Tõhusaltsääskede tõrjeja vähendada nende levitatavate haiguste esinemissagedust, on vaja keemilistele pestitsiididele strateegilisi, säästvaid ja keskkonnasõbralikke alternatiive. Hinnasime teatud ristõieliste (Brassica sugukond) seemnejahu kui taimse päritoluga isotiotsüanaatide allikat, mis on toodetud bioloogiliselt inaktiivsete glükosinolaatide ensümaatilise hüdrolüüsi teel, et seda kasutada Egiptuse Aedes'i (L., 1762) tõrjeks. Viiekordselt rasvatustatud seemnejahu (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 ja Thlaspi arvense – kolm peamist termilise inaktiveerimise ja ensümaatilise lagunemise tüüpi). Keemilised produktid. Allüülisotiotsüanaadi, bensüülisotiotsüanaadi ja 4-hüdroksübensüülisotiotsüanaadi toksilisuse (LC50) määramiseks Aedes aegypti vastsetele 24-tunnise kokkupuute korral = 0,04 g/120 ml dH2O). Sinepi, valge sinepi ja osi seemnejahu LC50 väärtused olid vastavalt 0,05, 0,08 ja 0,05, võrreldes allüülisotiotsüanaadiga (LC50 = 19,35 ppm) ja 4-hüdroksübensüülisotiotsüanaat (LC50 = 55,41 ppm) oli vastsetele 24 tundi pärast töötlemist toksilisem kui vastavalt 0,1 g/120 ml dH2O. Need tulemused on kooskõlas lutserni seemnejahu tootmisega. Bensüülestrite suurem efektiivsus vastab arvutatud LC50 väärtustele. Seemnejahu kasutamine võib pakkuda tõhusat sääskede tõrje meetodit. See näitab ristõieliste seemnepulbri ja selle peamiste keemiliste komponentide efektiivsust sääsevastsete vastu ning seda, kuidas ristõieliste seemnepulbris sisalduvad looduslikud ühendid võivad olla paljulubav keskkonnasõbralik sääskede tõrje vahend.
Aedes sääskede põhjustatud vektorite kaudu levivad haigused on endiselt suur ülemaailmne rahvatervise probleem. Sääskede kaudu levivate haiguste esinemissagedus levib geograafiliselt1,2,3 ja tekib uuesti, põhjustades raskete haiguspuhanguid4,5,6,7. Haiguste levik inimeste ja loomade seas (nt chikungunya, dengue, Rifti oru palavik, kollapalavik ja Zika viirus) on enneolematu. Ainuüksi dengue palavik seab troopikas nakkusohtu ligikaudu 3,6 miljardit inimest, kusjuures hinnanguliselt esineb igal aastal 390 miljonit nakatumist, mille tagajärjel sureb aastas 6100–24 300 inimest8. Zika viiruse taasilmumine ja puhang Lõuna-Ameerikas on pälvinud ülemaailmset tähelepanu ajukahjustuste tõttu, mida see põhjustab nakatunud naistel sündinud lastel2. Kremer jt3 ennustavad, et Aedes sääskede geograafiline levila laieneb jätkuvalt ja 2050. aastaks on pool maailma elanikkonnast sääskede kaudu levivate arboviiruste nakatumise ohus.
Välja arvatud hiljuti väljatöötatud dengue ja kollapalaviku vaktsiinid, ei ole enamiku sääskede kaudu levivate haiguste vastaseid vaktsiine veel välja töötatud9,10,11. Vaktsiine on endiselt saadaval piiratud koguses ja neid kasutatakse ainult kliinilistes uuringutes. Sääskede kaudu levivate haiguste leviku tõkestamiseks on võtmetähtsusega strateegia olnud sääskede kaudu levivate haiguste leviku tõkestamiseks12,13. Kuigi sünteetilised pestitsiidid on sääskede hävitamisel tõhusad, mõjutab nende jätkuv kasutamine negatiivselt mitte-sihtorganisme ja saastab keskkonda14,15,16. Veelgi murettekitavam on sääskede resistentsuse suurenemine keemiliste insektitsiidide suhtes17,18,19. Need pestitsiididega seotud probleemid on kiirendanud haiguste vektorite tõrjeks tõhusate ja keskkonnasõbralike alternatiivide otsimist.
Kahjurite tõrjeks on fütopestitsiididena välja töötatud mitmesuguseid taimi20,21. Taimsed ained on üldiselt keskkonnasõbralikud, kuna need on biolagunevad ja neil on madal või ebaoluline toksilisus mitte-sihtorganismidele, nagu imetajad, kalad ja kahepaiksed20,22. Taimsed preparaadid on teadaolevalt toodavad mitmesuguseid bioaktiivseid ühendeid, millel on erinevad toimemehhanismid sääskede eri eluetappide tõhusaks tõrjeks23,24,25,26. Taimsetest saadustest saadud ühendid, nagu eeterlikud õlid ja muud aktiivsed taimsed koostisosad, on pälvinud tähelepanu ja sillutanud teed uuenduslikele vahenditele sääsevektorite tõrjeks. Eeterlikud õlid, monoterpeenid ja seskviterpeenid toimivad tõrjevahenditena, toitumise peletajatena ja munade hävitajatena27,28,29,30,31,32,33. Paljud taimeõlid põhjustavad sääskede vastsete, nukkude ja täiskasvanute surma34,35,36, mõjutades putukate närvi-, hingamis-, endokriin- ja muid olulisi süsteeme37.
Hiljutised uuringud on andnud ülevaate sinepitaimede ja nende seemnete potentsiaalsest kasutamisest bioaktiivsete ühendite allikana. Sinepiseemnejahu on testitud biofumigandina38,39,40,41 ja seda on kasutatud mullaparandajana umbrohu tõrjeks42,43,44 ja mullas levivate taimepatogeenide45,46,47,48,49,50, taimede toitumise, nematoodide41,51, 52, 53, 54 ja kahjurite55, 56, 57, 58, 59, 60 tõrjeks. Nende seemnepulbrite fungitsiidne toime on omistatud taimekaitseühenditele, mida nimetatakse isotiotsüanaatideks38,42,60. Taimedes säilitatakse neid kaitsvaid ühendeid taimerakkudes mittebioaktiivsete glükosinolaatide kujul. Kui aga taimed kahjustuvad putukate toitumise või patogeenidega nakatumise tõttu, hüdrolüüsib mürosinaas glükosinolaadid bioaktiivseteks isotiotsüanaatideks55,61. Isotiotsüanaadid on lenduvad ühendid, millel on teadaolevalt laia toimespektriga antimikroobne ja insektitsiidne toime ning nende struktuur, bioloogiline aktiivsus ja sisaldus on Brassicaceae liikide lõikes väga erinevad42,59,62,63.
Kuigi sinepiseemnejahust saadud isotiotsüanaatidel on teadaolevalt insektitsiidne toime, puuduvad andmed bioloogilise aktiivsuse kohta meditsiiniliselt oluliste lülijalgsete vektorite vastu. Meie uuringus uuriti nelja rasvatustatud seemnepulbri larvitsiidset toimet Aedes sääskede vastu. Aedes aegypti vastsed. Uuringu eesmärk oli hinnata nende potentsiaalset kasutamist keskkonnasõbralike biopestitsiididena sääskede tõrjeks. Testiti ka seemnejahu kolme peamist keemilist komponenti, allüülisotiotsüanaati (AITC), bensüülisotiotsüanaati (BITC) ja 4-hüdroksübensüülisotiotsüanaati (4-HBITC), et testida nende keemiliste komponentide bioloogilist aktiivsust sääsevastsete suhtes. See on esimene aruanne, mis hindab nelja kapsaseemnepulbri ja nende peamiste keemiliste komponentide efektiivsust sääsevastsete vastu.
Aedes aegypti (Rockefelleri tüvi) laborikolooniaid hoiti temperatuuril 26 °C, 70% suhtelise õhuniiskuse (RH) juures ja 10:14 tundi (L:D fotoperiood). Paaritatud emased paigutati plastpuuridesse (kõrgus 11 cm ja läbimõõt 9,5 cm) ning neid toideti pudelist tsitraadiga veiseverega (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA). Verega toitmine viidi läbi nagu tavaliselt, kasutades membraan-mitmeklaasist söötjat (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA), mis oli ühendatud tsirkuleeriva veevannitoruga (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) temperatuuri reguleerimisega 37 °C. Venitage Parafilm M-kile iga klaasist söötmiskambri (pindala 154 mm2) põhjale. Seejärel asetati iga söötja paarituvat emast sisaldava puuri katvale ülemisele restile. Klaasist söötmislehtrisse lisati Pasteuri pipeti (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) abil ligikaudu 350–400 μl veise verd ja täiskasvanud ussidel lasti vähemalt tund aega nõrguda. Seejärel manustati tiinetele emasloomadele 10% sahharoosilahust ja neil lasti muneda niiskele filterpaberile, mis oli vooderdatud individuaalsetesse üliläbipaistvatesse sufleetopsidesse (suurus 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA). Asetage mune sisaldav filterpaber suletud kotti (SC Johnsons, Racine, WI) ja hoidke temperatuuril 26 °C. Munad koorusid ja ligikaudu 200–250 vastset kasvatati plastkandikutel, mis sisaldasid küülikutoitu (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) ja maksapulbrit (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA). ning kalafileed (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Saksamaa) vahekorras 2:1:1. Meie biotestides kasutati kolmanda staadiumi vastseid.
Selles uuringus kasutatud taimede seemnematerjal saadi järgmistest kaubanduslikest ja riiklikest allikatest: Brassica juncea (pruun sinep-Pacific Gold) ja Brassica juncea (valge sinep-Ida Gold) Pacific Northwest Farmers' Cooperative'ist Washingtoni osariigist USAst; (aedkress) Kelly Seed and Hardware Co.-st Peoriast, Illinoisist, USAst ja Thlaspi arvense (põldkress-Elisabeth) USDA-ARS-ist Peoriast, Illinoisist, USAst; ühtegi uuringus kasutatud seemnet ei töödeldud pestitsiididega. Kogu seemnematerjal töödeldi ja kasutati selles uuringus vastavalt kohalikele ja riiklikele eeskirjadele ning järgides kõiki asjakohaseid kohalikke, osariigi ja riiklikke eeskirju. Käesolevas uuringus ei uuritud transgeenseid taimesorte.
Brassica juncea (PG), lutserni (Ls), valge sinepi (IG) ja Thlaspi arvense'i (DFP) seemned jahvatati peeneks pulbriks Retsch ZM200 ultratsentrifugaalveskis (Retsch, Haan, Saksamaa), mis oli varustatud 0,75 mm võrgusilma ja roostevabast terasest rootoriga, 12 hambaga, 10 000 p/min (tabel 1). Jahvatatud seemnepulber viidi paberist hülsi ja rasvatustatud heksaaniga Soxhleti aparaadis 24 tundi. Rasvatustatud põldsinepi alamproovi kuumtöödeldi 100 °C juures 1 tund, et denatureerida mürosinaasi ja vältida glükosinolaatide hüdrolüüsi bioloogiliselt aktiivsete isotiotsüanaatide moodustamiseks. Kuumtöödeldud osi seemnepulbrit (DFP-HT) kasutati negatiivse kontrollina, mis denatureeris mürosinaasi.
Rasvatustatud seemnejahu glükosinolaadi sisaldus määrati kolmes korduses kõrgefektiivse vedelikkromatograafia (HPLC) abil vastavalt varem avaldatud protokollile 64. Lühidalt, 250 mg rasvatustatud seemnepulbri proovile lisati 3 ml metanooli. Iga proovi sonikeeriti veevannis 30 minutit ja jäeti seejärel 16 tunniks pimedasse temperatuurile 23 °C. Seejärel filtreeriti 1 ml orgaanilise kihi alikvoot läbi 0,45 μm filtri automaatsesse proovivõtjasse. Shimadzu HPLC süsteemil (kaks LC 20AD pumpa; SIL 20A automaatne proovivõtja; DGU 20A degaseerija; SPD-20A UV-VIS detektor jälgimiseks lainepikkusel 237 nm; ja CBM-20A sidebussi moodul) töötades määrati seemnejahu glükosinolaadi sisaldus kolmes korduses, kasutades Shimadzu LC Solution tarkvara versiooni 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA). Kolonn oli C18 Inertsil pöördfaasikolonn (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA). Esialgsed liikuva faasi tingimused seati 12% metanooli/88% 0,01 M tetrabutüülammooniumhüdroksiidi vees lahusele (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) voolukiirusega 1 ml/min. Pärast 15 μl proovi süstimist hoiti algtingimusi 20 minutit ja seejärel reguleeriti lahusti suhe 100% metanoolini, proovi koguanalüüsi ajaga 65 minutit. Standardkõver (nM/mAb-põhine) genereeriti värskelt valmistatud sinapiini, glükosinolaadi ja mürosiini standardite (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) seeriaviisiliste lahjenduste abil, et hinnata rasvavaba seemnejahu väävlisisaldust. glükosinolaadid. Proovide glükosinolaadi kontsentratsioone testiti Agilent 1100 HPLC-ga (Agilent, Santa Clara, CA, USA), kasutades OpenLAB CDS ChemStationi versiooni (C.01.07 SR2 [255]), mis oli varustatud sama kolonniga ja eelnevalt kirjeldatud meetodi abil. Glükosinolaadi kontsentratsioonid määrati; tulemused peavad olema HPLC-süsteemide vahel võrreldavad.
Allüülisotiotsüanaat (94%, stabiilne) ja bensüülisotiotsüanaat (98%) osteti firmalt Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 4-hüdroksübensüülisotiotsüanaat osteti firmalt ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA). Ensümaatilisel hüdrolüüsil mürosinaasi abil moodustavad glükosinolaadid, glükosinolaadid ja glükosinolaadid vastavalt allüülisotiotsüanaadi, bensüülisotiotsüanaadi ja 4-hüdroksübensüülisotiotsüanaadi.
Laboratoorsed biotestid viidi läbi Muturi jt meetodi 32 kohaselt koos modifikatsioonidega. Uuringus kasutati viit madala rasvasisaldusega seemnesööta: DFP, DFP-HT, IG, PG ja Ls. Kakskümmend vastset pandi 400 ml ühekordselt kasutatavasse kolmeastmelisse keeduklaasi (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA), mis sisaldas 120 ml deioniseeritud vett (dH2O). Sääsevastsete toksilisuse suhtes testiti seitset seemnejahu kontsentratsiooni: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 ja 0,12 g seemnejahu/120 ml dH2O DFP seemnejahu, DFP-HT, IG ja PG puhul. Esialgsed biotestid näitavad, et rasvatustatud Ls seemnejahu on toksilisem kui neli muud testitud seemnejahu. Seetõttu kohandasime Ls seemnejahu seitset töötluskontsentratsiooni järgmistele kontsentratsioonidele: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 ja 0,075 g/120 ml dH2O.
Putukate normaalse suremuse hindamiseks katsetingimustes kaasati töötlemata kontrollrühm (dH20, ilma seemnejahu lisandita). Iga seemnejahu toksikoloogilised biotestid hõlmasid kolme korduskolme kaldega keeduklaasi (20 hilise kolmanda staadiumi vastset keeduklaasi kohta), kokku 108 viaali. Töödeldud konteinereid hoiti toatemperatuuril (20–21 °C) ja vastsete suremust registreeriti 24 ja 72 tunni jooksul pideva kokkupuute ajal töötluskontsentratsioonidega. Kui sääse keha ja jäsemed ei liigu õhukese roostevabast terasest spaatliga torkamisel või puudutamisel, loetakse sääsevastsed surnuks. Surnud vastsed jäävad tavaliselt liikumatult anuma põhjas või veepinnal asuvasse selja- või kõhuasendisse. Katset korrati kolm korda erinevatel päevadel, kasutades erinevaid vastsete rühmi, kokku 180 vastset, keda eksponeeriti igale töötluskontsentratsioonile.
AITC, BITC ja 4-HBITC toksilisust sääsevastsetele hinnati sama biotesti protseduuri abil, kuid erinevate töötlustega. Valmistage iga kemikaali jaoks 100 000 ppm põhilahused, lisades 100 µl kemikaali 900 µl absoluutsele etanoolile 2 ml tsentrifuugituubis ja loksutades 30 sekundit, et korralikult seguneks. Töötlemiskontsentratsioonid määrati meie esialgsete biotestide põhjal, mis näitasid, et BITC on palju toksilisem kui AITC ja 4-HBITC. Toksilisuse määramiseks kasutati 5 BITC kontsentratsiooni (1, 3, 6, 9 ja 12 ppm), 7 AITC kontsentratsiooni (5, 10, 15, 20, 25, 30 ja 35 ppm) ja 6 4-HBITC kontsentratsiooni (15, 15, 20, 25, 30 ja 35 ppm). 30, 45, 60, 75 ja 90 ppm). Kontrollrühma süstiti 108 μL absoluutset etanooli, mis on samaväärne keemilise töötluse maksimaalse mahuga. Bioanalüüse korrati nagu eespool, eksponeerides iga töötluskontsentratsiooni kohta kokku 180 vastset. Vastsete suremus registreeriti iga AITC, BITC ja 4-HBITC kontsentratsiooni puhul pärast 24-tunnist pidevat kokkupuudet.
65 doosist sõltuva suremuse andme probit-analüüs viidi läbi Polo tarkvara (Polo Plus, LeOra Software, versioon 1.0) abil, et arvutada 50% letaalne kontsentratsioon (LC50), 90% letaalne kontsentratsioon (LC90), tõus, letaalse doosi koefitsient ja 95% letaalne kontsentratsioon. Need andmed põhinevad letaalse doosi suhte usaldusvahemikel logaritmiliselt teisendatud kontsentratsiooni ja doos-suremuse kõverate jaoks. Suremuse andmed põhinevad 180 vastse kombineeritud replikaatandmetel, mis olid eksponeeritud igale töötluskontsentratsioonile. Tõenäosuslikud analüüsid viidi läbi eraldi iga seemnejahu ja iga keemilise komponendi kohta. Letaalse doosi suhte 95% usaldusvahemiku põhjal peeti seemnejahu ja keemiliste koostisosade toksilisust sääsevastsetele oluliselt erinevaks, seega usaldusvahemik väärtusega 1 ei olnud oluliselt erinev, P = 0,0566.
Rasvatustatud seemnejahudes DFP, IG, PG ja Ls sisalduvate peamiste glükosinolaatide määramise HPLC tulemused on esitatud tabelis 1. Testitud seemnejahude peamised glükosinolaadid varieerusid, välja arvatud DFP ja PG, mis mõlemad sisaldasid mürosinaasi glükosinolaate. Mürosiniini sisaldus PG-s oli suurem kui DFP-s, vastavalt 33,3 ± 1,5 ja 26,5 ± 0,9 mg/g. Ls seemnepulber sisaldas 36,6 ± 1,2 mg/g glükoglükooni, samas kui IG seemnepulber sisaldas 38,0 ± 0,5 mg/g sinapiini.
Ae. Aedes aegypti sääskede vastsed hukkusid rasvatustatud seemnejahuga töötlemisel, kuigi töötlemise efektiivsus varieerus taimeliigist olenevalt. Ainult DFP-NT ei olnud sääsevastsetele toksiline pärast 24 ja 72 tundi kestnud kokkupuudet (tabel 2). Aktiivse seemnepulbri toksilisus suurenes kontsentratsiooni suurenedes (joonis 1A, B). Seemnejahu toksilisus sääsevastsetele varieerus oluliselt LC50 väärtuste letaalse annuse suhte 95% usaldusintervalli põhjal 24 ja 72 tunni möödudes (tabel 3). 24 tunni pärast oli Ls seemnejahu toksiline toime suurem kui teistel seemnejahu töötlemisel, olles vastsetele kõige aktiivsem ja toksilisus maksimaalse (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O). Vastsed olid 24 tunni möödudes DFP suhtes vähem tundlikud võrreldes IG, Ls ja PG seemnepulbriga töötlemisega, LC50 väärtustega vastavalt 0,115, 0,04 ja 0,08 g/120 ml dH2O, mis olid statistiliselt kõrgemad kui LC50 väärtus 0,211 g/120 ml dH2O (tabel 3). DFP, IG, PG ja Ls LC90 väärtused olid vastavalt 0,376, 0,275, 0,137 ja 0,074 g/120 ml dH2O (tabel 2). DPP kõrgeim kontsentratsioon oli 0,12 g/120 ml dH2O. Pärast 24-tunnist hindamist oli vastsete keskmine suremus vaid 12%, samas kui IG ja PG vastsete keskmine suremus ulatus vastavalt 51% ja 82%-ni. Pärast 24-tunnist hindamist oli Ls-seemnejahu töötlemise kõrgeima kontsentratsiooni (0,075 g/120 ml dH2O) puhul vastsete keskmine suremus 99% (joonis 1A).
Suremuskõverad hinnati Ae. Egyptian vastsete (3. staadiumi vastsed) annus-vastuse (Probit) põhjal seemnejahu kontsentratsioonile 24 tundi (A) ja 72 tundi (B) pärast töötlemist. Katkendlik joon tähistab seemnejahu töötlemise LC50 väärtust. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Kuumusega inaktiveeritud Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
72-tunnise hindamise käigus olid DFP, IG ja PG seemnejahu LC50 väärtused vastavalt 0,111, 0,085 ja 0,051 g/120 ml dH2O. Peaaegu kõik Ls seemnejahuga kokkupuutunud vastsed surid 72 tunni möödudes, seega olid suremuse andmed Probit'i analüüsiga vastuolus. Võrreldes teiste seemnejahudega olid vastsed DFP seemnejahu töötlemise suhtes vähem tundlikud ja neil olid statistiliselt kõrgemad LC50 väärtused (tabel 2 ja 3). 72 tunni pärast hinnati DFP, IG ja PG seemnejahu töötlemise LC50 väärtusteks vastavalt 0,111, 0,085 ja 0,05 g/120 ml dH2O. 72-tunnise hindamise järel olid DFP, IG ja PG seemnepulbri LC90 väärtused vastavalt 0,215, 0,254 ja 0,138 g/120 ml dH2O. Pärast 72-tunnist hindamist oli DFP, IG ja PG seemnejahu töötlemisel maksimaalse kontsentratsiooniga 0,12 g/120 ml dH2O keskmine vastsete suremus vastavalt 58%, 66% ja 96% (joonis 1B). Pärast 72-tunnist hindamist leiti, et PG seemnejahu oli toksilisem kui IG ja DFP seemnejahu.
Sünteetilised isotiotsüanaadid, allüülisotiotsüanaat (AITC), bensüülisotiotsüanaat (BITC) ja 4-hüdroksübensüülisotiotsüanaat (4-HBITC) suudavad tõhusalt sääsevastseid tappa. 24 tundi pärast töötlemist oli BITC vastsetele toksilisem, LC50 väärtus oli 5,29 ppm, võrreldes AITC 19,35 ppm ja 4-HBITC 55,41 ppm-ga (tabel 4). Võrreldes AITC ja BITC-ga on 4-HBITC-l madalam toksilisus ja kõrgem LC50 väärtus. Kahe peamise isotiotsüanaadi (Ls ja PG) toksilisuses kõige tugevama seemnejahu puhul on olulisi erinevusi. AITC, BITC ja 4-HBITC LC50 väärtuste letaalse annuse suhte põhjal tehtud toksilisus näitas statistilist erinevust, nii et LC50 letaalse annuse suhte 95% usaldusintervall ei sisaldanud väärtust 1 (P = 0,05, tabel 4). Hinnanguliselt tapsid nii BITC kui ka AITC kõrgeimad kontsentratsioonid 100% testitud vastsetest (joonis 2).
Suremuskõverad hinnati Ae annus-vastuse (Probit) põhjal. 24 tundi pärast töötlemist saavutasid Egiptuse vastsed (3. staadiumi vastsed) sünteetilise isotiotsüanaadi kontsentratsioonid. Katkendlik joon tähistab isotiotsüanaadiga töötlemise LC50 väärtust. Bensüülisotiotsüanaat BITC, allüülisotiotsüanaat AITC ja 4-HBITC.
Taimsete biopestitsiidide kasutamist sääsevektorite tõrjevahenditena on pikka aega uuritud. Paljud taimed toodavad looduslikke kemikaale, millel on insektitsiidne toime37. Nende bioaktiivsed ühendid pakuvad atraktiivset alternatiivi sünteetilistele insektitsiididele, millel on suur potentsiaal kahjurite, sealhulgas sääskede tõrjeks.
Sinepitaimi kasvatatakse seemnete saamiseks, neid kasutatakse vürtsina ja õliallikana. Kui sinepiõli seemnetest ekstraheeritakse või sinepit biokütusena kasutamiseks eraldatakse,69 on kõrvalsaaduseks rasvatustatud seemnejahu. See seemnejahu säilitab paljud oma looduslikud biokeemilised komponendid ja hüdrolüütilised ensüümid. Selle seemnejahu toksilisust seostatakse isotiotsüanaatide55,60,61 tootmisega. Isotiotsüanaadid tekivad glükosinolaatide hüdrolüüsil ensüümi mürosinaasi abil seemnejahu hüdreerimise ajal38,55,70 ning neil on teadaolevalt fungitsiidne, bakteritsiidne, nematotsiidne ja insektitsiidne toime, samuti muud omadused, sealhulgas keemilised sensoorsed toimed ja kemoterapeutilised omadused61,62,70. Mitmed uuringud on näidanud, et sinepitaimed ja seemnejahu toimivad tõhusalt fumigantidena mulla ja ladustatud toidukahjurite vastu57,59,71,72. Selles uuringus hindasime neljaseemnejahu ja selle kolme bioaktiivse produkti AITC, BITC ja 4-HBITC toksilisust Aedes sääsevastsetele. Aedes aegypti. Seemnejahu otse sääsevastseid sisaldavale veele lisamine peaks aktiveerima ensümaatilisi protsesse, mis toodavad sääsevastsetele mürgiseid isotiotsüanaate. Seda biotransformatsiooni demonstreeris osaliselt seemnejahu täheldatud larvitsiidne toime ja insektitsiidse toime kadumine, kui kääbussinepiseemnejahu enne kasutamist kuumtöödeldi. Kuumtöötlus peaks hävitama glükosinolaate aktiveerivad hüdrolüütilised ensüümid, takistades seeläbi bioaktiivsete isotiotsüanaatide teket. See on esimene uuring, mis kinnitab kapsaseemnepulbri insektitsiidseid omadusi sääskede vastu veekeskkonnas.
Testitud seemnepulbrite seas oli vesiheina seemnepulber (Ls) kõige mürgisem, põhjustades Aedes albopictus'e suurt suremust. Aedes aegypti vastseid töödeldi pidevalt 24 tundi. Ülejäänud kolmel seemnepulbril (PG, IG ja DFP) oli aeglasem aktiivsus ja need põhjustasid siiski märkimisväärset suremust ka pärast 72-tunnist pidevat töötlemist. Ainult Ls-seemnejahu sisaldas märkimisväärses koguses glükosinolaate, samas kui PG ja DFP sisaldasid mürosinaasi ja IG peamise glükosinolaati glükosinolaati (tabel 1). Glükotropaeoliin hüdrolüüsitakse BITC-ks ja sinalbiin hüdrolüüsitakse 4-HBITC-ks61,62. Meie biotesti tulemused näitavad, et nii Ls-seemnejahu kui ka sünteetiline BITC on sääsevastsetele väga mürgised. PG ja DFP seemnejahu peamine komponent on mürosinaas-glükosinolaat, mis hüdrolüüsitakse AITC-ks. AITC on efektiivne sääsevastsete hävitamisel, LC50 väärtus on 19,35 ppm. Võrreldes AITC ja BITC-ga on 4-HBITC isotiotsüanaat vastsetele kõige vähem toksiline. Kuigi AITC on vähem toksiline kui BITC, on nende LC50 väärtused madalamad kui paljudel sääsevastsetel testitud eeterlikel õlidel32,73,74,75.
Meie ristõieliste seemnepulber sääsevastsete tõrjeks sisaldab ühte peamist glükosinolaati, mis moodustab HPLC abil määratud glükosinolaatide koguhulgast üle 98–99%. Teiste glükosinolaatide jälgi tuvastati, kuid nende tase oli alla 0,3% glükosinolaatide koguhulgast. Vesiheina (L. sativum) seemnepulber sisaldab sekundaarseid glükosinolaate (sinigriini), kuid nende osakaal on 1% glükosinolaatide koguhulgast ja nende sisaldus on ikkagi ebaoluline (umbes 0,4 mg/g seemnepulbrit). Kuigi PG ja DFP sisaldavad sama peamist glükosinolaati (mürosiini), erineb nende seemnejahu larvitsiidne toime oluliselt nende LC50 väärtuste tõttu. Jahukaste toksilisus on erinev. Aedes aegypti vastsete teke võib olla tingitud mürosinaasi aktiivsuse või kahe seemnesööda stabiilsuse erinevustest. Mürosinaasi aktiivsusel on oluline roll hüdrolüüsiproduktide, näiteks isotiotsüanaatide biosaadavuses ristõieliste taimedes76. Pococki jt77 ja Wilkinsoni jt78 varasemad uuringud on näidanud, et mürosinaasi aktiivsuse ja stabiilsuse muutused võivad olla seotud ka geneetiliste ja keskkonnateguritega.
Eeldatav bioaktiivse isotiotsüanaadi sisaldus arvutati iga seemnejahu LC50 väärtuste põhjal 24 ja 72 tunni möödudes (tabel 5), et võrrelda seda vastavate keemiliste töötlustega. 24 tunni möödudes olid seemnejahus sisalduvad isotiotsüanaadid toksilisemad kui puhtad ühendid. Isotiotsüanaadiga töödeldud seemnete miljondikosades (ppm) arvutatud LC50 väärtused olid madalamad kui BITC, AITC ja 4-HBITC töötlemisel saadud LC50 väärtused. Täheldasime vastsete söömist seemnejahu graanulites (joonis 3A). Seetõttu võivad vastsed seemnejahu graanulite allaneelamisel saada kontsentreeritumalt kokkupuudet toksiliste isotiotsüanaatidega. See oli kõige ilmsem IG ja PG seemnejahu töötlemisel 24-tunnise kokkupuute järel, kus LC50 kontsentratsioonid olid vastavalt 75% ja 72% madalamad kui puhta AITC ja 4-HBITC töötlemisel. Ls ja DFP töötlemised olid toksilisemad kui puhas isotiotsüanaat, LC50 väärtused olid vastavalt 24% ja 41% madalamad. Kontrollgrupi vastsed nukkusid edukalt (joonis 3B), samas kui enamik seemnejahuga töödeldud grupi vastseid ei nukkunud ja vastsete areng oli oluliselt hilinenud (joonis 3B, D). Spodopteralitura puhul seostatakse isotiotsüanaate kasvupeetuse ja arengupeetusega79.
Sääskede Ae. Aedes aegypti vastseid töödeldi pidevalt Brassica seemnepulbriga 24–72 tundi. (A) Surnud vastsed, kelle suuosades olid seemnejahu osakesed (ringiga märgitud); (B) Kontrolltöötlus (dH20 ilma lisatud seemnejahuta) näitab, et vastsed kasvavad normaalselt ja hakkavad 72 tunni pärast nukkuma. (C, D) Seemnejahuga töödeldud vastsed; seemnejahu näitas arengus erinevusi ja ei nukkunud.
Me ei ole uurinud isotiotsüanaatide toksilise toime mehhanismi sääsevastsetele. Varasemad uuringud punaste tulesipelgatega (Solenopsis invicta) on aga näidanud, et glutatiooni S-transferaasi (GST) ja esteraasi (EST) pärssimine on isotiotsüanaatide bioaktiivsuse peamine mehhanism ning AITC võib isegi madala aktiivsuse korral pärssida ka GST aktiivsust. Punased imporditud tulesipelgad madalates kontsentratsioonides. Annus on 0,5 µg/ml80. Seevastu inhibeerib AITC atsetüülkoliinesteraasi täiskasvanud maisikärsakatel (Sitophilus zeamais)81. Sarnaseid uuringuid tuleb läbi viia, et selgitada isotiotsüanaatide aktiivsuse mehhanismi sääsevastsetes.
Me kasutame kuumusega inaktiveeritud DFP-töötlust, et toetada väidet, mille kohaselt taimsete glükosinolaatide hüdrolüüs reaktiivsete isotiotsüanaatide moodustamiseks toimib sääsevastsete tõrje mehhanismina sinepiseemnejahu abil. DFP-HT seemnejahu ei olnud testitud manustamiskoguste juures toksiline. Lafarga jt 82 teatasid, et glükosinolaadid on tundlikud lagunemise suhtes kõrgetel temperatuuridel. Samuti eeldatakse, et kuumtöötlus denatureerib mürosinaasi ensüümi seemnejahus ja takistab glükosinolaatide hüdrolüüsi reaktiivsete isotiotsüanaatide moodustamiseks. Seda kinnitasid ka Okunade jt 75 uuringud, mis näitasid, et mürosinaas on temperatuuritundlik, mis näitab, et mürosinaasi aktiivsus inaktiveeriti täielikult, kui sinepi, musta sinepi ja verejuure seemned puutusid kokku temperatuuridega üle 80 °C. Need mehhanismid võivad põhjustada kuumtöödeldud DFP seemnejahu insektitsiidse toime kadu.
Seega on sinepiseemnejahu ja selle kolm peamist isotiotsüanaati sääsevastsetele mürgised. Arvestades neid erinevusi seemnejahu ja keemilise töötlemise vahel, võib seemnejahu kasutamine olla tõhus sääskede tõrje meetod. Seemnepulbrite kasutamise efektiivsuse ja stabiilsuse parandamiseks on vaja leida sobivad ravimvormid ja tõhusad manustamissüsteemid. Meie tulemused näitavad sinepiseemnejahu potentsiaalset kasutamist sünteetiliste pestitsiidide alternatiivina. Sellest tehnoloogiast võiks saada uuenduslik vahend sääsevektorite tõrjeks. Kuna sääsevastsed arenevad veekeskkonnas ja seemnejahu glükosinolaadid muundatakse hüdreerimisel ensümaatiliselt aktiivseteks isotiotsüanaatideks, pakub sinepiseemnejahu kasutamine sääskedega nakatunud vees märkimisväärset tõrjepotentsiaali. Kuigi isotiotsüanaatide vastsetevastane toime on erinev (BITC > AITC > 4-HBITC), on vaja rohkem uurida, et teha kindlaks, kas seemnejahu kombineerimine mitme glükosinolaadiga suurendab sünergistlikult toksilisust. See on esimene uuring, mis demonstreerib rasvatustatud ristõieliste seemnejahu ja kolme bioaktiivse isotiotsüanaadi insektitsiidset toimet sääskedele. Selle uuringu tulemused on murrangulised, näidates, et rasvatustatud kapsaseemnejahu, mis on seemnetest õli ekstraheerimise kõrvalsaadus, võib olla paljulubav sääskede vastsete tõrjevahend. See teave aitab edasi avastada taime biotõrjevahendeid ja arendada neid odavate, praktiliste ja keskkonnasõbralike biopestitsiididena.
Selle uuringu jaoks loodud andmekogumid ja nende põhjal koostatud analüüsid on mõistliku taotluse korral vastavalt autorilt kättesaadavad. Uuringu lõpus hävitati kõik uuringus kasutatud materjalid (putukad ja seemnejahu).
Postituse aeg: 29. juuli 2024