Att effektivtkontrollera myggoroch minska förekomsten av sjukdomar de bär på, behövs strategiska, hållbara och miljövänliga alternativ till kemiska bekämpningsmedel. Vi utvärderade frömjöl från vissa Brassicaceae (familjen Brassica) som en källa till växtbaserade isotiocyanater producerade genom enzymatisk hydrolys av biologiskt inaktiva glukosinolater för användning vid bekämpning av egyptiska Aedes (L., 1762). Fem-avfettat frömjöl (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 och Thlaspi arvense – tre huvudtyper av termisk inaktivering och enzymatisk nedbrytning. Kemiska produkter: För att bestämma toxiciteten (LC50) av allylisotiocyanat, bensylisotiocyanat och 4-hydroxibensylisotiocyanat för Aedes aegypti-larver vid 24 timmars exponering = 0,04 g/120 ml dH2O). LC50-värden för senap, vit senap och hästsvans. Frömjöl var 0,05, 0,08 respektive 0,05 jämfört med allylisotiocyanat (LC50 = 19,35 ppm) och 4.-Hydroxibensylisotiocyanat (LC50 = 55,41 ppm) var mer giftigt för larver 24 timmar efter behandling än 0,1 g/120 ml dH2O. Dessa resultat överensstämmer med produktionen av alfalfafrömjöl. Den högre effektiviteten hos bensylestrar motsvarar de beräknade LC50-värdena. Användning av frömjöl kan ge en effektiv metod för myggbekämpning. Effektiviteten hos korsblommigt fröpulver och dess huvudsakliga kemiska komponenter mot mygglarver och visar hur de naturliga föreningarna i korsblommigt fröpulver kan fungera som ett lovande miljövänligt larvicid för myggbekämpning.
Vektorburna sjukdomar orsakade av Aedes-myggor är fortfarande ett stort globalt folkhälsoproblem. Förekomsten av myggburna sjukdomar sprider sig geografiskt1,2,3 och återkommer, vilket leder till utbrott av allvarliga sjukdomar4,5,6,7. Spridningen av sjukdomar bland människor och djur (t.ex. chikungunya, denguefeber, Rift Valley-feber, gula febern och Zika-virus) är exempellös. Enbart denguefeber utsätter cirka 3,6 miljarder människor för risk att bli smittade i tropikerna, med uppskattningsvis 390 miljoner infektioner årligen, vilket resulterar i 6 100–24 300 dödsfall per år8. Återkomsten och utbrottet av Zika-viruset i Sydamerika har väckt uppmärksamhet över hela världen på grund av de hjärnskador det orsakar hos barn födda av smittade kvinnor2. Kremer et al3 förutspår att det geografiska utbredningsområdet för Aedes-myggor kommer att fortsätta att expandera och att hälften av världens befolkning år 2050 kommer att riskera att bli smittade av myggburna arbovirus.
Med undantag för de nyligen utvecklade vaccinerna mot denguefeber och gula febern har vacciner mot de flesta myggburna sjukdomar ännu inte utvecklats9,10,11. Vacciner finns fortfarande tillgängliga i begränsade mängder och används endast i kliniska prövningar. Bekämpning av myggvektorer med hjälp av syntetiska insekticider har varit en viktig strategi för att kontrollera spridningen av myggburna sjukdomar12,13. Även om syntetiska bekämpningsmedel är effektiva för att döda myggor, påverkar den fortsatta användningen av syntetiska bekämpningsmedel negativt icke-målorganismer och förorenar miljön14,15,16. Ännu mer alarmerande är trenden med ökande myggresistens mot kemiska insekticider17,18,19. Dessa problem i samband med bekämpningsmedel har påskyndat sökandet efter effektiva och miljövänliga alternativ för att bekämpa sjukdomsvektorer.
Olika växter har utvecklats som källor till fytopesticider för skadedjursbekämpning20,21. Växtsubstanser är generellt sett miljövänliga eftersom de är biologiskt nedbrytbara och har låg eller försumbar toxicitet för icke-målorganismer som däggdjur, fiskar och amfibier20,22. Örtberedningar är kända för att producera en mängd olika bioaktiva föreningar med olika verkningsmekanismer för att effektivt kontrollera mygg i olika livsstadier23,24,25,26. Växtbaserade föreningar som eteriska oljor och andra aktiva växtingredienser har fått uppmärksamhet och banat väg för innovativa verktyg för att kontrollera myggvektorer. Eteriska oljor, monoterpener och sesquiterpener fungerar som repellerande medel, avskräcker från födointag och dödar ägg27,28,29,30,31,32,33. Många vegetabiliska oljor orsakar döden av mygglarver, puppor och vuxna mygglarver34,35,36, vilket påverkar insekternas nervsystem, andningsvägar, endokrina system och andra viktiga system.
Nyligen genomförda studier har gett insikt i den potentiella användningen av senapsväxter och deras frön som en källa till bioaktiva föreningar. Senapsfrömjöl har testats som ett biofumigant38,39,40,41 och använts som ett jordförbättringsmedel för ogräsbekämpning42,43,44 och kontroll av jordburna växtpatogener45,46,47,48,49,50, växtnäring, nematoder41,51, 52, 53, 54 och skadedjur55, 56, 57, 58, 59, 60. Den svampdödande aktiviteten hos dessa fröpulver tillskrivs växtskyddsföreningar som kallas isotiocyanater38,42,60. Hos växter lagras dessa skyddande föreningar i växtceller i form av icke-bioaktiva glukosinolater. Men när växter skadas av insektsätning eller patogeninfektion hydrolyseras glukosinolater av myrosinas till bioaktiva isotiocyanater55,61. Isotiocyanater är flyktiga föreningar som är kända för att ha bredspektrum antimikrobiell och insekticid aktivitet, och deras struktur, biologiska aktivitet och innehåll varierar kraftigt mellan olika Brassicaceae-arter42,59,62,63.
Även om isotiocyanater utvunna ur senapsfrömjöl är kända för att ha insekticid aktivitet, saknas data om biologisk aktivitet mot medicinskt viktiga leddjursvektorer. Vår studie undersökte den larvicida aktiviteten hos fyra avfettade fröpulver mot Aedes-myggor. Larver av Aedes aegypti. Syftet med studien var att utvärdera deras potentiella användning som miljövänliga biopesticider för myggbekämpning. Tre huvudkemiska komponenter i frömjölet, allylisotiocyanat (AITC), bensylisotiocyanat (BITC) och 4-hydroxibensylisotiocyanat (4-HBITC), testades också för att testa den biologiska aktiviteten hos dessa kemiska komponenter på mygglarver. Detta är den första rapporten som utvärderar effektiviteten hos fyra kålfrömjöl och deras huvudsakliga kemiska komponenter mot mygglarver.
Laboratoriekolonier av Aedes aegypti (Rockefeller-stam) hölls vid 26 °C, 70 % relativ fuktighet (RH) och 10:14 timmar (L:D-fotoperiod). Parade honor hölls i plastburar (höjd 11 cm och diameter 9,5 cm) och matades via ett flaskmatningssystem med citrerat bovint blod (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA). Blodmatning utfördes som vanligt med hjälp av en membran-multiglasmatare (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) ansluten till ett cirkulerande vattenbadsrör (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) med temperaturkontroll 37 °C. Spänn en film av Parafilm M på botten av varje glasmatningskammare (area 154 mm2). Varje matare placerades sedan på det övre gallret som täckte buren som innehöll den parande honan. Cirka 350–400 μl nötblod tillsattes till en glastratt med hjälp av en Pasteurpipett (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) och de vuxna maskarna fick rinna av i minst en timme. Dräktiga honor fick sedan en 10% sackaroslösning och fick lägga ägg på fuktigt filterpapper klätt i individuella ultraklara sufflékoppar (storlek 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA). Placera filterpappret med ägg i en förseglad påse (SC Johnsons, Racine, WI) och förvara vid 26 °C. Äggen kläcktes och cirka 200–250 larver föddes upp i plastbrickor innehållande en blandning av kaninfoder (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) och leverpulver (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA) och fiskfilé (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Tyskland) i förhållandet 2:1:1. Larver i sena tredje instar-stadiet användes i våra bioanalyser.
Växtfrömaterial som användes i denna studie erhölls från följande kommersiella och statliga källor: Brassica juncea (brun senap-Pacific Gold) och Brassica juncea (vit senap-Ida Gold) från Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, USA; (Garden Cress) från Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA och Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) från USDA-ARS, Peoria, IL, USA. Inget av fröna som användes i studien behandlades med bekämpningsmedel. Allt frömaterial bearbetades och användes i denna studie i enlighet med lokala och nationella bestämmelser och i enlighet med alla relevanta lokala statliga och nationella bestämmelser. Denna studie undersökte inte transgena växtsorter.
Frön av Brassica juncea (PG), alfalfa (Ls), vit senap (IG) och Thlaspi arvense (DFP) maldes till ett fint pulver med hjälp av en Retsch ZM200 ultracentrifugalkvarn (Retsch, Haan, Tyskland) utrustad med en 0,75 mm maska och en rotor av rostfritt stål, 12 tänder, 10 000 rpm (tabell 1). Det malda fröpulvret överfördes till en pappershylsa och avfettades med hexan i en Soxhlet-apparat i 24 timmar. Ett delprov av avfettad åkersenap värmebehandlades vid 100 °C i 1 timme för att denaturera myrosinas och förhindra hydrolys av glukosinolater för att bilda biologiskt aktiva isotiocyanater. Värmebehandlat hästsvansfröpulver (DFP-HT) användes som negativ kontroll genom att denaturera myrosinas.
Glukosinolathalten i avfettat frömjöl bestämdes i triplikat med hjälp av högpresterande vätskekromatografi (HPLC) enligt ett tidigare publicerat protokoll 64. Kortfattat tillsattes 3 ml metanol till ett 250 mg prov av avfettat fröpulver. Varje prov sonikerades i ett vattenbad i 30 minuter och lämnades i mörker vid 23 °C i 16 timmar. En alikvot på 1 ml av det organiska skiktet filtrerades sedan genom ett 0,45 μm filter in i en autosampler. Med hjälp av ett Shimadzu HPLC-system (två LC 20AD-pumpar; SIL 20A autosampler; DGU 20As avgasare; SPD-20A UV-VIS-detektor för övervakning vid 237 nm; och CBM-20A kommunikationsbussmodul) bestämdes glukosinolathalten i frömjöl i triplikat med hjälp av Shimadzu LC Solution-programvara version 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA). Kolonnen var en C18 Inertsil omvändfaskolonn (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA). Initiala mobilfasförhållanden sattes till 12 % metanol/88 % 0,01 M tetrabutylammoniumhydroxid i vatten (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) med en flödeshastighet på 1 ml/min. Efter injektion av 15 μl prov bibehölls initialförhållandena i 20 minuter, och sedan justerades lösningsmedelsförhållandet till 100 % metanol, med en total provanalystid på 65 minuter. En standardkurva (nM/mAb-baserad) genererades genom serieutspädningar av nyframställda sinapin-, glukosinolat- och myrosinstandarder (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) för att uppskatta svavelhalten i avfettat frömjöl, glukosinolater. Glukosinolatkoncentrationerna i proverna testades på en Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) med OpenLAB CDS ChemStation-versionen (C.01.07 SR2 [255]) utrustad med samma kolonn och med en tidigare beskriven metod. Glukosinolatkoncentrationerna bestämdes; de skulle vara jämförbara mellan HPLC-system.
Allylisotiocyanat (94 %, stabilt) och bensylisotiocyanat (98 %) köptes från Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 4-hydroxibensylisotiocyanat köptes från ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA). När glukosinolater, glukosinolater och glukosinolater enzymatiskt hydrolyseras av myrosinas bildar de allylisotiocyanat, bensylisotiocyanat respektive 4-hydroxibensylisotiocyanat.
Laboratoriebioanalyser utfördes enligt metoden från Muturi et al. 32 med modifieringar. Fem fettsnåla fröfoder användes i studien: DFP, DFP-HT, IG, PG och Ls. Tjugo larver placerades i en 400 ml engångsbägare med tre delar (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) innehållande 120 ml avjoniserat vatten (dH2O). Sju frömjölskoncentrationer testades för mygglarvtoxicitet: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 och 0,12 g frömjöl/120 ml dH2O för DFP-frömjöl, DFP-HT, IG och PG. Preliminära bioanalyser indikerar att avfettat Ls-frömjöl är mer toxiskt än fyra andra testade frömjöl. Därför justerade vi de sju behandlingskoncentrationerna av Ls-frömjöl till följande koncentrationer: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 och 0,075 g/120 mL dH2O.
En obehandlad kontrollgrupp (dH20, inget frömjölstillskott) inkluderades för att bedöma normal insektsdödlighet under analysförhållanden. Toxikologiska bioanalyser för varje frömjöl inkluderade tre replikatbägare med tre lutningar (20 larver från sent tredje stadium per bägare), för totalt 108 ampuller. Behandlade behållare förvarades vid rumstemperatur (20-21 °C) och larvdödligheten registrerades under 24 och 72 timmars kontinuerlig exponering för behandlingskoncentrationer. Om myggans kropp och bihang inte rör sig när de genomborras eller berörs med en tunn spatel av rostfritt stål, anses mygglarverna vara döda. Döda larver förblir vanligtvis orörliga i en dorsal eller ventral position på botten av behållaren eller på vattenytan. Experimentet upprepades tre gånger på olika dagar med olika grupper av larver, för totalt 180 larver exponerade för varje behandlingskoncentration.
Toxiciteten hos AITC, BITC och 4-HBITC för mygglarver bedömdes med samma bioassayprocedur men med olika behandlingar. Bered 100 000 ppm stamlösningar för varje kemikalie genom att tillsätta 100 µL av kemikalien till 900 µL absolut etanol i ett 2 ml centrifugrör och skaka i 30 sekunder för att blanda ordentligt. Behandlingskoncentrationerna bestämdes baserat på våra preliminära bioanalyser, som visade att BITC var mycket mer toxiskt än AITC och 4-HBITC. För att bestämma toxiciteten användes 5 koncentrationer av BITC (1, 3, 6, 9 och 12 ppm), 7 koncentrationer av AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 och 35 ppm) och 6 koncentrationer av 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 och 35 ppm). Kontrollbehandlingen injicerades med 108 μL absolut etanol, vilket motsvarar den maximala volymen av den kemiska behandlingen. Bioanalyser upprepades enligt ovan, med totalt 180 larver per behandlingskoncentration exponerade. Larvmortalitet registrerades för varje koncentration av AITC, BITC och 4-HBITC efter 24 timmars kontinuerlig exponering.
Probitanalys av 65 dosrelaterade mortalitetsdata utfördes med hjälp av Polo-programvara (Polo Plus, LeOra Software, version 1.0) för att beräkna 50 % letal koncentration (LC50), 90 % letal koncentration (LC90), lutning, letal doskoefficient och 95 % letal koncentration, baserat på konfidensintervall för letala doskvoter för log-transformerade koncentrations- och dos-mortalitetskurvor. Mortalitetsdata baseras på kombinerade replikatdata från 180 larver exponerade för varje behandlingskoncentration. Probabilistiska analyser utfördes separat för varje frömjöl och varje kemisk komponent. Baserat på 95 % konfidensintervallet för den letala doskvoten ansågs frömjölets och de kemiska beståndsdelarnas toxicitet för mygglarver vara signifikant olika, så ett konfidensintervall innehållande ett värde på 1 var inte signifikant annorlunda, P = 0,0566.
HPLC-resultaten för bestämning av de viktigaste glukosinolaterna i avfettade frömjöl DFP, IG, PG och Ls listas i tabell 1. De viktigaste glukosinolaterna i de testade frömjölen varierade med undantag för DFP och PG, som båda innehöll myrosinasglukosinolater. Myrosininhalten i PG var högre än i DFP, 33,3 ± 1,5 respektive 26,5 ± 0,9 mg/g. Ls-fröpulver innehöll 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglykon, medan IG-fröpulver innehöll 38,0 ± 0,5 mg/g sinapin.
Larver av Ae. Aedes aegypti-myggor dödades när de behandlades med avfettat frömjöl, även om behandlingens effektivitet varierade beroende på växtart. Endast DFP-NT var inte toxiskt för mygglarver efter 24 och 72 timmars exponering (tabell 2). Toxiciteten hos det aktiva frömjölet ökade med ökande koncentration (fig. 1A, B). Frömjölets toxicitet för mygglarver varierade signifikant baserat på 95 % konfidensintervallet för den letala dosen för LC50-värden vid 24-timmars- och 72-timmarsbedömningar (tabell 3). Efter 24 timmar var den toxiska effekten av Ls-frömjöl större än andra frömjölsbehandlingar, med högsta aktivitet och maximal toxicitet för larver (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O). Larverna var mindre känsliga för DFP efter 24 timmar jämfört med behandlingar med IG-, Ls- och PG-fröpulver, med LC50-värden på 0,115, 0,04 respektive 0,08 g/120 ml dH2O, vilket var statistiskt högre än LC50-värdet på 0,211 g/120 ml dH2O (tabell 3). LC90-värdena för DFP, IG, PG och Ls var 0,376, 0,275, 0,137 respektive 0,074 g/120 ml dH2O (tabell 2). Den högsta koncentrationen av DPP var 0,12 g/120 ml dH2O. Efter 24 timmars analys var den genomsnittliga larvdödligheten endast 12 %, medan den genomsnittliga dödligheten för IG- och PG-larver nådde 51 % respektive 82 %. Efter 24 timmars utvärdering var den genomsnittliga larvdödligheten för den högsta koncentrationen av Ls-frömjölbehandling (0,075 g/120 ml dH2O) 99 % (Fig. 1A).
Mortalitetskurvor uppskattades utifrån dosresponsen (Probit) hos Ae. Egyptian-larver (tredje stadiets larver) på frömjölskoncentrationen 24 timmar (A) och 72 timmar (B) efter behandling. Den streckade linjen representerar LC50 för frömjölsbehandlingen. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Värmeinaktiverad Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Vid 72 timmars utvärdering var LC50-värdena för DFP, IG och PG-frömjöl 0,111, 0,085 respektive 0,051 g/120 ml dH2O. Nästan alla larver som exponerats för Ls-frömjöl dog efter 72 timmars exponering, så dödlighetsdata var inkonsekventa med Probit-analysen. Jämfört med annat frömjöl var larverna mindre känsliga för DFP-frömjölsbehandling och hade statistiskt sett högre LC50-värden (tabell 2 och 3). Efter 72 timmar uppskattades LC50-värdena för DFP-, IG- och PG-frömjölsbehandlingar till 0,111, 0,085 respektive 0,05 g/120 ml dH2O. Efter 72 timmars utvärdering var LC90-värdena för DFP-, IG- och PG-frömjölspulver 0,215, 0,254 respektive 0,138 g/120 ml dH2O. Efter 72 timmars utvärdering var den genomsnittliga larvmortaliteten för behandlingarna med DFP-, IG- och PG-frömjöl vid en maximal koncentration på 0,12 g/120 ml dH2O 58 %, 66 % respektive 96 % (Fig. 1B). Efter 72 timmars utvärdering befanns PG-frömjöl vara mer toxiskt än IG- och DFP-frömjöl.
Syntetiska isotiocyanater, allylisotiocyanat (AITC), bensylisotiocyanat (BITC) och 4-hydroxibensylisotiocyanat (4-HBITC) kan effektivt döda mygglarver. 24 timmar efter behandling var BITC mer toxiskt för larver med ett LC50-värde på 5,29 ppm jämfört med 19,35 ppm för AITC och 55,41 ppm för 4-HBITC (tabell 4). Jämfört med AITC och BITC har 4-HBITC lägre toxicitet och ett högre LC50-värde. Det finns signifikanta skillnader i mygglarvtoxiciteten hos de två huvudsakliga isotiocyanaterna (Ls och PG) i det mest potenta frömjölet. Toxicitet baserad på det letala dosförhållandet för LC50-värden mellan AITC, BITC och 4-HBITC visade en statistisk skillnad så att 95 % KI för det letala dosförhållandet för LC50 inte inkluderade ett värde på 1 (P = 0,05, tabell 4). De högsta koncentrationerna av både BITC och AITC uppskattades döda 100 % av de testade larverna (Figur 2).
Mortalitetskurvor uppskattades från dos-responsen (Probit) för Ae. 24 timmar efter behandling nådde egyptiska larver (3:e instarlarver) koncentrationer av syntetisk isotiocyanat. Den streckade linjen representerar LC50 för isotiocyanatbehandling. Bensylisotiocyanat BITC, allylisotiocyanat AITC och 4-HBITC.
Användningen av växtbiopesticider som bekämpningsmedel för myggvektorer har länge studerats. Många växter producerar naturliga kemikalier som har insekticid aktivitet37. Deras bioaktiva föreningar utgör ett attraktivt alternativ till syntetiska insekticider med stor potential för att bekämpa skadedjur, inklusive myggor.
Senapsplantor odlas som gröda för sina frön, används som krydda och oljekälla. När senapsolja utvinns ur fröna eller när senap utvinns för användning som biobränsle, 69 är biprodukten avfettat frömjöl. Detta frömjöl behåller många av sina naturliga biokemiska komponenter och hydrolytiska enzymer. Toxiciteten hos detta frömjöl tillskrivs produktionen av isotiocyanater 55,60,61. Isotiocyanater bildas genom hydrolys av glukosinolater av enzymet myrosinas under hydrering av frömjöl 38,55,70 och är kända för att ha svampdödande, bakteriedödande, nematicida och insekticida effekter, samt andra egenskaper inklusive kemiska sensoriska effekter och kemoterapeutiska egenskaper 61,62,70. Flera studier har visat att senapsplantor och frömjöl fungerar effektivt som gasningsmedel mot jord- och lagrade livsmedelsskadegörare 57,59,71,72. I denna studie utvärderade vi toxiciteten hos fyrfrönsmjöl och dess tre bioaktiva produkter AITC, BITC och 4-HBITC för Aedes-mygglarver. Aedes aegypti. Att tillsätta frömjöl direkt till vatten som innehåller mygglarver förväntas aktivera enzymatiska processer som producerar isotiocyanater som är giftiga för mygglarver. Denna biotransformation demonstrerades delvis av den observerade larvicidala aktiviteten hos frömjölet och förlusten av insekticidal aktivitet när dvärgsenapsfrömjöl värmebehandlades före användning. Värmebehandling förväntas förstöra de hydrolytiska enzymer som aktiverar glukosinolater, och därigenom förhindra bildandet av bioaktiva isotiocyanater. Detta är den första studien som bekräftar de insekticida egenskaperna hos kålfröpulver mot myggor i en vattenmiljö.
Bland de testade fröpulverna var vattenkrassefröpulver (Ls) det mest toxiska och orsakade hög dödlighet hos Aedes albopictus. Aedes aegypti-larver bearbetades kontinuerligt i 24 timmar. De återstående tre fröpulverna (PG, IG och DFP) hade långsammare aktivitet och orsakade fortfarande betydande dödlighet efter 72 timmars kontinuerlig behandling. Endast Ls-frömjöl innehöll betydande mängder glukosinolater, medan PG och DFP innehöll myrosinas och IG innehöll glukosinolat som huvudsakligt glukosinolat (tabell 1). Glukotropaeolin hydrolyseras till BITC och sinalbin hydrolyseras till 4-HBITC61,62. Våra bioassayresultat indikerar att både Ls-frömjöl och syntetisk BITC är mycket giftiga för mygglarver. Huvudkomponenten i PG- och DFP-frömjöl är myrosinasglukosinolat, som hydrolyseras till AITC. AITC är effektivt för att döda mygglarver med ett LC50-värde på 19,35 ppm. Jämfört med AITC och BITC är 4-HBITC-isotiocyanat minst giftigt för larver. Även om AITC är mindre giftigt än BITC, är deras LC50-värden lägre än många eteriska oljor som testats på mygglarver32,73,74,75.
Vårt korsblommiga fröpulver för användning mot mygglarver innehåller en huvudsaklig glukosinolat som står för över 98–99 % av de totala glukosinolaterna bestämda med HPLC. Spårmängder av andra glukosinolater detekterades, men deras nivåer var mindre än 0,3 % av de totala glukosinolaterna. Vattenkrasse (L. sativum) fröpulver innehåller sekundära glukosinolater (sinigrin), men deras andel är 1 % av de totala glukosinolaterna, och deras innehåll är fortfarande obetydligt (cirka 0,4 mg/g fröpulver). Även om PG och DFP innehåller samma huvudsakliga glukosinolat (myrosin), skiljer sig den larvicidala aktiviteten hos deras frömjöl avsevärt på grund av deras LC50-värden. Varierar i toxicitet mot mjöldagg. Uppkomsten av Aedes aegypti-larver kan bero på skillnader i myrosinasaktivitet eller stabilitet mellan de två fröfoderkällorna. Myrosinasaktivitet spelar en viktig roll i biotillgängligheten av hydrolysprodukter såsom isotiocyanater i Brassicaceae-växter76. Tidigare rapporter av Pocock et al.77 och Wilkinson et al.78 har visat att förändringar i myrosinasaktivitet och stabilitet också kan vara förknippade med genetiska och miljömässiga faktorer.
Förväntad halt av bioaktiva isotiocyanater beräknades baserat på LC50-värdena för varje frömjöl vid 24 och 72 timmar (tabell 5) för jämförelse med motsvarande kemiska tillämpningar. Efter 24 timmar var isotiocyanaterna i frömjölet mer toxiska än de rena föreningarna. LC50-värden beräknade baserat på miljondelar (ppm) av isotiocyanatbehandlingar för frömjöl var lägre än LC50-värdena för BITC-, AITC- och 4-HBITC-applikationer. Vi observerade larver som konsumerade frömjölspellets (figur 3A). Följaktligen kan larver få mer koncentrerad exponering för giftiga isotiocyanater genom att inta frömjölspellets. Detta var tydligast i IG- och PG-frömjölsbehandlingarna vid 24 timmars exponering, där LC50-koncentrationerna var 75 % respektive 72 % lägre än för rena AITC- respektive 4-HBITC-behandlingar. Ls- och DFP-behandlingar var mer toxiska än ren isotiocyanat, med LC50-värden 24 % respektive 41 % lägre. Larver i kontrollbehandlingen förpuppades framgångsrikt (Fig. 3B), medan de flesta larver i utsädesmjölsbehandlingen inte förpuppades och larvutvecklingen försenades avsevärt (Fig. 3B, D). Hos Spodopteralitura är isotiocyanater associerade med tillväxthämning och utvecklingsförsening79.
Larver av Ae. Aedes aegypti-myggor exponerades kontinuerligt för Brassica-fröpulver i 24–72 timmar. (A) Döda larver med partiklar av frömjöl i mundelarna (inringade); (B) Kontrollbehandling (dH20 utan tillsatt frömjöl) visar att larver växer normalt och börjar förpuppas efter 72 timmar. (C, D) Larver behandlade med frömjöl; frömjölet visade skillnader i utveckling och förpuppades inte.
Vi har inte studerat mekanismen för isotiocyanaters toxiska effekter på mygglarver. Tidigare studier på röda eldmyror (Solenopsis invicta) har dock visat att hämning av glutation S-transferas (GST) och esteras (EST) är den huvudsakliga mekanismen för isotiocyanats bioaktivitet, och AITC, även vid låg aktivitet, kan också hämma GST-aktivitet. Importerade eldmyror i låga koncentrationer. Dosen är 0,5 µg/ml80. Däremot hämmar AITC acetylkolinesteras hos vuxna majsvivlar (Sitophilus zeamais)81. Liknande studier måste utföras för att belysa mekanismen för isotiocyanats aktivitet hos mygglarver.
Vi använder värmeinaktiverad DFP-behandling för att stödja förslaget att hydrolys av växtglukosinolater för att bilda reaktiva isotiocyanater fungerar som en mekanism för bekämpning av mygglarver med senapsfrömjöl. DFP-HT-frömjöl var inte toxiskt vid de testade appliceringsmängderna. Lafarga et al. 82 rapporterade att glukosinolater är känsliga för nedbrytning vid höga temperaturer. Värmebehandling förväntas också denaturera myrosinasenzymet i frömjöl och förhindra hydrolys av glukosinolater för att bilda reaktiva isotiocyanater. Detta bekräftades också av Okunade et al. 75 som visade att myrosinas är temperaturkänsligt, vilket visar att myrosinasaktiviteten inaktiverades helt när senap-, svartsenaps- och blodrotsfrön exponerades för temperaturer över 80° C. Dessa mekanismer kan resultera i förlust av insekticid aktivitet hos värmebehandlat DFP-frömjöl.
Således är senapsfrömjöl och dess tre huvudsakliga isotiocyanater giftiga för mygglarver. Med tanke på dessa skillnader mellan frömjöl och kemiska behandlingar kan användningen av frömjöl vara en effektiv metod för myggbekämpning. Det finns ett behov av att identifiera lämpliga formuleringar och effektiva leveranssystem för att förbättra effektiviteten och stabiliteten vid användningen av fröpulver. Våra resultat indikerar potentiell användning av senapsfrömjöl som ett alternativ till syntetiska bekämpningsmedel. Denna teknik skulle kunna bli ett innovativt verktyg för att kontrollera myggvektorer. Eftersom mygglarver trivs i vattenmiljöer och frömjölsglukosinolater omvandlas enzymatiskt till aktiva isotiocyanater vid hydrering, erbjuder användningen av senapsfrömjöl i mygginfekterat vatten betydande bekämpningspotential. Även om isotiocyanaternas larvicidala aktivitet varierar (BITC > AITC > 4-HBITC), behövs mer forskning för att avgöra om kombinationen av frömjöl med flera glukosinolater synergistiskt ökar toxiciteten. Detta är den första studien som visar de insekticida effekterna av avfettat korsblommigt frömjöl och tre bioaktiva isotiocyanater på myggor. Resultaten av denna studie banar väg genom att visa att avfettat kålfrömjöl, en biprodukt av oljeutvinning från fröna, kan fungera som ett lovande larvicidalt medel för myggbekämpning. Denna information kan bidra till att ytterligare utveckla upptäckten av växtbiobekämpningsmedel och deras utveckling som billiga, praktiska och miljövänliga biopesticider.
De dataset som genererats för denna studie och de resulterande analyserna är tillgängliga från motsvarande författare på rimlig begäran. Vid studiens slut förstördes allt material som använts i studien (insekter och frömjöl).
Publiceringstid: 29 juli 2024