Till 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 växthärledda isotiocyanater framställda genom enzymatisk hydrolys av biologiskt inaktiva glukosinolater för användning vid kontroll av egyptiska Aedes (L., 1762).Femavfettat 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 kemisk enzymatisk degradering produkter För att bestämma toxicitet (LC50) för 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 åkerfräken.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 via 24 timmar efter behandling/120,1 ml respektive gH.Dessa resultat överensstämmer med produktionen av alfalfafrömjöl.Den högre effektiviteten hos bensylestrar motsvarar de beräknade LC50-värdena.Att använda frömjöl kan ge en effektiv metod för myggkontroll.effektiviteten av korsblommiga fröpulver och dess huvudsakliga kemiska komponenter mot mygglarver och visar hur de naturliga föreningarna i korsblommiga fröpulver kan fungera som en lovande miljövänlig 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 allvarlig sjukdom4,5,6,7.Spridningen av sjukdomar bland människor och djur (t.ex. chikungunya, denguefeber, Rift Valley-feber, gula febern och Zika-virus) är aldrig tidigare skådad.Enbart denguefeber utsätter cirka 3,6 miljarder människor för infektion i tropikerna, med uppskattningsvis 390 miljoner infektioner som inträffar årligen, vilket resulterar i 6 100–24 300 dödsfall per år8.Återuppkomsten och utbrottet av Zika-viruset i Sydamerika har väckt uppmärksamhet över hela världen på grund av de hjärnskador som det orsakar hos barn som föds av infekterade kvinnor2.Kremer et al 3 förutspår att det geografiska utbredningsområdet för Aedes-myggor kommer att fortsätta att expandera och att 2050 kommer hälften av världens befolkning att löpa risk att smittas av myggburna arbovirus.
Med undantag för de nyligen utvecklade vaccinerna mot dengue 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.Kontroll av myggvektorer med hjälp av syntetiska insekticider har varit en nyckelstrategi 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 förknippade med bekämpningsmedel har påskyndat sökandet efter effektiva och miljövänliga alternativ för att kontrollera sjukdomsvektorer.
Olika växter har utvecklats som källor till växtbekämpningsmedel för skadedjursbekämpning20,21.Växtämnen är i allmänhet miljövänliga eftersom de är biologiskt nedbrytbara och har låg eller försumbar toxicitet för icke-målorganismer som däggdjur, fiskar och amfibier20,22.Örtpreparat är kända för att producera en mängd olika bioaktiva föreningar med olika verkningsmekanismer för att effektivt kontrollera olika livsstadier för myggor23,24,25,26.Växthärledda 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 avskräckande medel, avskräckande föda och ovicider27,28,29,30,31,32,33.Många vegetabiliska oljor dödar mygglarver, puppor och vuxna34,35,36, vilket påverkar nervsystemet, andningsorganen, endokrina och andra viktiga system hos insekter37.
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 biofumigant38,39,40,41 och används som jordtillägg för ogräsdämpning42,43,44 och kontroll av jordburna växtpatogener45,46,47,48,49,50, växtnäring.nematoder 41,51, 52, 53, 54 och skadedjur 55, 56, 57, 58, 59, 60. Den svampdödande aktiviteten hos dessa fröpulver tillskrivs växtskyddande föreningar som kallas isotiocyanater38,42,60.I växter lagras dessa skyddande föreningar i växtceller i form av icke-bioaktiva glukosinolater.Men när växter skadas av insektsmatning 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 Brassicaceae-arter42,59,62,63.
Även om isotiocyanater härrörande från 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 biobekämpningsmedel för myggkontroll.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 kålfröpulver och deras huvudsakliga kemiska komponenter mot mygglarver.
Laboratoriekolonier av Aedes aegypti (Rockefeller-stam) hölls vid 26°C, 70 % relativ fuktighet (RH) och 10:14 h (L:D-fotoperiod).Parade honor inhystes i plastburar (höjd 11 cm och diameter 9,5 cm) och matades via ett flaskmatningssystem med användning av citratbehandlat nötkreatursblod (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).Blodmatning utfördes som vanligt med en membranmatare med flera glas (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) ansluten till ett cirkulerande vattenbadrör (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) med temperatur kontroll 37 °C.Sträck ut en film av Parafilm M på botten av varje glasmatningskammare (yta 154 mm2).Varje matare placerades sedan på det övre gallret som täckte buren som innehöll den parande honan.Cirka 350–400 μl nötkreatursblod tillsattes till en matartratt av glas med en Pasteurpipett (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) och de vuxna maskarna fick rinna av i minst en timme.Dräktiga honor gavs sedan en 10% sackaroslösning och fick lägga ägg på fuktigt filterpapper fodrat i individuella ultraklara sufflékoppar (1,25 fl oz storlek, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).bur med vatten.Placera filterpapper som innehåller ägg i en förseglad påse (SC Johnsons, Racine, WI) och förvara vid 26°C.Äggen kläcktes och cirka 200–250 larver odlades i plasttråg innehållande en blandning av kaninmat (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 slutet av tredje 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.
Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), vit senap (IG), Thlaspi arvense (DFP) frön maldes till ett fint pulver med användning av en Retsch ZM200 ultracentrifugalkvarn (Retsch, Haan, Tyskland) utrustad med en 0,75 mm maskvidd och rostfritt. stålrotor, 12 tänder, 10 000 rpm (tabell 1).Det malda fröpulvret överfördes till en pappershylsa och avfettades med hexan i en Soxhlet-apparat under 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 åkerfrönspulver (DFP-HT) användes som en negativ kontroll genom att denaturera myrosinas.
Glukosinolatinnehållet i avfettat frömjöl bestämdes i tre exemplar med hjälp av högpresterande vätskekromatografi (HPLC) enligt ett tidigare publicerat protokoll 64 .Kortfattat sattes 3 ml metanol till ett 250 mg prov av avfettat fröpulver.Varje prov sonikerades i ett vattenbad under 30 minuter och lämnades i mörker vid 23°C under 16 timmar.En 1 ml alikvot av det organiska skiktet filtrerades sedan genom ett 0,45 μm filter in i en autosampler.Körande på 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 glukosinolatinnehållet i frömjöl i tre exemplar.använder Shimadzu LC Solution-programvara version 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Kolonnen var en C18 Inertsil omvänd faskolonn (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 upprätthölls de initiala förhållandena 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 nyberedda sinapin-, glukosinolat- och myrosinstandarder (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) för att uppskatta svavelhalten i avfettat frömjöl.glukosinolater.Glukosinolatkoncentrationer i proverna testades på en Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) med användning av OpenLAB CDS ChemStation-versionen (C.01.07 SR2 [255]) utrustad med samma kolonn och med en tidigare beskriven metod.Glukosinolatkoncentrationer bestämdes;vara jämförbar 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 de hydrolyseras enzymatiskt av myrosinas, bildar glukosinolater, glukosinolater och glukosinolater allylisotiocyanat, bensylisotiocyanat respektive 4-hydroxibensylisotiocyanat.
Laboratoriebioanalyser utfördes enligt metoden enligt Muturi et al.32 med ändringar.Fem fröer med låg fetthalt användes i studien: DFP, DFP-HT, IG, PG och Ls.Tjugo larver placerades i en 400 mL trevägsbägare för engångsbruk (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) innehållande 120 mL avjoniserat vatten (dH2O).Sju frömjölskoncentrationer testades för mygglarvertoxicitet: 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 giftigare än fyra andra frömjöl som testats.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 lutning (20 larver i slutet av tredje stadiet per bägare), för totalt 108 flaskor.Behandlade behållare förvarades vid rumstemperatur (20-21°C) och larvdödlighet registrerades under 24 och 72 timmars kontinuerlig exponering för behandlingskoncentrationer.Om myggans kropp och bihang inte rör sig när den sticks hål eller berörs med en tunn spatel i rostfritt stål, anses mygglarverna vara döda.Döda larver förblir vanligtvis orörliga i en rygg- eller ventral position i 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 utvärderades med samma bioanalysprocedur 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.Behandlingskoncentrationer bestämdes baserat på våra preliminära bioanalyser, som fann att BITC var mycket giftigare än AITC och 4-HBITC.För att bestämma toxicitet, 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 ppm) 15, 20, 25, 30 och 35 ppm).30, 45, 60, 75 och 90 ppm).Kontrollbehandlingen injicerades med 108 μL absolut etanol, vilket motsvarar den maximala volymen av den kemiska behandlingen.Bioanalyser upprepades enligt ovan och exponerade totalt 180 larver per behandlingskoncentration.Larvdödlighet 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-mjukvaran (Polo Plus, LeOra Software, version 1.0) för att beräkna 50 % dödlig koncentration (LC50), 90 % dödlig koncentration (LC90), lutning, dödlig doskoefficient och 95 % dödlig koncentration.baserat på konfidensintervall för dödliga dosförhållanden för log-transformerade koncentrations- och dosdödlighetskurvor.Dödlighetsdata baseras på kombinerade replikatdata för 180 larver exponerade för varje behandlingskoncentration.Probabilistiska analyser utfördes separat för varje frömjöl och varje kemisk komponent.Baserat på 95 % konfidensintervall för det dödliga dosförhållandet ansågs toxiciteten hos frömjöl och kemiska beståndsdelar för mygglarver vara signifikant olika, så ett konfidensintervall som innehöll 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 huvudsakliga 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 effektiviteten av behandlingen varierade beroende på växtarten.Endast DFP-NT var inte giftigt för mygglarver efter 24 och 72 timmars exponering (tabell 2).Toxiciteten hos det aktiva fröpulvret ökade med ökande koncentration (Fig. 1A, B).Frömjölets toxicitet för mygglarver varierade avsevärt baserat på 95 % KI av det dödliga dosförhållandet av LC50-värden vid 24- och 72-timmarsbedömningar (tabell 3).Efter 24 timmar var den toxiska effekten av Ls frömjöl större än andra frömjölsbehandlingar, med den högsta aktiviteten och maximal toxicitet för larver (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Larver var mindre känsliga för DFP vid 24 timmar jämfört med IG-, Ls- och PG-fröpulverbehandlingar, med LC50-värden på 0,115, 0,04 respektive 0,08 g/120 ml dH2O, som var statistiskt högre än LC50-värdet.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 bedömning 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-frömjölsbehandling (0,075 g/120 ml dH2O) 99 % (Fig. 1A).
Dödlighetskurvor uppskattades från dosresponsen (Probit) av Ae.Egyptiska larver (larver i tredje stadium) till frömjölskoncentration 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 oförenliga med Probit-analys.Jämfört med annat frömjöl var larverna mindre känsliga för behandling av DFP-frömjöl och hade statistiskt 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-fröpulver 0,215, 0,254 respektive 0,138 g/120 ml dH2O.Efter 72 timmars utvärdering var den genomsnittliga larvdödligheten för DFP-, IG- och PG-frömjölsbehandlingarna vid en maximal koncentration av 0,12 g/120 ml dH2O 58 %, 66 % respektive 96 % (Fig. 1B).Efter 72-timmars utvärdering visade sig PG-frömjöl vara mer giftigt 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 mygglarvertoxiciteten för de två stora isotiocyanaterna (Ls och PG) i det mest potenta frömjölet.Toxicitet baserad på det dödliga dosförhållandet för LC50-värden mellan AITC, BITC och 4-HBITC visade en statistisk skillnad så att 95 % KI av LC50-dödlig dosförhållande 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).
Dödlighetskurvor uppskattades från dosresponsen (Probit) av Ae.24 timmar efter behandlingen nådde egyptiska larver (larver i tredje stadium) syntetiska isotiocyanatkoncentrationer.Den streckade linjen representerar LC50 för isotiocyanatbehandling.Bensylisotiocyanat BITC, allylisotiocyanat AITC och 4-HBITC.
Användningen av växtbiopesticider som myggvektorkontrollmedel har länge studerats.Många växter producerar naturliga kemikalier som har insekticid aktivitet37.Deras bioaktiva föreningar ger ett attraktivt alternativ till syntetiska insekticider med stor potential för att kontrollera skadedjur, inklusive myggor.
Senapsväxter odlas som en gröda för sina frön, används som en krydda och en källa till olja.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 isotiocyanater55,60,61.Isotiocyanater bildas genom hydrolys av glukosinolater av enzymet myrosinas under hydratisering av frömjöl38,55,70 och är kända för att ha fungicida, bakteriedödande, nematicida och insekticida effekter, såväl som andra egenskaper inklusive kemiska sensoriska effekter och kemoterapeutiska egenskaper61,62, 70.Flera studier har visat att senapsväxter och frömjöl fungerar effektivt som desinfektionsmedel mot jord och lagrade matskadegörare57,59,71,72.I den här studien bedömde vi toxiciteten hos fyrafrömjöl 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 larvicida aktiviteten hos frömjölet och förlust av insekticid aktivitet när dvärgsenapsfrömjöl värmebehandlades före användning.Värmebehandling förväntas förstöra de hydrolytiska enzymer som aktiverar glukosinolater och därigenom förhindra bildningen av bioaktiva isotiocyanater.Detta är den första studien som bekräftar de insekticida egenskaperna hos kålfröpulver mot myggor i en vattenmiljö.
Bland de fröpulver som testades var vattenkrassefröpulver (Ls) det giftigaste, vilket orsakade hög dödlighet hos Aedes albopictus.Aedes aegypti-larver bearbetades kontinuerligt under 24 timmar.De återstående tre fröpulvret (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 huvudglukosinolat (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 det minst toxiska 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 ett stort glukosinolat, vilket står för över 98-99% av det totala glukosinolatet enligt HPLC.Spårmängder av andra glukosinolater detekterades, men deras nivåer var mindre än 0,3 % av det totala antalet glukosinolater.Vattenkrasse (L. sativum) fröpulver innehåller sekundära glukosinolater (sinigrin), men deras andel är 1 % av det totala antalet glukosinolater, 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 larvicida aktiviteten av deras frömjöl avsevärt på grund av deras LC50-värden.Varierar i toxicitet för mjöldagg.Uppkomsten av Aedes aegypti-larver kan bero på skillnader i myrosinasaktivitet eller stabilitet mellan de två fröfodorna.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 associerade med genetiska och miljömässiga faktorer.
Förväntat innehåll av bioaktivt isotiocyanat 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-värdena beräknade baserat på delar per miljon (ppm) av isotiocyanatfröbehandlingar 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 mest uppenbart i IG- och PG-frömjölsbehandlingarna vid 24-timmars exponering, där LC50-koncentrationerna var 75 % och 72 % lägre än rena AITC- respektive 4-HBITC-behandlingar.Ls- och DFP-behandlingar var mer toxiska än rent isotiocyanat, med LC50-värden 24% respektive 41% lägre.Larverna i kontrollbehandlingen förpuppades framgångsrikt (Fig. 3B), medan de flesta larverna i frömjölsbehandlingen inte förpuppades och larvutvecklingen försenades signifikant (Fig. 3B, D).I 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 larverna 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 toxiska effekter av isotiocyanater på mygglarver.Tidigare studier på röda eldmyror (Solenopsis invicta) har dock visat att hämning av glutation S-transferas (GST) och esteras (EST) är huvudmekanismen för isotiocyanatbioaktivitet, och AITC, även vid låg aktivitet, kan också hämma GST-aktivitet .röda 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 klarlägga mekanismen för isotiocyanataktivitet i mygglarver.
Vi använder värmeinaktiverad DFP-behandling för att stödja förslaget att hydrolys av växtglukosinolater för att bilda reaktiva isotiocyanater fungerar som en mekanism för mygglarverkontroll genom senapsfrömjöl.DFP-HT-frömjöl var inte giftigt 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 visade att myrosinas är temperaturkänsligt, vilket visar att myrosinasaktiviteten var helt inaktiverad när senap, svart senap 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 myggkontroll.Det finns ett behov av att identifiera lämpliga formuleringar och effektiva tillförselsystem för att förbättra effektiviteten och stabiliteten för användningen av fröpulver.Våra resultat indikerar potentiell användning av senapsfrömjöl som ett alternativ till syntetiska bekämpningsmedel.Denna teknik kan 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 myggangripet vatten en betydande kontrollpotential.Även om den larvicida aktiviteten hos isotiocyanater varierar (BITC > AITC > 4-HBITC), behövs mer forskning för att avgöra om kombinationen av frömjöl med flera glukosinolater ökar toxiciteten synergistiskt.Detta är den första studien som visar de insekticida effekterna av avfettat korsblommigt frömjöl och tre bioaktiva isotiocyanater på myggor.Resultaten av denna studie bryter ny mark genom att visa att avfettat kålfrömjöl, en biprodukt av oljeextraktion från fröna, kan fungera som ett lovande larvdödande medel för myggkontroll.Denna information kan hjälpa till att främja upptäckten av växtbiokontrollmedel och deras utveckling som billiga, praktiska och miljövänliga biobekämpningsmedel.
Datauppsättningarna som genereras för denna studie och de resulterande analyserna är tillgängliga från motsvarande författare på rimlig begäran.I slutet av studien förstördes allt material som användes i studien (insekter och frömjöl).
Posttid: 2024-jul-29