Om effektiefmuskiete te beheeren verminder die voorkoms van siektes wat hulle dra, strategiese, volhoubare en omgewingsvriendelike alternatiewe vir chemiese plaagdoders is nodig. Ons het saadmeel van sekere Brassicaceae (familie Brassica) geëvalueer as 'n bron van plant-afgeleide isotiosianate wat deur ensiematiese hidrolise van biologies onaktiewe glukosinolate geproduseer word vir gebruik in die beheer van Egiptiese Aedes (L., 1762). Vyf-ontvette saadmeel (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 en Thlaspi arvense – drie hooftipes termiese inaktivering en Chemiese ensiematiese degradering produkte Om toksisiteit (LC50) van alliel te bepaal isothiocyanate, benzyl isothiocyanate en 4-hydroxybenzylisothiocyanate aan Aedes aegypti larwes by 24-uur blootstelling = 0,04 g/120 ml dH2O). LC50-waardes vir mosterd, wit mosterd en perdestert. saadmeel was onderskeidelik 0.05, 0.08 en 0.05 in vergelyking met allielisotiosianaat (LC50 = 19.35 dpm) en 4. -Hydroxybenzylisothiocyanate (LC50 = 55.41 dpm) was meer giftig vir larwes via 24 uur na behandeling/120. ml onderskeidelik. Hierdie resultate stem ooreen met die produksie van lusernsaadmeel. Die hoër doeltreffendheid van bensielesters stem ooreen met die berekende LC50-waardes. Die gebruik van saadmeel kan 'n effektiewe metode van muskietbeheer bied. die doeltreffendheid van kruisblomsaadpoeier en die belangrikste chemiese komponente daarvan teen muskietlarwes en wys hoe die natuurlike verbindings in kruisbloemsaadpoeier as 'n belowende omgewingsvriendelike larviesdoder vir muskietbeheer kan dien.
Vektorgedraagde siektes wat deur Aedes-muskiete veroorsaak word, bly 'n groot wêreldwye openbare gesondheidsprobleem. Die voorkoms van muskietoordraagbare siektes versprei geografies1,2,3 en kom weer na vore, wat lei tot uitbrekings van ernstige siektes4,5,6,7. Die verspreiding van siektes onder mense en diere (bv. chikungunya, dengue, slenkdalkoors, geelkoors en Zika-virus) is ongekend. Dengue-koors alleen plaas ongeveer 3,6 miljard mense in die risiko van infeksie in die trope, met 'n geraamde 390 miljoen infeksies wat jaarliks voorkom, wat lei tot 6 100-24 300 sterftes per jaar8. Die herverskyning en uitbreking van die Zika-virus in Suid-Amerika het wêreldwyd aandag getrek weens die breinskade wat dit veroorsaak by kinders wat aan besmette vroue gebore is2. Kremer et al 3 voorspel dat die geografiese omvang van Aedes-muskiete sal aanhou uitbrei en dat die helfte van die wêreldbevolking teen 2050 die risiko loop om deur muskiet-gedraagde arbovirusse besmet te word.
Met die uitsondering van die onlangs ontwikkelde entstowwe teen dengue en geelkoors, is entstowwe teen meeste muskietoordraagbare siektes nog nie ontwikkel nie9,10,11. Entstowwe is steeds in beperkte hoeveelhede beskikbaar en word slegs in kliniese proewe gebruik. Beheer van muskietvektore wat sintetiese insekdoders gebruik, was 'n sleutelstrategie om die verspreiding van muskietoordraagbare siektes te beheer12,13. Alhoewel sintetiese plaagdoders effektief is om muskiete dood te maak, beïnvloed die voortgesette gebruik van sintetiese plaagdoders nie-teiken organismes negatief en besoedel die omgewing14,15,16. Selfs meer kommerwekkend is die neiging van toenemende muskietweerstand teen chemiese insekdoders17,18,19. Hierdie probleme wat met plaagdoders geassosieer word, het die soektog na effektiewe en omgewingsvriendelike alternatiewe om siektevektore te beheer versnel.
Verskeie plante is ontwikkel as bronne van fitoplaagdoders vir plaagbeheer20,21. Plantstowwe is oor die algemeen omgewingsvriendelik omdat hulle bioafbreekbaar is en lae of weglaatbare toksisiteit vir nie-teiken organismes soos soogdiere, visse en amfibieë het20,22. Dit is bekend dat kruiepreparate 'n verskeidenheid bioaktiewe verbindings produseer met verskillende werkingsmeganismes om verskillende lewensfases van muskiete effektief te beheer23,24,25,26. Plantafgeleide verbindings soos essensiële olies en ander aktiewe plantbestanddele het aandag gekry en die weg gebaan vir innoverende gereedskap om muskietvektore te beheer. Essensiële olies, monoterpene en sesquiterpenes dien as afweermiddels, voedende afskrikmiddels en enerpene27,28,29,30,31,32,33. Baie plantaardige olies veroorsaak die dood van muskietlarwes, papies en volwassenes34,35,36, wat die senuwee-, respiratoriese, endokriene en ander belangrike stelsels van insekte aantas37.
Onlangse studies het insig verskaf in die potensiële gebruik van mosterdplante en hul sade as 'n bron van bioaktiewe verbindings. Mosterdsaadmeel is getoets as 'n bioberokingsmiddel38,39,40,41 en gebruik as 'n grondwysiging vir onkruidonderdrukking42,43,44 en beheer van grondgedraagde plantpatogene45,46,47,48,49,50, plantvoeding. nematodes 41,51, 52, 53, 54 en plae 55, 56, 57, 58, 59, 60. Die swamdodende aktiwiteit van hierdie saadpoeiers word toegeskryf aan plantbeskermende verbindings genaamd isotiosianate38,42,60. In plante word hierdie beskermende verbindings in plantselle gestoor in die vorm van nie-bioaktiewe glukosinolate. Wanneer plante egter beskadig word deur insekvoeding of patogeeninfeksie, word glukosinolate deur myrosinase tot bioaktiewe isotiosianate gehidroliseer55,61. Isotiosianate is vlugtige verbindings waarvan bekend is dat hulle breëspektrum antimikrobiese en insekdodende aktiwiteit het, en hul struktuur, biologiese aktiwiteit en inhoud verskil wyd tussen Brassicaceae spesies42,59,62,63.
Alhoewel dit bekend is dat isotiosianate afkomstig van mosterdsaadmeel insekdodende aktiwiteit het, ontbreek data oor biologiese aktiwiteit teen medies belangrike geleedpotige vektore. Ons studie het die larvicidale aktiwiteit van vier ontvette saadpoeiers teen Aedes-muskiete ondersoek. Larwes van Aedes aegypti. Die doel van die studie was om hul potensiële gebruik as omgewingsvriendelike bioplaagdoders vir muskietbeheer te evalueer. Drie hoof chemiese komponente van die saadmeel, allyl isothiocyanate (AITC), benzyl isothiocyanate (BITC), en 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC) is ook getoets om die biologiese aktiwiteit van hierdie chemiese komponente op muskietlarwes te toets. Dit is die eerste verslag wat die doeltreffendheid van vier koolsaadpoeiers en hul belangrikste chemiese komponente teen muskietlarwes evalueer.
Laboratoriumkolonies van Aedes aegypti (Rockefeller-stam) is by 26°C, 70% relatiewe humiditeit (RH) en 10:14 uur (L:D-fotoperiode) gehandhaaf. Gepaarde wyfies is in plastiekhokke (hoogte 11 cm en deursnee 9.5 cm) gehuisves en via 'n bottelvoedingstelsel gevoer met behulp van sitraatbeesbloed (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, VSA). Bloedvoeding is soos gewoonlik uitgevoer met behulp van 'n membraan multi-glas toevoer (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, VSA) gekoppel aan 'n sirkulerende waterbadbuis (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, VSA) met temperatuur beheer 37 °C. Strek 'n film van Parafilm M op die bodem van elke glastoevoerkamer (oppervlakte 154 mm2). Elke voerder is dan op die boonste rooster geplaas wat die hok bedek het wat die parende wyfie bevat. Ongeveer 350–400 μl beesbloed is by 'n glastoevoertrechter gevoeg met 'n Pasteur-pipet (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, VSA) en die volwasse wurms is toegelaat om vir ten minste een uur te dreineer. Dragtige wyfies is toe 'n 10% sukrose-oplossing gegee en toegelaat om eiers te lê op klam filtreerpapier wat uitgevoer is in individuele ultra-deursigtige soufflékoppies (1,25 fl oz grootte, Dart Container Corp., Mason, MI, VSA). hok met water. Plaas filtreerpapier wat eiers bevat in 'n verseëlde sak (SC Johnsons, Racine, WI) en stoor by 26°C. Die eiers is uitgebroei en ongeveer 200–250 larwes is grootgemaak in plastiekbakkies wat 'n mengsel van konynvoedsel (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, VSA) en lewerpoeier (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, bevat) VSA). en visfilet (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Duitsland) in 'n verhouding van 2:1:1. Laat derde stadium larwes is in ons biotoetse gebruik.
Plantsaadmateriaal wat in hierdie studie gebruik is, is van die volgende kommersiële en regeringsbronne verkry: Brassica juncea (bruin mosterd-Pacific Gold) en Brassica juncea (wit mosterd-Ida Gold) van die Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, VSA; (Garden Cress) van Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, VSA en Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) van USDA-ARS, Peoria, IL, VSA; Geen van die sade wat in die studie gebruik is, is met plaagdoders behandel nie. Alle saadmateriaal is in hierdie studie verwerk en gebruik in ooreenstemming met plaaslike en nasionale regulasies en in ooreenstemming met alle relevante plaaslike staats- en nasionale regulasies. Hierdie studie het nie transgeniese plantvariëteite ondersoek nie.
Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), Wit mosterd (IG), Thlaspi arvense (DFP) sade is tot 'n fyn poeier gemaal met 'n Retsch ZM200 ultrasentrifugale meule (Retsch, Haan, Duitsland) toegerus met 'n 0,75 mm maas en vlekvrye staalrotor, 12 tande, 10 000 rpm (Tabel 1). Die gemaalde saadpoeier is oorgedra na 'n papier vingerhoed en ontvet met heksaan in 'n Soxhlet apparaat vir 24 uur. 'n Submonster van ontvette akkermosterd is vir 1 uur by 100 °C hittebehandel om myrosinase te denatureer en hidrolise van glukosinolate te voorkom om biologies aktiewe isotiosianate te vorm. Hittebehandelde perdestertsaadpoeier (DFP-HT) is as 'n negatiewe kontrole gebruik deur myrosinase te denatureer.
Glukosinolaatinhoud van ontvette saadmeel is in drievoud bepaal deur gebruik te maak van hoëprestasie vloeistofchromatografie (HPLC) volgens 'n voorheen gepubliseerde protokol 64 . Kortliks, 3 mL metanol is by 'n 250 mg monster ontvette saadpoeier gevoeg. Elke monster is vir 30 minute in 'n waterbad gesoniceer en vir 16 uur in die donker by 23°C gelaat. 'n 1 ml aliquot van die organiese laag is dan deur 'n 0.45 μm filter in 'n outomonsternemer gefiltreer. Met 'n Shimadzu HPLC-stelsel (twee LC 20AD-pompe; SIL 20A-outomonsternemer; DGU 20As-ontgasser; SPD-20A UV-VIS-detektor vir monitering by 237 nm; en CBM-20A-kommunikasiebusmodule), is die glukosinolaatinhoud van saadmeel bepaal in drievoud. gebruik Shimadzu LC Solution sagteware weergawe 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, VSA). Die kolom was 'n C18 Inertsil omgekeerde fase kolom (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, VSA). Aanvanklike mobiele fase toestande is gestel op 12% metanol/88% 0.01 M tetrabutielammoniumhidroksied in water (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, VSA) met 'n vloeitempo van 1 mL/min. Na inspuiting van 15 μl monster is die aanvanklike toestande vir 20 minute gehandhaaf, en dan is die oplosmiddelverhouding aangepas na 100% metanol, met 'n totale monsterontledingstyd van 65 minute. 'n Standaardkurwe (nM/mAb gebaseer) is gegenereer deur reeksverdunnings van vars voorbereide sinapien-, glukosinolaat- en myrosinstandaarde (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, VSA) om die swaelinhoud van ontvette saadmeel te skat. glukosinolate. Glukosinolaatkonsentrasies in die monsters is getoets op 'n Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, VSA) met behulp van die OpenLAB CDS ChemStation weergawe (C.01.07 SR2 [255]) toegerus met dieselfde kolom en met behulp van 'n voorheen beskryf metode. Glukosinolaatkonsentrasies is bepaal; vergelykbaar wees tussen HPLC-stelsels.
Allyl isothiocyanate (94%, stabiel) en benzyl isothiocyanate (98%) is gekoop van Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, VSA). 4-Hydroxybenzylisothiocyanate is by ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, VSA) gekoop. Wanneer dit ensiematies deur myrosinase gehidroliseer word, vorm glukosinolate, glukosinolate en glukosinolate onderskeidelik allielisotiosianaat, bensielisotiosianaat en 4-hidroksielisotiosianaat.
Laboratorium biotoetse is uitgevoer volgens die metode van Muturi et al. 32 met wysigings. Vyf laevet saadvoere is in die studie gebruik: DFP, DFP-HT, IG, PG en Ls. Twintig larwes is in 'n 400 mL weggooibare drie-rigting beker (VWR International, LLC, Radnor, PA, VSA) geplaas wat 120 mL gedeïoniseerde water (dH2O) bevat het. Sewe saadmeelkonsentrasies is getoets vir muskietlarwe-toksisiteit: 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 en 0.12 g saadmeel/120 ml dH2O vir DFP-saadmeel, DFP-HT, IG en PG. Voorlopige biotoetse dui aan dat ontvette Ls-saadmeel meer giftig is as vier ander saadmeel wat getoets is. Daarom het ons die sewe behandelingskonsentrasies van Ls-saadmeel aangepas na die volgende konsentrasies: 0.015, 0.025, 0.035, 0.045, 0.055, 0.065 en 0.075 g/120 ml dH2O.
'n Onbehandelde kontrolegroep (dH20, geen saadmeelaanvulling) is ingesluit om normale inseksterftes onder toetstoestande te bepaal. Toksikologiese biotoetse vir elke saadmeel het drie herhaalde drie-hellingsbekers (20 laat derde stadium larwes per beker) ingesluit vir 'n totaal van 108 flessies. Behandelde houers is by kamertemperatuur (20-21°C) gestoor en larwalemortaliteit is aangeteken gedurende 24 en 72 uur van aaneenlopende blootstelling aan behandelingskonsentrasies. As die muskiet se liggaam en aanhangsels nie beweeg wanneer dit met 'n dun vlekvrye staal spatel deurboor of aangeraak word nie, word die muskietlarwes as dood beskou. Dooie larwes bly gewoonlik roerloos in 'n dorsale of ventrale posisie aan die onderkant van die houer of op die oppervlak van die water. Die eksperiment is drie keer op verskillende dae herhaal deur verskillende groepe larwes te gebruik, vir 'n totaal van 180 larwes wat aan elke behandelingskonsentrasie blootgestel is.
Die toksisiteit van AITC, BITC en 4-HBITC vir muskietlarwes is geassesseer met dieselfde biotoetsprosedure maar met verskillende behandelings. Berei 100 000 dpm voorraadoplossings vir elke chemiese middel deur 100 µL van die chemikalie by 900 µL absolute etanol in 'n 2-ml sentrifugebuis te voeg en 30 sekondes te skud om deeglik te meng. Behandelingskonsentrasies is bepaal op grond van ons voorlopige biotoetse, wat bevind het dat BITC baie meer giftig is as AITC en 4-HBITC. Om toksisiteit te bepaal, 5 konsentrasies BITC (1, 3, 6, 9 en 12 dpm), 7 konsentrasies AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 en 35 dpm) en 6 konsentrasies 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 en 35 dpm). 30, 45, 60, 75 en 90 dpm). Die kontrolebehandeling is ingespuit met 108 μL absolute etanol, wat gelykstaande is aan die maksimum volume van die chemiese behandeling. Biotoetse is herhaal soos hierbo, wat 'n totaal van 180 larwes per behandelingskonsentrasie blootstel. Larwale mortaliteit is aangeteken vir elke konsentrasie van AITC, BITC en 4-HBITC na 24 uur van deurlopende blootstelling.
Probitanalise van 65 dosisverwante sterftedata is uitgevoer met behulp van Polo-sagteware (Polo Plus, LeOra Software, weergawe 1.0) om 50% dodelike konsentrasie (LC50), 90% dodelike konsentrasie (LC90), helling, dodelike dosiskoëffisiënt en 95 te bereken % dodelike konsentrasie. gebaseer op vertrouensintervalle vir dodelike dosisverhoudings vir log-getransformeerde konsentrasie en dosis-sterftekurwes. Sterftedata is gebaseer op gekombineerde replikaatdata van 180 larwes wat aan elke behandelingskonsentrasie blootgestel is. Probabilistiese ontledings is afsonderlik vir elke saadmeel en elke chemiese komponent uitgevoer. Gebaseer op die 95% vertrouensinterval van die dodelike dosis verhouding, is die toksisiteit van saadmeel en chemiese bestanddele vir muskietlarwes as betekenisvol verskil, dus was 'n vertrouensinterval wat 'n waarde van 1 bevat nie betekenisvol verskillend nie, P = 0,0566.
Die HPLC-resultate vir die bepaling van die belangrikste glukosinolate in ontvette saadmeel DFP, IG, PG en Ls word in Tabel 1 gelys. Die belangrikste glukosinolate in die saadmeel wat getoets is, het gevarieer met die uitsondering van DFP en PG, wat beide myrosinase glukosinolate bevat het. Die myrosinien inhoud in PG was hoër as in DFP, 33.3 ± 1.5 en 26.5 ± 0.9 mg/g, onderskeidelik. Ls-saadpoeier het 36.6 ± 1.2 mg/g glukoglikon bevat, terwyl IG-saadpoeier 38.0 ± 0.5 mg/g sinapien bevat het.
Larwes van Ae. Aedes aegypti-muskiete is doodgemaak wanneer dit met ontvette saadmeel behandel is, hoewel die doeltreffendheid van die behandeling gewissel het na gelang van die plantspesies. Slegs DFP-NT was nie giftig vir muskietlarwes na 24 en 72 uur se blootstelling nie (Tabel 2). Die toksisiteit van die aktiewe saadpoeier het toegeneem met toenemende konsentrasie (Fig. 1A, B). Die toksisiteit van saadmeel vir muskietlarwes het aansienlik gevarieer gebaseer op die 95% CI van die dodelike dosisverhouding van LC50-waardes by 24-uur en 72-uur assesserings (Tabel 3). Na 24 uur was die toksiese effek van Ls saadmeel groter as ander saadmeelbehandelings, met die hoogste aktiwiteit en maksimum toksisiteit vir larwes (LC50 = 0.04 g/120 ml dH2O). Larwes was minder sensitief vir DFP op 24 uur in vergelyking met IG, Ls en PG saadpoeier behandelings, met LC50 waardes van 0.115, 0.04 en 0.08 g/120 ml dH2O onderskeidelik, wat statisties hoër as die LC50 waarde was. 0,211 g/120 ml dH2O (Tabel 3). Die LC90-waardes van DFP, IG, PG en Ls was onderskeidelik 0.376, 0.275, 0.137 en 0.074 g/120 ml dH2O (Tabel 2). Die hoogste konsentrasie DPP was 0,12 g/120 ml dH2O. Na 24 uur se assessering was die gemiddelde larwe mortaliteit slegs 12%, terwyl die gemiddelde mortaliteit van IG en PG larwes onderskeidelik 51% en 82% bereik het. Na 24 uur van evaluasie was die gemiddelde larwe mortaliteit vir die hoogste konsentrasie van Ls saadmeelbehandeling (0.075 g/120 ml dH2O) 99% (Fig. 1A).
Mortaliteitskurwes is beraam vanaf die dosisrespons (Probit) van Ae. Egiptiese larwes (3de stadium larwes) tot saadmeelkonsentrasie 24 uur (A) en 72 uur (B) na behandeling. Die stippellyn verteenwoordig die LC50 van die saadmeelbehandeling. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Hitte-geïnaktiveerde Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
By 72-uur-evaluering was die LC50-waardes van DFP-, IG- en PG-saadmeel onderskeidelik 0,111, 0,085 en 0,051 g/120 ml dH2O. Byna alle larwes wat aan Ls-saadmeel blootgestel is, het gevrek na 72 uur se blootstelling, so sterftedata was nie in ooreenstemming met Probit-analise nie. In vergelyking met ander saadmeel, was larwes minder sensitief vir DFP-saadmeelbehandeling en het statisties hoër LC50-waardes gehad (Tabelle 2 en 3). Na 72 uur is die LC50-waardes vir DFP-, IG- en PG-saadmeelbehandelings op onderskeidelik 0.111, 0.085 en 0.05 g/120 ml dH2O geskat. Na 72 uur se evaluering was die LC90-waardes van DFP-, IG- en PG-saadpoeiers onderskeidelik 0.215, 0.254 en 0.138 g/120 ml dH2O. Na 72 uur van evaluasie was die gemiddelde larwe mortaliteit vir die DFP, IG en PG saadmeel behandelings by 'n maksimum konsentrasie van 0.12 g/120 ml dH2O onderskeidelik 58%, 66% en 96% (Fig. 1B). Na 72-uur-evaluering, is gevind dat PG-saadmeel meer giftig is as IG- en DFP-saadmeel.
Sintetiese isothiocyanate, allyl isothiocyanate (AITC), benzyl isothiocyanate (BITC) en 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC) kan muskietlarwes effektief doodmaak. Teen 24 uur na-behandeling was BITC meer toksies vir larwes met 'n LC50-waarde van 5.29 dpm in vergelyking met 19.35 dpm vir AITC en 55.41 dpm vir 4-HBITC (Tabel 4). In vergelyking met AITC en BITC, het 4-HBITC laer toksisiteit en 'n hoër LC50-waarde. Daar is beduidende verskille in die muskietlarwes toksisiteit van die twee belangrikste isotiosianate (Ls en PG) in die kragtigste saadmeel. Toksisiteit gebaseer op die dodelike dosisverhouding van LC50-waardes tussen AITC, BITC en 4-HBITC het 'n statistiese verskil getoon dat die 95% CI van die LC50 dodelike dosisverhouding nie 'n waarde van 1 ingesluit het nie (P = 0.05, tabel 4). Die hoogste konsentrasies van beide BITC en AITC is geskat om 100% van die larwes wat getoets is dood te maak (Figuur 2).
Mortaliteitskurwes is beraam vanaf die dosisrespons (Probit) van Ae. 24 uur na behandeling het Egiptiese larwes (3de stadium larwes) sintetiese isotiosianaatkonsentrasies bereik. Die stippellyn verteenwoordig die LC50 vir isotiosianaatbehandeling. Bensielisotiosianaat BITC, allielisotiosianaat AITC en 4-HBITC.
Die gebruik van plant bioplaagdoders as muskietvektorbeheermiddels is lank reeds bestudeer. Baie plante produseer natuurlike chemikalieë wat insekdodende aktiwiteit het37. Hul bioaktiewe verbindings bied 'n aantreklike alternatief vir sintetiese insekdoders met groot potensiaal in die beheer van plae, insluitend muskiete.
Mosterdplante word gekweek as 'n gewas vir hul sade, gebruik as 'n spesery en 'n bron van olie. Wanneer mosterdolie uit die sade onttrek word of wanneer mosterd vir gebruik as biobrandstof 69 onttrek word, is die neweproduk ontvette saadmeel. Hierdie saadmeel behou baie van sy natuurlike biochemiese komponente en hidrolitiese ensieme. Die toksisiteit van hierdie saadmeel word toegeskryf aan die produksie van isotiosianate55,60,61. Isotiosianate word gevorm deur die hidrolise van glukosinolate deur die ensiem myrosinase tydens hidrasie van saadmeel38,55,70 en is bekend daarvoor dat dit swamdodende, bakteriedodende, aalwurmdodende en insekdodende effekte het, asook ander eienskappe insluitend chemiese sensoriese effekte en chemoterapeutiese eienskappe61,62, 70. Verskeie studies het getoon dat mosterdplante en saadmeel effektief optree as berokingsmiddels teen grond en gestoorde voedselplae57,59,71,72. In hierdie studie het ons die toksisiteit van viersaadmeel en sy drie bioaktiewe produkte AITC, BITC en 4-HBITC vir Aedes-muskietlarwes beoordeel. Aedes aegypti. Die byvoeging van saadmeel direk by water wat muskietlarwes bevat sal na verwagting ensiematiese prosesse aktiveer wat isotiosianate produseer wat giftig is vir muskietlarwes. Hierdie biotransformasie is gedeeltelik gedemonstreer deur die waargenome larvicidale aktiwiteit van die saadmeel en verlies aan insekdodende aktiwiteit wanneer dwergmosterdsaadmeel voor gebruik hittebehandel is. Daar word verwag dat hittebehandeling die hidrolitiese ensieme wat glukosinolate aktiveer, sal vernietig en sodoende die vorming van bioaktiewe isotiosianate voorkom. Dit is die eerste studie om die insekdodende eienskappe van koolsaadpoeier teen muskiete in 'n akwatiese omgewing te bevestig.
Onder die saadpoeiers wat getoets is, was waterkers saadpoeier (Ls) die giftigste, wat hoë mortaliteit van Aedes albopictus veroorsaak het. Aedes aegypti-larwes is vir 24 uur aaneenlopend verwerk. Die oorblywende drie saadpoeiers (PG, IG en DFP) het stadiger aktiwiteit gehad en het steeds beduidende mortaliteit veroorsaak na 72 uur se deurlopende behandeling. Slegs Ls-saadmeel het beduidende hoeveelhede glukosinolate bevat, terwyl PG en DFP myrosinase bevat en IG glukosinolaat as die belangrikste glukosinolaat bevat het (Tabel 1). Glukotropeolien word gehidroliseer na BITC en sinalbien word gehidroliseer na 4-HBITC61,62. Ons biotoetsresultate dui daarop dat beide Ls-saadmeel en sintetiese BITC hoogs giftig is vir muskietlarwes. Die hoofkomponent van PG- en DFP-saadmeel is myrosinase-glukosinolaat, wat na AITC gehidroliseer word. AITC is effektief in die doodmaak van muskietlarwes met 'n LC50-waarde van 19.35 dpm. In vergelyking met AITC en BITC, is 4-HBITC isotiosianaat die minste toksies vir larwes. Alhoewel AITC minder giftig is as BITC, is hul LC50-waardes laer as baie essensiële olies wat op muskietlarwes32,73,74,75 getoets is.
Ons kruisbloemige saadpoeier vir gebruik teen muskietlarwes bevat een groot glukosinolaat, wat verantwoordelik is vir meer as 98-99% van die totale glukosinolate soos bepaal deur HPLC. Spoorhoeveelhede van ander glukosinolate is opgespoor, maar hul vlakke was minder as 0,3% van die totale glukosinolate. Waterkers (L. sativum) saadpoeier bevat sekondêre glukosinolate (sinigrin), maar hul verhouding is 1% van die totale glukosinolate, en hul inhoud is steeds onbeduidend (ongeveer 0,4 mg/g saadpoeier). Alhoewel PG en DFP dieselfde hoofglukosinolaat (mirosien) bevat, verskil die larvicidale aktiwiteit van hul saadmaaltye aansienlik as gevolg van hul LC50-waardes. Varieer in toksisiteit vir poeieragtige skimmel. Die opkoms van Aedes aegypti-larwes kan wees as gevolg van verskille in myrosinase-aktiwiteit of stabiliteit tussen die twee saadvoere. Myrosinase-aktiwiteit speel 'n belangrike rol in die biobeskikbaarheid van hidroliseprodukte soos isotiosianate in Brassicaceae-plante76. Vorige verslae deur Pocock et al.77 en Wilkinson et al.78 het getoon dat veranderinge in myrosinase-aktiwiteit en stabiliteit ook met genetiese en omgewingsfaktore geassosieer kan word.
Verwagte bioaktiewe isotiosianaatinhoud is bereken op grond van die LC50-waardes van elke saadmeel by 24 en 72 uur (Tabel 5) vir vergelyking met ooreenstemmende chemiese toedienings. Na 24 uur was die isotiosianate in die saadmeel meer giftig as die suiwer verbindings. LC50-waardes bereken op grond van dele per miljoen (dpm) van isotiosianaatsaadbehandelings was laer as LC50-waardes vir BITC-, AITC- en 4-HBITC-toepassings. Ons het larwes waargeneem wat saadmeelkorrels verteer (Figuur 3A). Gevolglik kan larwes meer gekonsentreerde blootstelling aan giftige isotiosianate ontvang deur saadmeelkorrels in te neem. Dit was die duidelikste in die IG- en PG-saadmeelbehandelings by 24-uur blootstelling, waar LC50-konsentrasies onderskeidelik 75% en 72% laer was as suiwer AITC- en 4-HBITC-behandelings. Ls- en DFP-behandelings was meer giftig as suiwer isotiosianaat, met LC50-waardes onderskeidelik 24% en 41% laer. Larwes in die kontrolebehandeling het suksesvol verpop (Fig. 3B), terwyl die meeste larwes in die saadmeelbehandeling nie verpoppe het nie en larwe-ontwikkeling aansienlik vertraag is (Fig. 3B,D). In Spodopteralitura word isotiosianate geassosieer met groeivertraging en ontwikkelingsvertraging79.
Larwes van Ae. Aedes aegypti-muskiete is voortdurend vir 24–72 uur aan Brassica-saadpoeier blootgestel. (A) Dooie larwes met deeltjies saadmeel in die monddele (omkring); (B) Kontrolebehandeling (dH20 sonder bygevoegde saadmeel) toon dat larwes normaal groei en na 72 uur begin verpoppe (C, D) Larwes behandel met saadmeel; die saadmeel het verskille in ontwikkeling getoon en het nie verpoppe nie.
Ons het nie die meganisme van toksiese effekte van isotiosianate op muskietlarwes bestudeer nie. Vorige studies in rooi vuur miere (Solenopsis invicta) het egter getoon dat inhibisie van glutathione S-transferase (GST) en esterase (EST) die hoofmeganisme van isotiosianaat bioaktiwiteit is, en AITC, selfs by lae aktiwiteit, kan ook GST aktiwiteit inhibeer . rooi ingevoerde vuurmiere in lae konsentrasies. Die dosis is 0,5 µg/ml80. In teenstelling hiermee inhibeer AITC asetielcholienesterase in volwasse mieliekalanders (Sitophilus zeamais)81. Soortgelyke studies moet uitgevoer word om die meganisme van isotiosianaataktiwiteit in muskietlarwes toe te lig.
Ons gebruik hitte-geïnaktiveerde DFP-behandeling om die voorstel te ondersteun dat hidrolise van plantglukosinolate om reaktiewe isotiosianate te vorm dien as 'n meganisme vir muskietlarwesbeheer deur mosterdsaadmeel. DFP-HT saadmeel was nie giftig teen die toedieningshoeveelhede wat getoets is nie. Lafarga et al. 82 berig dat glukosinolate sensitief is vir afbraak by hoë temperature. Daar word ook verwag dat hittebehandeling die myrosinase-ensiem in saadmeel sal denatureer en die hidrolise van glukosinolate sal voorkom om reaktiewe isotiosianate te vorm. Dit is ook bevestig deur Okunade et al. 75 het getoon dat myrosinase temperatuur sensitief is, wat toon dat myrosinase aktiwiteit heeltemal geïnaktiveer was toe mosterd, swart mosterd en bloedwortelsade aan temperature bo 80° blootgestel is. C. Hierdie meganismes kan lei tot verlies aan insekdodende aktiwiteit van hitte-behandelde DFP-saadmeel.
Dus is mosterdsaadmeel en sy drie belangrikste isotiosianate giftig vir muskietlarwes. Gegewe hierdie verskille tussen saadmeel en chemiese behandelings, kan die gebruik van saadmeel 'n effektiewe metode van muskietbeheer wees. Daar is 'n behoefte om geskikte formulerings en effektiewe afleweringstelsels te identifiseer om die doeltreffendheid en stabiliteit van die gebruik van saadpoeiers te verbeter. Ons resultate dui op die potensiële gebruik van mosterdsaadmeel as 'n alternatief vir sintetiese plaagdoders. Hierdie tegnologie kan 'n innoverende hulpmiddel word om muskietvektore te beheer. Omdat muskietlarwes in akwatiese omgewings floreer en saadmeelglukosinolate ensiematies na aktiewe isotiosianate omgeskakel word na hidrasie, bied die gebruik van mosterdsaadmeel in muskietbesmette water aansienlike beheerpotensiaal. Alhoewel die larvicidale aktiwiteit van isotiosianate verskil (BITC > AITC > 4-HBITC), is meer navorsing nodig om vas te stel of die kombinasie van saadmeel met veelvuldige glukosinolate sinergistiese toksisiteit verhoog. Dit is die eerste studie om die insekdodende effekte van ontvet kruisbloemige saadmeel en drie bioaktiewe isotiosianate op muskiete te demonstreer. Die resultate van hierdie studie breek nuwe grond deur te wys dat ontvette koolsaadmeel, 'n neweproduk van olie-ekstraksie uit die sade, as 'n belowende larvisdodende middel vir muskietbeheer kan dien. Hierdie inligting kan help om die ontdekking van plantbiobeheermiddels en die ontwikkeling daarvan as goedkoop, praktiese en omgewingsvriendelike bioplaagdoders te bevorder.
Die datastelle wat vir hierdie studie gegenereer is en die gevolglike ontledings is op redelike versoek by die ooreenstemmende outeur beskikbaar. Aan die einde van die studie is alle materiaal wat in die studie gebruik is (insekte en saadmeel) vernietig.
Pos tyd: Jul-29-2024