Чтобы эффективноконтролировать комарови снизить заболеваемость болезнями, которые они переносят, необходимы стратегические, устойчивые и экологически безопасные альтернативы химическим пестицидам.Мы оценили шрот из семян некоторых Brassicaceae (семейство Brassica) как источник изотиоцианатов растительного происхождения, получаемых путем ферментативного гидролиза биологически неактивных глюкозинолатов для использования в борьбе с египетскими Aedes (L., 1762).Пятиобезжиренная семенная мука (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 и Thlaspi arvense – три основных типа термической инактивации и ферментативной деградации. Химическая продукты. Определить токсичность (LC50) аллилизотиоцианата, бензилизотиоцианата и 4-гидроксибензилизотиоцианата для личинок Aedes aegypti при 24-часовом воздействии = 0,04 г/120 мл dH2O).Значения LC50 для горчицы, белой горчицы и хвоща.Посевная мука составляла 0,05, 0,08 и 0,05 соответственно по сравнению с аллилизотиоцианатом (LC50 = 19,35 частей на миллион) и 4. -Гидроксибензилизотиоцианат (LC50 = 55,41 частей на миллион) был более токсичен для личинок через 24 часа после обработки, чем 0,1 г/120 мл dH2O соответственно.Эти результаты согласуются с производством муки из семян люцерны.Рассчитанным значениям ЛК50 соответствует более высокая эффективность бензиловых эфиров.Использование муки из семян может стать эффективным методом борьбы с комарами.эффективность порошка семян крестоцветных и его основных химических компонентов против личинок комаров и показывает, как природные соединения в порошке семян крестоцветных могут служить многообещающим экологически чистым ларвицидом для борьбы с комарами.
Трансмиссивные заболевания, вызываемые комарами Aedes, остаются серьезной глобальной проблемой общественного здравоохранения.Заболеваемость болезнями, переносимыми комарами, распространяется географически1,2,3 и возникает вновь, приводя к вспышкам тяжелых заболеваний4,5,6,7.Распространение болезней среди людей и животных (например, чикунгунья, лихорадка денге, лихорадка Рифт-Валли, желтая лихорадка и вирус Зика) является беспрецедентным.Одна только лихорадка денге подвергает риску заражения примерно 3,6 миллиарда человек в тропиках, при этом, по оценкам, ежегодно происходит 390 миллионов инфекций, что приводит к 6 100–24 300 смертям в год8.Повторное появление и вспышка вируса Зика в Южной Америке привлекли внимание всего мира из-за поражения головного мозга, которое он вызывает у детей, рожденных от инфицированных женщин2.Кремер и др. 3 предсказывают, что географический ареал комаров Aedes будет продолжать расширяться и что к 2050 году половина населения мира будет подвергаться риску заражения арбовирусами, переносимыми комарами.
За исключением недавно разработанных вакцин против денге и желтой лихорадки, вакцины против большинства болезней, передающихся комарами, еще не разработаны9,10,11.Вакцины по-прежнему доступны в ограниченных количествах и используются только в клинических испытаниях.Борьба с комарами-переносчиками с помощью синтетических инсектицидов была ключевой стратегией борьбы с распространением болезней, переносимых комарами12,13.Хотя синтетические пестициды эффективны в уничтожении комаров, продолжающееся использование синтетических пестицидов отрицательно влияет на нецелевые организмы и загрязняет окружающую среду14,15,16.Еще более тревожной является тенденция повышения устойчивости комаров к химическим инсектицидам17,18,19.Эти проблемы, связанные с пестицидами, ускорили поиск эффективных и экологически чистых альтернатив для борьбы с переносчиками болезней.
Различные растения были разработаны в качестве источников фитопестицидов для борьбы с вредителями20,21.Растительные вещества, как правило, безвредны для окружающей среды, поскольку они биоразлагаемы и имеют низкую или незначительную токсичность для нецелевых организмов, таких как млекопитающие, рыбы и амфибии20,22.Известно, что растительные препараты производят множество биологически активных соединений с разными механизмами действия, позволяющих эффективно контролировать различные стадии жизни комаров23,24,25,26.Соединения растительного происхождения, такие как эфирные масла и другие активные растительные ингредиенты, привлекли внимание и проложили путь к инновационным средствам борьбы с комарами-переносчиками.Эфирные масла, монотерпены и сесквитерпены действуют как репелленты, отпугиватели кормления и овициды27,28,29,30,31,32,33.Многие растительные масла вызывают гибель личинок, куколок и взрослых комаров34,35,36, поражая нервную, дыхательную, эндокринную и другие важные системы насекомых37.
Недавние исследования дали представление о потенциальном использовании растений горчицы и их семян в качестве источника биологически активных соединений.Мука из семян горчицы была протестирована в качестве биофумиганта38,39,40,41 и использовалась в качестве удобрения для почвы для подавления сорняков42,43,44 и борьбы с почвенными патогенами растений45,46,47,48,49,50, а также для питания растений.нематоды 41,51, 52, 53, 54 и вредители 55, 56, 57, 58, 59, 60. Фунгицидная активность этих порошков семян объясняется соединениями для защиты растений, называемыми изотиоцианатами38,42,60.У растений эти защитные соединения хранятся в растительных клетках в виде небиоактивных глюкозинолатов.Однако, когда растения повреждаются в результате питания насекомыми или заражения патогенами, глюкозинолаты гидролизуются мирозиназой до биоактивных изотиоцианатов55,61.Изотиоцианаты представляют собой летучие соединения, которые, как известно, обладают антимикробной и инсектицидной активностью широкого спектра, а их структура, биологическая активность и содержание широко варьируются среди видов Brassicaceae42,59,62,63.
Хотя известно, что изотиоцианаты, полученные из муки семян горчицы, обладают инсектицидной активностью, данные о биологической активности против важных с медицинской точки зрения переносчиков членистоногих отсутствуют.В нашем исследовании изучалась ларвицидная активность четырех обезжиренных порошков семян против комаров рода Aedes.Личинки Aedes aegypti.Целью исследования было оценить их потенциальное использование в качестве экологически чистых биопестицидов для борьбы с комарами.Три основных химических компонента семенной муки: аллилизотиоцианат (AITC), бензилизотиоцианат (BITC) и 4-гидроксибензилизотиоцианат (4-HBITC) также были протестированы для проверки биологической активности этих химических компонентов на личинках комаров.Это первый отчет, оценивающий эффективность четырех порошков семян капусты и их основных химических компонентов против личинок комаров.
Лабораторные колонии Aedes aegypti (штамм Рокфеллера) содержали при температуре 26°C, относительной влажности 70% (ОВ) и 10:14 ч (фотопериод L:D).Спаривающихся самок содержали в пластиковых клетках (высота 11 см и диаметр 9,5 см) и кормили через систему кормления из бутылочки с использованием цитратной бычьей крови (HemoStat Laboratories Inc., Диксон, Калифорния, США).Кормление кровью осуществлялось как обычно с использованием мембранного многостаканового питателя (Chemglass, Life Sciences LLC, Вайнленд, Нью-Джерси, США), соединенного с трубкой с циркуляционной водяной баней (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Уолтем, Массачусетс, США) с температурой контрольная 37 °С.Натяните пленку Parafilm M на дно каждой камеры подачи стекла (площадь 154 мм2).Затем каждую кормушку помещали на верхнюю решетку, закрывающую клетку, в которой содержалась спаривающаяся самка.Примерно 350–400 мкл бычьей крови добавляли в стеклянную питающую воронку с помощью пипетки Пастера (Fisherbrand, Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США) и взрослым червям давали стечь в течение как минимум одного часа.Беременным самкам затем давали 10% раствор сахарозы и позволяли откладывать яйца на влажную фильтровальную бумагу, выложенную в отдельные ультрапрозрачные чашки для суфле (размером 1,25 жидких унции, Dart Container Corp., Мейсон, Мичиган, США).клетка с водой.Поместите фильтровальную бумагу, содержащую яйца, в запечатанный пакет (SC Johnsons, Расин, Висконсин) и храните при температуре 26°C.Из яиц вылупились примерно 200–250 личинок в пластиковых лотках, содержащих смесь кроличьего корма (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Миссия, Канзас, США) и порошка печени (MP Biomedicals, LLC, Солон, Огайо, США). США).и рыбное филе (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Германия) в соотношении 2:1:1.В наших биоанализах использовали личинки позднего третьего возраста.
Семенной материал растений, использованный в этом исследовании, был получен из следующих коммерческих и государственных источников: Brassica juncea (горчица коричневая-Pacific Gold) и Brassica juncea (горчица белая-Ida Gold) из Кооператива фермеров Тихоокеанского северо-запада, штат Вашингтон, США;(Garden Cress) от Kelly Seed and Hardware Co., Пеория, Иллинойс, США и Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) от USDA-ARS, Пеория, Иллинойс, США;Ни одно из семян, использованных в исследовании, не было обработано пестицидами.Весь семенной материал был обработан и использован в этом исследовании в соответствии с местными и национальными правилами, а также с соблюдением всех соответствующих местных государственных и национальных правил.В этом исследовании не изучались трансгенные сорта растений.
Семена Brassica juncea (PG), люцерны (Ls), белой горчицы (IG), Thlaspi arvense (DFP) измельчали до тонкого порошка с использованием ультрацентробежной мельницы Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Германия), оснащенной сеткой 0,75 мм и нержавеющей стальной ротор, 12 зубьев, 10 000 об/мин (табл. 1).Измельченный порошок семян переносили в бумажный наперсток и обезжиривали гексаном в аппарате Сокслета в течение 24 ч.Подвыборку обезжиренной полевой горчицы подвергали термообработке при 100 °C в течение 1 часа для денатурации мирозиназы и предотвращения гидролиза глюкозинолатов с образованием биологически активных изотиоцианатов.Термически обработанный порошок семян хвоща (DFP-HT) использовали в качестве отрицательного контроля путем денатурации мирозиназы.
Содержание глюкозинолатов в обезжиренной семенной муке определяли в трех повторах с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в соответствии с ранее опубликованным протоколом 64 .Вкратце, к образцу обезжиренного порошка семян массой 250 мг добавляли 3 мл метанола.Каждый образец обрабатывали ультразвуком на водяной бане в течение 30 минут и оставляли в темноте при 23°C на 16 часов.Затем аликвоту органического слоя объемом 1 мл фильтровали через фильтр 0,45 мкм в автосамплер.С помощью системы ВЭЖХ Shimadzu (два насоса LC 20AD; автосамплер SIL 20A; дегазатор DGU 20As; УФ-ВИД-детектор SPD-20A для мониторинга при длине волны 237 нм; модуль коммуникационной шины CBM-20A) определяли содержание глюкозинолатов в семенной муке. в трёх экземплярах.с использованием программного обеспечения Shimadzu LC Solution версии 1.25 (Shimadzu Corporation, Колумбия, Мэриленд, США).Колонка представляла собой обращенно-фазовую колонку C18 Inertsil (250 мм × 4,6 мм; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Торранс, Калифорния, США).Начальные условия подвижной фазы были установлены на уровне 12% метанола/88% 0,01 М гидроксида тетрабутиламмония в воде (TBAH; Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) со скоростью потока 1 мл/мин.После введения 15 мкл образца исходные условия поддерживали в течение 20 минут, а затем соотношение растворителей доводили до 100% метанола, при этом общее время анализа образца составляло 65 минут.Стандартную кривую (на основе нМ/мАТ) строили путем серийных разведений свежеприготовленных стандартов синапина, глюкозинолата и мирозина (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) для оценки содержания серы в обезжиренной семенной муке.глюкозинолаты.Концентрацию глюкозинолатов в образцах определяли на ВЭЖХ Agilent 1100 (Agilent, Санта-Клара, Калифорния, США) с использованием версии OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]), оснащенной той же колонкой и с использованием ранее описанного метода.Определяли концентрации глюкозинолатов;быть сопоставимыми между системами ВЭЖХ.
Аллилизотиоцианат (94%, стабильный) и бензилизотиоцианат (98%) были приобретены у Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США).4-Гидроксибензилизотиоцианат был приобретен у ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, Калифорния, США).При ферментативном гидролизе мирозиназой глюкозинолаты, глюкозинолаты и глюкозинолаты образуют аллилизотиоцианат, бензилизотиоцианат и 4-гидроксибензилизотиоцианат соответственно.
Лабораторные биоанализы проводили по методу Muturi et al.32 с изменениями.В исследовании использовали пять обезжиренных семенных кормов: DFP, DFP-HT, IG, PG и Ls.Двадцать личинок были помещены в одноразовый трехходовой стакан объемом 400 мл (VWR International, LLC, Рэднор, Пенсильвания, США), содержащий 120 мл деионизированной воды (dH2O).Семь концентраций семенной муки были протестированы на токсичность для личинок комаров: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 и 0,12 г семенной муки/120 мл dH2O для семенной муки DFP, DFP-HT, IG и PG.Предварительные биоанализы показывают, что обезжиренная мука из семян Ls более токсична, чем четыре других испытанных вида муки из семян.Поэтому мы скорректировали семь лечебных концентраций семенной муки Ls до следующих концентраций: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 и 0,075 г/120 мл dH2O.
Необработанная контрольная группа (dH20, без добавок из семян) была включена для оценки нормальной смертности насекомых в условиях анализа.Токсикологические биоанализы для каждой семенной муки включали три повторных трехступенчатых стакана (по 20 личинок позднего третьего возраста на стакан), всего 108 флаконов.Обработанные контейнеры хранили при комнатной температуре (20-21°С), а смертность личинок регистрировали в течение 24 и 72 часов непрерывного воздействия обрабатывающих концентраций.Если тело и придатки комара не двигаются при протыкании или прикосновении тонкой лопаточкой из нержавеющей стали, личинки комара считаются мертвыми.Погибшие личинки обычно остаются неподвижными в дорсальном или вентральном положении на дне контейнера или на поверхности воды.Эксперимент повторяли три раза в разные дни с использованием разных групп личинок, всего 180 личинок, подвергшихся воздействию каждой обрабатывающей концентрации.
Токсичность AITC, BITC и 4-HBITC для личинок комаров оценивали с использованием одной и той же процедуры биоанализа, но с разными обработками.Подготовьте исходные растворы 100 000 ppm для каждого химического вещества, добавив 100 мкл химического вещества к 900 мкл абсолютного этанола в центрифужную пробирку объемом 2 мл и встряхивая в течение 30 секунд, чтобы тщательно перемешать.Концентрации лечения были определены на основе наших предварительных биоанализов, которые показали, что BITC гораздо более токсичен, чем AITC и 4-HBITC.Для определения токсичности использовали 5 концентраций БИТЦ (1, 3, 6, 9 и 12 ppm), 7 концентраций AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 ppm) и 6 концентраций 4-HBITC (15 ppm). , 15, 20, 25, 30 и 35 частей на миллион).30, 45, 60, 75 и 90 м.д.).В контрольную обработку вводили 108 мкл абсолютного этанола, что соответствует максимальному объему химической обработки.Биоанализы повторяли, как указано выше, подвергая воздействию в общей сложности 180 личинок на каждую лечебную концентрацию.Смертность личинок регистрировали для каждой концентрации AITC, BITC и 4-HBITC после 24 часов непрерывного воздействия.
Пробит-анализ 65 данных о дозозависимой смертности был выполнен с использованием программного обеспечения Polo (Polo Plus, LeOra Software, версия 1.0) для расчета 50% летальной концентрации (LC50), 90% летальной концентрации (LC90), наклона, коэффициента летальной дозы и 95 % летальной концентрации.на основе доверительных интервалов для отношений летальных доз для логарифмически преобразованных кривых концентрации и смертности от дозы.Данные о смертности основаны на объединенных повторных данных 180 личинок, подвергшихся воздействию каждой концентрации лечения.Вероятностный анализ проводился отдельно для каждой семенной муки и каждого химического компонента.На основании 95% доверительного интервала отношения летальных доз токсичность семенной муки и химических компонентов для личинок комаров считалась существенно различной, поэтому доверительный интервал, содержащий значение 1, существенно не отличался, P = 0,0566.
Результаты ВЭЖХ для определения основных глюкозинолатов в обезжиренной семенной муке DFP, IG, PG и Ls перечислены в таблице 1. Основные глюкозинолаты в тестируемой семенной муке различались, за исключением DFP и PG, которые оба содержали глюкозинолаты мирозиназы.Содержание мирозинина в ПГ было выше, чем в ДФП, 33,3 ± 1,5 и 26,5 ± 0,9 мг/г соответственно.Порошок семян Ls содержал 36,6 ± 1,2 мг/г глюкогликона, тогда как порошок семян IG содержал 38,0 ± 0,5 мг/г синапина.
Личинки Ae.Комары Aedes aegypti погибали при обработке обезжиренной мукой из семян, хотя эффективность обработки варьировалась в зависимости от вида растения.Только ДФП-НТ не был токсичен для личинок комаров после 24 и 72 ч воздействия (табл. 2).Токсичность активного порошка семян возрастала с увеличением концентрации (рис. 1А, Б).Токсичность семенной муки для личинок комаров значительно варьировалась на основе 95% ДИ соотношения летальных доз значений LC50 при 24-часовых и 72-часовых оценках (таблица 3).Через 24 часа токсическое действие муки из семян Ls было больше, чем при других обработках мукой из семян, с самой высокой активностью и максимальной токсичностью для личинок (LC50 = 0,04 г/120 мл dH2O).Личинки были менее чувствительны к DFP через 24 часа по сравнению с обработкой порошком семян IG, Ls и PG, при этом значения LC50 составляли 0,115, 0,04 и 0,08 г/120 мл dH2O соответственно, что статистически превышало значение LC50.0,211 г/120 мл dH2O (табл. 3).Значения LC90 DFP, IG, PG и Ls составили 0,376, 0,275, 0,137 и 0,074 г/120 мл dH2O соответственно (табл. 2).Самая высокая концентрация ДПП составила 0,12 г/120 мл dH2O.Через 24 часа оценки средняя смертность личинок составила всего 12%, тогда как средняя смертность личинок ИГ и ПГ достигала 51% и 82% соответственно.После 24 часов оценки средняя смертность личинок при обработке семенной муки с самой высокой концентрацией Ls (0,075 г/120 мл dH2O) составила 99% (рис. 1А).
Кривые смертности оценивали по зависимости «доза-эффект» (Пробит) Ae.Египетские личинки (личинки 3-го возраста) до концентрации семенной муки через 24 часа (А) и 72 часа (В) после обработки.Пунктирная линия представляет LC50 обработки семенной мукой.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT, инактивированный нагреванием Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
При 72-часовой оценке значения LC50 семенной муки DFP, IG и PG составляли 0,111, 0,085 и 0,051 г/120 мл dH2O соответственно.Почти все личинки, подвергшиеся воздействию муки из семян Ls, погибли после 72 часов воздействия, поэтому данные о смертности не соответствовали анализу Пробита.По сравнению с другой семенной мукой личинки были менее чувствительны к обработке семенной мукой ДФП и имели статистически более высокие значения LC50 (таблицы 2 и 3).Через 72 часа значения LC50 для обработок семенной муки DFP, IG и PG составили 0,111, 0,085 и 0,05 г/120 мл dH2O соответственно.После 72 часов оценки значения LC90 порошков семян DFP, IG и PG составили 0,215, 0,254 и 0,138 г/120 мл dH2O соответственно.После 72 часов оценки средняя смертность личинок при обработках семенной мукой DFP, IG и PG при максимальной концентрации 0,12 г/120 мл dH2O составила 58%, 66% и 96% соответственно (рис. 1B).После 72-часовой оценки было обнаружено, что мука из семян PG более токсична, чем мука из семян IG и DFP.
Синтетические изотиоцианаты, аллилизотиоцианат (AITC), бензилизотиоцианат (BITC) и 4-гидроксибензилизотиоцианат (4-HBITC) могут эффективно уничтожать личинки комаров.Через 24 часа после обработки BITC был более токсичен для личинок со значением LC50 5,29 ppm по сравнению с 19,35 ppm для AITC и 55,41 ppm для 4-HBITC (таблица 4).По сравнению с AITC и BITC, 4-HBITC имеет более низкую токсичность и более высокое значение LC50.Существуют значительные различия в токсичности двух основных изотиоцианатов (Ls и PG) для личинок комаров, содержащихся в наиболее мощной семенной муке.Токсичность, основанная на соотношении летальных доз значений LC50 между AITC, BITC и 4-HBITC, показала статистическую разницу, такую, что 95% ДИ отношения летальных доз LC50 не включал значение 1 (P = 0,05, таблица 4).По оценкам, самые высокие концентрации как BITC, так и AITC убивают 100% протестированных личинок (рис. 2).
Кривые смертности оценивали по зависимости «доза-эффект» (Пробит) Ae.Через 24 часа после обработки египетские личинки (личинки 3-го возраста) достигли концентрации синтетического изотиоцианата.Пунктирная линия представляет LC50 для обработки изотиоцианатом.Бензилизотиоцианат BITC, аллилизотиоцианат AITC и 4-HBITC.
Использование растительных биопестицидов в качестве средств борьбы с комарами-переносчиками уже давно изучается.Многие растения производят природные химические вещества, обладающие инсектицидной активностью37.Их биоактивные соединения представляют собой привлекательную альтернативу синтетическим инсектицидам с большим потенциалом в борьбе с вредителями, включая комаров.
Растения горчицы выращивают ради семян, которые используют в качестве пряности и источника масла.Когда горчичное масло извлекается из семян или когда горчица извлекается для использования в качестве биотоплива, 69 побочным продуктом является обезжиренная мука из семян.Эта семенная мука сохраняет многие из своих натуральных биохимических компонентов и гидролитических ферментов.Токсичность этой муки из семян объясняется выработкой изотиоцианатов55,60,61.Изотиоцианаты образуются в результате гидролиза глюкозинолатов ферментом мирозиназой во время гидратации семенной муки38,55,70 и, как известно, обладают фунгицидным, бактерицидным, нематицидным и инсектицидным действием, а также другими свойствами, включая химические сенсорные эффекты и химиотерапевтические свойства61,62, 70.Несколько исследований показали, что растения горчицы и семенная мука эффективно действуют как фумиганты против почвенных и хранящихся пищевых вредителей57,59,71,72.В этом исследовании мы оценили токсичность четырехсеменного шрота и трех его биологически активных продуктов AITC, BITC и 4-HBITC для личинок комаров Aedes.Aedes aegypti.Ожидается, что добавление семенной муки непосредственно в воду, содержащую личинки комаров, активирует ферментативные процессы, которые производят изотиоцианаты, токсичные для личинок комаров.Эта биотрансформация была частично продемонстрирована наблюдаемой ларвицидной активностью семенной муки и потерей инсектицидной активности, когда мука из семян карликовой горчицы подвергалась термической обработке перед использованием.Ожидается, что термическая обработка разрушит гидролитические ферменты, активирующие глюкозинолаты, тем самым предотвращая образование биологически активных изотиоцианатов.Это первое исследование, подтверждающее инсектицидные свойства порошка семян капусты против комаров в водной среде.
Среди протестированных порошков семян порошок семян кресс-салата (Ls) был наиболее токсичным, вызывая высокую смертность Aedes albopictus.Личинки Aedes aegypti обрабатывались непрерывно в течение 24 часов.Остальные три порошка семян (PG, IG и DFP) имели более медленную активность и все же вызывали значительную смертность после 72 часов непрерывного лечения.Только мука из семян Ls содержала значительные количества глюкозинолатов, тогда как PG и DFP содержали мирозиназу, а IG содержал глюкозинолат в качестве основного глюкозинолата (таблица 1).Глюкотропаеолин гидролизуется до BITC, а синальбин гидролизуется до 4-HBITC61,62.Результаты наших биоанализов показывают, что как мука из семян Ls, так и синтетический BITC высокотоксичны для личинок комаров.Основным компонентом семенной муки PG и DFP является глюкозинолат мирозиназы, который гидролизуется до AITC.AITC эффективен в уничтожении личинок комаров со значением LC50 19,35 частей на миллион.По сравнению с AITC и BITC изотиоцианат 4-HBITC наименее токсичен для личинок.Хотя AITC менее токсичен, чем BITC, их значения LC50 ниже, чем у многих эфирных масел, протестированных на личинках комаров32,73,74,75.
Наш порошок семян крестоцветных для использования против личинок комаров содержит один основной глюкозинолат, на долю которого приходится более 98-99% общего количества глюкозинолатов, как определено с помощью ВЭЖХ.Были обнаружены следовые количества других глюкозинолатов, но их уровень составлял менее 0,3% от общего количества глюкозинолатов.Порошок семян кресс-салата (L. sativum) содержит вторичные глюкозинолаты (синигрин), но их доля составляет 1% от суммы глюкозинолатов, а их содержание еще незначительно (около 0,4 мг/г порошка семян).Хотя ПГ и ДФП содержат один и тот же основной глюкозинолат (мирозин), ларвицидная активность их семенной муки существенно различается из-за значений LC50.Различается по токсичности к мучнистой росе.Появление личинок Aedes aegypti может быть связано с различиями в активности мирозиназы или стабильности двух семенных кормов.Активность мирозиназы играет важную роль в биодоступности продуктов гидролиза, таких как изотиоцианаты, в растениях Brassicaceae76.Предыдущие сообщения Pocock et al.77 и Wilkinson et al.78 показали, что изменения активности и стабильности мирозиназы также могут быть связаны с генетическими факторами и факторами окружающей среды.
Ожидаемое содержание биоактивного изотиоцианата рассчитывали на основе значений LC50 каждой семенной муки через 24 и 72 часа (таблица 5) для сравнения с соответствующими химическими применениями.Через 24 часа изотиоцианаты в семенной муке оказались более токсичными, чем чистые соединения.Значения LC50, рассчитанные на основе частей на миллион (ppm) при обработке семян изотиоцианатом, были ниже, чем значения LC50 для применений BITC, AITC и 4-HBITC.Мы наблюдали, как личинки потребляют гранулы семенной муки (рис. 3А).Следовательно, личинки могут подвергаться более концентрированному воздействию токсичных изотиоцианатов при проглатывании гранул семенной муки.Это было наиболее очевидно при обработке семян мукой IG и PG при 24-часовом воздействии, где концентрации LC50 были на 75% и 72% ниже, чем при обработке чистым AITC и 4-HBITC соответственно.Обработки Ls и DFP были более токсичными, чем чистый изотиоцианат, при этом значения LC50 были на 24% и 41% ниже соответственно.Личинки при контрольной обработке успешно окуклились (рис. 3B), в то время как большинство личинок при обработке семенной мукой не окуклились, и развитие личинок было значительно задержано (рис. 3B,D).У Spodopteralitura изотиоцианаты связаны с задержкой роста и развития79.
Личинки Ae.Комары Aedes aegypti подвергались непрерывному воздействию порошка семян Brassica в течение 24–72 часов.(А) Мертвые личинки с частицами семенной муки в ротовом аппарате (обведены кружком);(B) Контрольная обработка (dH20 без добавления семенной муки) показывает, что личинки растут нормально и начинают окукливаться через 72 часа (C, D) Личинки, обработанные семенной мукой;семенная мука имела различия в развитии и не окукливалась.
Механизм токсического действия изотиоцианатов на личинки комаров нами не изучен.Однако предыдущие исследования на красных огненных муравьях (Solenopsis invicta) показали, что ингибирование глутатион-S-трансферазы (GST) и эстеразы (EST) является основным механизмом биоактивности изотиоцианата, а AITC даже при низкой активности может также ингибировать активность GST. .красные завозные огненные муравьи в низких концентрациях.Доза составляет 0,5 мкг/мл80.Напротив, AITC ингибирует ацетилхолинэстеразу у взрослых кукурузных долгоносиков (Sitophilus zeamais)81.Подобные исследования необходимо провести и для выяснения механизма активности изотиоцианата в личинках комаров.
Мы используем термоинактивированную обработку DFP, чтобы поддержать предположение о том, что гидролиз растительных глюкозинолатов с образованием реакционноспособных изотиоцианатов служит механизмом контроля личинок комаров с помощью муки из горчичных семян.Мука семян DFP-HT не была токсичной при испытанных нормах внесения.Лафарга и др.82 сообщили, что глюкозинолаты чувствительны к разложению при высоких температурах.Ожидается также, что термическая обработка денатурирует фермент мирозиназу в семенной муке и предотвращает гидролиз глюкозинолатов с образованием реакционноспособных изотиоцианатов.Это также было подтверждено Окунаде и др.75 показали, что мирозиназа чувствительна к температуре, показав, что активность мирозиназы полностью инактивировалась, когда семена горчицы, черной горчицы и лапчатки подвергались воздействию температур выше 80°.C. Эти механизмы могут привести к потере инсектицидной активности термообработанной муки из семян DFP.
Таким образом, мука из семян горчицы и три ее основных изотиоцианата токсичны для личинок комаров.Учитывая эти различия между семенной мукой и химическими обработками, использование семенной муки может быть эффективным методом борьбы с комарами.Существует необходимость определить подходящие составы и эффективные системы доставки для повышения эффективности и стабильности использования порошков семян.Наши результаты указывают на потенциальное использование муки из семян горчицы в качестве альтернативы синтетическим пестицидам.Эта технология может стать инновационным инструментом борьбы с комарами-переносчиками.Поскольку личинки комаров процветают в водной среде, а глюкозинолаты семенной муки при гидратации ферментативно превращаются в активные изотиоцианаты, использование муки из семян горчицы в воде, кишащей комарами, обеспечивает значительный потенциал контроля.Хотя ларвицидная активность изотиоцианатов варьируется (BITC > AITC > 4-HBITC), необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, синергически ли увеличивает токсичность сочетание семенной муки с несколькими глюкозинолатами.Это первое исследование, продемонстрировавшее инсектицидное воздействие обезжиренной муки из семян крестоцветных и трех биологически активных изотиоцианатов на комаров.Результаты этого исследования открывают новые горизонты, показывая, что обезжиренная мука из семян капусты, побочный продукт экстракции масла из семян, может служить многообещающим ларвицидным средством для борьбы с комарами.Эта информация может помочь в дальнейшем открытии средств биоконтроля растений и их разработке как дешевых, практичных и экологически чистых биопестицидов.
Наборы данных, созданные для этого исследования, и полученные результаты анализа можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.По окончании исследования все использованные в исследовании материалы (насекомые и семенная мука) были уничтожены.
Время публикации: 29 июля 2024 г.