Za učinkovitozatirati komarjein zmanjšati pojavnost bolezni, ki jih prenašajo, so potrebne strateške, trajnostne in okolju prijazne alternative kemičnim pesticidom.Ocenili smo semenske moke iz nekaterih Brassicaceae (družina Brassica) kot vir izotiocianatov rastlinskega izvora, proizvedenih z encimsko hidrolizo biološko neaktivnih glukozinolatov za uporabo pri nadzoru egipčanskih Aedes (L., 1762).Moka petih razmaščenih semen (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 in Thlaspi arvense – tri glavne vrste toplotne inaktivacije in encimske razgradnje Kemično izdelki Za določitev toksičnosti (LC50) alil izotiocianata, benzil izotiocianata in 4-hidroksibenzilizotiocianata za ličinke Aedes aegypti pri 24-urni izpostavljenosti = 0,04 g/120 ml dH2O).Vrednosti LC50 za gorčico, belo gorjušico in preslico.semenska moka je bila 0,05, 0,08 oziroma 0,05 v primerjavi z alilizotiocianatom (LC50 = 19,35 ppm) in 4. -Hidroksibenzilizotiocianat (LC50 = 55,41 ppm) je bil bolj toksičen za ličinke 24 ur po obdelavi kot 0,1 g/120 ml dH2O.Ti rezultati so skladni s proizvodnjo moke iz semen lucerne.Večja učinkovitost benzil estrov ustreza izračunanim vrednostim LC50.Uporaba semenske moke lahko zagotovi učinkovito metodo zatiranja komarjev.učinkovitost praška semena križnic in njegovih glavnih kemičnih sestavin proti ličinkam komarjev ter prikazuje, kako lahko naravne spojine v prahu semen križnic služijo kot obetaven okolju prijazen larvicid za zatiranje komarjev.
Vektorske bolezni, ki jih povzročajo komarji rodu Aedes, ostajajo velik svetovni javnozdravstveni problem.Pojavnost bolezni, ki jih prenašajo komarji, se geografsko širi 1,2,3 in se ponovno pojavi, kar povzroči izbruhe hudih bolezni 4,5,6,7.Širjenje bolezni med ljudmi in živalmi (npr. čikungunja, denga, mrzlica Rift Valley, rumena mrzlica in virus Zika) je brez primere.Samo mrzlica denga ogroža okužbo približno 3,6 milijarde ljudi v tropih, pri čemer se ocenjuje, da se letno zgodi 390 milijonov okužb, kar povzroči 6 100–24 300 smrti na leto8.Ponovni pojav in izbruh virusa Zika v Južni Ameriki je pritegnil svetovno pozornost zaradi poškodb možganov, ki jih povzroča pri otrocih, rojenih okuženim ženskam2.Kremer et al 3 predvidevajo, da se bo geografsko območje komarjev Aedes še naprej širilo in da bo do leta 2050 polovica svetovnega prebivalstva v nevarnosti okužbe z arbovirusi, ki jih prenašajo komarji.
Z izjemo nedavno razvitih cepiv proti dengi in rumeni mrzlici cepiva proti večini bolezni, ki jih prenašajo komarji, še niso bila razvita9,10,11.Cepiva so še vedno na voljo v omejenih količinah in se uporabljajo le v kliničnih preskušanjih.Zatiranje prenašalcev komarjev s sintetičnimi insekticidi je bila ključna strategija za nadzor širjenja bolezni, ki jih prenašajo komarji12,13.Čeprav so sintetični pesticidi učinkoviti pri ubijanju komarjev, nadaljnja uporaba sintetičnih pesticidov negativno vpliva na neciljne organizme in onesnažuje okolje14,15,16.Še bolj zaskrbljujoč je trend naraščanja odpornosti komarjev na kemične insekticide17,18,19.Te težave, povezane s pesticidi, so pospešile iskanje učinkovitih in okolju prijaznih alternativ za nadzor prenašalcev bolezni.
Različne rastline so bile razvite kot viri fitopesticidov za zatiranje škodljivcev20,21.Rastlinske snovi so na splošno okolju prijazne, ker so biorazgradljive in imajo nizko ali zanemarljivo toksičnost za neciljne organizme, kot so sesalci, ribe in dvoživke 20, 22.Znano je, da zeliščni pripravki proizvajajo različne bioaktivne spojine z različnimi mehanizmi delovanja za učinkovito nadzorovanje različnih življenjskih obdobij komarjev 23, 24, 25, 26.Spojine rastlinskega izvora, kot so eterična olja in druge aktivne rastlinske sestavine, so pritegnile pozornost in utrle pot inovativnim orodjem za nadzor prenašalcev komarjev.Eterična olja, monoterpeni in seskviterpeni delujejo kot repelenti, odvračalci od hranjenja in ovicidi27,28,29,30,31,32,33.Številna rastlinska olja povzročajo smrt ličink, mladičev in odraslih komarjev34,35,36, kar vpliva na živčni, dihalni, endokrini in druge pomembne sisteme žuželk37.
Nedavne študije so zagotovile vpogled v potencialno uporabo rastlin gorčice in njihovih semen kot vira bioaktivnih spojin.Moka iz gorčičnih semen je bila preizkušena kot biofumigant38,39,40,41 in uporabljena kot dodatek k tlom za zatiranje plevela42,43,44 in nadzor rastlinskih patogenov, ki se prenašajo s prstjo45,46,47,48,49,50, prehrana rastlin.ogorčice 41, 51, 52, 53, 54 in škodljivci 55, 56, 57, 58, 59, 60. Fungicidno delovanje teh semenskih praškov pripisujejo spojinam za zaščito rastlin, imenovanim izotiocianati 38, 42, 60.V rastlinah so te zaščitne spojine shranjene v rastlinskih celicah v obliki nebioaktivnih glukozinolatov.Ko pa so rastline poškodovane zaradi hranjenja z žuželkami ali okužbe s patogeni, glukozinolate hidrolizira mirozinaza v bioaktivne izotiocianate55,61.Izotiocianati so hlapne spojine, za katere je znano, da imajo širok spekter protimikrobnega in insekticidnega delovanja, njihova struktura, biološka aktivnost in vsebnost pa se zelo razlikujejo med vrstami Brassicaceae42,59,62,63.
Čeprav je znano, da imajo izotiocianati, pridobljeni iz moke gorčičnih semen, insekticidno delovanje, manjkajo podatki o biološki aktivnosti proti medicinsko pomembnim prenašalcem členonožcev.Naša študija je preučevala larvicidno delovanje štirih razmaščenih semen v prahu proti komarjem vrste Aedes.Ličinke Aedes aegypti.Cilj študije je bil oceniti njihovo potencialno uporabo kot okolju prijaznih biopesticidov za zatiranje komarjev.Tri glavne kemične sestavine semenske moke, alil izotiocianat (AITC), benzil izotiocianat (BITC) in 4-hidroksibenzilizotiocianat (4-HBITC) so bile prav tako testirane, da bi preizkusili biološko aktivnost teh kemičnih komponent na ličinkah komarjev.To je prvo poročilo, ki ocenjuje učinkovitost štirih praškov zeljnih semen in njihovih glavnih kemičnih sestavin proti ličinkam komarjev.
Laboratorijske kolonije Aedes aegypti (sev Rockefeller) smo vzdrževali pri 26 °C, 70 % relativni vlažnosti (RH) in 10:14 h (L:D fotoperioda).Parjene samice so bile nameščene v plastičnih kletkah (višina 11 cm in premer 9,5 cm) in hranjene preko sistema za hranjenje po steklenički z uporabo citrirane goveje krvi (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, ZDA).Hranjenje s krvjo je potekalo kot običajno z uporabo membranskega večsteklenega podajalnika (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, ZDA), povezanega s cevjo za kroženje vodne kopeli (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, ZDA) s temperaturo kontrola 37 °C.Na dno vsake steklene dovodne komore (površina 154 mm2) raztegnite film parafilma M.Vsak podajalnik je bil nato postavljen na zgornjo rešetko, ki je pokrivala kletko, v kateri je bila samica za parjenje.Približno 350–400 μl goveje krvi smo dodali v stekleni napajalni lij s Pasteurjevo pipeto (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, ZDA) in odraslim črvom pustili, da odtečejo vsaj eno uro.Brejim samicam so nato dali 10-odstotno raztopino saharoze in jim pustili, da odložijo jajca na vlažen filtrirni papir, obložen v posamezne ultra-prozorne skodelice za sufle (velikost 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, ZDA).kletka z vodo.Filtrirni papir, ki vsebuje jajca, dajte v zaprto vrečko (SC Johnsons, Racine, WI) in shranite pri 26 °C.Jajca so bila izvaljena in približno 200–250 ličink je bilo vzgojenih v plastičnih pladnjih, ki so vsebovali mešanico kunčje hrane (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, ZDA) in jetrnega prahu (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, ZDA).in ribji file (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Nemčija) v razmerju 2:1:1.V naših bioloških testih smo uporabili ličinke pozne tretje stopnje.
Rastlinski semenski material, uporabljen v tej študiji, je bil pridobljen iz naslednjih komercialnih in vladnih virov: Brassica juncea (rjava gorjušica-Pacific Gold) in Brassica juncea (bela gorjušica-Ida Gold) iz Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, ZDA;(Garden Cress) od Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, ZDA in Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) od USDA-ARS, Peoria, IL, ZDA;Nobeno od semen, uporabljenih v študiji, ni bilo tretirano s pesticidi.Ves semenski material je bil obdelan in uporabljen v tej študiji v skladu z lokalnimi in nacionalnimi predpisi ter v skladu z vsemi ustreznimi lokalnimi državnimi in nacionalnimi predpisi.Ta študija ni preučevala transgenih sort rastlin.
Brassica juncea (PG), lucerna (Ls), bela gorjušica (IG), Thlaspi arvense (DFP) so bila zmleta v fin prah z ultracentrifugalnim mlinom Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Nemčija), opremljenim z mrežico 0,75 mm in nerjavnim jeklom. jekleni rotor, 12 zob, 10.000 vrt/min (Tabela 1).Zmleta semena v prahu smo prenesli v papirnati nastavek in 24 ur razmastili s heksanom v Soxhletovem aparatu.Podvzorec razmaščene njivske gorčice smo toplotno obdelali pri 100 °C 1 uro, da denaturiramo mirozinazo in preprečimo hidrolizo glukozinolatov, da nastanejo biološko aktivni izotiocianati.Toplotno obdelano seme preslice v prahu (DFP-HT) je bilo uporabljeno kot negativna kontrola z denaturacijo mirozinaze.
Vsebnost glukozinolata v razmaščeni semenski moki je bila določena v treh izvodih s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti (HPLC) v skladu s predhodno objavljenim protokolom 64.Na kratko, 3 mL metanola smo dodali 250 mg vzorcu razmaščenega semena v prahu.Vsak vzorec smo 30 minut obdelovali z ultrazvokom v vodni kopeli in pustili v temi pri 23 °C 16 ur.1 ml alikvot organske plasti je bil nato filtriran skozi 0,45 μm filter v avtovzorčevalnik.V sistemu Shimadzu HPLC (dve črpalki LC 20AD; samodejni vzorčevalnik SIL 20A; razplinjevalec DGU 20As; detektor SPD-20A UV-VIS za spremljanje pri 237 nm; in modul komunikacijskega vodila CBM-20A) je bila določena vsebnost glukozinolata v semenski moki. v trojniku .z uporabo programske opreme Shimadzu LC Solution različice 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, ZDA).Kolona je bila kolona C18 Inertsil z reverzno fazo (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, ZDA).Pogoji začetne mobilne faze so bili nastavljeni na 12 % metanola/88 % 0,01 M tetrabutilamonijevega hidroksida v vodi (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, ZDA) s hitrostjo pretoka 1 ml/min.Po vbrizganju 15 μl vzorca smo začetne pogoje vzdrževali 20 minut, nato pa razmerje topil prilagodili na 100 % metanol, s skupnim časom analize vzorca 65 minut.Standardna krivulja (na osnovi nM/mAb) je bila ustvarjena s serijskimi razredčitvami sveže pripravljenih standardov sinapina, glukozinolata in mirozina (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, ZDA) za oceno vsebnosti žvepla v razmaščeni semenski moki.glukozinolati.Koncentracije glukozinolata v vzorcih so bile testirane na Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, ZDA) z uporabo različice OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]), opremljene z isto kolono in z uporabo predhodno opisane metode.Določene so bile koncentracije glukozinolata;biti primerljivi med sistemi HPLC.
Alil izotiocianat (94%, stabilen) in benzil izotiocianat (98%) sta bila kupljena pri Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, ZDA).4-hidroksibenzilizotiocianat je bil kupljen pri ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, ZDA).Pri encimski hidrolizaciji z mirozinazo glukozinolati, glukozinolati in glukozinolati tvorijo alil izotiocianat, benzil izotiocianat oziroma 4-hidroksibenzilizotiocianat.
Laboratorijske biološke teste smo izvedli po metodi Muturija et al.32 s spremembami.V študiji je bilo uporabljenih pet semen z nizko vsebnostjo maščob: DFP, DFP-HT, IG, PG in Ls.Dvajset ličink smo dali v 400 ml trosmerno čašo za enkratno uporabo (VWR International, LLC, Radnor, PA, ZDA), ki je vsebovala 120 ml deionizirane vode (dH2O).Sedem koncentracij semenske moke je bilo testiranih za toksičnost ličink komarjev: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 in 0,12 g semenske moke/120 ml dH2O za semensko moko DFP, DFP-HT, IG in PG.Preliminarni biološki testi kažejo, da je razmaščena semenska moka Ls bolj strupena kot štiri druge testirane semenske moke.Zato smo prilagodili sedem tretiranih koncentracij Ls semenske moke na naslednje koncentracije: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 in 0,075 g/120 mL dH2O.
Netretirana kontrolna skupina (dH20, brez dodatka semenske moke) je bila vključena za oceno normalne umrljivosti žuželk v pogojih preizkusa.Toksikološki biološki testi za vsako semensko moko so vključevali tri dvojne čaše s tremi nagibi (20 ličink pozne tretje stopnje na čašo), za skupno 108 vial.Obdelane posode so bile shranjene pri sobni temperaturi (20-21 °C) in smrtnost ličink je bila zabeležena med 24 in 72 urami neprekinjene izpostavljenosti tretiranim koncentracijam.Če se komarjevo telo in priveski ne premaknejo, ko jih prebadamo ali se dotikamo s tanko lopatico iz nerjavečega jekla, velja, da so ličinke komarja mrtve.Mrtve ličinke običajno ostanejo nepremične v dorzalnem ali ventralnem položaju na dnu posode ali na površini vode.Poskus smo ponovili trikrat na različne dni z uporabo različnih skupin ličink, za skupaj 180 ličink, izpostavljenih vsaki koncentraciji zdravljenja.
Toksičnost AITC, BITC in 4-HBITC za ličinke komarjev je bila ocenjena z istim postopkom biološkega preizkusa, vendar z različnimi zdravljenji.Pripravite 100.000 ppm osnovnih raztopin za vsako kemikalijo tako, da dodate 100 µL kemikalije k 900 µL absolutnega etanola v 2-mL centrifugalni epruveti in stresate 30 sekund, da temeljito premešate.Koncentracije pri zdravljenju so bile določene na podlagi naših predhodnih bioloških testov, ki so ugotovili, da je BITC veliko bolj toksičen kot AITC in 4-HBITC.Za določanje toksičnosti se uporabi 5 koncentracij BITC (1, 3, 6, 9 in 12 ppm), 7 koncentracij AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 in 35 ppm) in 6 koncentracij 4-HBITC (15 ppm). , 15, 20, 25, 30 in 35 ppm).30, 45, 60, 75 in 90 ppm).Kontrolno obdelavo smo vbrizgali s 108 μL absolutnega etanola, kar je enako največjemu volumnu kemične obdelave.Biološke teste smo ponovili kot zgoraj, pri čemer smo izpostavili skupno 180 ličink na tretirano koncentracijo.Umrljivost ličink je bila zabeležena za vsako koncentracijo AITC, BITC in 4-HBITC po 24 urah neprekinjene izpostavljenosti.
Probit analiza 65 podatkov o smrtnosti, povezanih z odmerkom, je bila izvedena s programsko opremo Polo (Polo Plus, programska oprema LeOra, različica 1.0) za izračun 50-odstotne smrtne koncentracije (LC50), 90-odstotne smrtne koncentracije (LC90), naklona, koeficienta smrtne doze in 95 % smrtonosne koncentracije.temelji na intervalih zaupanja za razmerja smrtnih odmerkov za logaritmično transformirane krivulje koncentracije in odmerka-smrtnosti.Podatki o umrljivosti temeljijo na kombiniranih podatkih ponovitev 180 ličink, izpostavljenih vsaki koncentraciji zdravljenja.Probabilistične analize so bile izvedene ločeno za vsako semensko moko in vsako kemično komponento.Na podlagi 95-odstotnega intervala zaupanja razmerja smrtnih odmerkov se šteje, da je toksičnost semenske moke in kemičnih sestavin za ličinke komarjev pomembno drugačna, tako da interval zaupanja z vrednostjo 1 ni bil bistveno drugačen, P = 0,0566.
Rezultati HPLC za določanje glavnih glukozinolatov v razmaščenih semenskih mokah DFP, IG, PG in Ls so navedeni v tabeli 1. Glavni glukozinolati v testiranih semenskih mokah so se razlikovali z izjemo DFP in PG, ki sta vsebovala mirozinazne glukozinolate.Vsebnost mirozinina v PG je bila višja kot v DFP, 33,3 ± 1,5 oziroma 26,5 ± 0,9 mg/g.Prašek semena Ls je vseboval 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglikona, prašek semena IG pa 38,0 ± 0,5 mg/g sinapina.
Ličinke Ae.Komarji vrste Aedes aegypti so bili uničeni, ko so jih tretirali z razmaščeno semensko moko, čeprav se je učinkovitost zdravljenja razlikovala glede na rastlinsko vrsto.Samo DFP-NT ni bil toksičen za ličinke komarjev po 24 in 72 urah izpostavljenosti (tabela 2).Toksičnost aktivnega semena v prahu se je povečala z naraščajočo koncentracijo (slika 1A, B).Toksičnost semenske moke za ličinke komarjev se je znatno razlikovala na podlagi 95-odstotnega IZ razmerja smrtnih odmerkov vrednosti LC50 pri 24-urnih in 72-urnih ocenah (tabela 3).Po 24 urah je bil toksični učinek Ls semenske moke večji od drugih tretiranj semenske moke, z največjo aktivnostjo in največjo toksičnostjo za ličinke (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Ličinke so bile manj občutljive na DFP po 24 urah v primerjavi z obdelavami semen v prahu z IG, Ls in PG, z vrednostmi LC50 0,115, 0,04 oziroma 0,08 g/120 ml dH2O, ki so bile statistično višje od vrednosti LC50.0,211 g/120 ml dH2O (tabela 3).Vrednosti LC90 za DFP, IG, PG in Ls so bile 0,376, 0,275, 0,137 oziroma 0,074 g/120 ml dH2O (tabela 2).Najvišja koncentracija DPP je bila 0,12 g/120 ml dH2O.Po 24 urah ocenjevanja je bila povprečna smrtnost ličink le 12 %, medtem ko je povprečna smrtnost ličink IG in PG dosegla 51 % oziroma 82 %.Po 24 urah vrednotenja je bila povprečna umrljivost ličink za najvišjo koncentracijo Ls semenske moke (0,075 g/120 ml dH2O) 99 % (slika 1A).
Krivulje umrljivosti so bile ocenjene na podlagi odziva na odmerek (Probit) Ae.Egiptovske ličinke (ličinke 3. stopnje) do koncentracije semenske moke 24 ur (A) in 72 ur (B) po tretiranju.Črtkana črta predstavlja LC50 obdelave semenske moke.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Toplotno inaktiviran Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Pri 72-urnem vrednotenju so bile vrednosti LC50 DFP, IG in PG semenske moke 0,111, 0,085 oziroma 0,051 g/120 ml dH2O.Skoraj vse ličinke, izpostavljene semenski moki Ls, so umrle po 72 urah izpostavljenosti, zato podatki o smrtnosti niso bili skladni z analizo Probit.V primerjavi z drugo semensko moko so bile ličinke manj občutljive na obdelavo z DFP semensko moko in so imele statistično višje vrednosti LC50 (tabeli 2 in 3).Po 72 urah so bile vrednosti LC50 za obdelavo z DFP, IG in PG semensko moko ocenjene na 0,111, 0,085 oziroma 0,05 g/120 ml dH2O.Po 72 urah vrednotenja so bile vrednosti LC90 DFP, IG in PG semenskega prahu 0,215, 0,254 oziroma 0,138 g/120 ml dH2O.Po 72 urah vrednotenja je bila povprečna umrljivost ličink pri zdravljenju z moko iz semen DFP, IG in PG pri največji koncentraciji 0,12 g/120 ml dH2O 58 %, 66 % oziroma 96 % (slika 1B).Po 72-urnem vrednotenju je bilo ugotovljeno, da je moka semen PG bolj strupena kot moka semen IG in DFP.
Sintetični izotiocianat, alil izotiocianat (AITC), benzil izotiocianat (BITC) in 4-hidroksibenzilizotiocianat (4-HBITC) lahko učinkovito ubijejo ličinke komarjev.24 ur po obdelavi je bil BITC bolj toksičen za ličinke z vrednostjo LC50 5,29 ppm v primerjavi z 19,35 ppm za AITC in 55,41 ppm za 4-HBITC (tabela 4).V primerjavi z AITC in BITC ima 4-HBITC manjšo toksičnost in višjo vrednost LC50.Obstajajo pomembne razlike v toksičnosti dveh glavnih izotiocianatov (L in PG) za ličinke komarjev v najmočnejši semenski moki.Toksičnost na podlagi razmerja smrtnih odmerkov vrednosti LC50 med AITC, BITC in 4-HBITC je pokazala statistično razliko, tako da 95-odstotni IZ razmerja smrtnih odmerkov LC50 ni vključeval vrednosti 1 (P = 0,05, tabela 4).Ocenjeno je bilo, da najvišje koncentracije BITC in AITC ubijejo 100 % testiranih ličink (slika 2).
Krivulje umrljivosti so bile ocenjene na podlagi odziva na odmerek (Probit) Ae.24 ur po obdelavi so egipčanske ličinke (ličinke 3. stopnje) dosegle koncentracijo sintetičnega izotiocianata.Črtkana črta predstavlja LC50 za obdelavo z izotiocianatom.Benzil izotiocianat BITC, alil izotiocianat AITC in 4-HBITC.
Uporaba rastlinskih biopesticidov kot sredstev za zatiranje vektorjev komarjev je že dolgo preučevana.Številne rastline proizvajajo naravne kemikalije, ki delujejo insekticidno37.Njihove bioaktivne spojine zagotavljajo privlačno alternativo sintetičnim insekticidom z velikim potencialom pri zatiranju škodljivcev, vključno s komarji.
Rastline gorčice se gojijo kot pridelek za njihova semena, uporabljajo se kot začimba in vir olja.Ko se gorčično olje ekstrahira iz semen ali ko se gorčica ekstrahira za uporabo kot biogorivo, 69 je stranski proizvod razmaščena moka iz semen.Ta moka iz semen ohrani veliko svojih naravnih biokemičnih sestavin in hidrolitičnih encimov.Toksičnost te semenske moke pripisujejo proizvodnji izotiocianatov55,60,61.Izotiocianati nastanejo s hidrolizo glukozinolatov z encimom mirozinazo med hidracijo semenske moke 38, 55, 70 in znano je, da imajo fungicidne, baktericidne, nematicidne in insekticidne učinke ter druge lastnosti, vključno s kemičnimi senzoričnimi učinki in kemoterapevtskimi lastnostmi 61, 62, 70.Več študij je pokazalo, da gorčične rastline in semenska moka delujejo učinkovito kot zaplinjevalci proti škodljivcem tal in shranjene hrane57,59,71,72.V tej študiji smo ocenili toksičnost moke štirih semen in njenih treh bioaktivnih produktov AITC, BITC in 4-HBITC za ličinke komarjev Aedes.Aedes aegypti.Dodajanje semenske moke neposredno v vodo, ki vsebuje ličinke komarjev, naj bi aktiviralo encimske procese, ki proizvajajo izotiocianate, ki so strupeni za ličinke komarjev.To biotransformacijo so deloma dokazali z opaženo larvicidno aktivnostjo moke iz semen in izgubo insekticidnega delovanja, ko je bila moka iz semen pritlikave gorčice toplotno obdelana pred uporabo.Pričakuje se, da toplotna obdelava uniči hidrolitične encime, ki aktivirajo glukozinolate, in s tem prepreči nastanek bioaktivnih izotiocianatov.To je prva študija, ki je potrdila insekticidne lastnosti prahu zeljnih semen proti komarjem v vodnem okolju.
Med testiranimi praški semena je bil najbolj toksičen prah semena vodne kreše (Ls), ki je povzročil visoko smrtnost Aedes albopictus.Ličinke Aedes aegypti so bile neprekinjeno obdelane 24 ur.Preostala tri semena v prahu (PG, IG in DFP) so imela počasnejšo aktivnost in so po 72 urah neprekinjenega zdravljenja še vedno povzročala znatno smrtnost.Samo semenska moka Ls je vsebovala pomembne količine glukozinolatov, medtem ko sta PG in DFP vsebovala mirozinazo, IG pa glukozinolat kot glavni glukozinolat (tabela 1).Glukotropaeolin se hidrolizira v BITC, sinalbin pa v 4-HBITC61,62.Naši rezultati biološkega testa kažejo, da sta moka semen Ls in sintetični BITC zelo strupena za ličinke komarjev.Glavna sestavina semenske moke PG in DFP je mirozinaza glukozinolat, ki je hidroliziran v AITC.AITC je učinkovit pri ubijanju ličink komarjev z vrednostjo LC50 19,35 ppm.V primerjavi z AITC in BITC je 4-HBITC izotiocianat najmanj toksičen za ličinke.Čeprav je AITC manj strupen kot BITC, so njihove vrednosti LC50 nižje od mnogih eteričnih olj, testiranih na ličinkah komarjev32,73,74,75.
Naše seme križnic v prahu za uporabo proti ličinkam komarjev vsebuje en glavni glukozinolat, ki predstavlja več kot 98-99 % vseh glukozinolatov, kot je določeno s HPLC.Zaznane so bile količine drugih glukozinolatov v sledovih, vendar so bile njihove ravni manj kot 0,3 % skupnih glukozinolatov.Semena vodne kreše (L. sativum) v prahu vsebujejo sekundarne glukozinolate (sinigrin), vendar je njihov delež 1 % vseh glukozinolatov, njihova vsebnost pa je še vedno nepomembna (okoli 0,4 mg/g semena v prahu).Čeprav PG in DFP vsebujeta isti glavni glukozinolat (mirozin), se larvicidna aktivnost njunih semenskih mok bistveno razlikuje zaradi vrednosti LC50.Razlikuje se po toksičnosti za pepelasto plesen.Pojav ličink Aedes aegypti je lahko posledica razlik v aktivnosti mirozinaze ali stabilnosti med dvema krmama s semeni.Aktivnost mirozinaze igra pomembno vlogo pri biološki uporabnosti produktov hidrolize, kot so izotiocianati v rastlinah Brassicaceae76.Prejšnja poročila Pococka et al.77 in Wilkinson et al.78 so pokazala, da so lahko spremembe v aktivnosti in stabilnosti mirozinaze povezane tudi z genetskimi in okoljskimi dejavniki.
Pričakovana vsebnost bioaktivnega izotiocianata je bila izračunana na podlagi vrednosti LC50 vsake semenske moke po 24 in 72 urah (tabela 5) za primerjavo z ustreznimi kemičnimi aplikacijami.Po 24 urah so bili izotiocianati v semenski moki bolj strupeni kot čiste spojine.Vrednosti LC50, izračunane na podlagi delov na milijon (ppm) obdelave semen z izotiocianatom, so bile nižje od vrednosti LC50 za aplikacije BITC, AITC in 4-HBITC.Opazovali smo ličinke, ki uživajo pelete semenske moke (slika 3A).Posledično so lahko ličinke z zaužitjem peletov semenske moke bolj koncentrirano izpostavljene strupenim izotiocianatom.To je bilo najbolj očitno pri obdelavah s semensko moko IG in PG pri 24-urni izpostavljenosti, kjer so bile koncentracije LC50 75 % oziroma 72 % nižje kot pri zdravljenju s čistim AITC oziroma 4-HBITC.Zdravljenja Ls in DFP so bila bolj toksična kot čisti izotiocianat, z vrednostmi LC50 za 24 % oziroma 41 % nižjimi.Ličinke v kontrolnem zdravljenju so se uspešno zabubile (slika 3B), medtem ko se večina ličink pri zdravljenju s semensko moko ni zabubila in razvoj ličink je bil znatno zakasnjen (sl. 3B, D).V Spodopteralituri so izotiocianati povezani z zaostankom rasti in razvojnim zaostankom79.
Ličinke Ae.Komarji Aedes aegypti so bili 24–72 ur neprekinjeno izpostavljeni prahu semena Brassica.(A) Mrtve ličinke z delci semenske moke v ustih (obkroženo);(B) Kontrolno tretiranje (dH20 brez dodane semenske moke) kaže, da ličinke normalno rastejo in začnejo zabubljati po 72 urah (C, D) Ličinke, tretirane s semensko moko;semenska moka je pokazala razlike v razvoju in se ni zabubila.
Mehanizem toksičnih učinkov izotiocianatov na ličinke komarjev nismo proučevali.Vendar so prejšnje študije na rdečih ognjenih mravljah (Solenopsis invicta) pokazale, da je inhibicija glutation S-transferaze (GST) in esteraze (EST) glavni mehanizem bioaktivnosti izotiocianata, AITC pa lahko tudi pri nizki aktivnosti zavira aktivnost GST .rdeče uvožene ognjene mravlje v nizkih koncentracijah.Odmerek je 0,5 µg/ml80.Nasprotno pa AITC zavira acetilholinesterazo pri odraslih koruznih zavijačih (Sitophilus zeamais)81.Podobne študije je treba izvesti, da bi razjasnili mehanizem delovanja izotiocianata pri ličinkah komarjev.
Uporabljamo toplotno inaktivirano obdelavo z DFP, da podpremo predlog, da hidroliza rastlinskih glukozinolatov za tvorbo reaktivnih izotiocianatov služi kot mehanizem za nadzor ličink komarjev z moko iz gorčičnih semen.DFP-HT semenska moka ni bila toksična pri testiranih odmerkih.Lafarga idr.82 so poročali, da so glukozinolati občutljivi na razgradnjo pri visokih temperaturah.Pričakuje se tudi, da bo toplotna obdelava denaturirala encim mirozinazo v semenski moki in preprečila hidrolizo glukozinolatov, da nastanejo reaktivni izotiocianati.To so potrdili tudi Okunade et al.75 je pokazalo, da je mirozinaza občutljiva na temperaturo, kar kaže, da je bila aktivnost mirozinaze popolnoma inaktivirana, ko so bila semena gorčice, črne gorjušice in krvave korenine izpostavljena temperaturam nad 80 °C.C. Ti mehanizmi lahko povzročijo izgubo insekticidne aktivnosti toplotno obdelane semenske moke DFP.
Tako so moka gorčičnih semen in njeni trije glavni izotiocianati strupeni za ličinke komarjev.Glede na te razlike med semensko moko in kemičnimi obdelavami je lahko uporaba semenske moke učinkovita metoda zatiranja komarjev.Obstaja potreba po identifikaciji primernih formulacij in učinkovitih sistemov za dostavo za izboljšanje učinkovitosti in stabilnosti uporabe semenskih praškov.Naši rezultati kažejo na potencialno uporabo moke iz gorčičnih semen kot alternative sintetičnim pesticidom.Ta tehnologija bi lahko postala inovativno orodje za nadzor prenašalcev komarjev.Ker ličinke komarjev uspevajo v vodnem okolju in se glukozinolati semenske moke ob hidraciji encimsko pretvorijo v aktivne izotiocianate, ponuja uporaba moke gorčičnih semen v vodi, okuženi s komarji, pomemben nadzorni potencial.Čeprav se larvicidno delovanje izotiocianatov spreminja (BITC > AITC > 4-HBITC), je potrebnih več raziskav, da bi ugotovili, ali kombiniranje semenske moke z več glukozinolati sinergistično poveča toksičnost.To je prva študija, ki je dokazala insekticidne učinke razmaščene moke iz semen križnic in treh bioaktivnih izotiocianatov na komarje.Rezultati te študije postavljajo nove temelje, saj kažejo, da lahko razmaščena moka zeljnih semen, stranski produkt ekstrakcije olja iz semen, služi kot obetavno larvicidno sredstvo za zatiranje komarjev.Te informacije lahko pomagajo pri nadaljnjem odkrivanju sredstev za biokontrolo rastlin in njihovem razvoju kot poceni, praktičnih in okolju prijaznih biopesticidov.
Nabori podatkov, ustvarjeni za to študijo, in posledične analize so na voljo pri ustreznem avtorju na razumno zahtevo.Na koncu študije so bili vsi materiali, uporabljeni v študiji (žuželke in semenska moka), uničeni.
Čas objave: 29. julij 2024