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Attività biologica della polvere di semi di cavolo e dei suoi composti come larvicida ecologico contro le zanzare

In modo efficacecontrollare le zanzaree ridurre l’incidenza delle malattie che trasportano, sono necessarie alternative strategiche, sostenibili e rispettose dell’ambiente ai pesticidi chimici.Abbiamo valutato le farine di semi di alcune Brassicaceae (famiglia Brassica) come fonte di isotiocianati di origine vegetale prodotti mediante idrolisi enzimatica di glucosinolati biologicamente inattivi da utilizzare nel controllo di Aedes egiziano (L., 1762).Farina di cinque semi sgrassati (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 e Thlaspi arvense - tre tipi principali di inattivazione termica e degradazione enzimatica Chimica prodotti Per determinare la tossicità (LC50) dell'isotiocianato di allile, isotiocianato di benzile e 4-idrossibenzilisotiocianato per le larve di Aedes a Egypti con esposizione di 24 ore = 0,04 g/120 ml dH2O).Valori LC50 per senape, senape bianca ed equiseto.la farina di semi era 0,05, 0,08 e 0,05 rispettivamente rispetto all'isotiocianato di allile (LC50 = 19,35 ppm) e 4. -L'idrossibenzilisotiocianato (LC50 = 55,41 ppm) era più tossico per le larve 24 ore dopo il trattamento rispetto a 0,1 g/120 ml dH2O rispettivamente.Questi risultati sono coerenti con la produzione di farina di semi di erba medica.La maggiore efficienza degli esteri benzilici corrisponde ai valori LC50 calcolati.L'uso della farina di semi può fornire un metodo efficace per il controllo delle zanzare.l’efficacia della polvere di semi di crocifere e dei suoi principali componenti chimici contro le larve di zanzara e mostra come i composti naturali nella polvere di semi di crocifere possano fungere da promettente larvicida rispettoso dell’ambiente per il controllo delle zanzare.
Le malattie trasmesse da vettori causate dalle zanzare Aedes rimangono un grave problema di salute pubblica globale.L’incidenza delle malattie trasmesse dalle zanzare si diffonde geograficamente1,2,3 e riemerge, portando a epidemie di malattie gravi4,5,6,7.La diffusione di malattie tra gli esseri umani e gli animali (ad esempio, chikungunya, dengue, febbre della Rift Valley, febbre gialla e virus Zika) non ha precedenti.La sola febbre dengue mette a rischio di infezione circa 3,6 miliardi di persone ai tropici, con circa 390 milioni di infezioni che si verificano ogni anno, con conseguenti 6.100-24.300 decessi all’anno8.La ricomparsa e l’epidemia del virus Zika in Sud America ha attirato l’attenzione di tutto il mondo a causa del danno cerebrale che provoca nei bambini nati da donne infette2.Kremer et al. 3 prevedono che l'area geografica delle zanzare Aedes continuerà ad espandersi e che entro il 2050, metà della popolazione mondiale sarà a rischio di infezione da arbovirus trasmessi dalle zanzare.
Ad eccezione dei vaccini recentemente sviluppati contro la dengue e la febbre gialla, i vaccini contro la maggior parte delle malattie trasmesse dalle zanzare non sono ancora stati sviluppati9,10,11.I vaccini sono ancora disponibili in quantità limitate e vengono utilizzati solo negli studi clinici.Il controllo delle zanzare vettori mediante insetticidi sintetici è stata una strategia chiave per controllare la diffusione delle malattie trasmesse dalle zanzare12,13.Sebbene i pesticidi sintetici siano efficaci nell'uccidere le zanzare, l'uso continuato di pesticidi sintetici influisce negativamente sugli organismi non bersaglio e inquina l'ambiente14,15,16.Ancora più allarmante è la tendenza ad aumentare la resistenza delle zanzare agli insetticidi chimici17,18,19.Questi problemi associati ai pesticidi hanno accelerato la ricerca di alternative efficaci e rispettose dell’ambiente per controllare i vettori delle malattie.
Sono state sviluppate varie piante come fonti di fitopesticidi per il controllo dei parassiti20,21.Le sostanze vegetali sono generalmente rispettose dell'ambiente perché sono biodegradabili e hanno una tossicità bassa o trascurabile per organismi non bersaglio come mammiferi, pesci e anfibi20,22.È noto che i preparati erboristici producono una varietà di composti bioattivi con diversi meccanismi d'azione per controllare efficacemente le diverse fasi della vita delle zanzare23,24,25,26.Composti di origine vegetale come oli essenziali e altri principi attivi vegetali hanno attirato l'attenzione e hanno aperto la strada a strumenti innovativi per controllare i vettori delle zanzare.Oli essenziali, monoterpeni e sesquiterpeni agiscono come repellenti, deterrenti alimentari e ovicidi27,28,29,30,31,32,33.Molti oli vegetali provocano la morte di larve, pupe e adulti di zanzara34,35,36, colpendo il sistema nervoso, respiratorio, endocrino e altri importanti sistemi degli insetti37.
Studi recenti hanno fornito informazioni sul potenziale utilizzo delle piante di senape e dei loro semi come fonte di composti bioattivi.La farina di semi di senape è stata testata come biofumigante38,39,40,41 e utilizzata come ammendante del terreno per la soppressione delle infestanti42,43,44 e il controllo dei patogeni vegetali presenti nel suolo45,46,47,48,49,50 e la nutrizione delle piante.nematodi 41,51, 52, 53, 54 e parassiti 55, 56, 57, 58, 59, 60. L'attività fungicida di queste polveri di semi è attribuita a composti protettivi delle piante chiamati isotiocianati38,42,60.Nelle piante, questi composti protettivi vengono immagazzinati nelle cellule vegetali sotto forma di glucosinolati non bioattivi.Tuttavia, quando le piante vengono danneggiate dall'alimentazione di insetti o da un'infezione da agenti patogeni, i glucosinolati vengono idrolizzati dalla mirosinasi in isotiocianati bioattivi55,61.Gli isotiocianati sono composti volatili noti per avere attività antimicrobica e insetticida ad ampio spettro e la loro struttura, attività biologica e contenuto variano ampiamente tra le specie di Brassicaceae42,59,62,63.
Sebbene sia noto che gli isotiocianati derivati ​​​​dalla farina di semi di senape hanno attività insetticida, mancano dati sull'attività biologica contro i vettori artropodi importanti dal punto di vista medico.Il nostro studio ha esaminato l’attività larvicida di quattro polveri di semi sgrassati contro le zanzare Aedes.Larve di Aedes aegizi.Lo scopo dello studio era valutare il loro potenziale utilizzo come biopesticidi rispettosi dell'ambiente per il controllo delle zanzare.Sono stati testati anche tre principali componenti chimici della farina di semi, isotiocianato di allile (AITC), isotiocianato di benzile (BITC) e 4-idrossibenzilisotiocianato (4-HBITC) per testare l'attività biologica di questi componenti chimici sulle larve di zanzara.Questo è il primo rapporto che valuta l’efficacia di quattro polveri di semi di cavolo e dei loro principali componenti chimici contro le larve di zanzara.
Le colonie di laboratorio di Aedes a Egypti (ceppo Rockefeller) sono state mantenute a 26°C, 70% di umidità relativa (RH) e 10:14 h (fotoperiodo L:D).Le femmine accoppiate sono state alloggiate in gabbie di plastica (altezza 11 cm e diametro 9,5 cm) e alimentate tramite un sistema di alimentazione artificiale utilizzando sangue bovino citrato (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA).L'alimentazione del sangue è stata effettuata come di consueto utilizzando un alimentatore multi-vetro a membrana (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) collegato a un tubo a bagnomaria circolante (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) con temperatura controllare 37 °C.Stendere una pellicola di Parafilm M sul fondo di ciascuna camera di alimentazione del vetro (area 154 mm2).Ciascuna mangiatoia veniva quindi posizionata sulla griglia superiore che copriva la gabbia contenente la femmina da accoppiare.Circa 350-400 μl di sangue bovino sono stati aggiunti a un imbuto di alimentazione in vetro utilizzando una pipetta Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) e i vermi adulti sono stati lasciati drenare per almeno un'ora.Alle femmine incinte è stata quindi somministrata una soluzione di saccarosio al 10% e sono state autorizzate a deporre le uova su carta da filtro umida rivestita in singole tazze da soufflé ultra trasparenti (formato 1,25 once fluide, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).gabbia con acqua.Collocare la carta da filtro contenente le uova in un sacchetto sigillato (SC Johnsons, Racine, WI) e conservare a 26°C.Le uova sono state schiuse e circa 200-250 larve sono state allevate in vassoi di plastica contenenti una miscela di cibo per conigli (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) e polvere di fegato (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, STATI UNITI D'AMERICA).e filetto di pesce (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Germania) in un rapporto di 2:1:1.Nei nostri test biologici sono state utilizzate larve del terzo stadio tardivo.
Il materiale di semi di piante utilizzato in questo studio è stato ottenuto dalle seguenti fonti commerciali e governative: Brassica juncea (senape marrone-Pacific Gold) e Brassica juncea (senape bianca-Ida Gold) dalla Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Stato di Washington, USA;(Garden Cress) da Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA e Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) da USDA-ARS, Peoria, IL, USA;Nessuno dei semi utilizzati nello studio è stato trattato con pesticidi.Tutto il materiale delle sementi è stato lavorato e utilizzato in questo studio in conformità con le normative locali e nazionali e in conformità con tutte le normative statali e nazionali pertinenti.Questo studio non ha esaminato le varietà vegetali transgeniche.
I semi di Brassica juncea (PG), Erba medica (Ls), Senape bianca (IG), Thlaspi arvense (DFP) sono stati macinati fino a ottenere una polvere fine utilizzando un mulino ultracentrifugo Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Germania) dotato di maglie da 0,75 mm e acciaio inossidabile rotore in acciaio, 12 denti, 10.000 giri/min (Tabella 1).La polvere di semi macinati è stata trasferita su un ditale di carta e sgrassata con esano in un apparecchio Soxhlet per 24 ore.Un sottocampione di senape di campo sgrassata è stato trattato termicamente a 100 °C per 1 ora per denaturare la mirosinasi e prevenire l'idrolisi dei glucosinolati per formare isotiocianati biologicamente attivi.La polvere di semi di equiseto trattata termicamente (DFP-HT) è stata utilizzata come controllo negativo denaturando la mirosinasi.
Il contenuto di glucosinolati della farina di semi sgrassati è stato determinato in triplicato utilizzando la cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) secondo un protocollo precedentemente pubblicato 64 .In breve, 3 mL di metanolo sono stati aggiunti a un campione di 250 mg di polvere di semi sgrassati.Ciascun campione è stato sonicato a bagnomaria per 30 minuti e lasciato al buio a 23°C per 16 ore.Un'aliquota da 1 mL dello strato organico è stata quindi filtrata attraverso un filtro da 0,45 μm in un autocampionatore.Utilizzando un sistema HPLC Shimadzu (due pompe LC 20AD; campionatore automatico SIL 20A; degasatore DGU 20As; rilevatore UV-VIS SPD-20A per il monitoraggio a 237 nm; e modulo bus di comunicazione CBM-20A), è stato determinato il contenuto di glucosinolati della farina di semi in triplice copia.utilizzando il software Shimadzu LC Solution versione 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).La colonna era una colonna a fase inversa C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Le condizioni iniziali della fase mobile sono state impostate al 12% di metanolo/88% di idrossido di tetrabutilammonio 0,01 M in acqua (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) con una portata di 1 mL/min.Dopo l'iniezione di 15 μl di campione, le condizioni iniziali sono state mantenute per 20 minuti, quindi il rapporto del solvente è stato regolato al 100% di metanolo, con un tempo totale di analisi del campione di 65 minuti.Una curva standard (basata su nM/mAb) è stata generata da diluizioni seriali di standard di sinapina, glucosinolato e mirosina appena preparati (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) per stimare il contenuto di zolfo della farina di semi sgrassata.glucosinolati.Le concentrazioni di glucosinolato nei campioni sono state testate su un HPLC Agilent 1100 (Agilent, Santa Clara, CA, USA) utilizzando la versione OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) dotato della stessa colonna e utilizzando un metodo precedentemente descritto.Sono state determinate le concentrazioni di glucosinolati;essere comparabili tra i sistemi HPLC.
L'isotiocianato di allile (94%, stabile) e l'isotiocianato di benzile (98%) sono stati acquistati da Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).Il 4-idrossibenzilisotiocianato è stato acquistato da ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA).Quando idrolizzati enzimaticamente dalla mirosinasi, i glucosinolati, i glucosinolati e i glucosinolati formano rispettivamente isotiocianato di allile, isotiocianato di benzile e 4-idrossibenzilisotiocianato.
I test biologici di laboratorio sono stati eseguiti secondo il metodo di Muturi et al.32 con modifiche.Nello studio sono stati utilizzati cinque mangimi per sementi a basso contenuto di grassi: DFP, DFP-HT, IG, PG e Ls.Venti larve sono state poste in un bicchiere monouso a tre vie da 400 ml (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) contenente 120 ml di acqua deionizzata (dH2O).Sono state testate sette concentrazioni di farina di semi per la tossicità delle larve di zanzara: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 e 0,12 g di farina di semi/120 ml dH2O per farina di semi DFP, DFP-HT, IG e PG.Analisi biologiche preliminari indicano che la farina di semi Ls sgrassata è più tossica di altre quattro farine di semi testate.Pertanto, abbiamo adattato le sette concentrazioni di trattamento della farina di semi di Ls alle seguenti concentrazioni: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 e 0,075 g/120 mL dH2O.
È stato incluso un gruppo di controllo non trattato (dH20, nessun supplemento di farina di semi) per valutare la normale mortalità degli insetti in condizioni di analisi.I test biologici tossicologici per ciascuna farina di semi includevano tre becher replicati a tre pendenze (20 larve del tardo terzo stadio per becher), per un totale di 108 fiale.I contenitori trattati sono stati conservati a temperatura ambiente (20-21°C) e la mortalità larvale è stata registrata durante 24 e 72 ore di esposizione continua alle concentrazioni di trattamento.Se il corpo e le appendici della zanzara non si muovono quando vengono forati o toccati con una sottile spatola di acciaio inossidabile, le larve di zanzara sono considerate morte.Le larve morte rimangono solitamente immobili in posizione dorsale o ventrale sul fondo del contenitore o sulla superficie dell'acqua.L'esperimento è stato ripetuto tre volte in giorni diversi utilizzando diversi gruppi di larve, per un totale di 180 larve esposte a ciascuna concentrazione di trattamento.
La tossicità di AITC, BITC e 4-HBITC per le larve di zanzara è stata valutata utilizzando la stessa procedura di saggio biologico ma con trattamenti diversi.Preparare soluzioni madre da 100.000 ppm per ciascuna sostanza chimica aggiungendo 100 µ l di sostanza chimica a 900 µ l di etanolo assoluto in una provetta da centrifuga da 2 ml e agitando per 30 secondi per miscelare accuratamente.Le concentrazioni del trattamento sono state determinate sulla base dei nostri test biologici preliminari, che hanno rilevato che il BITC è molto più tossico dell'AITC e del 4-HBITC.Per determinare la tossicità, 5 concentrazioni di BITC (1, 3, 6, 9 e 12 ppm), 7 concentrazioni di AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 e 35 ppm) e 6 concentrazioni di 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 e 35 ppm).30, 45, 60, 75 e 90 ppm).Nel trattamento di controllo sono stati iniettati 108 μL di etanolo assoluto, che equivale al volume massimo del trattamento chimico.I test biologici sono stati ripetuti come sopra, esponendo un totale di 180 larve per concentrazione di trattamento.La mortalità larvale è stata registrata per ciascuna concentrazione di AITC, BITC e 4-HBITC dopo 24 ore di esposizione continua.
L'analisi Probit di 65 dati di mortalità correlata alla dose è stata eseguita utilizzando il software Polo (Polo Plus, LeOra Software, versione 1.0) per calcolare la concentrazione letale al 50% (LC50), la concentrazione letale al 90% (LC90), la pendenza, il coefficiente di dose letale e 95 % concentrazione letale.basato sugli intervalli di confidenza per i rapporti di dose letale per le curve di concentrazione trasformate in logaritmo e dose-mortalità.I dati sulla mortalità si basano su dati replicati combinati di 180 larve esposte a ciascuna concentrazione di trattamento.Le analisi probabilistiche sono state eseguite separatamente per ciascuna farina di semi e ciascun componente chimico.Sulla base dell’intervallo di confidenza del 95% del rapporto di dose letale, la tossicità della farina di semi e dei costituenti chimici per le larve di zanzara è stata considerata significativamente diversa, quindi un intervallo di confidenza contenente un valore pari a 1 non era significativamente diverso, P = 0,0566.
I risultati HPLC per la determinazione dei principali glucosinolati nelle farine di semi sgrassate DFP, IG, PG e Ls sono elencati nella Tabella 1. I principali glucosinolati nelle farine di semi testate variavano ad eccezione di DFP e PG, che contenevano entrambi glucosinolati di mirosinasi.Il contenuto di mirosinina nel PG era superiore a quello nel DFP, rispettivamente 33,3 ± 1,5 e 26,5 ± 0,9 mg/g.La polvere di semi di Ls conteneva 36,6 ± 1,2 mg/g di glucoglicone, mentre la polvere di semi di IG conteneva 38,0 ± 0,5 mg/g di sinapina.
Larve di Ae.Le zanzare Aedes a Egypti venivano uccise se trattate con farina di semi sgrassati, sebbene l'efficacia del trattamento variasse a seconda della specie vegetale.Solo DFP-NT non è risultato tossico per le larve di zanzara dopo 24 e 72 ore di esposizione (Tabella 2).La tossicità della polvere di semi attiva aumentava con l'aumentare della concentrazione (Fig. 1A, B).La tossicità della farina di semi per le larve di zanzara variava in modo significativo in base all'IC al 95% del rapporto di dose letale dei valori LC50 nelle valutazioni a 24 e 72 ore (Tabella 3).Dopo 24 ore, l'effetto tossico della farina di semi di Ls è stato maggiore rispetto ad altri trattamenti con farina di semi, con l'attività più elevata e la massima tossicità per le larve (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Le larve erano meno sensibili al DFP a 24 ore rispetto ai trattamenti con polvere di semi IG, Ls e PG, con valori LC50 rispettivamente di 0,115, 0,04 e 0,08 g/120 ml dH2O, che erano statisticamente superiori al valore LC50.0,211 g/120 ml dH2O (Tabella 3).I valori LC90 di DFP, IG, PG e Ls erano rispettivamente 0,376, 0,275, 0,137 e 0,074 g/120 ml dH2O (Tabella 2).La concentrazione più alta di DPP era 0,12 g/120 ml dH2O.Dopo 24 ore di valutazione, la mortalità media delle larve è stata solo del 12%, mentre la mortalità media delle larve IG e PG ha raggiunto rispettivamente il 51% e l'82%.Dopo 24 ore di valutazione, la mortalità larvale media per la più alta concentrazione di trattamento con farina di semi di Ls (0,075 g/120 ml dH2O) è stata del 99% (Fig. 1A).
Le curve di mortalità sono state stimate dalla dose risposta (Probit) di Ae.Larve egiziane (larve di 3° stadio) alla concentrazione della farina di semi 24 ore (A) e 72 ore (B) dopo il trattamento.La linea tratteggiata rappresenta la LC50 del trattamento della farina di sementi.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense inattivato dal calore, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Alla valutazione a 72 ore, i valori LC50 di DFP, IG e farina di semi PG erano rispettivamente 0,111, 0,085 e 0,051 g/120 ml dH2O.Quasi tutte le larve esposte alla farina di semi di Ls sono morte dopo 72 ore di esposizione, quindi i dati sulla mortalità non erano coerenti con l'analisi Probit.Rispetto ad altre farine di semi, le larve erano meno sensibili al trattamento con farina di semi DFP e avevano valori LC50 statisticamente più elevati (Tabelle 2 e 3).Dopo 72 ore, i valori LC50 per i trattamenti con farina di semi DFP, IG e PG sono stati stimati rispettivamente pari a 0,111, 0,085 e 0,05 g/120 ml dH2O.Dopo 72 ore di valutazione, i valori LC90 delle polveri di semi DFP, IG e PG erano rispettivamente 0,215, 0,254 e 0,138 g/120 ml dH2O.Dopo 72 ore di valutazione, la mortalità larvale media per i trattamenti con farina di semi DFP, IG e PG ad una concentrazione massima di 0,12 g/120 ml dH2O è stata rispettivamente del 58%, 66% e 96% (Fig. 1B).Dopo una valutazione di 72 ore, la farina di semi PG è risultata più tossica della farina di semi IG e DFP.
Gli isotiocianati sintetici, l'isotiocianato di allile (AITC), l'isotiocianato di benzile (BITC) e il 4-idrossibenzilisotiocianato (4-HBITC) possono uccidere efficacemente le larve di zanzara.A 24 ore dal trattamento, il BITC era più tossico per le larve con un valore LC50 di 5,29 ppm rispetto a 19,35 ppm per AITC e 55,41 ppm per 4-HBITC (Tabella 4).Rispetto ad AITC e BITC, il 4-HBITC ha una tossicità inferiore e un valore LC50 più elevato.Esistono differenze significative nella tossicità larvale delle zanzare dei due principali isotiocianati (Ls e PG) nella farina di semi più potente.La tossicità basata sul rapporto di dose letale dei valori LC50 tra AITC, BITC e 4-HBITC ha mostrato una differenza statistica tale che l'IC al 95% del rapporto di dose letale LC50 non includeva un valore di 1 (P = 0,05, Tabella 4).Si stima che le concentrazioni più elevate sia di BITC che di AITC uccidano il 100% delle larve testate (Figura 2).
Le curve di mortalità sono state stimate dalla dose risposta (Probit) di Ae.24 ore dopo il trattamento, le larve egiziane (larve del 3° stadio) hanno raggiunto concentrazioni di isotiocianato sintetico.La linea tratteggiata rappresenta la LC50 per il trattamento con isotiocianato.Isotiocianato di benzile BITC, isotiocianato di allile AITC e 4-HBITC.
L’uso dei biopesticidi vegetali come agenti di controllo dei vettori delle zanzare è stato a lungo studiato.Molte piante producono sostanze chimiche naturali che hanno attività insetticida37.I loro composti bioattivi forniscono un’alternativa interessante agli insetticidi sintetici con un grande potenziale nel controllo dei parassiti, comprese le zanzare.
Le piante di senape vengono coltivate come raccolto per i loro semi, usati come spezia e fonte di olio.Quando l'olio di senape viene estratto dai semi o quando la senape viene estratta per essere utilizzata come biocarburante,69 il sottoprodotto è farina di semi sgrassata.Questa farina di semi conserva molti dei suoi componenti biochimici naturali e degli enzimi idrolitici.La tossicità di questa farina di semi è attribuita alla produzione di isotiocianati55,60,61.Gli isotiocianati si formano dall'idrolisi dei glucosinolati da parte dell'enzima mirosinasi durante l'idratazione della farina di semi38,55,70 e sono noti per avere effetti fungicidi, battericidi, nematocidi e insetticidi, nonché altre proprietà tra cui effetti sensoriali chimici e proprietà chemioterapiche61,62, 70.Diversi studi hanno dimostrato che le piante di senape e la farina di semi agiscono efficacemente come fumiganti contro i parassiti del suolo e degli alimenti immagazzinati57,59,71,72.In questo studio, abbiamo valutato la tossicità della farina di quattro semi e dei suoi tre prodotti bioattivi AITC, BITC e 4-HBITC sulle larve di zanzara Aedes.Aedes aegizi.Si prevede che l’aggiunta di farina di semi direttamente all’acqua contenente larve di zanzara attivi processi enzimatici che producono isotiocianati tossici per le larve di zanzara.Questa biotrasformazione è stata dimostrata in parte dall’attività larvicida osservata della farina di semi e dalla perdita di attività insetticida quando la farina di semi di senape nana veniva trattata termicamente prima dell’uso.Si prevede che il trattamento termico distrugga gli enzimi idrolitici che attivano i glucosinolati, prevenendo così la formazione di isotiocianati bioattivi.Questo è il primo studio che conferma le proprietà insetticide della polvere di semi di cavolo contro le zanzare in un ambiente acquatico.
Tra le polveri di semi testate, la polvere di semi di crescione (Ls) è risultata la più tossica, causando un'elevata mortalità di Aedes albopictus.Le larve di Aedes a Egypti sono state processate ininterrottamente per 24 ore.Le restanti tre polveri di semi (PG, IG e DFP) avevano un'attività più lenta e causavano comunque una mortalità significativa dopo 72 ore di trattamento continuo.Solo la farina di semi di Ls conteneva quantità significative di glucosinolati, mentre PG e DFP contenevano mirosinasi e IG contenevano glucosinolati come principale glucosinolato (Tabella 1).La glucotropaeolina viene idrolizzata a BITC e la sinalbina viene idrolizzata a 4-HBITC61,62.I risultati dei nostri test biologici indicano che sia la farina di semi di Ls che il BITC sintetico sono altamente tossici per le larve di zanzara.Il componente principale della farina di semi PG e DFP è il glucosinolato di mirosinasi, che viene idrolizzato in AITC.L'AITC è efficace nell'uccidere le larve di zanzara con un valore LC50 di 19,35 ppm.Rispetto ad AITC e BITC, l'isotiocianato 4-HBITC è il meno tossico per le larve.Sebbene l’AITC sia meno tossico del BITC, i loro valori LC50 sono inferiori a quelli di molti oli essenziali testati su larve di zanzara32,73,74,75.
La nostra polvere di semi di crocifere da utilizzare contro le larve di zanzara contiene uno dei principali glucosinolati, che rappresenta oltre il 98-99% dei glucosinolati totali determinati mediante HPLC.Sono state rilevate tracce di altri glucosinolati, ma i loro livelli erano inferiori allo 0,3% dei glucosinolati totali.La polvere di semi di crescione (L. sativum) contiene glucosinolati secondari (sinigrina), ma la loro proporzione è pari all'1% dei glucosinolati totali e il loro contenuto è ancora insignificante (circa 0,4 mg/g di polvere di semi).Sebbene PG e DFP contengano lo stesso glucosinolato principale (mirosina), l'attività larvicida delle loro farine di semi differisce significativamente a causa dei loro valori LC50.Varia nella tossicità per l'oidio.L'emergenza delle larve di Aedes a Egypti può essere dovuta a differenze nell'attività della mirosinasi o alla stabilità tra i due semi alimentati.L'attività della mirosinasi svolge un ruolo importante nella biodisponibilità dei prodotti di idrolisi come gli isotiocianati nelle piante di Brassicaceae76.Precedenti rapporti di Pocock et al.77 e Wilkinson et al.78 hanno dimostrato che i cambiamenti nell'attività e nella stabilità della mirosinasi possono anche essere associati a fattori genetici e ambientali.
Il contenuto atteso di isotiocianato bioattivo è stato calcolato sulla base dei valori LC50 di ciascuna farina di semi a 24 e 72 ore (Tabella 5) per il confronto con le corrispondenti applicazioni chimiche.Dopo 24 ore, gli isotiocianati presenti nella farina di semi erano più tossici dei composti puri.I valori LC50 calcolati in base a parti per milione (ppm) dei trattamenti delle sementi con isotiocianato erano inferiori ai valori LC50 per le applicazioni BITC, AITC e 4-HBITC.Abbiamo osservato le larve che consumavano pellet di farina di semi (Figura 3A).Di conseguenza, le larve possono ricevere un'esposizione più concentrata agli isotiocianati tossici ingerendo pellet di farina di semi.Ciò era più evidente nei trattamenti con farina di semi IG e PG con esposizione di 24 ore, dove le concentrazioni di LC50 erano rispettivamente inferiori del 75% e del 72% rispetto ai trattamenti con AITC puro e 4-HBITC.I trattamenti con Ls e DFP sono risultati più tossici dell’isotiocianato puro, con valori di LC50 inferiori rispettivamente del 24% e del 41%.Le larve nel trattamento di controllo si sono pupate con successo (Fig. 3B), mentre la maggior parte delle larve nel trattamento con farina di semi non si sono pupate e lo sviluppo larvale è stato significativamente ritardato (Fig. 3B, D).Nella Spodopteralitura, gli isotiocianati sono associati a ritardo della crescita e ritardo dello sviluppo79.
Larve di Ae.Le zanzare Aedes a Egypti sono state esposte continuamente alla polvere di semi di Brassica per 24-72 ore.(A) Larve morte con particelle di farina di semi nell'apparato boccale (cerchiate);(B) Il trattamento di controllo (dH20 senza farina di semi aggiunta) mostra che le larve crescono normalmente e iniziano a impuparsi dopo 72 ore (C, D) Larve trattate con farina di semi;la farina di semi ha mostrato differenze nello sviluppo e non si è impupata.
Non abbiamo studiato il meccanismo degli effetti tossici degli isotiocianati sulle larve di zanzara.Tuttavia, studi precedenti sulle formiche rosse (Solenopsis invicta) hanno dimostrato che l'inibizione della glutatione S-transferasi (GST) e dell'esterasi (EST) è il meccanismo principale della bioattività dell'isotiocianato e l'AITC, anche a bassa attività, può anche inibire l'attività della GST .formiche rosse importate in basse concentrazioni.La dose è 0,5 µg/ml80.Al contrario, l’AITC inibisce l’acetilcolinesterasi nel punteruolo del mais adulto (Sitophilus zeamais)81.Studi simili devono essere condotti per chiarire il meccanismo dell'attività dell'isotiocianato nelle larve di zanzara.
Usiamo il trattamento DFP inattivato dal calore per supportare la proposta che l'idrolisi dei glucosinolati vegetali per formare isotiocianati reattivi serva come meccanismo per il controllo delle larve di zanzara mediante farina di semi di senape.La farina di semi DFP-HT non era tossica ai tassi di applicazione testati.Lafarga et al.82 hanno riferito che i glucosinolati sono sensibili alla degradazione alle alte temperature.Si prevede inoltre che il trattamento termico denaturerà l'enzima mirosinasi nella farina di semi e impedirà l'idrolisi dei glucosinolati per formare isotiocianati reattivi.Ciò è stato confermato anche da Okunade et al.75 hanno dimostrato che la mirosinasi è sensibile alla temperatura, dimostrando che l'attività della mirosinasi veniva completamente inattivata quando la senape, la senape nera e i semi di sanguinaccio venivano esposti a temperature superiori a 80°.C. Questi meccanismi possono comportare la perdita dell'attività insetticida della farina di semi DFP trattata termicamente.
Pertanto, la farina di semi di senape e i suoi tre principali isotiocianati sono tossici per le larve di zanzara.Date queste differenze tra farina di semi e trattamenti chimici, l’uso della farina di semi può essere un metodo efficace per il controllo delle zanzare.È necessario identificare formulazioni adeguate e sistemi di somministrazione efficaci per migliorare l'efficacia e la stabilità dell'uso delle polveri di semi.I nostri risultati indicano il potenziale utilizzo della farina di semi di senape come alternativa ai pesticidi sintetici.Questa tecnologia potrebbe diventare uno strumento innovativo per il controllo delle zanzare vettori.Poiché le larve di zanzara prosperano in ambienti acquatici e i glucosinolati della farina di semi vengono convertiti enzimaticamente in isotiocianati attivi dopo l'idratazione, l'uso della farina di semi di senape in acque infestate da zanzare offre un significativo potenziale di controllo.Sebbene l'attività larvicida degli isotiocianati vari (BITC > AITC > 4-HBITC), sono necessarie ulteriori ricerche per determinare se la combinazione della farina di semi con più glucosinolati aumenti sinergicamente la tossicità.Questo è il primo studio a dimostrare gli effetti insetticidi della farina di semi di crocifere sgrassata e di tre isotiocianati bioattivi sulle zanzare.I risultati di questo studio aprono nuove strade dimostrando che la farina di semi di cavolo sgrassata, un sottoprodotto dell’estrazione dell’olio dai semi, può fungere da promettente agente larvicida per il controllo delle zanzare.Queste informazioni possono contribuire a promuovere la scoperta di agenti di biocontrollo delle piante e il loro sviluppo come biopesticidi economici, pratici e rispettosi dell’ambiente.
I set di dati generati per questo studio e le analisi risultanti sono disponibili presso l'autore corrispondente su ragionevole richiesta.Al termine dello studio, tutti i materiali utilizzati nello studio (insetti e farina di semi) sono stati distrutti.


Orario di pubblicazione: 29 luglio 2024