Per a una manera eficaçcontrolar els mosquitsi reduir la incidència de les malalties que transmeten, es necessiten alternatives estratègiques, sostenibles i respectuoses amb el medi ambient als pesticides químics. Vam avaluar farines de llavors de certes Brassicaceae (família Brassica) com a font d'isotiocianats derivats de plantes produïts per hidròlisi enzimàtica de glucosinolats biològicament inactius per al seu ús en el control de l'Aedes egipci (L., 1762). Farina de llavors cinc vegades desgreixada (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 i Thlaspi arvense: tres tipus principals d'inactivació tèrmica i degradació enzimàtica. Productes químics. Per determinar la toxicitat (LC50) de l'isotiocianat d'al·lil, l'isotiocianat de benzil i el 4-hidroxibenzilisotiocianat per a les larves d'Aedes aegypti a una exposició de 24 hores = 0,04 g/120 ml dH2O). Valors de LC50 per a mostassa, mostassa blanca i cua de cavall. La farina de llavors va ser de 0,05, 0,08 i 0,05 respectivament en comparació amb l'isotiocianat d'al·lil (LC50 = 19,35 ppm) i 4. L'isotiocianat d'hidroxibenzil (LC50 = 55,41 ppm) va ser més tòxic per a les larves a les 24 hores posteriors al tractament que 0,1 g/120 ml dH2O respectivament. Aquests resultats són consistents amb la producció de farina de llavors d'alfals. La major eficiència dels èsters benzílics correspon als valors de LC50 calculats. L'ús de farina de llavors pot proporcionar un mètode eficaç per al control de mosquits. [L'eficàcia de la pols de llavors de crucíferes i els seus principals components químics contra les larves de mosquits] i mostra com els compostos naturals de la pols de llavors de crucíferes poden servir com a larvicida prometedor i respectuós amb el medi ambient per al control de mosquits.
Les malalties transmeses per vectors causades pels mosquits Aedes continuen sent un problema important de salut pública mundial. La incidència de les malalties transmeses per mosquits s'estén geogràficament1,2,3 i torna a aparèixer, donant lloc a brots de malalties greus4,5,6,7. La propagació de malalties entre humans i animals (per exemple, chikungunya, dengue, febre de la vall del Rift, febre groga i virus Zika) no té precedents. Només la febre del dengue posa en risc d'infecció aproximadament 3.600 milions de persones als tròpics, amb uns 390 milions d'infeccions anuals que provoquen entre 6.100 i 24.300 morts a l'any8. La reaparició i el brot del virus Zika a Sud-amèrica ha atret l'atenció mundial a causa del dany cerebral que causa en nens nascuts de dones infectades2. Kremer et al3 prediuen que l'àrea de distribució geogràfica dels mosquits Aedes continuarà expandint-se i que, el 2050, la meitat de la població mundial estarà en risc d'infecció per arbovirus transmesos per mosquits.
Amb l'excepció de les vacunes recentment desenvolupades contra el dengue i la febre groga, encara no s'han desenvolupat vacunes contra la majoria de malalties transmeses per mosquits9,10,11. Les vacunes encara estan disponibles en quantitats limitades i només s'utilitzen en assajos clínics. El control dels vectors de mosquits mitjançant insecticides sintètics ha estat una estratègia clau per controlar la propagació de malalties transmeses per mosquits12,13. Tot i que els pesticides sintètics són eficaços per matar mosquits, l'ús continuat de pesticides sintètics afecta negativament els organismes no objectiu i contamina el medi ambient14,15,16. Encara més alarmant és la tendència a l'augment de la resistència dels mosquits als insecticides químics17,18,19. Aquests problemes associats amb els pesticides han accelerat la cerca d'alternatives efectives i respectuoses amb el medi ambient per controlar els vectors de malalties.
Diverses plantes s'han desenvolupat com a fonts de fitopesticides per al control de plagues20,21. Les substàncies vegetals són generalment respectuoses amb el medi ambient perquè són biodegradables i tenen una toxicitat baixa o insignificant per a organismes no objectiu com ara mamífers, peixos i amfibis20,22. Se sap que els preparats d'herbes produeixen una varietat de compostos bioactius amb diferents mecanismes d'acció per controlar eficaçment les diferents etapes de la vida dels mosquits23,24,25,26. Els compostos derivats de plantes com els olis essencials i altres ingredients vegetals actius han cridat l'atenció i han aplanat el camí per a eines innovadores per controlar els vectors de mosquits. Els olis essencials, els monoterpens i els sesquiterpens actuen com a repel·lents, dissuasius d'alimentació i ovicides27,28,29,30,31,32,33. Molts olis vegetals causen la mort de larves, pupes i adults de mosquits34,35,36, afectant els sistemes nerviós, respiratori, endocrí i altres sistemes importants dels insectes37.
Estudis recents han proporcionat informació sobre l'ús potencial de les plantes de mostassa i les seves llavors com a font de compostos bioactius. La farina de llavors de mostassa s'ha provat com a biofumigant38,39,40,41 i s'ha utilitzat com a esmena del sòl per a la supressió de males herbes42,43,44 i el control de patògens vegetals transmesos pel sòl45,46,47,48,49,50, nutrició vegetal, nematodes41,51, 52, 53, 54 i plagues55, 56, 57, 58, 59, 60. L'activitat fungicida d'aquestes pols de llavors s'atribueix a compostos protectors de plantes anomenats isotiocianats38,42,60. En les plantes, aquests compostos protectors s'emmagatzemen a les cèl·lules vegetals en forma de glucosinolats no bioactius. Tanmateix, quan les plantes es veuen danyades per l'alimentació d'insectes o la infecció per patògens, els glucosinolats són hidrolitzats per la mirosinasa en isotiocianats bioactius55,61. Els isotiocianats són compostos volàtils coneguts per tenir una activitat antimicrobiana i insecticida d'ampli espectre, i la seva estructura, activitat biològica i contingut varien àmpliament entre les espècies de Brassicaceae42,59,62,63.
Tot i que se sap que els isotiocianats derivats de la farina de llavors de mostassa tenen activitat insecticida, falten dades sobre l'activitat biològica contra vectors artròpodes importants des del punt de vista mèdic. El nostre estudi va examinar l'activitat larvicida de quatre pols de llavors desgreixades contra els mosquits Aedes. Larves d'Aedes aegypti. L'objectiu de l'estudi era avaluar el seu ús potencial com a biopesticides respectuosos amb el medi ambient per al control de mosquits. També es van provar tres components químics principals de la farina de llavors, l'isotiocianat d'al·lil (AITC), l'isotiocianat de benzil (BITC) i el 4-hidroxibenzilisotiocianat (4-HBITC) per provar l'activitat biològica d'aquests components químics en les larves de mosquit. Aquest és el primer informe que avalua l'eficàcia de quatre pols de llavors de col i els seus principals components químics contra les larves de mosquit.
Les colònies de laboratori d'Aedes aegypti (soca Rockefeller) es van mantenir a 26 °C, 70% d'humitat relativa (HR) i 10:14 h (fotoperíode L:D). Les femelles aparellades es van allotjar en gàbies de plàstic (alçada 11 cm i diàmetre 9,5 cm) i es van alimentar mitjançant un sistema d'alimentació amb biberó utilitzant sang bovina citratada (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, EUA). L'alimentació amb sang es va dur a terme com és habitual utilitzant un alimentador de membrana multividre (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, EUA) connectat a un tub de bany d'aigua circulant (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, EUA) amb control de temperatura de 37 °C. Es va estirar una pel·lícula de Parafilm M a la part inferior de cada cambra d'alimentació de vidre (àrea 154 mm2). A continuació, cada alimentador es va col·locar a la reixeta superior que cobria la gàbia que contenia la femella aparelladora. Es van afegir aproximadament entre 350 i 400 μl de sang bovina a un embut d'alimentació de vidre amb una pipeta Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, EUA) i es va deixar que els cucs adults escorreguessin durant almenys una hora. A continuació, es va administrar a les femelles embarassades una solució de sacarosa al 10% i es va permetre que poguessin ous en paper de filtre humit folrat en tasses de suflé ultratransparents individuals (mida 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, EUA). gàbia amb aigua. Col·locar el paper de filtre que contenia els ous en una bossa segellada (SC Johnsons, Racine, WI) i emmagatzemar a 26 °C. Els ous van eclosionar i es van criar aproximadament entre 200 i 250 larves en safates de plàstic que contenien una barreja de menjar per a conills (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, EUA) i pols de fetge (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, EUA) i filet de peix (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Alemanya) en una proporció de 2:1:1. En els nostres bioassajos es van utilitzar larves de tercer estadi tardà.
El material de llavors vegetals utilitzat en aquest estudi es va obtenir de les següents fonts comercials i governamentals: Brassica juncea (mostassa marró-Pacific Gold) i Brassica juncea (mostassa blanca-Ida Gold) de la Pacific Northwest Farmers' Cooperative, estat de Washington, EUA; (Garden Cress) de Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, EUA i Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) de l'USDA-ARS, Peoria, IL, EUA; Cap de les llavors utilitzades a l'estudi va ser tractada amb pesticides. Tot el material de llavors es va processar i utilitzar en aquest estudi d'acord amb les normatives locals i nacionals i de conformitat amb totes les normatives locals, estatals i nacionals pertinents. Aquest estudi no va examinar varietats de plantes transgèniques.
Les llavors de Brassica juncea (PG), alfals (Ls), mostassa blanca (IG) i Thlaspi arvense (DFP) es van moldre fins a obtenir una pols fina utilitzant un molí ultracentrífug Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Alemanya) equipat amb una malla de 0,75 mm i un rotor d'acer inoxidable, 12 dents, 10.000 rpm (Taula 1). La pols de llavors mòlta es va transferir a un didal de paper i es va desgreixar amb hexà en un aparell Soxhlet durant 24 h. Una submostra de mostassa de camp desgreixada es va tractar tèrmicament a 100 °C durant 1 h per desnaturalitzar la mirosinasa i evitar la hidròlisi dels glucosinolats per formar isotiocianats biològicament actius. La pols de llavors de cua de cavall tractada tèrmicament (DFP-HT) es va utilitzar com a control negatiu desnaturalitzant la mirosinasa.
El contingut de glucosinolat de la farina de llavors desgreixada es va determinar per triplicat mitjançant cromatografia líquida d'alta resolució (HPLC) segons un protocol publicat anteriorment 64. Breument, es van afegir 3 mL de metanol a una mostra de 250 mg de pols de llavors desgreixada. Cada mostra es va sonicar en un bany d'aigua durant 30 minuts i es va deixar a les fosques a 23 °C durant 16 hores. A continuació, es va filtrar una alíquota d'1 mL de la capa orgànica a través d'un filtre de 0,45 μm a un mostrejador automàtic. Funcionant en un sistema HPLC Shimadzu (dues bombes LC 20AD; mostrejador automàtic SIL 20A; desgasificador DGU 20As; detector UV-VIS SPD-20A per a la monitorització a 237 nm; i mòdul de bus de comunicació CBM-20A), el contingut de glucosinolat de la farina de llavors es va determinar per triplicat utilitzant el programari Shimadzu LC Solution versió 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, EUA). La columna era una columna de fase inversa C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, EUA). Les condicions inicials de la fase mòbil es van establir en 12% de metanol/88% d'hidròxid de tetrabutilamoni 0,01 M en aigua (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EUA) amb un cabal d'1 mL/min. Després de la injecció de 15 μl de mostra, es van mantenir les condicions inicials durant 20 minuts i, a continuació, la proporció de dissolvent es va ajustar al 100% de metanol, amb un temps total d'anàlisi de la mostra de 65 minuts. Es va generar una corba estàndard (basada en nM/mAb) mitjançant dilucions seriades d'estàndards de sinapina, glucosinolat i mirosina acabats de preparar (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EUA) per estimar el contingut de sofre dels glucosinolats de llavors desgreixats. Les concentracions de glucosinolat a les mostres es van analitzar en un Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, EUA) utilitzant la versió OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) equipada amb la mateixa columna i utilitzant un mètode descrit anteriorment. Les concentracions de glucosinolat es van determinar; han de ser comparables entre els sistemes HPLC.
L'isotiocianat d'al·lil (94%, estable) i l'isotiocianat de benzil (98%) es van comprar a Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, EUA). El 4-hidroxibenzilisotiocianat es va comprar a ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, EUA). Quan s'hidrolitzen enzimàticament per mirosinasa, els glucosinolats, els glucosinolats i els glucosinolats formen isotiocianat d'al·lil, isotiocianat de benzil i 4-hidroxibenzilisotiocianat, respectivament.
Els bioassajos de laboratori es van realitzar segons el mètode de Muturi et al. 32 amb modificacions. A l'estudi es van utilitzar cinc aliments per a llavors baixos en greix: DFP, DFP-HT, IG, PG i Ls. Es van col·locar vint larves en un vas de precipitats de tres vies d'un sol ús de 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, EUA) que contenia 120 mL d'aigua desionitzada (dH2O). Es van analitzar set concentracions de farina de llavors per a la toxicitat larvària de mosquits: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 i 0,12 g de farina de llavors/120 ml dH2O per a la farina de llavors DFP, DFP-HT, IG i PG. Els bioassajos preliminars indiquen que la farina de llavors Ls desgreixada és més tòxica que altres quatre farines de llavors analitzades. Per tant, vam ajustar les set concentracions de tractament de farina de llavors de Ls a les concentracions següents: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 i 0,075 g/120 mL dH2O.
Es va incloure un grup de control sense tractament (dH20, sense suplement de farina de llavors) per avaluar la mortalitat normal dels insectes en les condicions d'assaig. Els bioassajos toxicològics per a cada farina de llavors van incloure tres vass de precipitats de tres pendents repetits (20 larves de finals del tercer estadi per vas), per a un total de 108 vials. Els recipients tractats es van emmagatzemar a temperatura ambient (20-21 °C) i es va registrar la mortalitat larvària durant 24 i 72 hores d'exposició contínua a les concentracions del tractament. Si el cos i els apèndixs del mosquit no es mouen quan es perfora o es toquen amb una espàtula fina d'acer inoxidable, les larves de mosquit es consideren mortes. Les larves mortes solen romandre immòbils en posició dorsal o ventral al fons del recipient o a la superfície de l'aigua. L'experiment es va repetir tres vegades en dies diferents utilitzant diferents grups de larves, per a un total de 180 larves exposades a cada concentració de tractament.
La toxicitat de l'AITC, el BITC i el 4-HBITC per a les larves de mosquit es va avaluar mitjançant el mateix procediment de bioassaig però amb tractaments diferents. Prepareu solucions stock de 100.000 ppm per a cada producte químic afegint 100 µL del producte químic a 900 µL d'etanol absolut en un tub de centrífuga de 2 mL i agitant durant 30 segons per barrejar-ho bé. Les concentracions del tractament es van determinar en funció dels nostres bioassajos preliminars, que van trobar que el BITC era molt més tòxic que l'AITC i el 4-HBITC. Per determinar la toxicitat, es van utilitzar 5 concentracions de BITC (1, 3, 6, 9 i 12 ppm), 7 concentracions d'AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 i 35 ppm) i 6 concentracions de 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 i 35 ppm). 30, 45, 60, 75 i 90 ppm). El tractament de control es va injectar amb 108 μL d'etanol absolut, que és equivalent al volum màxim del tractament químic. Els bioassajos es van repetir com s'ha indicat anteriorment, exposant un total de 180 larves per concentració de tractament. La mortalitat larvària es va registrar per a cada concentració d'AITC, BITC i 4-HBITC després de 24 h d'exposició contínua.
L'anàlisi probit de 65 dades de mortalitat relacionada amb la dosi es va dur a terme mitjançant el programari Polo (Polo Plus, LeOra Software, versió 1.0) per calcular la concentració letal del 50% (LC50), la concentració letal del 90% (LC90), el pendent, el coeficient de dosi letal i la concentració letal del 95%, basant-se en intervals de confiança per a les relacions de dosi letal per a les corbes de concentració transformada en logaritme i dosi-mortalitat. Les dades de mortalitat es basen en dades replicades combinades de 180 larves exposades a cada concentració de tractament. Les anàlisis probabilístiques es van realitzar per separat per a cada farina de llavors i cada component químic. Basant-se en l'interval de confiança del 95% de la relació de dosi letal, es va considerar que la toxicitat de la farina de llavors i els constituents químics per a les larves de mosquit era significativament diferent, de manera que un interval de confiança que conté un valor d'1 no era significativament diferent, P = 0,0566.
Els resultats de l'HPLC per a la determinació dels principals glucosinolats en farines de llavors desgreixades DFP, IG, PG i Ls es mostren a la Taula 1. Els principals glucosinolats de les farines de llavors provades van variar amb l'excepció de DFP i PG, que ambdues contenien glucosinolats de mirosinasa. El contingut de mirosinina en PG va ser més alt que en DFP, 33,3 ± 1,5 i 26,5 ± 0,9 mg/g, respectivament. La pols de llavors Ls contenia 36,6 ± 1,2 mg/g de glucoglicona, mentre que la pols de llavors IG contenia 38,0 ± 0,5 mg/g de sinapina.
Les larves de mosquits Ae. Aedes aegypti van morir quan es van tractar amb farina de llavors desgreixada, tot i que l'eficàcia del tractament va variar segons l'espècie vegetal. Només el DFP-NT no va ser tòxic per a les larves de mosquit després de 24 i 72 h d'exposició (Taula 2). La toxicitat de la pols activa de llavors va augmentar amb l'augment de la concentració (Fig. 1A, B). La toxicitat de la farina de llavors per a les larves de mosquit va variar significativament en funció de l'IC del 95% de la relació de dosi letal dels valors de CL50 a les avaluacions de 24 hores i 72 hores (Taula 3). Després de 24 hores, l'efecte tòxic de la farina de llavors Ls va ser més gran que en altres tractaments amb farina de llavors, amb la màxima activitat i la màxima toxicitat per a les larves (CL50 = 0,04 g/120 ml dH2O). Les larves van ser menys sensibles al DFP a les 24 hores en comparació amb els tractaments amb pols de llavors d'IG, Ls i PG, amb valors de LC50 de 0,115, 0,04 i 0,08 g/120 ml dH2O respectivament, que van ser estadísticament superiors al valor de LC50 de 0,211 g/120 ml dH2O (Taula 3). Els valors de LC90 de DFP, IG, PG i Ls van ser 0,376, 0,275, 0,137 i 0,074 g/120 ml dH2O, respectivament (Taula 2). La concentració més alta de DPP va ser de 0,12 g/120 ml dH2O. Després de 24 hores d'avaluació, la mortalitat larvària mitjana va ser només del 12%, mentre que la mortalitat mitjana de les larves d'IG i PG va arribar al 51% i el 82%, respectivament. Després de 24 hores d'avaluació, la mortalitat larvària mitjana per al tractament amb farina de llavors de Ls amb concentració més alta (0,075 g/120 ml dH2O) va ser del 99% (Fig. 1A).
Les corbes de mortalitat es van estimar a partir de la dosi-resposta (Probit) de les larves egípcies d'Ae. (larves de tercer estadi) a la concentració de farina de llavors 24 hores (A) i 72 hores (B) després del tractament. La línia de punts representa la CL50 del tractament amb farina de llavors. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense inactivat per calor, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
En l'avaluació de 72 hores, els valors de LC50 de la farina de llavors DFP, IG i PG van ser 0,111, 0,085 i 0,051 g/120 ml dH2O, respectivament. Gairebé totes les larves exposades a la farina de llavors Ls van morir després de 72 h d'exposició, per la qual cosa les dades de mortalitat van ser inconsistents amb l'anàlisi Probit. En comparació amb altres farines de llavors, les larves van ser menys sensibles al tractament amb farina de llavors DFP i van tenir valors de LC50 estadísticament més alts (Taules 2 i 3). Després de 72 hores, els valors de LC50 per als tractaments amb farina de llavors DFP, IG i PG es van estimar en 0,111, 0,085 i 0,05 g/120 ml dH2O, respectivament. Després de 72 hores d'avaluació, els valors de LC90 de les pols de llavors DFP, IG i PG van ser 0,215, 0,254 i 0,138 g/120 ml dH2O, respectivament. Després de 72 hores d'avaluació, la mortalitat larvària mitjana per als tractaments amb farina de llavors DFP, IG i PG a una concentració màxima de 0,12 g/120 ml dH2O va ser del 58%, 66% i 96%, respectivament (Fig. 1B). Després d'una avaluació de 72 hores, es va trobar que la farina de llavors PG era més tòxica que la farina de llavors IG i DFP.
Els isotiocianats sintètics, l'isotiocianat d'al·lil (AITC), l'isotiocianat de benzil (BITC) i el 4-hidroxibenzilisotiocianat (4-HBITC) poden matar eficaçment les larves de mosquit. 24 hores després del tractament, el BITC era més tòxic per a les larves, amb un valor de CL50 de 5,29 ppm en comparació amb els 19,35 ppm de l'AITC i els 55,41 ppm del 4-HBITC (Taula 4). En comparació amb l'AITC i el BITC, el 4-HBITC té una toxicitat més baixa i un valor de CL50 més alt. Hi ha diferències significatives en la toxicitat larvària de mosquit dels dos isotiocianats principals (Ls i PG) en el farina de llavors més potent. La toxicitat basada en la relació de dosis letal dels valors de CL50 entre AITC, BITC i 4-HBITC va mostrar una diferència estadística de manera que l'IC del 95% de la relació de dosis letal de CL50 no incloïa un valor d'1 (P = 0,05, Taula 4). Es va estimar que les concentracions més altes tant de BITC com d'AITC mataven el 100% de les larves provades (Figura 2).
Les corbes de mortalitat es van estimar a partir de la dosi-resposta (Probit) d'Ae. 24 hores després del tractament, les larves egípcies (larves de tercer estadi) van assolir concentracions d'isotiocianat sintètic. La línia de punts representa la LC50 per al tractament amb isotiocianat. Isotiocianat de benzil BITC, isotiocianat d'al·lil AITC i 4-HBITC.
L'ús de biopesticides vegetals com a agents de control de vectors de mosquits s'ha estudiat durant molt de temps. Moltes plantes produeixen productes químics naturals que tenen activitat insecticida37. Els seus compostos bioactius proporcionen una alternativa atractiva als insecticides sintètics amb un gran potencial en el control de plagues, inclosos els mosquits.
Les plantes de mostassa es conreen per les seves llavors, que s'utilitzen com a espècia i font d'oli. Quan s'extreu oli de mostassa de les llavors o quan s'extreu mostassa per utilitzar-la com a biocombustible,69 el subproducte és farina de llavors desgreixada. Aquesta farina de llavors conserva molts dels seus components bioquímics naturals i enzims hidrolítics. La toxicitat d'aquesta farina de llavors s'atribueix a la producció d'isotiocianats55,60,61. Els isotiocianats es formen per la hidròlisi de glucosinolats per l'enzim mirosinasa durant la hidratació de la farina de llavors38,55,70 i se sap que tenen efectes fungicides, bactericides, nematicides i insecticides, així com altres propietats, com ara efectes sensorials químics i propietats quimioterapèutiques61,62,70. Diversos estudis han demostrat que les plantes de mostassa i la farina de llavors actuen eficaçment com a fumigants contra les plagues del sòl i dels aliments emmagatzemats57,59,71,72. En aquest estudi, vam avaluar la toxicitat de la farina de quatre llavors i els seus tres productes bioactius AITC, BITC i 4-HBITC per a les larves de mosquit Aedes. Aedes aegypti. S'espera que afegir farina de llavors directament a l'aigua que conté larves de mosquit activi processos enzimàtics que produeixen isotiocianats que són tòxics per a les larves de mosquit. Aquesta biotransformació es va demostrar en part per l'activitat larvicida observada de la farina de llavors i la pèrdua d'activitat insecticida quan la farina de llavors de mostassa nana es va tractar tèrmicament abans del seu ús. S'espera que el tractament tèrmic destrueixi els enzims hidrolítics que activen els glucosinolats, evitant així la formació d'isotiocianats bioactius. Aquest és el primer estudi que confirma les propietats insecticides de la pols de llavors de col contra els mosquits en un ambient aquàtic.
Entre les pols de llavors analitzades, la pols de llavors de créixens (Ls) va ser la més tòxica, causant una alta mortalitat d'Aedes albopictus. Les larves d'Aedes aegypti es van processar contínuament durant 24 hores. Les tres pols de llavors restants (PG, IG i DFP) van tenir una activitat més lenta i encara van causar una mortalitat significativa després de 72 hores de tractament continu. Només la farina de llavors Ls contenia quantitats significatives de glucosinolats, mentre que PG i DFP contenien mirosinasa i IG contenia glucosinolat com a glucosinolat principal (Taula 1). La glucotropeolina s'hidrolitza a BITC i la sinalbina s'hidrolitza a 4-HBITC61,62. Els nostres resultats de bioassaig indiquen que tant la farina de llavors Ls com el BITC sintètic són altament tòxics per a les larves de mosquit. El component principal de la farina de llavors PG i DFP és el glucosinolat de mirosinasa, que s'hidrolitza a AITC. L'AITC és eficaç per matar larves de mosquit amb un valor LC50 de 19,35 ppm. En comparació amb l'AITC i el BITC, l'isotiocianat de 4-HBITC és el menys tòxic per a les larves. Tot i que l'AITC és menys tòxic que el BITC, els seus valors de LC50 són inferiors als de molts olis essencials provats en larves de mosquit32,73,74,75.
La nostra pols de llavors de crucíferes per a ús contra larves de mosquit conté un glucosinolat principal, que representa més del 98-99% del total de glucosinolats determinat per HPLC. Es van detectar traces d'altres glucosinolats, però els seus nivells eren inferiors al 0,3% del total de glucosinolats. La pols de llavors de créixens (L. sativum) conté glucosinolats secundaris (sinigrina), però la seva proporció és de l'1% del total de glucosinolats i el seu contingut encara és insignificant (aproximadament 0,4 mg/g de pols de llavors). Tot i que el PG i el DFP contenen el mateix glucosinolat principal (mirosina), l'activitat larvicida dels seus farinats de llavors difereix significativament a causa dels seus valors de LC50. Varia en toxicitat per a l'oïdi. L'aparició de larves d'Aedes aegypti pot ser deguda a diferències en l'activitat o l'estabilitat de la mirosinasa entre els dos aliments de llavors. L'activitat de la mirosinasa juga un paper important en la biodisponibilitat dels productes d'hidròlisi com els isotiocianats en les plantes Brassicaceae76. Informes anteriors de Pocock et al.77 i Wilkinson et al.78 han demostrat que els canvis en l'activitat i l'estabilitat de la mirosinasa també poden estar associats amb factors genètics i ambientals.
El contingut esperat d'isotiocianat bioactiu es va calcular a partir dels valors de LC50 de cada farina de llavors a les 24 i 72 hores (Taula 5) per a la seva comparació amb les aplicacions químiques corresponents. Després de 24 hores, els isotiocianats de la farina de llavors eren més tòxics que els compostos purs. Els valors de LC50 calculats a partir de parts per milió (ppm) de tractaments de llavors amb isotiocianat van ser inferiors als valors de LC50 per a les aplicacions BITC, AITC i 4-HBITC. Vam observar larves consumint pellets de farina de llavors (Figura 3A). En conseqüència, les larves poden rebre una exposició més concentrada a isotiocianats tòxics en ingerir pellets de farina de llavors. Això va ser més evident en els tractaments de farina de llavors IG i PG a les 24 hores d'exposició, on les concentracions de LC50 van ser un 75% i un 72% inferiors a les dels tractaments purs amb AITC i 4-HBITC, respectivament. Els tractaments amb Ls i DFP van ser més tòxics que l'isotiocianat pur, amb valors de LC50 un 24% i un 41% inferiors, respectivament. Les larves del tractament de control van pupar amb èxit (Fig. 3B), mentre que la majoria de les larves del tractament amb farina de llavors no ho van fer i el desenvolupament larvari es va retardar significativament (Fig. 3B, D). En Spodopteralitura, els isotiocianats s'associen amb retard del creixement i retard del desenvolupament79.
Les larves de mosquits Ae. Aedes aegypti van ser exposades contínuament a pols de llavors de Brassica durant 24-72 hores. (A) Larves mortes amb partícules de farina de llavors a les peces bucals (encerclades); (B) El tractament de control (dH20 sense farina de llavors afegida) mostra que les larves creixen normalment i comencen a pupar després de 72 hores (C, D) Larves tractades amb farina de llavors; la farina de llavors va mostrar diferències en el desenvolupament i no va pupar.
No hem estudiat el mecanisme dels efectes tòxics dels isotiocianats sobre les larves de mosquit. Tanmateix, estudis previs en formigues vermelles de foc (Solenopsis invicta) han demostrat que la inhibició de la glutatió S-transferasa (GST) i l'esterasa (EST) és el principal mecanisme de bioactivitat de l'isotiocianat, i l'AITC, fins i tot a baixa activitat, també pot inhibir l'activitat de la GST. formigues vermelles de foc importades en baixes concentracions. La dosi és de 0,5 µg/ml80. En canvi, l'AITC inhibeix l'acetilcolinesterasa en els corcs del blat de moro adults (Sitophilus zeamais)81. Cal dur a terme estudis similars per elucidar el mecanisme de l'activitat de l'isotiocianat en les larves de mosquit.
Utilitzem el tractament amb DFP inactivat per calor per donar suport a la proposta que la hidròlisi dels glucosinolats vegetals per formar isotiocianats reactius serveix com a mecanisme per al control larval de mosquits mitjançant la farina de llavors de mostassa. La farina de llavors DFP-HT no va ser tòxica a les dosis d'aplicació provades. Lafarga et al. 82 van informar que els glucosinolats són sensibles a la degradació a altes temperatures. També s'espera que el tractament tèrmic desnaturalitzi l'enzim mirosinasa de la farina de llavors i eviti la hidròlisi dels glucosinolats per formar isotiocianats reactius. Això també ho van confirmar Okunade et al. 75, que van demostrar que la mirosinasa és sensible a la temperatura, cosa que demostra que l'activitat de la mirosinasa s'inactivava completament quan les llavors de mostassa, mostassa negra i sanguinària s'exposaven a temperatures superiors a 80 °C. Aquests mecanismes poden provocar la pèrdua de l'activitat insecticida de la farina de llavors DFP tractada tèrmicament.
Per tant, la farina de llavors de mostassa i els seus tres isotiocianats principals són tòxics per a les larves de mosquits. Ateses aquestes diferències entre la farina de llavors i els tractaments químics, l'ús de farina de llavors pot ser un mètode eficaç per al control de mosquits. Cal identificar formulacions adequades i sistemes d'administració eficaços per millorar l'eficàcia i l'estabilitat de l'ús de pols de llavors. Els nostres resultats indiquen l'ús potencial de la farina de llavors de mostassa com a alternativa als pesticides sintètics. Aquesta tecnologia podria convertir-se en una eina innovadora per controlar els vectors de mosquits. Com que les larves de mosquit prosperen en ambients aquàtics i els glucosinolats de la farina de llavors es converteixen enzimàticament en isotiocianats actius després de la hidratació, l'ús de farina de llavors de mostassa en aigua infestada per mosquits ofereix un potencial de control significatiu. Tot i que l'activitat larvicida dels isotiocianats varia (BITC > AITC > 4-HBITC), cal més investigació per determinar si la combinació de farina de llavors amb múltiples glucosinolats augmenta sinèrgicament la toxicitat. Aquest és el primer estudi que demostra els efectes insecticides de la farina de llavors de crucíferes desgreixades i tres isotiocianats bioactius sobre els mosquits. Els resultats d'aquest estudi obren nous camins en mostrar que la farina de llavors de col desgreixada, un subproducte de l'extracció d'oli de les llavors, pot servir com a agent larvicida prometedor per al control de mosquits. Aquesta informació pot ajudar a promoure el descobriment d'agents de biocontrol vegetal i el seu desenvolupament com a biopesticides barats, pràctics i respectuosos amb el medi ambient.
Els conjunts de dades generats per a aquest estudi i les anàlisis resultants estan disponibles a través de l'autor corresponent si es sol·licita de manera raonable. Al final de l'estudi, es van destruir tots els materials utilitzats en l'estudi (insectes i farina de llavors).
Data de publicació: 29 de juliol de 2024