Щоб ефективноборотися з комарамиі зменшити кількість захворювань, які вони переносять, необхідні стратегічні, стійкі та екологічно чисті альтернативи хімічним пестицидам.Ми оцінили насіннєву муку з певних Brassicaceae (родина Brassica) як джерело ізотіоціанатів рослинного походження, отриманих шляхом ферментативного гідролізу біологічно неактивних глюкозинолатів для використання в боротьбі з єгипетськими Aedes (L., 1762).Борошно з п’яти знежирених насіння (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 і Thlaspi arvense – три основні типи термічної інактивації та ферментативної деградації Хімічна продукти Для визначення токсичності (LC50) алілізотіоціанат, бензилізотіоціанат і 4-гідроксибензилізотіоціанат для личинок Aedes aegypti при 24-годинному впливі = 0,04 г/120 мл dH2O).Значення LC50 для гірчиці, білої гірчиці та хвоща.Насіннєве борошно становило 0,05, 0,08 і 0,05 відповідно порівняно з алілізотіоціанатом (LC50 = 19,35 ppm) і 4. -Гідроксибензилізотіоціанат (LC50 = 55,41 ppm) був більш токсичним для личинок через 24 години після обробки, ніж 0,1 г/120 мл dH2O відповідно.Ці результати узгоджуються з виробництвом борошна з насіння люцерни.Вища ефективність бензилових ефірів відповідає розрахунковим значенням LC50.Використання насіннєвого борошна може стати ефективним методом боротьби з комарами.ефективність порошку насіння хрестоцвітих і його основних хімічних компонентів проти личинок комарів і показує, як природні сполуки порошку насіння хрестоцвітих можуть служити перспективним екологічно чистим ларвіцидом для боротьби з комарами.
Трансмісивні захворювання, спричинені комарами Aedes, залишаються основною глобальною проблемою охорони здоров’я.Захворюваність хворобами, що передаються комарами, поширюється географічно1,2,3 і з’являється знову, що призводить до спалахів важких захворювань4,5,6,7.Поширення захворювань серед людей і тварин (наприклад, чикунгунья, денге, лихоманка долини Ріфт, жовта лихоманка та вірус Зіка) є безпрецедентним.Тільки лихоманка денге піддає ризику зараження приблизно 3,6 мільярда людей у тропіках, при цьому, за оцінками, щорічно відбувається 390 мільйонів інфекцій, що призводить до 6100–24300 смертей на рік8.Повторна поява та спалах вірусу Зіка в Південній Америці привернули увагу всього світу через пошкодження мозку, яке він викликає у дітей, народжених від інфікованих жінок2.Кремер та інші 3 прогнозують, що географічний ареал комарів Aedes продовжуватиме розширюватися і що до 2050 року половина населення світу буде піддаватися ризику зараження арбовірусами, які переносяться комарами.
За винятком нещодавно розроблених вакцин проти лихоманки денге та жовтої лихоманки, вакцини проти більшості захворювань, що передаються комарами, ще не розроблені9,10,11.Вакцини все ще доступні в обмеженій кількості і використовуються лише в клінічних випробуваннях.Боротьба з москітами-переносниками за допомогою синтетичних інсектицидів була ключовою стратегією боротьби з поширенням хвороб, що передаються комарами12,13.Хоча синтетичні пестициди ефективні для знищення комарів, продовження використання синтетичних пестицидів негативно впливає на нецільові організми та забруднює навколишнє середовище14,15,16.Ще більш тривожною є тенденція зростання стійкості комарів до хімічних інсектицидів17,18,19.Ці проблеми, пов’язані з пестицидами, прискорили пошук ефективних та екологічно чистих альтернатив для боротьби з переносниками хвороб.
Різні рослини були розроблені як джерела фітопестицидів для боротьби зі шкідниками20,21.Рослинні речовини, як правило, безпечні для навколишнього середовища, оскільки вони піддаються біологічному розкладанню та мають низьку або незначну токсичність для нецільових організмів, таких як ссавці, риби та амфібії20,22.Відомо, що рослинні препарати виробляють різноманітні біологічно активні сполуки з різними механізмами дії для ефективного контролю різних стадій життя комарів23,24,25,26.Сполуки рослинного походження, такі як ефірні олії та інші активні рослинні інгредієнти, привернули увагу та проклали шлях до інноваційних інструментів для боротьби з переносниками комарів.Ефірні олії, монотерпени та сесквітерпени діють як репеленти, засоби, що відлякують живлення, і овіциди27,28,29,30,31,32,33.Багато рослинних олій викликають загибель личинок комарів, лялечок і дорослих особин34,35,36, вражаючи нервову, дихальну, ендокринну та інші важливі системи комах37.
Недавні дослідження дозволили зрозуміти потенційне використання рослин гірчиці та їх насіння як джерела біологічно активних сполук.Борошно з насіння гірчиці було перевірено як біофумігант38,39,40,41 і використовувалося як доповнення до ґрунту для придушення бур’янів42,43,44 та боротьби з ґрунтовими патогенами рослин45,46,47,48,49,50, для живлення рослин.нематоди 41, 51, 52, 53, 54 і шкідники 55, 56, 57, 58, 59, 60. Фунгіцидну активність цих порошків насіння приписують сполукам захисту рослин, які називаються ізотіоціанатами38, 42, 60.У рослинах ці захисні сполуки зберігаються в рослинних клітинах у формі небіологічно активних глюкозинолатів.Однак, коли рослини пошкоджуються живленням комахами або патогенною інфекцією, глюкозинолати гідролізуються мірозиназою в біоактивні ізотіоціанати55,61.Ізотіоціанати є леткими сполуками, які, як відомо, мають антимікробну та інсектицидну дію широкого спектру, і їхня структура, біологічна активність і вміст значно відрізняються серед видів Brassicaceae42,59,62,63.
Хоча відомо, що ізотіоціанати, отримані з борошна з насіння гірчиці, мають інсектицидну дію, даних про біологічну активність проти важливих для медицини членистоногих переносників немає.Наше дослідження вивчало ларвіцидну активність чотирьох знежирених порошків насіння проти комарів Aedes.Личинки Aedes aegypti.Метою дослідження було оцінити їх потенційне використання як екологічно чистих біопестицидів для боротьби з комарами.Три основні хімічні компоненти насіннєвого борошна, аллілізотіоціанат (AITC), бензилізотіоціанат (BITC) і 4-гідроксибензилізотіоціанат (4-HBITC) також були протестовані для перевірки біологічної активності цих хімічних компонентів на личинках комарів.Це перша доповідь, яка оцінює ефективність чотирьох порошків насіння капусти та їхніх основних хімічних компонентів проти личинок комарів.
Лабораторні колонії Aedes aegypti (штам Рокфеллера) підтримували при 26°C, відносній вологості 70% (RH) і 10:14 год (фотоперіод L:D).Спарених самок поміщали в пластикові клітки (висота 11 см і діаметр 9,5 см) і годували через систему годування з пляшечки, використовуючи цитратну бичачу кров (HemoStat Laboratories Inc., Діксон, Каліфорнія, США).Подачу крові проводили як зазвичай за допомогою мембранного живильника з кількома склянками (Chemglass, Life Sciences LLC, Вайнленд, штат Нью-Джерсі, США), з’єднаного з трубкою циркулюючої водяної бані (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, США) з температурою контроль 37 °С.Натягніть плівку Parafilm M на дно кожної скляної живильної камери (площа 154 мм2).Потім кожну годівницю розміщували на верхній решітці, що накривала клітку, в якій містилася самка для спаровування.Приблизно 350–400 мкл бичачої крові додавали до скляної живильної лійки за допомогою піпетки Пастера (Fisherbrand, Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США), і дорослим черв’якам давали височити принаймні одну годину.Потім вагітним самкам давали 10% розчин сахарози та дозволяли відкладати яйця на вологий фільтрувальний папір, вистелений індивідуальними ультрапрозорими чашками для суфле (розміром 1,25 рідких унцій, Dart Container Corp., Мейсон, Мічиган, США).клітку з водою.Помістіть фільтрувальний папір, що містить яйця, у герметичний пакет (SC Johnsons, Racine, WI) і зберігайте при 26°C.Яйця вилуплювалися, і приблизно 200–250 личинок вирощувалися в пластикових лотках, що містили суміш кролячої їжі (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Місія, Канзас, США) і порошку печінки (MP Biomedicals, LLC, Солон, Огайо, США).та рибне філе (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Німеччина) у співвідношенні 2:1:1.Личинки пізнього третього віку були використані в наших біотестах.
Насіннєвий матеріал рослин, використаний у цьому дослідженні, було отримано з таких комерційних і державних джерел: Brassica juncea (коричнева гірчиця-Pacific Gold) і Brassica juncea (біла гірчиця-Ida Gold) від Тихоокеанського північно-західного фермерського кооперативу, штат Вашингтон, США;(Garden Cress) від Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, США та Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) від USDA-ARS, Peoria, IL, США;Жодне з насіння, використаних у дослідженні, не було оброблено пестицидами.Весь насіннєвий матеріал був оброблений і використаний у цьому дослідженні відповідно до місцевих і національних правил і відповідно до всіх відповідних місцевих державних і національних правил.У цьому дослідженні не вивчалися трансгенні сорти рослин.
Насіння Brassica juncea (PG), люцерни (Ls), гірчиці білої (IG), Thlaspi arvense (DFP) подрібнювали до дрібного порошку за допомогою ультрацентрифугального млина Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Німеччина), оснащеного сіткою 0,75 мм і нержавіючої сталі. сталевий ротор, 12 зубців, 10000 об/хв (табл. 1).Розмелений порошок насіння переносили в паперовий наперсток і знежирювали гексаном в апараті Сокслета протягом 24 годин.Субзразок знежиреної гірчиці польової піддавали термічній обробці при 100 °C протягом 1 години для денатурації мірозинази та запобігання гідролізу глюкозинолатів з утворенням біологічно активних ізотіоціанатів.Термічно оброблений порошок насіння хвоща (DFP-HT) використовували як негативний контроль шляхом денатурації мирозинази.
Вміст глюкозинолатів у знежиреному насіннєвому борошні визначали в трьох повторах за допомогою високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) згідно з раніше опублікованим протоколом 64 .Коротко, 3 мл метанолу додавали до 250 мг зразка порошку знежиреного насіння.Кожен зразок обробляли ультразвуком на водяній бані протягом 30 хвилин і залишали в темряві при 23°C на 16 годин.Аліквоту 1 мл органічного шару потім фільтрували через фільтр 0,45 мкм у автосамплер.За допомогою системи ВЕРХ Shimadzu (два насоси LC 20AD; автосамплер SIL 20A; дегазатор DGU 20As; детектор SPD-20A UV-VIS для моніторингу при 237 нм; і модуль зв’язку CBM-20A) визначали вміст глюкозинолатів у насіннєвому борошні. в трьох примірниках.за допомогою програмного забезпечення Shimadzu LC Solution версії 1.25 (Shimadzu Corporation, Колумбія, Меріленд, США).Колонка являла собою зворотно-фазову колонку C18 Inertsil (250 мм × 4,6 мм; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Торранс, Каліфорнія, США).Умови початкової рухомої фази були встановлені на рівні 12% метанолу/88% 0,01 М тетрабутиламоній гідроксиду у воді (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) зі швидкістю потоку 1 мл/хв.Після введення 15 мкл зразка початкові умови підтримували протягом 20 хвилин, а потім співвідношення розчинника доводили до 100% метанолу, із загальним часом аналізу зразка 65 хвилин.Стандартна крива (на основі nM/mAb) була створена серійними розведеннями свіжоприготованих стандартів синапіну, глюкозинолату та мірозину (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) для оцінки вмісту сірки в борошні знежиреного насіння.глюкозинолати.Концентрації глюкозинолатів у зразках перевіряли на Agilent 1100 HPLC (Agilent, Санта-Клара, Каліфорнія, США) з використанням версії OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]), оснащеної такою ж колонкою та з використанням описаного раніше методу.Визначали концентрацію глюкозинолату;бути порівнянними між системами ВЕРХ.
Аллілізотіоціанат (94%, стабільний) і бензилізотіоціанат (98%) були придбані у Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-Гідроксибензилізотіоціанат був придбаний у ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, США).Під час ферментативного гідролізу мірозиназою глюкозинолати, глюкозинолати та глюкозинолати утворюють алілізотіоціанат, бензилізотіоціанат та 4-гідроксибензилізотіоціанат відповідно.
Лабораторні біотести проводили за методом Muturi et al.32 зі змінами.У дослідженні використовували п’ять нежирних насіннєвих кормів: DFP, DFP-HT, IG, PG та Ls.Двадцять личинок помістили в одноразовий триходовий стакан на 400 мл (VWR International, LLC, Раднор, Пенсильванія, США), що містить 120 мл деіонізованої води (dH2O).На токсичність личинок комарів було перевірено сім концентрацій посівного борошна: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 і 0,12 г посівного борошна/120 мл dH2O для DFP посівного борошна, DFP-HT, IG і PG.Попередні біологічні аналізи показують, що знежирене борошно з насіння Ls є більш токсичним, ніж чотири інші протестовані види борошна з насіння.Таким чином, ми відрегулювали сім концентрацій насіннєвого борошна Ls до таких концентрацій: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 і 0,075 г/120 мл dH2O.
Для оцінки нормальної смертності комах в умовах аналізу була включена необроблена контрольна група (dH20, без добавки до борошна з насіння).Токсикологічні біологічні аналізи для кожного насіннєвого борошна включали три копії трьохсхилих склянок (20 личинок пізнього третього віку на склянку), загалом 108 флаконів.Оброблені контейнери зберігали при кімнатній температурі (20-21°C), і смертність личинок реєстрували протягом 24 і 72 годин безперервного впливу оброблених концентрацій.Якщо тіло і придатки комара не рухаються при проколюванні або торканні тонким шпателем з нержавіючої сталі, личинки комарів вважаються мертвими.Мертві личинки зазвичай залишаються нерухомими в дорсальному або черевному положенні на дні ємності або на поверхні води.Експеримент повторювали три рази в різні дні з використанням різних груп личинок, загалом 180 личинок, які піддавалися кожній концентрації обробки.
Токсичність AITC, BITC і 4-HBITC для личинок комарів оцінювали за допомогою тієї самої процедури біологічного аналізу, але з різними обробками.Приготуйте 100 000 частин на мільйон базових розчинів для кожної хімікати, додавши 100 мкл хімікату до 900 мкл абсолютного етанолу в центрифужній пробірці об’ємом 2 мл і струшуючи протягом 30 секунд, щоб ретельно перемішати.Лікувальні концентрації були визначені на основі наших попередніх біоаналізів, які виявили, що BITC набагато токсичніший, ніж AITC і 4-HBITC.Для визначення токсичності використовували 5 концентрацій BITC (1, 3, 6, 9 і 12 ppm), 7 концентрацій AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 і 35 ppm) і 6 концентрацій 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 і 35 ppm).30, 45, 60, 75 і 90 ppm).У контрольну обробку вводили 108 мкл абсолютного етанолу, що еквівалентно максимальному об’єму хімічної обробки.Біологічні аналізи повторювали, як зазначено вище, піддаючи загалом 180 личинок на концентрацію обробки.Смертність личинок реєстрували для кожної концентрації AITC, BITC і 4-HBITC після 24 годин безперервного впливу.
Пробіт-аналіз 65 даних про смертність, пов’язану з дозою, проводили за допомогою програмного забезпечення Polo (Polo Plus, LeOra Software, версія 1.0) для розрахунку 50% летальної концентрації (LC50), 90% летальної концентрації (LC90), нахилу, коефіцієнта летальної дози та 95 % летальна концентрація.на основі довірчих інтервалів для співвідношень летальних доз для логарифмічних трансформованих концентрації та кривих доза-смертність.Дані про смертність базуються на об’єднаних повторних даних 180 личинок, які піддалися кожній концентрації обробки.Імовірнісні аналізи проводили окремо для кожного насіннєвого борошна та кожного хімічного компонента.Виходячи з 95% довірчого інтервалу співвідношення смертельної дози, токсичність насіннєвого борошна та хімічних компонентів для личинок комарів вважалася суттєво різною, тому довірчий інтервал, що містить значення 1, істотно не відрізнявся, P = 0,0566.
Результати ВЕРХ для визначення основних глюкозинолатів у знежиреному насіннєвому борошні DFP, IG, PG та Ls наведено в таблиці 1. Основні глюкозинолати в дослідженому насіннєвому борошні відрізнялися, за винятком DFP та PG, які обидва містили глюкозинолати мірозинази.Вміст мірозиніну в ПГ був вищим, ніж у ДФП, 33,3 ± 1,5 та 26,5 ± 0,9 мг/г відповідно.Порошок насіння Ls містив 36,6 ± 1,2 мг/г глюкоглікону, тоді як порошок насіння IG містив 38,0 ± 0,5 мг/г синапіну.
Личинки Ae.Комарів Aedes aegypti було вбито при обробці знежиреним насіннєвим борошном, хоча ефективність обробки змінювалася залежно від виду рослини.Лише DFP-NT не був токсичним для личинок комарів після 24 та 72 годин впливу (табл. 2).Токсичність активного порошку насіння зростала зі збільшенням концентрації (рис. 1A, B).Токсичність насіннєвого борошна для личинок комарів значно змінювалася на основі 95% ДІ співвідношення летальних доз значень LC50 за 24-годинним і 72-годинним оцінюванням (таблиця 3).Через 24 години токсичний ефект борошна з насіння Ls був сильнішим, ніж інші види обробки насіння, з найвищою активністю та максимальною токсичністю для личинок (LC50 = 0,04 г/120 мл dH2O).Личинки були менш чутливими до DFP через 24 години порівняно з обробками посівного порошку IG, Ls і PG, зі значеннями LC50 0,115, 0,04 і 0,08 г/120 мл dH2O відповідно, які були статистично вищими за значення LC50.0,211 г/120 мл dH2O (табл. 3).Значення LC90 для DFP, IG, PG та Ls становили 0,376, 0,275, 0,137 та 0,074 г/120 мл dH2O відповідно (табл. 2).Найвища концентрація DPP становила 0,12 г/120 мл dH2O.Після 24 годин оцінки середня смертність личинок становила лише 12%, тоді як середня смертність личинок IG та PG досягла 51% та 82% відповідно.Після 24 годин оцінки середня смертність личинок для найвищої концентрації Ls обробки посівного борошна (0,075 г/120 мл dH2O) становила 99% (рис. 1A).
Криві смертності оцінювали за дозовою відповіддю (Probit) Ae.Єгипетські личинки (личинки 3-ї стадії) до концентрації посівного борошна через 24 години (А) та 72 години (В) після обробки.Пунктирна лінія представляє LC50 обробки насіннєвої муки.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Термоінактивований Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Після 72-годинної оцінки значення LC50 DFP, IG та PG насіннєвого борошна становили 0,111, 0,085 та 0,051 г/120 мл dH2O відповідно.Майже всі личинки, які піддавалися впливу насіннєвого борошна Ls, гинули через 72 години, тому дані про смертність не узгоджувалися з аналізом Probit.Порівняно з іншим насіннєвим борошном, личинки були менш чутливими до обробки насіннєвого борошна DFP і мали статистично вищі значення LC50 (таблиці 2 і 3).Через 72 години значення LC50 для обробок насіннєвої муки DFP, IG та PG були оцінені як 0,111, 0,085 та 0,05 г/120 мл dH2O відповідно.Після 72 годин оцінки значення LC90 DFP, IG і PG посівних порошків становили 0,215, 0,254 і 0,138 г/120 мл dH2O відповідно.Після 72 годин оцінки середня смертність личинок при обробці борошном з насіння DFP, IG і PG при максимальній концентрації 0,12 г/120 мл dH2O становила 58%, 66% і 96% відповідно (рис. 1B).Після 72-годинної оцінки борошно з насіння PG виявилося більш токсичним, ніж борошно з насіння IG та DFP.
Синтетичні ізотіоціанати, алілізотіоціанат (AITC), бензилізотіоціанат (BITC) і 4-гідроксибензилізотіоціанат (4-HBITC) можуть ефективно вбивати личинки комарів.Через 24 години після обробки BITC був більш токсичним для личинок зі значенням LC50 5,29 ppm порівняно з 19,35 ppm для AITC і 55,41 ppm для 4-HBITC (таблиця 4).У порівнянні з AITC і BITC, 4-HBITC має нижчу токсичність і вище значення LC50.Існують значні відмінності в токсичності двох основних ізотіоціанатів (Ls і PG) для личинок комарів у найпотужнішому насіннєвому борошні.Токсичність на основі співвідношення летальних доз значень LC50 між AITC, BITC і 4-HBITC показала статистичну різницю, так що 95% ДІ співвідношення летальних доз LC50 не включало значення 1 (P = 0,05, табл. 4).За оцінками, найвищі концентрації як BITC, так і AITC вбивали 100% протестованих личинок (рис. 2).
Криві смертності оцінювали за дозовою відповіддю (Probit) Ae.Через 24 години після обробки єгипетські личинки (личинки 3-ї стадії) досягли синтетичних концентрацій ізотіоціанату.Пунктирна лінія представляє LC50 для обробки ізотіоціанатом.Бензилізотіоціанат BITC, аллілізотіоціанат AITC і 4-HBITC.
Використання рослинних біопестицидів як агентів боротьби з переносниками комарів давно вивчається.Багато рослин виробляють природні хімікати, які мають інсектицидну дію37.Їх біологічно активні сполуки є привабливою альтернативою синтетичним інсектицидам з великим потенціалом у боротьбі зі шкідниками, включаючи комарів.
Рослини гірчиці вирощують як культуру для отримання насіння, використовують як пряність і джерело олії.Коли гірчичну олію екстрагують із насіння або коли гірчицю екстрагують для використання в якості біопалива, 69 побічним продуктом є знежирене насіння.Ця мука з насіння зберігає багато природних біохімічних компонентів і гідролітичних ферментів.Токсичність цього насіннєвого борошна пояснюється утворенням ізотіоціанатів55,60,61.Ізотіоціанати утворюються шляхом гідролізу глюкозинолатів ферментом мірозиназою під час гідратації насіннєвого борошна38,55,70 і, як відомо, мають фунгіцидну, бактерицидну, нематоцидну та інсектицидну дію, а також інші властивості, включаючи хімічні сенсорні ефекти та хіміотерапевтичні властивості61,62, 70.Кілька досліджень показали, що рослини гірчиці та борошно з насіння ефективно діють як фуміганти проти шкідників ґрунту та харчових продуктів, що зберігаються57,59,71,72.У цьому дослідженні ми оцінили токсичність борошна з чотирьох насінин і трьох його біоактивних продуктів AITC, BITC і 4-HBITC для личинок комарів Aedes.Aedes aegypti.Очікується, що додавання насіннєвого борошна безпосередньо у воду, що містить личинки комарів, активує ферментативні процеси, які виробляють ізотіоціанати, токсичні для личинок комарів.Ця біотрансформація була частково продемонстрована спостережуваною ларвіцидною активністю борошна з насіння та втратою інсектицидної активності, коли борошно з насіння карликової гірчиці перед використанням піддавалося термічній обробці.Очікується, що термічна обробка руйнує гідролітичні ферменти, які активують глюкозинолати, тим самим запобігаючи утворенню біоактивних ізотіоціанатів.Це перше дослідження, яке підтверджує інсектицидні властивості порошку насіння капусти проти комарів у водному середовищі.
Серед протестованих порошків насіння порошок насіння крес-салату (Ls) був найбільш токсичним, спричиняючи високу смертність Aedes albopictus.Личинки Aedes aegypti обробляли безперервно протягом 24 годин.Решта три порошки насіння (PG, IG і DFP) мали повільнішу активність і все ще викликали значну смертність після 72 годин безперервної обробки.Лише насіннєве борошно Ls містило значну кількість глюкозинолатів, тоді як PG і DFP містили мірозиназу, а IG містив глюкозинолат як основний глюкозинолат (таблиця 1).Глюкотропеолін гідролізується до BITC, а синальбін гідролізується до 4-HBITC61,62.Наші результати біологічного аналізу показують, що як борошно з насіння Ls, так і синтетичний BITC дуже токсичні для личинок комарів.Основним компонентом борошна з насіння PG і DFP є глюкозинолат мірозинази, який гідролізується до AITC.AITC ефективний у знищенні личинок комарів із значенням LC50 19,35 ppm.У порівнянні з AITC і BITC ізотіоціанат 4-HBITC є найменш токсичним для личинок.Хоча AITC менш токсичний, ніж BITC, його значення LC50 нижчі, ніж у багатьох ефірних олій, протестованих на личинках комарів32,73,74,75.
Наш порошок насіння хрестоцвітих для використання проти личинок комарів містить один головний глюкозинолат, що становить понад 98-99% від загальної кількості глюкозинолатів, як визначено методом ВЕРХ.Було виявлено слідові кількості інших глюкозинолатів, але їхні рівні становили менше 0,3% від загальної кількості глюкозинолатів.Порошок насіння крес-салату (L. sativum) містить вторинні глюкозинолати (синігрин), але їх частка становить 1% від загальної кількості глюкозинолатів, і їх вміст все ще незначний (близько 0,4 мг/г порошку насіння).Незважаючи на те, що PG і DFP містять той самий основний глюкозинолат (мірозин), ларвіцидна активність їх насіння суттєво відрізняється через значення LC50.Відрізняється токсичністю до борошнистої роси.Поява личинок Aedes aegypti може бути пов’язана з відмінностями в активності мірозинази або стабільності між двома насіннєвими кормами.Активність мірозинази відіграє важливу роль у біодоступності продуктів гідролізу, таких як ізотіоціанати, у рослинах Brassicaceae76.Попередні звіти Pocock et al.77 та Wilkinson et al.78 показали, що зміни активності та стабільності мірозинази також можуть бути пов’язані з генетичними факторами та факторами навколишнього середовища.
Очікуваний вміст біологічно активних ізотіоціанатів розраховували на основі значень LC50 кожного насіння через 24 та 72 години (табл. 5) для порівняння з відповідними хімічними застосуваннями.Через 24 години ізотіоціанати в насіннєвому борошні були більш токсичними, ніж чисті сполуки.Значення LC50, розраховані на основі часток на мільйон (ppm) обробки насіння ізотіоціанатом, були нижчими, ніж значення LC50 для застосувань BITC, AITC і 4-HBITC.Ми спостерігали, як личинки споживали гранули насіннєвого борошна (рис. 3A).Отже, личинки можуть отримати більш концентрований вплив токсичних ізотіоціанатів, поглинаючи гранули насіння.Це було найбільш очевидним при обробці борошном з насіння IG і PG при 24-годинній експозиції, де концентрації LC50 були на 75% і 72% нижчими, ніж чисті обробки AITC і 4-HBITC, відповідно.Обробки Ls і DFP були більш токсичними, ніж чистий ізотіоціанат, зі значеннями LC50 на 24% і 41% нижче відповідно.Личинки в контрольній обробці успішно залялькувалися (рис. 3B), тоді як більшість личинок в обробці насіннєвою мукою не заляльковувалися, і розвиток личинок значно сповільнився (рис. 3B, D).У Spodopteralitura ізотіоціанати пов’язані із затримкою росту та затримкою розвитку79.
Личинки Ae.Комарів Aedes aegypti безперервно піддавали впливу порошку насіння Brassica протягом 24–72 годин.(A) Мертві личинки з частинками насіннєвого борошна в ротовому апараті (обведено);(B) Контрольна обробка (dH20 без додавання насіннєвої муки) показує, що личинки нормально ростуть і починають заляльковуватися через 72 години (C, D) Личинки, оброблені насіннєвою мукою;насіннєве борошно показало відмінності в розвитку і не заляльковувалося.
Механізм токсичної дії ізотіоціанатів на личинки комарів нами не вивчався.Однак попередні дослідження на червоних вогняних мурах (Solenopsis invicta) показали, що інгібування глутатіон-S-трансферази (GST) і естерази (EST) є основним механізмом біоактивності ізотіоціанату, а AITC, навіть при низькій активності, також може інгібувати активність GST .червоні імпортні вогняні мурахи в низьких концентраціях.Доза 0,5 мкг/мл80.Навпаки, AITC інгібує ацетилхолінестеразу у дорослих кукурудзяних довгоносиків (Sitophilus zeamais)81.Подібні дослідження необхідно провести для з'ясування механізму активності ізотіоціанату в личинках комарів.
Ми використовуємо термоінактивовану обробку DFP, щоб підтвердити припущення, що гідроліз рослинних глюкозинолатів з утворенням реакційноздатних ізотіоціанатів служить механізмом боротьби з личинками комарів борошном з насіння гірчиці.Насіннєве борошно DFP-HT не було токсичним при перевірених нормах внесення.Лафарга та ін.82 повідомили, що глюкозинолати чутливі до деградації при високих температурах.Також очікується, що термічна обробка денатурує фермент мірозиназу в насіннєвому борошні та запобігає гідролізу глюкозинолатів з утворенням реакційноздатних ізотіоціанатів.Це також було підтверджено Окунаде та ін.75 показали, що мірозиназа чутлива до температури, показуючи, що активність мірозинази була повністю інактивована, коли насіння гірчиці, чорної гірчиці та кров’яних коренів піддавали впливу температур вище 80°.C. Ці механізми можуть призвести до втрати інсектицидної активності термічно обробленого насіння DFP.
Таким чином, борошно з насіння гірчиці та три його основні ізотіоціанати є токсичними для личинок комарів.Враховуючи ці відмінності між насіннєвою мукою та хімічною обробкою, використання насіннєвої муки може бути ефективним методом боротьби з комарами.Існує потреба визначити відповідні склади та ефективні системи доставки для підвищення ефективності та стабільності використання порошків насіння.Наші результати вказують на потенційне використання шроту з насіння гірчиці як альтернативи синтетичним пестицидам.Ця технологія може стати інноваційним інструментом для боротьби з комарами-переносниками.Оскільки личинки комарів процвітають у водному середовищі, а глюкозинолати з насіння ферментативно перетворюються на активні ізотіоціанати під час гідратації, використання борошна з насіння гірчиці у воді, зараженій комарами, пропонує значний потенціал контролю.Хоча ларвіцидна активність ізотіоціанатів різна (BITC > AITC > 4-HBITC), необхідні додаткові дослідження, щоб визначити, чи поєднання насіннєвого борошна з декількома глюкозинолатами синергетично збільшує токсичність.Це перше дослідження, яке продемонструвало інсектицидну дію борошна з насіння хрестоцвітих і трьох біоактивних ізотіоціанатів на комарів.Результати цього дослідження відкрили новий шлях, показавши, що знежирене борошно з насіння капусти, побічний продукт екстракції олії з насіння, може служити багатообіцяючим ларвіцидним засобом для боротьби з комарами.Ця інформація може сприяти подальшому відкриттю засобів біоконтролю рослин і їх розробці як дешевих, практичних і екологічно чистих біопестицидів.
Набори даних, створені для цього дослідження, і результати аналізу доступні у відповідного автора за розумним запитом.Наприкінці дослідження всі використані в дослідженні матеріали (комахи та насіннєва мука) були знищені.
Час публікації: 29 липня 2024 р