A hatékonyszúnyogok irtásaés az általuk hordozott betegségek előfordulásának csökkentése érdekében stratégiai, fenntartható és környezetbarát alternatívákra van szükség a kémiai növényvédő szerekkel szemben. Bizonyos Brassicaceae (Brassica család) maglisztjét értékeltük, mint biológiailag inaktív glükozinolátok enzimatikus hidrolízisével előállított növényi eredetű izotiocianátok forrását, az egyiptomi Aedes (L., 1762) elleni felhasználásra. Ötszörösen zsírtalanított magliszt (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 és Thlaspi arvense – a termikus inaktiváció és az enzimatikus lebomlás három fő típusa) Kémiai termékek Az allil-izotiocianát, a benzil-izotiocianát és a 4-hidroxi-benzil-izotiocianát Aedes aegypti lárvákra gyakorolt toxicitásának (LC50) meghatározása 24 órás expozíció mellett = 0,04 g/120 ml dH2O). A mustármagliszt LC50-értékei a mustár, a fehér mustár és a zsurlómagliszt esetében rendre 0,05, 0,08 és 0,05 voltak, míg az allil-izotiocianát (LC50 = 19,35 ppm), illetve a 4-hidroxibenzil-izotiocianát (LC50 = 55,41 ppm) toxikusabbnak bizonyult a lárvákra a kezelést követő 24 órában, mint a 0,1 g/120 ml dH2O. Ezek az eredmények összhangban vannak a lucernamagliszt előállításával kapott eredményekkel. A benzil-észterek nagyobb hatékonysága megfelel a számított LC50-értékeknek. A magliszt használata hatékony szúnyogirtási módszert biztosíthat. Vizsgáljuk a keresztesvirágúak magporának és fő kémiai összetevőinek hatékonyságát a szúnyoglárvákkal szemben, és bemutatjuk, hogy a keresztesvirágúak magporában található természetes vegyületek hogyan szolgálhatnak ígéretes, környezetbarát lárvaölő szerként a szúnyogirtásban.
Az Aedes szúnyogok által okozott vektorok által terjesztett betegségek továbbra is jelentős globális közegészségügyi problémát jelentenek. A szúnyogok által terjesztett betegségek előfordulása földrajzilag terjed,1,2,3, majd újra felbukkan, súlyos betegségek kitöréséhez vezet4,5,6,7. A betegségek terjedése emberek és állatok között (pl. chikungunya, dengue-láz, Rift-völgyi láz, sárgaláz és Zika vírus) példa nélküli. Csak a dengue-láz körülbelül 3,6 milliárd embert tesz ki fertőzésveszélynek a trópusokon, a becslések szerint évente 390 millió fertőzés fordul elő, ami évente 6100–24300 halálesetet eredményez8. A Zika vírus dél-amerikai újbóli megjelenése és kitörése világszerte figyelmet keltett a fertőzött nőktől született gyermekeknél okozott agykárosodás miatt2. Kremer és munkatársai3 azt jósolják, hogy az Aedes szúnyogok földrajzi elterjedése tovább fog bővülni, és 2050-re a világ népességének fele ki lesz téve a szúnyogok által terjesztett arbovírusok fertőzésének kockázatának.
A nemrég kifejlesztett dengue-láz és sárgaláz elleni vakcinák kivételével a legtöbb szúnyogok által terjesztett betegség elleni vakcinát még nem fejlesztették ki9,10,11. A vakcinák még mindig korlátozott mennyiségben állnak rendelkezésre, és csak klinikai vizsgálatokban alkalmazzák őket. A szúnyogvektorok szintetikus rovarirtó szerekkel történő irtása kulcsfontosságú stratégia a szúnyogok által terjesztett betegségek terjedésének megfékezésében12,13. Bár a szintetikus növényvédő szerek hatékonyan pusztítják el a szúnyogokat, a szintetikus növényvédő szerek folyamatos használata negatívan befolyásolja a nem célzott élőlényeket és szennyezi a környezetet14,15,16. Még riasztóbb a szúnyogok kémiai rovarirtó szerekkel szembeni rezisztenciájának növekedése17,18,19. A növényvédő szerekkel kapcsolatos problémák felgyorsították a betegségvektorok elleni hatékony és környezetbarát alternatívák keresését.
Különböző növényeket fejlesztettek ki fitopeszticidek forrásaként a kártevők irtására20,21. A növényi anyagok általában környezetbarátak, mivel biológiailag lebomlanak, és alacsony vagy elhanyagolható toxicitást mutatnak a nem célzott élőlényekre, például az emlősökre, halakra és kétéltűekre20,22. A gyógynövénykészítményekről ismert, hogy különféle bioaktív vegyületeket termelnek, amelyek különböző hatásmechanizmusokkal hatékonyan szabályozzák a szúnyogok különböző életszakaszait23,24,25,26. A növényi eredetű vegyületek, például az illóolajok és más aktív növényi összetevők, felkeltették a figyelmet, és utat nyitottak az innovatív eszközöknek a szúnyogvektorok irtására. Az illóolajok, monoterpének és szeszkviterpének riasztóként, táplálkozásgátlóként és ovicidként hatnak27,28,29,30,31,32,33. Számos növényi olaj okozza a szúnyoglárvák, bábok és kifejlett egyedek pusztulását34,35,36, befolyásolva a rovarok idegrendszerét, légzőszervi, endokrin és egyéb fontos rendszereit37.
Újabb tanulmányok betekintést nyújtottak a mustárnövények és magjaik bioaktív vegyületek forrásaként való potenciális felhasználásába. A mustármaglisztet biofüstölőszerként tesztelték38,39,40,41, és talajjavítóként használták gyomirtásra42,43,44, valamint a talajban élő növényi kórokozók45,46,47,48,49,50, növényi tápanyag-utánpótlásra, fonálférgek41,51, 52, 53, 54 és kártevők55, 56, 57, 58, 59, 60 elleni védekezésre. Ezen magporok fungicid hatását az izotiocianátoknak38,42,60 nevezett növényvédő vegyületeknek tulajdonítják. A növényekben ezek a védő vegyületek nem bioaktív glükozinolátok formájában tárolódnak a növényi sejtekben. Amikor azonban a növényeket rovarok táplálkozása vagy kórokozófertőzés károsítja, a glükozinolátokat a mirozináz bioaktív izotiocianátokká hidrolizál55,61. Az izotiocianátok illékony vegyületek, amelyekről ismert, hogy széles spektrumú antimikrobiális és rovarölő hatással rendelkeznek, szerkezetük, biológiai aktivitásuk és tartalmuk pedig nagymértékben eltér a Brassicaceae fajok között42,59,62,63.
Bár a mustármaglisztből származó izotiocianátok rovarölő hatásúak, hiányoznak az adatok az orvosilag fontos ízeltlábú vektorokkal szembeni biológiai aktivitásról. Tanulmányunkban négy zsírtalanított magpor lárvaölő aktivitását vizsgáltuk Aedes szúnyogok ellen. Az Aedes aegypti lárvái. A tanulmány célja a szúnyogirtásban felhasználható környezetbarát biopeszticidekként való potenciális felhasználásuk értékelése volt. A magliszt három fő kémiai összetevőjét, az allil-izotiocianátot (AITC), a benzil-izotiocianátot (BITC) és a 4-hidroxi-benzil-izotiocianátot (4-HBITC) is teszteltük, hogy teszteljük ezen kémiai összetevők biológiai aktivitását szúnyoglárvákon. Ez az első jelentés, amely négy káposztamagpor és fő kémiai összetevőik szúnyoglárvákkal szembeni hatékonyságát értékeli.
Az Aedes aegypti (Rockefeller törzs) laboratóriumi kolóniáit 26°C-on, 70% relatív páratartalom (RH) mellett és 10:14 órás (L:D fotoperiódus) körülmények között tartottuk. A pároztatott nőstényeket műanyag ketrecekben (magasság 11 cm és átmérő 9,5 cm) helyeztük el, és citrátos szarvasmarhavérrel (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA) ellátott cumisüveges etetőrendszeren keresztül etettük. A vérrel való etetést a szokásos módon végeztük egy membrános, több üvegből álló etető (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) segítségével, amely egy keringtető vízfürdőcsőhöz (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) volt csatlakoztatva, 37°C-os hőmérséklet-szabályozással. Feszítsünk egy Parafilm M fóliát minden üveg etetőkamra aljára (154 mm2 terület). Ezután minden etetőt a pároztató nőstényt tartalmazó ketrecet lefedő felső rácsra helyeztünk. Körülbelül 350–400 μl szarvasmarhavért mértünk egy üveg etetőtölcsérbe Pasteur-pipettával (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA), és a kifejlett férgeket legalább egy órán át hagytuk lecsepegni. A vemhes nőstényeknek ezután 10%-os szacharózoldatot adtunk, és nedves szűrőpapírra, egyedi, ultra-tiszta szuflécsészékbe (1,25 folyadék uncia méretű, Dart Container Corp., Mason, MI, USA) bélelt szűrőpapírra raktuk a petéiket. A ketrecet vízzel telítettük. Az ikrákat tartalmazó szűrőpapírt helyeztük egy lezárt zacskóba (SC Johnsons, Racine, WI), és 26°C-on tároltuk. A petéket kikeltük, és körülbelül 200–250 lárvát neveltünk fel műanyag tálcákban, amelyek nyúltáp (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) és májpor (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA) és halfilé (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Németország) 2:1:1 arányú keverékét tartalmazták. Biovizsgálatainkban késői harmadik stádiumú lárvákat használtunk.
A tanulmányban felhasznált növényi magvak a következő kereskedelmi és kormányzati forrásokból származtak: Brassica juncea (barna mustár-Pacific Gold) és Brassica juncea (fehér mustár-Ida Gold) a Pacific Northwest Farmers' Cooperative-tól, Washington állam, USA; (kerti zsázsa) a Kelly Seed and Hardware Co.-tól, Peoria, IL, USA és Thlaspi arvense (mezei pennycress-Elisabeth) az USDA-ARS-tól, Peoria, IL, USA; A tanulmányban felhasznált magok egyikét sem kezelték növényvédő szerrel. Az összes vetőmaganyagot a helyi és országos előírásoknak megfelelően, valamint az összes vonatkozó helyi, állami és országos előírásnak megfelelően dolgozták fel és használták fel. Ez a tanulmány nem vizsgált transzgénikus növényfajtákat.
A Brassica juncea (PG), a lucerna (Ls), a fehér mustár (IG) és a Thlaspi arvense (DFP) magjait finom porrá őrölték egy Retsch ZM200 ultracentrifugális malomban (Retsch, Haan, Németország), amely 0,75 mm-es lyukméretű és rozsdamentes acél rotorral, 12 foggal, 10 000 fordulat/perc sebességgel volt felszerelve (1. táblázat). Az őrölt magport egy papírhüvelybe helyezték, és hexánnal zsírtalanították Soxhlet-készülékben 24 órán át. A zsírtalanított mezei mustár egy részmintáját 100 °C-on 1 órán át hőkezelték, hogy denaturálják a mirozinázt és megakadályozzák a glükozinolátok hidrolízisét, amely biológiailag aktív izotiocianátokat eredményez. Negatív kontrollként hőkezelt zsurlómagport (DFP-HT) használtak a mirozináz denaturálásával.
A zsírtalanított magliszt glükozinolát-tartalmát háromszor határoztuk meg nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával (HPLC) egy korábban publikált protokoll szerint64. Röviden, 3 ml metanolt adtunk egy 250 mg zsírtalanított magpor mintához. Minden mintát 30 percig vízfürdőben ultrahanggal kezeltünk, majd 16 órán át sötétben, 23°C-on hagytunk. A szerves réteg 1 ml-es alikvotját ezután egy 0,45 μm-es szűrőn keresztül szűrtük egy automata mintavevőbe. Shimadzu HPLC rendszeren (két LC 20AD pumpa; SIL 20A automata mintavevő; DGU 20A gáztalanító; SPD-20A UV-VIS detektor a 237 nm-en történő monitorozáshoz; és CBM-20A kommunikációs buszmodul) futtatva a magliszt glükozinolát-tartalmát háromszor határoztuk meg a Shimadzu LC Solution szoftver 1.25-ös verziójával (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA). Az oszlop egy C18 Inertsil fordított fázisú oszlop volt (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA). A kezdeti mozgófázis körülményeket 12% metanol/88% 0,01 M tetrabutilamónium-hidroxid vízben (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) állították be, 1 ml/perc áramlási sebességgel. 15 μl minta befecskendezése után a kezdeti körülményeket 20 percig tartották fenn, majd az oldószerarányt 100% metanolra állították be, a teljes mintaelemzési idő 65 perc volt. A zsírtalanított magliszt kéntartalmának becsléséhez egy standard görbét (nM/mAb alapú) generáltak frissen készített szinapin, glükozinolát és mirozin standardok (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) sorozathígításaival. glükozinolátok. A minták glükozinolát-koncentrációit egy Agilent 1100 HPLC-n (Agilent, Santa Clara, CA, USA) teszteltük, az OpenLAB CDS ChemStation verzióját (C.01.07 SR2 [255]) használva, ugyanazzal az oszloppal felszerelve, egy korábban leírt módszerrel. A glükozinolát-koncentrációkat úgy határoztuk meg, hogy a HPLC-rendszerek között összehasonlíthatóak legyenek.
Az allil-izotiocianátot (94%, stabil) és a benzil-izotiocianátot (98%) a Fisher Scientific-től (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) vásároltuk. A 4-hidroxi-benzil-izotiocianátot a ChemCruz-tól (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA) vásároltuk. Amikor a glükozinolátokat mirozináz enzimmel enzimmel hidrolizáljuk, a glükozinolátok és a glükozinolátok allil-izotiocianátot, benzil-izotiocianátot, illetve 4-hidroxi-benzil-izotiocianátot képeznek.
A laboratóriumi biológiai vizsgálatokat Muturi és munkatársai módszere szerint végezték 32 módosításokkal. A vizsgálatban öt alacsony zsírtartalmú magtápot használtak: DFP, DFP-HT, IG, PG és Ls. Húsz lárvát helyeztek egy 400 ml-es eldobható háromutas főzőpohárba (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA), amely 120 ml ioncserélt vizet (dH2O) tartalmazott. Hétféle magliszt-koncentrációt teszteltek szúnyoglárva-toxicitás szempontjából: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 és 0,12 g magliszt/120 ml dH2O a DFP magliszt, a DFP-HT, az IG és a PG esetében. Az előzetes biológiai vizsgálatok azt mutatják, hogy a zsírtalanított Ls magliszt mérgezőbb, mint négy másik vizsgált magliszt. Ezért az Ls magliszt hét kezelési koncentrációját a következő koncentrációkra állítottuk be: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 és 0,075 g/120 ml dH2O.
Egy kezeletlen kontrollcsoportot (dH2O, magliszt-kiegészítés nélkül) is bevontak a vizsgálati körülmények közötti normál rovarpusztulás felmérésére. Minden magliszt toxikológiai biológiai vizsgálata három ismétlődő, három lejtős főzőpoharat tartalmazott (20 késői harmadik stádiumú lárva főzőpoháranként), összesen 108 fiolát eredményezve. A kezelt tartályokat szobahőmérsékleten (20-21°C) tárolták, és a lárvák pusztulását 24 és 72 órás folyamatos kezelési koncentrációnak való kitettség alatt rögzítették. Ha a szúnyog teste és függelékei nem mozdulnak el, amikor egy vékony rozsdamentes acél spatulával átszúrják vagy megérintik, a szúnyoglárvákat elpusztultnak tekintik. Az elpusztult lárvák általában mozdulatlanul maradnak háti vagy hasi helyzetben a tartály alján vagy a víz felszínén. A kísérletet háromszor megismételték különböző napokon, különböző lárvacsoportokkal, így összesen 180 lárvát tettek ki minden kezelési koncentrációnak.
Az AITC, a BITC és a 4-HBITC szúnyoglárvákra gyakorolt toxicitását ugyanazzal a bioassay eljárással, de eltérő kezelésekkel értékelték. Készítsünk 100 000 ppm-es törzsoldatokat mindegyik vegyszerhez úgy, hogy 100 µl vegyszert adunk 900 µl abszolút etanolhoz egy 2 ml-es centrifugacsőben, és 30 másodpercig rázzuk, hogy alaposan összekeveredjen. A kezelési koncentrációkat az előzetes bioassay-ink alapján határoztuk meg, amelyek a BITC-t sokkal toxikusabbnak találták, mint az AITC-t és a 4-HBITC-t. A toxicitás meghatározásához 5 különböző koncentrációjú BITC-t (1, 3, 6, 9 és 12 ppm), 7 különböző koncentrációjú AITC-t (5, 10, 15, 20, 25, 30 és 35 ppm) és 6 különböző koncentrációjú 4-HBITC-t (15, 15, 20, 25, 30 és 35 ppm, 30, 45, 60, 75 és 90 ppm) vizsgáltunk. A kontrollkezelést 108 μL abszolút etanollal injektáltuk, ami megegyezik a kémiai kezelés maximális térfogatával. A biológiai vizsgálatokat a fentiek szerint megismételtük, összesen 180 lárvát kezelve kezelési koncentrációnként. A lárvák mortalitását az AITC, BITC és 4-HBITC minden koncentrációjára vonatkozóan 24 órás folyamatos expozíció után rögzítettük.
A Polo szoftverrel (Polo Plus, LeOra Software, 1.0 verzió) 65 dózisfüggő mortalitási adat probit analízisét végezték el az 50%-os letális koncentráció (LC50), a 90%-os letális koncentráció (LC90), a meredekség, a letális dózis együttható és a 95%-os letális koncentráció kiszámításához. A letális dózisarányok konfidencia intervallumai log-transzformált koncentráció és dózis-mortalitás görbék esetén. A mortalitási adatok 180 lárva kombinált replikátum adatain alapulnak, amelyeket minden kezelési koncentrációnak kitettek. Valószínűségi elemzéseket végeztek minden maglisztre és minden kémiai komponensre külön. A letális dózisarány 95%-os konfidencia intervalluma alapján a magliszt és a kémiai összetevők szúnyoglárvákra gyakorolt toxicitását szignifikánsan eltérőnek tekintették, így az 1 értéket tartalmazó konfidencia intervallum nem szignifikánsan eltérő, P = 0,0566.
A zsírtalanított DFP, IG, PG és Ls maglisztekben található főbb glükozinolátok HPLC-s meghatározásának eredményeit az 1. táblázat tartalmazza. A vizsgált maglisztekben található főbb glükozinolátok a DFP és a PG kivételével változtak, amelyek mindkettő mirozináz-glükozinolátokat tartalmazott. A PG mirozinin-tartalma magasabb volt, mint a DFP-ben, 33,3 ± 1,5, illetve 26,5 ± 0,9 mg/g. Az Ls magpor 36,6 ± 1,2 mg/g glükoglikont, míg az IG magpor 38,0 ± 0,5 mg/g szinapint tartalmazott.
Az Ae. Aedes aegypti szúnyogok lárvái elpusztultak, amikor zsírtalanított magliszttel kezelték őket, bár a kezelés hatékonysága növényfajonként változott. Csak a DFP-NT nem volt toxikus a szúnyoglárvákra 24 és 72 órás expozíció után (2. táblázat). A hatóanyagú magpor toxicitása a koncentráció növekedésével nőtt (1A, B ábra). A magliszt szúnyoglárvákra gyakorolt toxicitása szignifikánsan változott az LC50-értékek letális dózisarányának 95%-os konfidencia intervalluma (CI) alapján 24 és 72 órás értékelések során (3. táblázat). 24 óra elteltével az Ls magliszt toxikus hatása nagyobb volt, mint más magliszt-kezeléseké, a legnagyobb aktivitással és maximális toxicitással a lárvákra (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O). A lárvák 24 óra elteltével kevésbé voltak érzékenyek a DFP-re az IG, Ls és PG magpor kezelésekhez képest, az LC50 értékek rendre 0,115, 0,04 és 0,08 g/120 ml dH2O voltak, amelyek statisztikailag magasabbak voltak, mint az LC50 érték 0,211 g/120 ml dH2O (3. táblázat). A DFP, IG, PG és Ls LC90 értékei rendre 0,376, 0,275, 0,137 és 0,074 g/120 ml dH2O voltak (2. táblázat). A DPP legmagasabb koncentrációja 0,12 g/120 ml dH2O volt. 24 órás értékelés után az átlagos lárvahalandóság mindössze 12% volt, míg az IG és PG lárvák átlagos halálozása elérte az 51%, illetve a 82%-ot. 24 órás értékelés után az átlagos lárvahalandóság a legmagasabb koncentrációjú Ls magliszt-kezelés (0,075 g/120 ml dH2O) esetén 99% volt (1A. ábra).
A mortalitási görbéket az Ae. Egyptian larvae (3. stádiumú lárvák) dózis-válasz (Probit) alapján becsülték meg a kezelés után 24 órával (A) és 72 órával (B) a magliszt koncentrációjára adott dózis-válasz (Probit) alapján. A szaggatott vonal a magliszt kezelés LC50-értékét jelöli. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Hővel inaktivált Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
72 órás értékelés során a DFP, IG és PG magliszt LC50-értékei rendre 0,111, 0,085 és 0,051 g/120 ml dH2O voltak. Az Ls maglisztnek kitett lárva szinte mindegyike 72 óra expozíció után elpusztult, így a mortalitási adatok nem voltak összhangban a Probit-analízissel. Más maglisztekhez képest a lárvák kevésbé voltak érzékenyek a DFP magliszt-kezelésre, és statisztikailag magasabb LC50-értékekkel rendelkeztek (2. és 3. táblázat). 72 óra elteltével a DFP, IG és PG magliszt-kezelések LC50-értékei 0,111, 0,085 és 0,05 g/120 ml dH2O-nak adódtak. 72 órás értékelés után a DFP, IG és PG magporok LC90-értékei 0,215, 0,254 és 0,138 g/120 ml dH2O voltak. 72 órás értékelés után a DFP, IG és PG magliszt kezelések átlagos lárvahalandósága 0,12 g/120 ml dH2O maximális koncentráció mellett 58%, 66% és 96% volt (1B. ábra). 72 órás értékelés után a PG magliszt mérgezőbbnek bizonyult, mint az IG és a DFP magliszt.
A szintetikus izotiocianátok, az allil-izotiocianát (AITC), a benzil-izotiocianát (BITC) és a 4-hidroxi-benzil-izotiocianát (4-HBITC) hatékonyan elpusztítják a szúnyoglárvákat. A kezelés után 24 órával a BITC toxikusabbnak bizonyult a lárvákra, LC50 értéke 5,29 ppm volt, szemben az AITC 19,35 ppm-es és a 4-HBITC 55,41 ppm-es értékével (4. táblázat). Az AITC-hez és a BITC-hez képest a 4-HBITC toxicitása alacsonyabb, LC50 értéke pedig magasabb. A két fő izotiocianát (Ls és PG) szúnyoglárva-toxicitása között jelentős különbségek vannak a legerősebb maglisztben. Az LC50-értékek letális dózisarányán alapuló toxicitás az AITC, a BITC és a 4-HBITC között statisztikailag szignifikáns különbséget mutatott, így az LC50 letális dózisarány 95%-os konfidencia intervalluma nem tartalmazott 1 értéket (P = 0,05, 4. táblázat). A BITC és az AITC legmagasabb koncentrációi a becslések szerint a tesztelt lárvák 100%-át elpusztították (2. ábra).
A mortalitási görbéket az Ae dózis-válasz (Probit) alapján becsülték meg. A kezelés után 24 órával az egyiptomi lárvák (3. stádiumú lárvák) elérték a szintetikus izotiocianát koncentrációját. A szaggatott vonal az izotiocianát kezelés LC50-értékét jelöli. Benzil-izotiocianát BITC, allil-izotiocianát AITC és 4-HBITC.
A növényi biopeszticidek szúnyogvektor-szabályozási szerként való alkalmazását régóta tanulmányozzák. Sok növény termel természetes vegyszereket, amelyek rovarölő hatással rendelkeznek37. Bioaktív vegyületeik vonzó alternatívát jelentenek a szintetikus rovarirtó szerekkel szemben, és nagy potenciállal rendelkeznek a kártevők, köztük a szúnyogok irtásában.
A mustárnövényeket a magjaikért termesztik, fűszerként és olajforrásként használják. Amikor a mustárolajat kivonják a magokból, vagy amikor a mustárt bioüzemanyagként való felhasználásra extrahálják,69 a melléktermék zsírtalanított magliszt. Ez a magliszt számos természetes biokémiai összetevőjét és hidrolitikus enzimjét megőrzi. A magliszt toxicitását az izotiocianátok termelésének tulajdonítják55,60,61. Az izotiocianátok a glükozinolátok mirozináz enzim általi hidrolízisével képződnek a magliszt hidratálása során38,55,70, és ismertek arról, hogy fungicid, baktericid, fonálféreg-ölő és rovarölő hatásúak, valamint egyéb tulajdonságokkal is rendelkeznek, beleértve a kémiai érzékszervi hatásokat és a kemoterápiás tulajdonságokat61,62,70. Számos tanulmány kimutatta, hogy a mustárnövények és a magliszt hatékonyan füstölőszerként hatnak a talajban és a tárolt élelmiszerekben élő kártevők ellen57,59,71,72. Ebben a tanulmányban a négymagvú liszt és annak három bioaktív termékének, az AITC-nek, a BITC-nek és a 4-HBITC-nek a toxicitását értékeltük Aedes szúnyoglárvákra. Aedes aegypti. A magliszt közvetlen hozzáadása a szúnyoglárvákat tartalmazó vízhez várhatóan aktiválja az enzimatikus folyamatokat, amelyek izotiocianátokat termelnek, amelyek mérgezőek a szúnyoglárvákra. Ezt a biotranszformációt részben a magliszt megfigyelt larvicid aktivitása és az inszekticid aktivitás elvesztése igazolta, amikor a törpe mustármaglisztet felhasználás előtt hőkezelték. A hőkezelés várhatóan elpusztítja a glükozinolátokat aktiváló hidrolitikus enzimeket, ezáltal megakadályozza a bioaktív izotiocianátok képződését. Ez az első tanulmány, amely megerősíti a káposztamagpor rovarölő tulajdonságait a szúnyogok ellen vízi környezetben.
A vizsgált magporok közül a vízitorma magpor (Ls) volt a legtoxikusabb, ami az Aedes albopictus magas mortalitását okozta. Az Aedes aegypti lárvákat 24 órán át folyamatosan dolgozták fel. A fennmaradó három magpor (PG, IG és DFP) lassabb aktivitást mutatott, és 72 órás folyamatos kezelés után is jelentős mortalitást okozott. Csak az Ls magliszt tartalmazott jelentős mennyiségű glükozinolátot, míg a PG és a DFP mirozinázt, az IG pedig glükozinolátot tartalmazott fő glükozinolátként (1. táblázat). A glükotropaeolin BITC-vé, a szinalbin pedig 4-HBITC-vé hidrolizálódik61,62. Biovizsgálati eredményeink azt mutatják, hogy mind az Ls magliszt, mind a szintetikus BITC erősen mérgező a szúnyoglárvákra. A PG és a DFP magliszt fő összetevője a mirozináz-glükozinolát, amely AITC-vé hidrolizálódik. Az AITC hatékonyan pusztítja el a szúnyoglárvákat, LC50-értéke 19,35 ppm. Az AITC-hez és a BITC-hez képest a 4-HBITC izotiocianát a legkevésbé mérgező a lárvákra. Bár az AITC kevésbé mérgező, mint a BITC, LC50-értékeik alacsonyabbak, mint sok szúnyoglárván tesztelt illóolajé32,73,74,75.
A szúnyoglárva elleni keresztesvirágúak magporunk egy fő glükozinolátot tartalmaz, amely a HPLC-vel meghatározott összes glükozinolát több mint 98-99%-át teszi ki. Nyomokban más glükozinolátokat is kimutattunk, de szintjük a teljes glükozinolát mennyiség kevesebb mint 0,3%-a volt. A vízitorma (L. sativum) magpor másodlagos glükozinolátokat (sinigrin) tartalmaz, de arányuk a teljes glükozinolát mennyiség 1%-a, és tartalmuk még mindig elhanyagolható (kb. 0,4 mg/g magpor). Bár a PG és a DFP ugyanazt a fő glükozinolátot (mirozint) tartalmazza, magőrleményeik larvicid aktivitása jelentősen eltér az LC50-értékeik miatt. A lisztharmattal szembeni toxicitásuk változó. Az Aedes aegypti lárvák megjelenése a két magtápanyag mirozináz aktivitásának vagy stabilitásának különbségeinek tudható be. A mirozináz aktivitás fontos szerepet játszik a hidrolízistermékek, például az izotiocianátok biohasznosulásában a Brassicaceae növényekben76. Pocock és munkatársai77, valamint Wilkinson és munkatársai78 korábbi jelentései kimutatták, hogy a mirozináz aktivitásának és stabilitásának változásai genetikai és környezeti tényezőkkel is összefüggésben állhatnak.
A várható bioaktív izotiocianát-tartalmat az egyes maglisztek 24 és 72 óra elteltével mért LC50-értékei alapján számítottuk ki (5. táblázat), összehasonlítva a megfelelő kémiai alkalmazásokkal. 24 óra elteltével a maglisztben lévő izotiocianátok toxikusabbak voltak, mint a tiszta vegyületek. Az izotiocianátos magkezelések milliórészben (ppm) számított LC50-értékei alacsonyabbak voltak, mint a BITC, AITC és 4-HBITC alkalmazások LC50-értékei. Megfigyeltük, hogy a lárvák magliszt-pelleteket fogyasztottak (3A. ábra). Következésképpen a lárvák a magliszt-pelletek elfogyasztásával koncentráltabb expozíciónak lehetnek kitéve a mérgező izotiocianátoknak. Ez a leginkább az IG és PG magliszt-kezeléseknél volt megfigyelhető 24 órás expozíció után, ahol az LC50-koncentrációk 75%-kal, illetve 72%-kal alacsonyabbak voltak, mint a tiszta AITC és 4-HBITC kezeléseknél. Az Ls és DFP kezelések toxikusabbak voltak, mint a tiszta izotiocianát, az LC50-értékek 24%-kal, illetve 41%-kal alacsonyabbak voltak. A kontrollkezelésben lévő lárvák sikeresen bebábozódtak (3B. ábra), míg a magliszttel kezelt lárvák többsége nem bábozódott be, és a lárvák fejlődése jelentősen késett (3B., D. ábra). A Spodopteralitura esetében az izotiocianátok növekedési retardációval és fejlődési késéssel járnak együtt79.
Az Aedes aegypti szúnyogok lárváit folyamatosan Brassica magpornak tették ki 24–72 órán keresztül. (A) Elpusztult lárvák magliszt-részecskékkel a szájszervükben (bekarikázva); (B) Kontrollkezelés (dH20 hozzáadott magliszt nélkül) azt mutatja, hogy a lárvák normálisan nőnek és 72 óra elteltével elkezdenek bábozódni. (C, D) Magliszttel kezelt lárvák; a magliszt fejlődésbeli különbségeket mutatott és nem bábozódtak.
Nem vizsgáltuk az izotiocianátok szúnyoglárvákra gyakorolt toxikus hatásának mechanizmusát. Korábbi vörös tűzhangyákon (Solenopsis invicta) végzett vizsgálatok azonban kimutatták, hogy a glutation S-transzferáz (GST) és az észteráz (EST) gátlása az izotiocianát bioaktivitásának fő mechanizmusa, és az AITC, még alacsony aktivitás mellett is, gátolhatja a GST aktivitását. Alacsony koncentrációban importált vörös tűzhangyákon. A dózis 0,5 µg/ml80. Ezzel szemben az AITC gátolja az acetilkolinészterázt a kifejlett kukoricaormányosokban (Sitophilus zeamais)81. Hasonló vizsgálatokat kell végezni az izotiocianát szúnyoglárvákban kifejtett aktivitásának mechanizmusának tisztázására.
Hővel inaktivált DFP-kezelést alkalmazunk annak alátámasztására, hogy a növényi glükozinolátok hidrolízise reaktív izotiocianátokká a mustármagliszt segítségével a szúnyoglárva elleni védekezés mechanizmusaként szolgál. A DFP-HT magliszt nem volt toxikus a vizsgált alkalmazási mennyiségek mellett. Lafarga és munkatársai82 arról számoltak be, hogy a glükozinolátok érzékenyek a magas hőmérsékleten történő lebomlásra. A hőkezelés várhatóan denaturálja a mirozináz enzimet a maglisztben, és megakadályozza a glükozinolátok hidrolízisét reaktív izotiocianátokká. Ezt Okunade és munkatársai75 is megerősítették, akik kimutatták, hogy a mirozináz hőmérsékletérzékeny, ami azt mutatja, hogy a mirozináz aktivitás teljesen inaktiválódott, amikor a mustár, a fekete mustár és a vérgőz magjait 80°C feletti hőmérsékletnek tették ki. Ezek a mechanizmusok a hőkezelt DFP magliszt rovarölő aktivitásának elvesztéséhez vezethetnek.
Így a mustármagliszt és három fő izotiocianátja mérgező a szúnyoglárvákra. Tekintettel a magliszt és a kémiai kezelések közötti különbségekre, a mustármagliszt használata hatékony módszer lehet a szúnyogirtásra. Szükség van megfelelő készítmények és hatékony leadórendszerek azonosítására a magporok használatának hatékonyságának és stabilitásának javítása érdekében. Eredményeink azt mutatják, hogy a mustármagliszt potenciálisan felhasználható a szintetikus növényvédő szerek alternatívájaként. Ez a technológia innovatív eszközzé válhat a szúnyogvektorok irtásában. Mivel a szúnyoglárvák a vízi környezetben jól érzik magukat, és a magliszt glükozinolátjai hidratálás hatására enzimatikusan aktív izotiocianátokká alakulnak, a mustármagliszt használata szúnyogokkal fertőzött vízben jelentős ellenőrzési potenciállal rendelkezik. Bár az izotiocianátok larvicid aktivitása változó (BITC > AITC > 4-HBITC), további kutatásokra van szükség annak megállapítására, hogy a magliszt több glükozinoláttal való kombinálása szinergikusan növeli-e a toxicitást. Ez az első tanulmány, amely bemutatja a zsírtalanított keresztesvirágú magliszt és három bioaktív izotiocianát rovarölő hatását a szúnyogokra. E tanulmány eredményei új utat nyitnak, mivel kimutatják, hogy a zsírtalanított káposztamagliszt, a magvakból történő olajkivonás mellékterméke, ígéretes lárvaölő szer lehet a szúnyogirtásban. Ez az információ elősegítheti a növényi biokontroll szerek felfedezését és olcsó, praktikus és környezetbarát biopeszticidként való fejlesztését.
A tanulmányhoz generált adatkészletek és az ebből származó elemzések a levelező szerzőtől ésszerű kérésre elérhetők. A tanulmány végén a vizsgálatban felhasznált összes anyagot (rovarokat és maglisztet) megsemmisítették.
Közzététel ideje: 2024. július 29.