia.
Ae.Aedes aegypti -hyttyset tapettiin, kun niitä käsiteltiin rasvattomalla siemenjauholla, vaikka hoidon tehokkuus vaihteli kasvilajin mukaan.Vain DFP-NT ei ollut myrkyllinen hyttysen toukille 24 ja 72 tunnin altistuksen jälkeen (taulukko 2).Aktiivisen siemenjauheen myrkyllisyys lisääntyi pitoisuuden kasvaessa (kuvio 1A, B).Siemenjauhon myrkyllisyys hyttysen toukille vaihteli merkittävästi LC50-arvojen tappavan annossuhteen 95 % CI:n perusteella 24 tunnin ja 72 tunnin arvioinneissa (taulukko 3).24 tunnin kuluttua Ls-siemenjauhon myrkyllinen vaikutus oli suurempi kuin muiden siemenjauhokäsittelyjen, ja sillä oli suurin aktiivisuus ja suurin myrkyllisyys toukille (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Toukat olivat vähemmän herkkiä DFP:lle 24 tunnin kohdalla verrattuna IG-, Ls- ja PG-siemenjauhekäsittelyihin, LC50-arvoilla 0,115, 0,04 ja 0,08 g/120 ml dH2O:ta, jotka olivat tilastollisesti korkeampia kuin LC50-arvo.0,211 g/120 ml dH20:ta (taulukko 3).DFP:n, IG:n, PG:n ja Ls:n LC90-arvot olivat 0,376, 0,275, 0,137 ja 0,074 g/120 ml dH2O:ta, vastaavasti (taulukko 2).Suurin DPP-pitoisuus oli 0,12 g/120 ml dH2O.24 tunnin arvioinnin jälkeen toukkien keskimääräinen kuolleisuus oli vain 12 %, kun taas IG- ja PG-toukkien keskimääräinen kuolleisuus oli 51 % ja 82 %.24 tunnin arvioinnin jälkeen toukkien keskimääräinen kuolleisuus korkeimmalla Ls-siemenjauhokäsittelyllä (0,075 g/120 ml dH20) oli 99 % (kuvio 1A).
Kuolleisuuskäyrät arvioitiin Ae:n annosvasteesta (Probit).Egyptin toukat (3. vaiheen toukat) siemenjauhon pitoisuuteen 24 tuntia (A) ja 72 tuntia (B) käsittelyn jälkeen.Katkoviiva edustaa siemenjauhokäsittelyn LC50:tä.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Heat inaktivoitu Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
72 tunnin arvioinnissa DFP:n, IG:n ja PG:n siemenjauhon LC50-arvot olivat 0,111, 0,085 ja 0,051 g/120 ml dH2O.Lähes kaikki Ls-siemenjauholle altistuneet toukat kuolivat 72 tunnin altistuksen jälkeen, joten kuolleisuustiedot olivat ristiriidassa Probit-analyysin kanssa.Verrattuna muihin siemenjauhoihin, toukat olivat vähemmän herkkiä DFP-siemenjauhokäsittelylle ja niillä oli tilastollisesti korkeammat LC50-arvot (taulukot 2 ja 3).72 tunnin kuluttua DFP-, IG- ja PG-siemenjauhokäsittelyjen LC50-arvot arvioitiin olevan 0,111, 0,085 ja 0,05 g/120 ml dH2O.72 tunnin arvioinnin jälkeen DFP-, IG- ja PG-siemenjauheiden LC90-arvot olivat 0,215, 0,254 ja 0,138 g/120 ml dH2O.72 tunnin arvioinnin jälkeen toukkien keskimääräinen kuolleisuus DFP-, IG- ja PG-siemenjauhokäsittelyissä maksimipitoisuuksilla 0,12 g/120 ml dH20 oli 58 %, 66 % ja 96 %, vastaavasti (kuvio 1B).72 tunnin arvioinnin jälkeen PG-siemenjauhon havaittiin olevan myrkyllisempää kuin IG- ja DFP-siemenjauho.
Synteettiset isotiosyanaatit, allyyli-isotiosyanaatti (AITC), bentsyyli-isotiosyanaatti (BITC) ja 4-hydroksibentsyyli-isotiosyanaatti (4-HBITC) voivat tappaa tehokkaasti hyttysen toukkia.24 tuntia käsittelyn jälkeen BITC oli myrkyllisempää toukille LC50-arvon ollessa 5,29 ppm verrattuna 19,35 ppm:ään AITC:llä ja 55,41 ppm:iin 4-HBITC:llä (taulukko 4).AITC:hen ja BITC:hen verrattuna 4-HBITC:llä on pienempi toksisuus ja korkeampi LC50-arvo.Kahden suuren isotiosyanaatin (Ls ja PG) myrkyllisyydessä hyttysen toukille on merkittäviä eroja tehokkaimmassa siemenjauhossa.Toksisuus, joka perustuu LC50-arvojen tappavaan annossuhteeseen AITC:n, BITC:n ja 4-HBITC:n välillä, osoitti tilastollisen eron, että LC50:n tappavan annossuhteen 95 % luottamusväli ei sisältänyt arvoa 1 (P = 0,05, taulukko 4).Sekä BITC:n että AITC:n korkeimpien pitoisuuksien arvioitiin tappavan 100 % testatuista toukista (kuva 2).
Kuolleisuuskäyrät arvioitiin Ae:n annosvasteesta (Probit).24 tuntia käsittelyn jälkeen egyptiläiset toukat (3. vaiheen toukat) saavuttivat synteettisen isotiosyanaattipitoisuuden.Katkoviiva edustaa isotiosyanaattikäsittelyn LC50:tä.Bentsyyli-isotiosyanaatti BITC, allyyli-isotiosyanaatti AITC ja 4-HBITC.
Kasvien biopestisidien käyttöä hyttysvektorien torjunta-aineina on tutkittu pitkään.Monet kasvit tuottavat luonnollisia kemikaaleja, joilla on hyönteismyrkkyä37.Niiden bioaktiiviset yhdisteet tarjoavat houkuttelevan vaihtoehdon synteettisille hyönteismyrkkyille, joilla on suuri potentiaali tuholaisten, mukaan lukien hyttysten, torjunnassa.
Sinappikasveja kasvatetaan niiden siementen sadona, käytetään mausteena ja öljyn lähteenä.Kun sinappiöljyä uutetaan siemenistä tai kun sinappi uutetaan käytettäväksi biopolttoaineena, 69 sivutuotteena on rasvaton siemenjauho.Tämä siemenjauho säilyttää monia luonnollisia biokemiallisia komponenttejaan ja hydrolyyttisiä entsyymejä.Tämän siemenjauhon myrkyllisyys johtuu isotiosyanaattien tuotannosta55,60,61.Isotiosyanaatteja muodostuu glukosinolaattien hydrolyysissä myrosinaasientsyymin vaikutuksesta siemenjauhon hydratoituessa38, 55, 70 ja niillä tiedetään olevan fungisidisia, bakteereja, nematisidisia ja hyönteismyrkkyjä sekä muita ominaisuuksia, kuten kemiallisia sensorisia vaikutuksia ja kemoterapeuttisia ominaisuuksia61,62. 70.Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että sinappikasvit ja siemenjauho toimivat tehokkaasti kaasutusaineina maaperän ja varastoitujen ruokien tuholaisia vastaan57,59,71,72.Tässä tutkimuksessa arvioimme neljän siemenjauhon ja sen kolmen bioaktiivisen tuotteen AITC, BITC ja 4-HBITC myrkyllisyyttä Aedes-hyttysen toukille.Aedes aegypti.Siemenjauhon lisäämisen suoraan hyttysen toukkia sisältävään veteen odotetaan aktivoivan entsymaattisia prosesseja, jotka tuottavat isotiosyanaatteja, jotka ovat myrkyllisiä hyttysen toukille.Tämä biotransformaatio osoitti osittain siemenjauhon havaitun toukkamyrkkyaktiivisuuden ja hyönteismyrkkyaktiivisuuden häviämisen, kun kääpiösinapinsiemenjauho lämpökäsiteltiin ennen käyttöä.Lämpökäsittelyn odotetaan tuhoavan glukosinolaatteja aktivoivat hydrolyyttiset entsyymit, mikä estää bioaktiivisten isotiosyanaattien muodostumisen.Tämä on ensimmäinen tutkimus, joka vahvistaa kaalin siemenjauheen hyönteismyrkyt ominaisuudet hyttysiä vastaan vesiympäristössä.
Testatuista siemenjauheista myrkyllisin oli vesikrassin siemenjauhe (Ls), joka aiheutti korkean Aedes albopictuksen kuolleisuuden.Aedes aegypti -toukkia käsiteltiin jatkuvasti 24 tunnin ajan.Kolmen jäljellä olevan siemenjauheen (PG, IG ja DFP) aktiivisuus oli hitaampaa ja ne aiheuttivat silti merkittävää kuolleisuutta 72 tunnin jatkuvan käsittelyn jälkeen.Vain Ls-siemenjauho sisälsi merkittäviä määriä glukosinolaatteja, kun taas PG ja DFP sisälsivät myrosinaasia ja IG sisälsivät glukosinolaattia pääglukosinolaattina (taulukko 1).Glukotropaeoliini hydrolysoituu BITC:ksi ja sinalbiini 4-HBITC61,62:ksi.Biotestituloksemme osoittavat, että sekä Ls-siemenjauho että synteettinen BITC ovat erittäin myrkyllisiä hyttysen toukille.PG- ja DFP-siemenjauhon pääkomponentti on myrosinaasiglukosinolaatti, joka hydrolysoituu AITC:ksi.AITC tappaa tehokkaasti hyttysen toukkia, joiden LC50-arvo on 19,35 ppm.AITC:hen ja BITC:hen verrattuna 4-HBITC-isotiosyanaatti on vähiten myrkyllinen toukille.Vaikka AITC on vähemmän myrkyllinen kuin BITC, niiden LC50-arvot ovat alhaisemmat kuin monilla hyttysen toukilla testatuilla eteerisillä öljyillä32,73,74,75.
Hyttysten toukkien torjuntaan tarkoitettu ristikukkaisten siemenjauheemme sisältää yhden pääglukosinolaatin, jonka osuus on yli 98-99 % kaikista glukosinolaateista HPLC:llä määritettynä.Muita glukosinolaatteja havaittiin pieniä määriä, mutta niiden tasot olivat alle 0,3 % glukosinolaattien kokonaismäärästä.Vesikrassin (L. sativum) siemenjauhe sisältää sekundäärisiä glukosinolaatteja (sinigrin), mutta niiden osuus on 1 % glukosinolaattien kokonaismäärästä ja niiden pitoisuus on edelleen merkityksetön (n. 0,4 mg/g siemenjauhetta).Vaikka PG ja DFP sisältävät samaa pääglukosinolaattia (myrosiinia), niiden siemenjauhojen toukkia tappava vaikutus eroaa merkittävästi niiden LC50-arvojen vuoksi.Vaihtelee myrkyllisyydeltään härmäsientä.Aedes aegypti -toukkien ilmaantuminen voi johtua myrosinaasiaktiivisuuden tai stabiilisuuden eroista näiden kahden siemenrehun välillä.Myrosinaasiaktiivisuudella on tärkeä rooli hydrolyysituotteiden, kuten isotiosyanaattien, biologisessa hyötyosuudessa Brassicaceae-kasveissa76.Pocockin et al.77 ja Wilkinson et ai.78 aiemmat raportit ovat osoittaneet, että muutokset myrosinaasiaktiivisuudessa ja stabiilisuudessa voivat liittyä myös geneettisiin ja ympäristötekijöihin.
Odotettu bioaktiivinen isotiosyanaattipitoisuus laskettiin kunkin siemenjauhon LC50-arvojen perusteella 24 ja 72 tunnin kohdalla (taulukko 5) vertailua varten vastaaviin kemiallisiin sovelluksiin.24 tunnin kuluttua siemenjauhon isotiosyanaatit olivat myrkyllisempiä kuin puhtaat yhdisteet.Isotiosyanaattisiemenkäsittelyjen miljoonasosien (ppm) perusteella lasketut LC50-arvot olivat alhaisemmat kuin LC50-arvot BITC-, AITC- ja 4-HBITC-sovelluksissa.Havaitsimme toukkien syövän siemenjauhopellettejä (kuva 3A).Tämän seurauksena toukat voivat altistua enemmän myrkyllisille isotiosyanaateille nielemällä siemenjauhopellettejä.Tämä oli ilmeisin IG- ja PG-siemenjauhokäsittelyissä 24 tunnin altistuksessa, jossa LC50-pitoisuudet olivat 75 % ja 72 % alhaisemmat kuin puhtaalla AITC- ja 4-HBITC-hoidolla.Ls- ja DFP-käsittelyt olivat myrkyllisempiä kuin puhdas isotiosyanaatti, ja LC50-arvot olivat 24 % ja 41 % alhaisemmat.Kontrollikäsittelyn toukat nukkuivat onnistuneesti (kuvio 3B), kun taas useimmat siemenjauhokäsittelyn toukat eivät nukkuneet ja toukkien kehitys viivästyi merkittävästi (kuvio 3B, D).Spodopteraliturassa isotiosyanaatit liittyvät kasvun hidastumiseen ja kehityksen viivästymiseen79.
Ae.Aedes aegypti -hyttyset altistettiin jatkuvasti Brassica-siemenjauheelle 24–72 tunnin ajan.(A) Kuolleet toukat, joiden suuosissa on siemenjauhon hiukkasia (ympyröity);(B) Kontrollikäsittely (dH20 ilman lisättyä siemenjauhoa) osoittaa, että toukat kasvavat normaalisti ja alkavat nukkua 72 tunnin kuluttua (C, D) Siemenjauholla käsitellyt toukat;siemenjauho osoitti kehityseroja, eikä se nukkunut.
Emme ole tutkineet isotiosyanaattien myrkyllisten vaikutusten mekanismia hyttysen toukille.Aiemmat tutkimukset punaisilla tulimuurahaisilla (Solenopsis invicta) ovat kuitenkin osoittaneet, että glutationi-S-transferaasin (GST) ja esteraasin (EST) esto on isotiosyanaatin bioaktiivisuuden päämekanismi, ja AITC voi myös alhaisella aktiivisuudella estää GST-aktiivisuutta. .punaiset tuodut tulimuurahaiset pieninä pitoisuuksina.Annos on 0,5 µg/ml80.Sitä vastoin AITC estää asetyylikoliiniesteraasia täysikasvuisissa maissikärskäissä (Sitophilus zeamais)81.Samanlaisia tutkimuksia on tehtävä isotiosyanaattiaktiivisuuden mekanismin selvittämiseksi hyttysen toukissa.
Käytämme lämpöinaktivoitua DFP-käsittelyä tukemaan ehdotusta, jonka mukaan kasvien glukosinolaattien hydrolyysi reaktiivisiksi isotiosyanaateiksi toimii mekanismina hyttysten toukkien torjuntaan sinapinsiemenjauholla.DFP-HT-siemenjauho ei ollut myrkyllinen testatuilla käyttömäärillä.Lafarga et ai.82 raportoi, että glukosinolaatit ovat herkkiä hajoamiselle korkeissa lämpötiloissa.Lämpökäsittelyn odotetaan myös denaturoivan myrosinaasientsyymiä siemenjauhossa ja estävän glukosinolaattien hydrolyysiä reaktiivisten isotiosyanaattien muodostamiseksi.Tämän vahvistivat myös Okunade et ai.75 osoitti, että myrosinaasi on lämpötilaherkkä, mikä osoitti, että myrosinaasiaktiivisuus inaktivoitui täysin, kun sinappi, mustasinappi ja verijuuren siemenet altistettiin yli 80 °C:n lämpötiloille.C. Nämä mekanismit voivat johtaa lämpökäsitellyn DFP-siemenjauhon hyönteismyrkkyvaikutuksen menettämiseen.
Siten sinapinsiemenjauho ja sen kolme suurta isotiosyanaattia ovat myrkyllisiä hyttysen toukille.Kun otetaan huomioon nämä erot siemenjauhon ja kemiallisten käsittelyjen välillä, siemenjauhon käyttö voi olla tehokas tapa torjua hyttysiä.On tarpeen tunnistaa sopivat formulaatiot ja tehokkaat antojärjestelmät siemenjauheiden käytön tehokkuuden ja stabiilisuuden parantamiseksi.Tuloksemme osoittavat sinapinsiemenjauhon mahdollisen käytön vaihtoehtona synteettisille torjunta-aineille.Tästä tekniikasta voisi tulla innovatiivinen työkalu hyttysvektorien torjuntaan.Koska hyttysen toukat viihtyvät vesiympäristössä ja siemenjauhon glukosinolaatit muuttuvat entsymaattisesti aktiivisiksi isotiosyanaateiksi hydratoituessaan, sinapinsiemenjauhon käyttö hyttysten saastuttamassa vedessä tarjoaa merkittävää torjuntapotentiaalia.Vaikka isotiosyanaattien larvisidinen aktiivisuus vaihtelee (BITC > AITC > 4-HBITC), lisätutkimusta tarvitaan sen selvittämiseksi, lisääkö siemenjauhon yhdistäminen useisiin glukosinolaatteihin synergistisesti toksisuutta.Tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa osoitetaan rasvattomien ristikukkaisten siemenjauhon ja kolmen bioaktiivisen isotiosyanaatin hyönteisiä tuhoavat vaikutukset hyttysiin.Tämän tutkimuksen tulokset avaavat uuden suunnan osoittamalla, että rasvattomaksi tehty kaalin siemenjauho, siemenistä öljyn erottamisen sivutuote, voi toimia lupaavana toukkia tuhoavana aineena hyttysten torjunnassa.Nämä tiedot voivat auttaa edistämään kasvien biotorjunta-aineiden löytämistä ja niiden kehittämistä halvoina, käytännöllisinä ja ympäristöystävällisinä biotorjunta-aineina.
Tätä tutkimusta varten luodut aineistot ja tuloksena saadut analyysit ovat saatavilla vastaavalta kirjoittajalta kohtuullisesta pyynnöstä.Tutkimuksen lopussa kaikki tutkimuksessa käytetyt materiaalit (hyönteiset ja siemenjauho) tuhottiin.
Postitusaika: 29.7.2024