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Biologische Aktivität von Kohlsamenpulver und seinen Verbindungen als umweltfreundliches Larvizid gegen Mücken

Um effektiv zu seinMücken bekämpfenUm das Auftreten der von ihnen übertragenen Krankheiten zu verringern, sind strategische, nachhaltige und umweltfreundliche Alternativen zu chemischen Pestiziden erforderlich.Wir untersuchten Samenmehle bestimmter Brassicaceae (Familie Brassica) als Quelle pflanzlicher Isothiocyanate, die durch enzymatische Hydrolyse biologisch inaktiver Glucosinolate hergestellt werden, zur Verwendung bei der Bekämpfung ägyptischer Aedes (L., 1762).Fünffach entfettetes Samenmehl (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 und Thlaspi arvense – drei Hauptarten der thermischen Inaktivierung und des enzymatischen Abbaus. Chemisch Produkte Zur Bestimmung der Toxizität (LC50) von Allylisothiocyanat, Benzylisothiocyanat und 4-Hydroxybenzylisothiocyanat gegenüber Aedes aegypti-Larven bei 24-stündiger Exposition = 0,04 g/120 ml dH2O).LC50-Werte für Senf, weißen Senf und Schachtelhalm.Das Samenmehl betrug 0,05, 0,08 bzw. 0,05 im Vergleich zu Allylisothiocyanat (LC50 = 19,35 ppm) und 4. -Hydroxybenzylisothiocyanat (LC50 = 55,41 ppm) war 24 Stunden nach der Behandlung für Larven toxischer als 0,1 g/120 ml dH2O.Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der Produktion von Luzernesamenmehl.Die höhere Effizienz von Benzylestern entspricht den berechneten LC50-Werten.Die Verwendung von Samenmehl kann eine wirksame Methode zur Mückenbekämpfung darstellen.die Wirksamkeit von Kreuzblütlersamenpulver und seinen wichtigsten chemischen Bestandteilen gegen Mückenlarven und zeigt, wie die natürlichen Verbindungen im Kreuzblütlersamenpulver als vielversprechendes umweltfreundliches Larvizid zur Mückenbekämpfung dienen können.
Durch Vektoren übertragene Krankheiten, die durch Aedes-Mücken verursacht werden, stellen nach wie vor ein großes globales Problem für die öffentliche Gesundheit dar.Das Auftreten von durch Mücken übertragenen Krankheiten breitet sich geografisch aus1,2,3 und tritt erneut auf, was zu Ausbrüchen schwerer Krankheiten führt4,5,6,7.Die Ausbreitung von Krankheiten unter Menschen und Tieren (z. B. Chikungunya-Fieber, Dengue-Fieber, Rift-Valley-Fieber, Gelbfieber und Zika-Virus) ist beispiellos.Allein das Dengue-Fieber birgt in den Tropen ein Infektionsrisiko für etwa 3,6 Milliarden Menschen, wobei jährlich schätzungsweise 390 Millionen Infektionen auftreten, was zu 6.100–24.300 Todesfällen pro Jahr führt8.Das erneute Auftreten und der Ausbruch des Zika-Virus in Südamerika haben aufgrund der Hirnschäden, die es bei Kindern infizierter Frauen verursacht, weltweite Aufmerksamkeit erregt2.Kremer et al.3 prognostizieren, dass sich das geografische Verbreitungsgebiet der Aedes-Mücken weiter ausdehnen wird und dass bis 2050 die Hälfte der Weltbevölkerung dem Risiko einer Infektion durch durch Mücken übertragene Arboviren ausgesetzt sein wird.
Mit Ausnahme der kürzlich entwickelten Impfstoffe gegen Denguefieber und Gelbfieber wurden für die meisten durch Mücken übertragenen Krankheiten noch keine Impfstoffe entwickelt9,10,11.Impfstoffe sind noch in begrenzten Mengen verfügbar und werden nur in klinischen Studien eingesetzt.Die Bekämpfung von Mückenüberträgern mithilfe synthetischer Insektizide war eine Schlüsselstrategie zur Eindämmung der Ausbreitung von durch Mücken übertragenen Krankheiten12,13.Obwohl synthetische Pestizide bei der Abtötung von Mücken wirksam sind, wirkt sich der fortgesetzte Einsatz synthetischer Pestizide negativ auf Nichtzielorganismen aus und verschmutzt die Umwelt14,15,16.Noch alarmierender ist der Trend der zunehmenden Resistenz von Mücken gegen chemische Insektizide17,18,19.Diese mit Pestiziden verbundenen Probleme haben die Suche nach wirksamen und umweltfreundlichen Alternativen zur Bekämpfung von Krankheitsüberträgern beschleunigt.
Verschiedene Pflanzen wurden als Quellen für Phytopestizide zur Schädlingsbekämpfung entwickelt20,21.Pflanzenstoffe sind im Allgemeinen umweltfreundlich, da sie biologisch abbaubar sind und eine geringe oder vernachlässigbare Toxizität für Nichtzielorganismen wie Säugetiere, Fische und Amphibien aufweisen20,22.Es ist bekannt, dass pflanzliche Präparate eine Vielzahl bioaktiver Verbindungen mit unterschiedlichen Wirkmechanismen produzieren, um verschiedene Lebensstadien von Mücken wirksam zu bekämpfen23,24,25,26.Pflanzliche Verbindungen wie ätherische Öle und andere pflanzliche Wirkstoffe haben Aufmerksamkeit erregt und den Weg für innovative Werkzeuge zur Bekämpfung von Mückenüberträgern geebnet.Ätherische Öle, Monoterpene und Sesquiterpene wirken als Repellentien, Fraßabschreckungsmittel und Ovizide27,28,29,30,31,32,33.Viele Pflanzenöle verursachen den Tod von Mückenlarven, Puppen und Erwachsenen34,35,36 und beeinträchtigen das Nerven-, Atmungs-, Hormon- und andere wichtige System von Insekten37.
Aktuelle Studien haben Einblicke in die potenzielle Verwendung von Senfpflanzen und ihren Samen als Quelle bioaktiver Verbindungen gegeben.Senfkornmehl wurde als Biobegasungsmittel getestet38,39,40,41 und als Bodenverbesserungsmittel zur Unkrautunterdrückung42,43,44 und zur Bekämpfung bodenbürtiger Pflanzenpathogene45,46,47,48,49,50 sowie zur Pflanzenernährung verwendet.Nematoden 41,51, 52, 53, 54 und Schädlinge 55, 56, 57, 58, 59, 60. Die fungizide Wirkung dieser Samenpulver wird Pflanzenschutzmitteln zugeschrieben, die Isothiocyanate genannt werden38,42,60.In Pflanzen werden diese Schutzstoffe in Form von nicht bioaktiven Glucosinolaten in Pflanzenzellen gespeichert.Wenn Pflanzen jedoch durch Insektenfraß oder eine Infektion mit Krankheitserregern geschädigt werden, werden Glucosinolate durch Myrosinase zu bioaktiven Isothiocyanaten hydrolysiert55,61.Isothiocyanate sind flüchtige Verbindungen, von denen bekannt ist, dass sie ein breites antimikrobielles und insektizides Wirkungsspektrum haben, und ihre Struktur, biologische Aktivität und ihr Gehalt variieren stark zwischen den Brassicaceae-Arten42,59,62,63.
Obwohl aus Senfkornmehl gewonnene Isothiocyanate bekanntermaßen eine insektizide Wirkung haben, fehlen Daten zur biologischen Wirkung gegen medizinisch wichtige Arthropodenvektoren.Unsere Studie untersuchte die larvizide Wirkung von vier entfetteten Samenpulvern gegen Aedes-Mücken.Larven von Aedes aegypti.Ziel der Studie war es, ihren potenziellen Einsatz als umweltfreundliche Biopestizide zur Mückenbekämpfung zu bewerten.Drei chemische Hauptbestandteile des Samenmehls, Allylisothiocyanat (AITC), Benzylisothiocyanat (BITC) und 4-Hydroxybenzylisothiocyanat (4-HBITC), wurden ebenfalls getestet, um die biologische Aktivität dieser chemischen Bestandteile auf Mückenlarven zu testen.Dies ist der erste Bericht, der die Wirksamkeit von vier Kohlsamenpulvern und ihren wichtigsten chemischen Bestandteilen gegen Mückenlarven bewertet.
Laborkolonien von Aedes aegypti (Rockefeller-Stamm) wurden bei 26 °C, 70 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) und 10:14 h (L:D-Photoperiode) gehalten.Verpaarte Weibchen wurden in Plastikkäfigen (Höhe 11 cm und Durchmesser 9,5 cm) gehalten und über ein Flaschenfütterungssystem mit zitriertem Rinderblut (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA) gefüttert.Die Bluternährung erfolgte wie üblich unter Verwendung eines Membran-Multiglas-Zuführgeräts (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA), das an einen zirkulierenden Wasserbadschlauch (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) mit Temperatur angeschlossen war Regelung 37 °C.Spannen Sie eine Folie Parafilm M auf den Boden jeder Glaszufuhrkammer (Fläche 154 mm2).Anschließend wurde jeder Futterspender auf das obere Gitter gestellt, das den Käfig mit dem paarenden Weibchen bedeckte.Ungefähr 350–400 μl Rinderblut wurden mit einer Pasteurpipette (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) in einen Glastrichter gegeben und die erwachsenen Würmer konnten mindestens eine Stunde lang abtropfen.Anschließend erhielten trächtige Weibchen eine 10 %ige Saccharoselösung und durften ihre Eier auf feuchtes Filterpapier legen, das in einzelnen ultraklaren Soufflébechern (Größe 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA) ausgelegt war.Käfig mit Wasser.Legen Sie Filterpapier mit Eiern in einen versiegelten Beutel (SC Johnsons, Racine, WI) und lagern Sie ihn bei 26 °C.Die Eier wurden ausgebrütet und etwa 200–250 Larven wurden in Plastikschalen aufgezogen, die eine Mischung aus Kaninchenfutter (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) und Leberpulver (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA).und Fischfilet (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Deutschland) im Verhältnis 2:1:1.In unseren Bioassays wurden Larven aus dem späten dritten Stadium verwendet.
Das in dieser Studie verwendete Pflanzensamenmaterial wurde aus den folgenden kommerziellen und staatlichen Quellen bezogen: Brassica juncea (brauner Senf-Pacific Gold) und Brassica juncea (weißer Senf-Ida Gold) von der Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Washington State, USA;(Gartenkresse) von Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA und Thlaspi arvense (Feld-Pennycress-Elisabeth) von USDA-ARS, Peoria, IL, USA;Keines der in der Studie verwendeten Samen wurde mit Pestiziden behandelt.Das gesamte Saatgutmaterial wurde in dieser Studie gemäß den örtlichen und nationalen Vorschriften und in Übereinstimmung mit allen relevanten örtlichen staatlichen und nationalen Vorschriften verarbeitet und verwendet.In dieser Studie wurden keine transgenen Pflanzensorten untersucht.
Die Samen von Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), weißem Senf (IG) und Thlaspi arvense (DFP) wurden mit einer Retsch ZM200-Ultrazentrifugalmühle (Retsch, Haan, Deutschland), ausgestattet mit einem 0,75-mm-Sieb und Edelstahl, zu einem feinen Pulver gemahlen Stahlrotor, 12 Zähne, 10.000 U/min (Tabelle 1).Das gemahlene Samenpulver wurde in eine Papierhülse überführt und 24 Stunden lang in einer Soxhlet-Apparatur mit Hexan entfettet.Eine Teilprobe entfetteten Feldsenfs wurde 1 Stunde lang bei 100 °C wärmebehandelt, um Myrosinase zu denaturieren und die Hydrolyse von Glucosinolaten unter Bildung biologisch aktiver Isothiocyanate zu verhindern.Als Negativkontrolle wurde durch Denaturierung von Myrosinase wärmebehandeltes Schachtelhalmsamenpulver (DFP-HT) verwendet.
Der Glucosinolatgehalt des entfetteten Samenmehls wurde in dreifacher Ausfertigung mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) gemäß einem zuvor veröffentlichten Protokoll 64 bestimmt.Kurz gesagt, 3 ml Methanol wurden zu einer 250-mg-Probe entfetteten Samenpulvers hinzugefügt.Jede Probe wurde 30 Minuten lang in einem Wasserbad beschallt und 16 Stunden lang bei 23 °C im Dunkeln belassen.Ein 1-ml-Aliquot der organischen Schicht wurde dann durch einen 0,45-μm-Filter in einen Autosampler filtriert.Mit einem Shimadzu HPLC-System (zwei LC 20AD-Pumpen, SIL 20A-Autosampler, DGU 20As-Entgaser, SPD-20A UV-VIS-Detektor zur Überwachung bei 237 nm und CBM-20A-Kommunikationsbusmodul) wurde der Glucosinolatgehalt des Samenmehls bestimmt in dreifacher Ausführung .unter Verwendung der Shimadzu LC Solution-Softwareversion 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Die Säule war eine C18 Inertsil-Umkehrphasensäule (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Die anfänglichen Bedingungen der mobilen Phase wurden auf 12 % Methanol/88 % 0,01 M Tetrabutylammoniumhydroxid in Wasser (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) mit einer Flussrate von 1 ml/min eingestellt.Nach der Injektion von 15 μl Probe wurden die Anfangsbedingungen 20 Minuten lang beibehalten und dann das Lösungsmittelverhältnis auf 100 % Methanol eingestellt, wobei die gesamte Probenanalysezeit 65 Minuten betrug.Eine Standardkurve (nM/mAb-basiert) wurde durch Reihenverdünnungen von frisch zubereiteten Sinapin-, Glucosinolat- und Myrosin-Standards (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) erstellt, um den Schwefelgehalt von entfettetem Samenmehl abzuschätzen.Glucosinolate.Die Glucosinolatkonzentrationen in den Proben wurden auf einem Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) unter Verwendung der OpenLAB CDS ChemStation-Version (C.01.07 SR2 [255]), die mit derselben Säule ausgestattet war, und unter Verwendung einer zuvor beschriebenen Methode getestet.Die Glucosinolatkonzentrationen wurden bestimmt;zwischen HPLC-Systemen vergleichbar sein.
Allylisothiocyanat (94 %, stabil) und Benzylisothiocyanat (98 %) wurden von Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) bezogen.4-Hydroxybenzylisothiocyanat wurde von ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA) gekauft.Bei der enzymatischen Hydrolyse durch Myrosinase bilden Glucosinolate, Glucosinolate und Glucosinolate Allylisothiocyanat, Benzylisothiocyanat bzw. 4-Hydroxybenzylisothiocyanat.
Laborbioassays wurden nach der Methode von Muturi et al. durchgeführt.32 mit Modifikationen.In der Studie wurden fünf fettarme Saatgutfuttermittel verwendet: DFP, DFP-HT, IG, PG und Ls.Zwanzig Larven wurden in einen 400-ml-Einweg-Dreiwegebecher (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) gegeben, der 120 ml entionisiertes Wasser (dH2O) enthielt.Sieben Samenmehlkonzentrationen wurden auf Mückenlarventoxizität getestet: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 und 0,12 g Samenmehl/120 ml dH2O für DFP-Samenmehl, DFP-HT, IG und PG.Vorläufige Biotests deuten darauf hin, dass entfettetes Ls-Samenmehl giftiger ist als vier andere getestete Samenmehle.Daher haben wir die sieben Behandlungskonzentrationen von Ls-Samenmehl auf die folgenden Konzentrationen angepasst: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 und 0,075 g/120 ml dH2O.
Eine unbehandelte Kontrollgruppe (dH20, kein Samenmehlzusatz) wurde einbezogen, um die normale Insektensterblichkeit unter Testbedingungen zu bewerten.Toxikologische Biotests für jedes Samenmehl umfassten drei Replika-Becher mit drei Neigungen (20 Larven im späten dritten Stadium pro Becher), also insgesamt 108 Fläschchen.Behandelte Behälter wurden bei Raumtemperatur (20–21 °C) gelagert und die Larvensterblichkeit wurde während 24 und 72 Stunden kontinuierlicher Exposition gegenüber Behandlungskonzentrationen aufgezeichnet.Wenn sich der Körper und die Gliedmaßen der Mücke beim Einstechen oder Berühren mit einem dünnen Edelstahlspatel nicht bewegen, gelten die Mückenlarven als tot.Abgestorbene Larven liegen meist regungslos in dorsaler oder ventraler Position am Boden des Behälters oder auf der Wasseroberfläche.Das Experiment wurde dreimal an verschiedenen Tagen mit verschiedenen Larvengruppen wiederholt, sodass insgesamt 180 Larven jeder Behandlungskonzentration ausgesetzt wurden.
Die Toxizität von AITC, BITC und 4-HBITC gegenüber Mückenlarven wurde mit demselben Bioassay-Verfahren, jedoch mit unterschiedlichen Behandlungen, bewertet.Bereiten Sie Stammlösungen mit 100.000 ppm für jede Chemikalie vor, indem Sie 100 µL der Chemikalie zu 900 µL absolutem Ethanol in einem 2-ml-Zentrifugenröhrchen hinzufügen und 30 Sekunden lang schütteln, um eine gründliche Durchmischung zu erreichen.Die Behandlungskonzentrationen wurden auf der Grundlage unserer vorläufigen Biotests bestimmt, die ergaben, dass BITC viel toxischer ist als AITC und 4-HBITC.Zur Bestimmung der Toxizität wurden 5 Konzentrationen von BITC (1, 3, 6, 9 und 12 ppm), 7 Konzentrationen von AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 und 35 ppm) und 6 Konzentrationen von 4-HBITC (15) verwendet , 15, 20, 25, 30 und 35 ppm).30, 45, 60, 75 und 90 ppm).Der Kontrollbehandlung wurden 108 μl absolutes Ethanol injiziert, was dem maximalen Volumen der chemischen Behandlung entspricht.Die Bioassays wurden wie oben wiederholt, wobei insgesamt 180 Larven pro Behandlungskonzentration exponiert wurden.Die Larvensterblichkeit wurde für jede Konzentration von AITC, BITC und 4-HBITC nach 24 Stunden kontinuierlicher Exposition aufgezeichnet.
Mit der Polo-Software (Polo Plus, LeOra Software, Version 1.0) wurde eine Probit-Analyse von 65 dosisbezogenen Mortalitätsdaten durchgeführt, um die 50 %-letale Konzentration (LC50), die 90 %-letale Konzentration (LC90), die Steigung, den letalen Dosiskoeffizienten und 95 zu berechnen % tödliche Konzentration.basierend auf Konfidenzintervallen für tödliche Dosisverhältnisse für logarithmisch transformierte Konzentrations- und Dosis-Mortalitäts-Kurven.Die Mortalitätsdaten basieren auf kombinierten Replikatdaten von 180 Larven, die jeder Behandlungskonzentration ausgesetzt waren.Probabilistische Analysen wurden für jedes Samenmehl und jede chemische Komponente separat durchgeführt.Basierend auf dem 95 %-Konfidenzintervall des tödlichen Dosisverhältnisses wurde davon ausgegangen, dass die Toxizität von Samenmehl und chemischen Bestandteilen gegenüber Mückenlarven signifikant unterschiedlich war, sodass ein Konfidenzintervall mit einem Wert von 1 keinen signifikanten Unterschied aufwies, P = 0,0566.
Die HPLC-Ergebnisse für die Bestimmung der Hauptglucosinolate in den entfetteten Samenmehlen DFP, IG, PG und Ls sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Hauptglucosinolate in den getesteten Samenmehlen variierten mit Ausnahme von DFP und PG, die beide Myrosinaseglucosinolate enthielten.Der Myrosiningehalt in PG war mit 33,3 ± 1,5 bzw. 26,5 ± 0,9 mg/g höher als in DFP.Ls-Samenpulver enthielt 36,6 ± 1,2 mg/g Glukoglycon, wohingegen IG-Samenpulver 38,0 ± 0,5 mg/g Sinapin enthielt.
Larven von Ae.Aedes aegypti-Mücken wurden durch die Behandlung mit entfettetem Samenmehl abgetötet, wobei die Wirksamkeit der Behandlung je nach Pflanzenart unterschiedlich war.Lediglich DFP-NT war nach 24 und 72 Stunden Exposition für Mückenlarven nicht toxisch (Tabelle 2).Die Toxizität des aktiven Samenpulvers nahm mit zunehmender Konzentration zu (Abb. 1A, B).Die Toxizität von Samenmehl gegenüber Mückenlarven variierte erheblich basierend auf dem 95 %-KI des Verhältnisses der tödlichen Dosis der LC50-Werte bei 24-Stunden- und 72-Stunden-Bewertungen (Tabelle 3).Nach 24 Stunden war die toxische Wirkung von Ls-Samenmehl größer als bei anderen Samenmehlbehandlungen, mit der höchsten Aktivität und maximalen Toxizität für Larven (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Die Larven waren nach 24 Stunden weniger empfindlich gegenüber DFP im Vergleich zu IG-, Ls- und PG-Samenpulverbehandlungen, mit LC50-Werten von 0,115, 0,04 bzw. 0,08 g/120 ml dH2O, die statistisch gesehen höher waren als der LC50-Wert.0,211 g/120 ml dH2O (Tabelle 3).Die LC90-Werte von DFP, IG, PG und Ls betrugen 0,376, 0,275, 0,137 bzw. 0,074 g/120 ml dH2O (Tabelle 2).Die höchste DPP-Konzentration betrug 0,12 g/120 ml dH2O.Nach 24 Stunden Untersuchung betrug die durchschnittliche Larvensterblichkeit nur 12 %, während die durchschnittliche Sterblichkeit der IG- und PG-Larven 51 % bzw. 82 % erreichte.Nach 24-stündiger Auswertung betrug die durchschnittliche Larvensterblichkeit bei der höchsten Konzentration der Behandlung mit Ls-Samenmehl (0,075 g/120 ml dH2O) 99 % (Abb. 1A).
Die Mortalitätskurven wurden anhand der Dosis-Wirkungs-Beziehung (Probit) von Ae geschätzt.Ägyptische Larven (3. Larvenstadium) bis zur Samenmehlkonzentration 24 Stunden (A) und 72 Stunden (B) nach der Behandlung.Die gestrichelte Linie stellt den LC50 der Saatmehlbehandlung dar.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Hitzeinaktiviertes Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Bei der 72-Stunden-Auswertung betrugen die LC50-Werte von DFP-, IG- und PG-Samenmehl 0,111, 0,085 bzw. 0,051 g/120 ml dH2O.Fast alle Larven, die Ls-Samenmehl ausgesetzt waren, starben nach 72-stündiger Exposition, sodass die Mortalitätsdaten nicht mit der Probit-Analyse übereinstimmten.Im Vergleich zu anderem Samenmehl reagierten die Larven weniger empfindlich auf die Behandlung mit DFP-Samenmehl und hatten statistisch höhere LC50-Werte (Tabellen 2 und 3).Nach 72 Stunden wurden die LC50-Werte für DFP-, IG- und PG-Samenmehlbehandlungen auf 0,111, 0,085 bzw. 0,05 g/120 ml dH2O geschätzt.Nach 72 Stunden Auswertung betrugen die LC90-Werte der DFP-, IG- und PG-Samenpulver 0,215, 0,254 bzw. 0,138 g/120 ml dH2O.Nach 72 Stunden Auswertung betrug die durchschnittliche Larvensterblichkeit für die DFP-, IG- und PG-Samenmehlbehandlungen bei einer maximalen Konzentration von 0,12 g/120 ml dH2O 58 %, 66 % bzw. 96 % (Abb. 1B).Nach einer 72-stündigen Untersuchung wurde festgestellt, dass PG-Samenmehl toxischer ist als IG- und DFP-Samenmehl.
Synthetische Isothiocyanate, Allylisothiocyanat (AITC), Benzylisothiocyanat (BITC) und 4-Hydroxybenzylisothiocyanat (4-HBITC) können Mückenlarven wirksam abtöten.24 Stunden nach der Behandlung war BITC mit einem LC50-Wert von 5,29 ppm toxischer für Larven, verglichen mit 19,35 ppm für AITC und 55,41 ppm für 4-HBITC (Tabelle 4).Im Vergleich zu AITC und BITC weist 4-HBITC eine geringere Toxizität und einen höheren LC50-Wert auf.Es gibt erhebliche Unterschiede in der Mückenlarventoxizität der beiden wichtigsten Isothiocyanate (Ls und PG) im wirksamsten Samenmehl.Die auf dem letalen Dosisverhältnis der LC50-Werte basierende Toxizität zwischen AITC, BITC und 4-HBITC zeigte einen statistischen Unterschied, sodass das 95 %-KI des LC50-letalen Dosisverhältnisses keinen Wert von 1 enthielt (P = 0,05, Tabelle 4).Es wurde geschätzt, dass die höchsten Konzentrationen von BITC und AITC 100 % der getesteten Larven abtöten (Abbildung 2).
Die Mortalitätskurven wurden anhand der Dosis-Wirkungs-Beziehung (Probit) von Ae geschätzt.24 Stunden nach der Behandlung erreichten ägyptische Larven (Larven im dritten Larvenstadium) synthetische Isothiocyanatkonzentrationen.Die gestrichelte Linie stellt den LC50-Wert für die Isothiocyanat-Behandlung dar.Benzylisothiocyanat BITC, Allylisothiocyanat AITC und 4-HBITC.
Der Einsatz pflanzlicher Biopestizide als Mittel zur Bekämpfung von Mückenüberträgern wird seit langem untersucht.Viele Pflanzen produzieren natürliche Chemikalien mit insektizider Wirkung37.Ihre bioaktiven Verbindungen stellen eine attraktive Alternative zu synthetischen Insektiziden mit großem Potenzial bei der Bekämpfung von Schädlingen, einschließlich Mücken, dar.
Senfpflanzen werden wegen ihrer Samen angebaut und als Gewürz und Ölquelle verwendet.Wenn Senföl aus den Samen gewonnen wird oder wenn Senf zur Verwendung als Biokraftstoff gewonnen wird, 69 entsteht als Nebenprodukt entfettetes Samenmehl.Dieses Samenmehl behält viele seiner natürlichen biochemischen Bestandteile und hydrolytischen Enzyme.Die Toxizität dieses Samenmehls wird auf die Produktion von Isothiocyanaten zurückgeführt55,60,61.Isothiocyanate entstehen durch die Hydrolyse von Glucosinolaten durch das Enzym Myrosinase während der Hydratation von Samenmehl38,55,70 und haben bekanntermaßen fungizide, bakterizide, nematizide und insektizide Wirkungen sowie andere Eigenschaften, einschließlich chemischer sensorischer Wirkungen und chemotherapeutischer Eigenschaften61,62, 70.Mehrere Studien haben gezeigt, dass Senfpflanzen und Samenmehl wirksam als Begasungsmittel gegen Boden- und Vorratsschädlinge wirken57,59,71,72.In dieser Studie haben wir die Toxizität von Viersamenmehl und seinen drei bioaktiven Produkten AITC, BITC und 4-HBITC für Aedes-Mückenlarven untersucht.Aedes aegypti.Es wird erwartet, dass die direkte Zugabe von Samenmehl zu Wasser, das Mückenlarven enthält, enzymatische Prozesse aktiviert, die für Mückenlarven giftige Isothiocyanate produzieren.Diese Biotransformation wurde zum Teil durch die beobachtete larvizide Aktivität des Samenmehls und den Verlust der insektiziden Aktivität nachgewiesen, wenn Zwergsenfsamenmehl vor der Verwendung wärmebehandelt wurde.Es wird erwartet, dass die Wärmebehandlung die hydrolytischen Enzyme zerstört, die Glucosinolate aktivieren, und dadurch die Bildung bioaktiver Isothiocyanate verhindert.Dies ist die erste Studie, die die insektiziden Eigenschaften von Kohlsamenpulver gegen Mücken in Gewässern bestätigt.
Unter den getesteten Samenpulvern war Brunnenkressesamenpulver (Ls) das giftigste und verursachte eine hohe Sterblichkeit von Aedes albopictus.Aedes aegypti-Larven wurden 24 Stunden lang kontinuierlich verarbeitet.Die verbleibenden drei Samenpulver (PG, IG und DFP) hatten eine langsamere Aktivität und verursachten nach 72 Stunden kontinuierlicher Behandlung immer noch eine signifikante Mortalität.Nur Ls-Samenmehl enthielt signifikante Mengen an Glucosinolaten, wohingegen PG und DFP Myrosinase enthielten und IG Glucosinolat als Hauptglucosinolat enthielt (Tabelle 1).Glucotropaeolin wird zu BITC hydrolysiert und Sinalbin wird zu 4-HBITC61,62 hydrolysiert.Unsere Bioassay-Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl Ls-Samenmehl als auch synthetisches BITC für Mückenlarven hochgiftig sind.Der Hauptbestandteil von PG- und DFP-Samenmehl ist Myrosinaseglucosinolat, das zu AITC hydrolysiert wird.AITC ist wirksam bei der Abtötung von Mückenlarven mit einem LC50-Wert von 19,35 ppm.Im Vergleich zu AITC und BITC ist 4-HBITC-Isothiocyanat für Larven am wenigsten toxisch.Obwohl AITC weniger toxisch als BITC ist, sind ihre LC50-Werte niedriger als bei vielen ätherischen Ölen, die an Mückenlarven getestet wurden32,73,74,75.
Unser Kreuzblütlersamenpulver zur Bekämpfung von Mückenlarven enthält ein Hauptglucosinolat, das laut HPLC über 98–99 % der gesamten Glucosinolate ausmacht.Es wurden Spuren anderer Glucosinolate nachgewiesen, deren Gehalt jedoch weniger als 0,3 % der gesamten Glucosinolate ausmachte.Brunnenkresse-Samenpulver (L. sativum) enthält sekundäre Glucosinolate (Sinigrin), ihr Anteil beträgt jedoch 1 % der gesamten Glucosinolate und ihr Gehalt ist immer noch unbedeutend (ca. 0,4 mg/g Samenpulver).Obwohl PG und DFP das gleiche Hauptglucosinolat (Myrosin) enthalten, unterscheidet sich die larvizide Aktivität ihrer Samenmehle aufgrund ihrer LC50-Werte deutlich.Variiert in der Toxizität gegenüber Echtem Mehltau.Das Auftauchen von Aedes aegypti-Larven kann auf Unterschiede in der Myrosinase-Aktivität oder -Stabilität zwischen den beiden Samenfuttermitteln zurückzuführen sein.Die Myrosinase-Aktivität spielt eine wichtige Rolle bei der Bioverfügbarkeit von Hydrolyseprodukten wie Isothiocyanaten in Brassicaceae-Pflanzen76.Frühere Berichte von Pocock et al.77 und Wilkinson et al.78 haben gezeigt, dass Veränderungen der Myrosinase-Aktivität und -Stabilität auch mit genetischen und umweltbedingten Faktoren verbunden sein können.
Der erwartete Gehalt an bioaktivem Isothiocyanat wurde auf der Grundlage der LC50-Werte jedes Samenmehls nach 24 und 72 Stunden berechnet (Tabelle 5) zum Vergleich mit entsprechenden chemischen Anwendungen.Nach 24 Stunden waren die Isothiocyanate im Samenmehl giftiger als die reinen Verbindungen.Die auf Basis von Teilen pro Million (ppm) von Isothiocyanat-Saatgutbehandlungen berechneten LC50-Werte waren niedriger als die LC50-Werte für BITC-, AITC- und 4-HBITC-Anwendungen.Wir beobachteten Larven, die Samenmehlpellets verzehrten (Abbildung 3A).Folglich können Larven durch die Aufnahme von Samenmehlpellets einer stärkeren Exposition gegenüber toxischen Isothiocyanaten ausgesetzt sein.Dies zeigte sich am deutlichsten bei den IG- und PG-Samenmehlbehandlungen bei 24-stündiger Exposition, wo die LC50-Konzentrationen 75 % bzw. 72 % niedriger waren als bei reinen AITC- bzw. 4-HBITC-Behandlungen.Ls- und DFP-Behandlungen waren toxischer als reines Isothiocyanat, wobei die LC50-Werte um 24 % bzw. 41 % niedriger waren.Die Larven in der Kontrollbehandlung verpuppten sich erfolgreich (Abb. 3B), während sich die meisten Larven in der Samenmehlbehandlung nicht verpuppten und die Larvenentwicklung deutlich verzögert war (Abb. 3B, D).Bei Spodopteralitura werden Isothiocyanate mit Wachstumsverzögerungen und Entwicklungsverzögerungen in Verbindung gebracht79.
Larven von Ae.Aedes aegypti-Mücken wurden 24–72 Stunden lang kontinuierlich Brassica-Samenpulver ausgesetzt.(A) Tote Larven mit Samenmehlpartikeln in den Mundwerkzeugen (eingekreist);(B) Kontrollbehandlung (dH20 ohne zugesetztes Samenmehl) zeigt, dass die Larven normal wachsen und nach 72 Stunden mit der Verpuppung beginnen. (C, D) Mit Samenmehl behandelte Larven;Das Samenmehl zeigte Unterschiede in der Entwicklung und verpuppte sich nicht.
Wir haben den Mechanismus der toxischen Wirkung von Isothiocyanaten auf Mückenlarven nicht untersucht.Frühere Studien an Roten Feuerameisen (Solenopsis invicta) haben jedoch gezeigt, dass die Hemmung der Glutathion-S-Transferase (GST) und Esterase (EST) der Hauptmechanismus der Isothiocyanat-Bioaktivität ist und dass AITC, selbst bei geringer Aktivität, auch die GST-Aktivität hemmen kann .rote importierte Feuerameisen in geringen Konzentrationen.Die Dosis beträgt 0,5 µg/ml80.Im Gegensatz dazu hemmt AITC die Acetylcholinesterase bei erwachsenen Maiskäfern (Sitophilus zeamais)81.Ähnliche Studien müssen durchgeführt werden, um den Mechanismus der Isothiocyanataktivität in Mückenlarven aufzuklären.
Wir verwenden eine hitzeinaktivierte DFP-Behandlung, um den Vorschlag zu unterstützen, dass die Hydrolyse pflanzlicher Glucosinolate zur Bildung reaktiver Isothiocyanate als Mechanismus zur Bekämpfung von Mückenlarven durch Senfkornmehl dient.DFP-HT-Samenmehl war bei den getesteten Aufwandmengen nicht toxisch.Lafarga et al.82 berichteten, dass Glucosinolate bei hohen Temperaturen empfindlich auf Abbau reagieren.Es wird auch erwartet, dass die Wärmebehandlung das Myrosinase-Enzym im Samenmehl denaturiert und die Hydrolyse von Glucosinolaten unter Bildung reaktiver Isothiocyanate verhindert.Dies wurde auch von Okunade et al. bestätigt.75 zeigte, dass Myrosinase temperaturempfindlich ist, und zeigte, dass die Myrosinase-Aktivität vollständig inaktiviert wurde, wenn Senf, schwarzer Senf und Blutwurzsamen Temperaturen über 80 °C ausgesetzt wurden.C. Diese Mechanismen können zum Verlust der insektiziden Wirkung von wärmebehandeltem DFP-Samenmehl führen.
Daher sind Senfkornmehl und seine drei wichtigsten Isothiocyanate giftig für Mückenlarven.Angesichts dieser Unterschiede zwischen Samenmehl und chemischen Behandlungen kann die Verwendung von Samenmehl eine wirksame Methode zur Mückenbekämpfung sein.Es besteht Bedarf, geeignete Formulierungen und wirksame Abgabesysteme zu identifizieren, um die Wirksamkeit und Stabilität der Verwendung von Samenpulvern zu verbessern.Unsere Ergebnisse deuten auf die potenzielle Verwendung von Senfkornmehl als Alternative zu synthetischen Pestiziden hin.Diese Technologie könnte ein innovatives Werkzeug zur Bekämpfung von Mückenüberträgern werden.Da Mückenlarven in Gewässern gedeihen und Samenmehl-Glucosinolate bei der Hydratation enzymatisch in aktive Isothiocyanate umgewandelt werden, bietet die Verwendung von Senfsamenmehl in von Mücken befallenem Wasser ein erhebliches Kontrollpotenzial.Obwohl die larvizide Aktivität von Isothiocyanaten variiert (BITC > AITC > 4-HBITC), sind weitere Untersuchungen erforderlich, um festzustellen, ob die Kombination von Samenmehl mit mehreren Glucosinolaten synergistisch die Toxizität erhöht.Dies ist die erste Studie, die die insektizide Wirkung von entfettetem Kreuzblütlersamenmehl und drei bioaktiven Isothiocyanaten auf Mücken nachweist.Die Ergebnisse dieser Studie gehen neue Wege, indem sie zeigen, dass entfettetes Kohlsamenmehl, ein Nebenprodukt der Ölextraktion aus den Samen, als vielversprechendes Larvizidmittel zur Mückenbekämpfung dienen könnte.Diese Informationen können dazu beitragen, die Entdeckung von Pflanzenschutzmitteln und deren Entwicklung als kostengünstige, praktische und umweltfreundliche Biopestizide voranzutreiben.
Die für diese Studie generierten Datensätze und die daraus resultierenden Analysen sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.Am Ende der Studie waren alle in der Studie verwendeten Materialien (Insekten und Samenmehl) vernichtet.


Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. Juli 2024