Að á áhrifaríkan háttstjórna moskítóflugumog draga úr tíðni sjúkdóma sem þeir bera með sér, þarf að finna stefnumótandi, sjálfbæra og umhverfisvæna valkosti í stað efnafræðilegra skordýraeiturs. Við metum fræmjöl úr ákveðnum Brassicaceae (Brassica ættkvísl) sem uppsprettu ísóþíósýanata úr plöntum sem framleidd eru með ensímvatnsrofi líffræðilega óvirkra glúkósínólata til notkunar í baráttunni gegn egypskri Aedes (L., 1762). Fimmfituhreinsað fræmjöl (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 og Thlaspi arvense – þrjár megingerðir af varmaóvirkjun og ensímniðurbroti. Efnavörur: Til að ákvarða eituráhrif (LC50) allýlísóþíósýanats, bensýlísóþíósýanats og 4-hýdroxýbensýlísóþíósýanats á lirfur Aedes aegypti við 24 klukkustunda útsetningu = 0,04 g/120 ml dH2O). LC50 gildi fyrir sinnepsgul, hvítsinnepsgul og ruðningsrönd. Fræmjöl var 0,05, 0,08 og 0,05, talið í sömu röð, samanborið við allýlísóþíósýanat (LC50 = 19,35 ppm) og 4. Hýdroxýbensýlísóþíósýanat (LC50 = 55,41 ppm) var eitraðara fyrir lirfur 24 klukkustundum eftir meðhöndlun en 0,1 g/120 ml dH2O, talið í sömu röð. Þessar niðurstöður eru í samræmi við framleiðslu á lúpínufræmjöli. Meiri skilvirkni bensýl estera samsvarar útreiknuðum LC50 gildum. Notkun fræmjöls getur veitt áhrifaríka aðferð til að stjórna moskítóflugum. Virkni krossblómafrædufts og helstu efnafræðilegra þátta þess gegn moskítóflugulirfum og sýnir hvernig náttúruleg efnasambönd í krossblómafrædufti geta þjónað sem efnilegt umhverfisvænt lirfueyðandi efni til að stjórna moskítóflugum.
Sjúkdómar af völdum Aedes-mýflugna eru enn stórt alþjóðlegt lýðheilsuvandamál. Tíðni sjúkdóma sem berast með mýflugum dreifist landfræðilega1,2,3 og kemur aftur upp, sem leiðir til uppkomu alvarlegra sjúkdóma4,5,6,7. Útbreiðsla sjúkdóma meðal manna og dýra (t.d. chikungunya, dengue, Rift Valley hiti, gulu hiti og Zika-veira) er fordæmalaus. Dengue-hiti einn og sér setur um það bil 3,6 milljarða manna í hættu á smiti í hitabeltinu, þar sem áætlað er að 390 milljónir smita eigi sér stað árlega, sem leiðir til 6.100–24.300 dauðsfalla á ári8. Endurkoma og uppkoma Zika-veirunnar í Suður-Ameríku hefur vakið athygli um allan heim vegna heilaskaða sem hún veldur hjá börnum fæddum smituðum konum2. Kremer o.fl.3 spá því að landfræðilegt útbreiðslusvæði Aedes-mýflugna muni halda áfram að stækka og að árið 2050 muni helmingur jarðarbúa vera í hættu á smiti af moskítóbornum arboveirum.
Fyrir utan nýlega þróuð bóluefni gegn dengveiki og gulu, hafa bóluefni gegn flestum sjúkdómum sem berast með moskítóflugum ekki enn verið þróuð9,10,11. Bóluefni eru enn fáanleg í takmörkuðu magni og eru aðeins notuð í klínískum rannsóknum. Að stjórna moskítóflugum með tilbúnum skordýraeitri hefur verið lykilatriði til að stjórna útbreiðslu sjúkdóma sem berast með moskítóflugum12,13. Þó að tilbúin skordýraeitur séu áhrifarík við að drepa moskítóflugur, hefur áframhaldandi notkun tilbúinna skordýraeiturs neikvæð áhrif á lífverur utan markhóps og mengar umhverfið14,15,16. Enn ógnvænlegra er sú þróun að auka ónæmi moskítóflugna fyrir efnafræðilegum skordýraeitri17,18,19. Þessi vandamál sem tengjast skordýraeitri hafa hraðað leit að árangursríkum og umhverfisvænum valkostum til að stjórna sjúkdómsflutningum.
Ýmsar plöntur hafa verið þróaðar sem uppspretta plöntuvarnarefna til meindýraeyðingar20,21. Plöntuefni eru almennt umhverfisvæn þar sem þau eru lífbrjótanleg og hafa lítil eða hverfandi eituráhrif á lífverur utan markhóps eins og spendýr, fiska og froskdýr20,22. Jurtablöndur eru þekktar fyrir að framleiða fjölbreytt lífvirk efnasambönd með mismunandi verkunarháttum til að stjórna á áhrifaríkan hátt mismunandi lífsstigum moskítóflugna23,24,25,26. Plöntuafleidd efnasambönd eins og ilmkjarnaolíur og önnur virk plöntuefni hafa vakið athygli og ruddi brautina fyrir nýstárlegar aðferðir til að stjórna moskítóflugusmiturum. Ilmkjarnaolíur, mónóterpen og seskvíterpen virka sem fráhrindandi efni, fæðuhindrandi efni og eggjaeyðir27,28,29,30,31,32,33. Margar jurtaolíur valda dauða moskítóflugulirfa, púpa og fullorðinna moskítóflugna34,35,36 og hafa áhrif á tauga-, öndunar-, innkirtla- og önnur mikilvæg kerfi skordýra37.
Nýlegar rannsóknir hafa veitt innsýn í mögulega notkun sinnepsplantna og fræja þeirra sem uppsprettu lífvirkra efnasambanda. Sinnepsfræmjöl hefur verið prófað sem lífrænt slokknunarefni38,39,40,41 og notað sem jarðvegsbætiefni til að bæla niður illgresi42,43,44 og stjórna jarðvegsbornum plöntusjúkdómsvaldandi örverum45,46,47,48,49,50, næringu plantna, þráðormum41,51, 52, 53, 54 og meindýrum55, 56, 57, 58, 59, 60. Sveppaeyðandi virkni þessa frædufts er rakin til plantnaverndandi efnasambanda sem kallast ísóþíósýanöt38,42,60. Í plöntum eru þessi verndandi efnasambönd geymd í plöntufrumum í formi ólífvirkra glúkósínólata. Hins vegar, þegar plöntur skemmast af skordýraát eða sýkingu sýkla, eru glúkósínólöt vatnsrofin af mýrósínasa í lífvirk ísóþíósýanöt55,61. Ísóþíósýanöt eru rokgjörn efnasambönd sem vitað er að hafa breiðvirk örverueyðandi og skordýraeitursvirkni og uppbygging þeirra, líffræðileg virkni og innihald er mjög mismunandi eftir Brassicaceae tegundum42,59,62,63.
Þó að vitað sé að ísóþíósýanöt unnin úr sinnepsfræmjöli hafa skordýraeiturvirkni, vantar upplýsingar um líffræðilega virkni gegn læknisfræðilega mikilvægum liðdýraflutningsaðilum. Rannsókn okkar skoðaði lirfueyðandi virkni fjögurra fituhreinsaðra frædufts gegn Aedes moskítóflugum. Lirfur Aedes aegypti. Markmið rannsóknarinnar var að meta möguleika á notkun þeirra sem umhverfisvæn lífræn skordýraeitur til að stjórna moskítóflugum. Þrjú helstu efnafræðileg efni í fræmjölinu, allýlísóþíósýanat (AITC), bensýlísóþíósýanat (BITC) og 4-hýdroxýbensýlísóþíósýanat (4-HBITC), voru einnig prófuð til að prófa líffræðilega virkni þessara efnafræðilegu efnisþátta á moskítóflugulirfur. Þetta er fyrsta skýrslan sem metur virkni fjögurra kálfrædufts og helstu efnafræðilegu efnisþátta þeirra gegn moskítóflugulirfum.
Rannsóknarstofubúrum af Aedes aegypti (Rockefeller stofni) var haldið við 26°C, 70% rakastig (RH) og 10:14 klst. (L:D ljóstími). Pöruðum kvendýrum var komið fyrir í plastbúrum (hæð 11 cm og þvermál 9,5 cm) og fóðrað með flöskufóðrunarkerfi með sítruðu nautgripablóði (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, Bandaríkjunum). Blóðgjöf fór fram eins og venjulega með himnu-fjölglerfóðrara (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, Bandaríkjunum) tengdum við vatnsbaðsrör í hringrás (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, Bandaríkjunum) með hitastýringu á 37°C. Teygðu filmu af Parafilm M á botn hvers glerfóðrunarhólfs (flatarmál 154 mm2). Hver fóðrari var síðan settur á efsta grindina sem hylur búrið sem innihélt pörunarkvendýrið. Um það bil 350–400 μl af nautgripablóði voru sett í glerfóðurtrekt með Pasteur-pípettu (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, Bandaríkjunum) og fullorðnu ormunum var látt renna af í að minnsta kosti eina klukkustund. Þunguðum kvendýrum var síðan gefin 10% súkrósalausn og þeim leyft að verpa eggjum á rökum síupappír sem var fóðraður í einstökum, ultra-glærum súfflé-bollum (stærð 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, Bandaríkjunum). Setjið síupappírinn með eggjunum í lokaðan poka (SC Johnsons, Racine, WI) og geymið við 26°C. Eggin klekjust út og um það bil 200–250 lirfur voru alaðar upp í plastbökkum sem innihéldu blöndu af kanínufóðri (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, Bandaríkjunum) og lifrardufti (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, Bandaríkjunum) og fiskflökum (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Þýskalandi) í hlutfallinu 2:1:1. Lirfur seint á þriðja stigi voru notaðar í lífprófunum okkar.
Fræefni sem notað var í þessari rannsókn var fengið frá eftirfarandi viðskipta- og ríkisstofnunum: Brassica juncea (brúnt sinnep-Pacific Gold) og Brassica juncea (hvítt sinnep-Ida Gold) frá Pacific Northwest Farmers' Cooperative í Washington-fylki í Bandaríkjunum; (Garden Cress) frá Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, Illinois, Bandaríkjunum og Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) frá USDA-ARS, Peoria, Illinois, Bandaríkjunum; Engin fræjanna sem notuð voru í rannsókninni voru meðhöndluð með skordýraeitri. Allt fræefni var unnið og notað í þessari rannsókn í samræmi við gildandi reglugerðir á staðnum og í samræmi við allar viðeigandi reglugerðir á staðnum, ríkis og landsvísu. Þessi rannsókn skoðaði ekki erfðabreyttar plöntuafbrigði.
Fræ af Brassica juncea (PG), lúpínu (Ls), hvítum sinnepsfræjum (IG) og Thlaspi arvense (DFP) voru maluð í fínt duft með Retsch ZM200 öfgamiðflóttavél (Retsch, Haan, Þýskalandi) sem var búin 0,75 mm möskva og ryðfríu stáli snúningshluta, 12 tönnum, 10.000 snúninga á mínútu (Tafla 1). Malaða fræduftið var flutt í pappírshylki og fituhreinsað með hexani í Soxhlet tæki í 24 klst. Sýni af fituhreinsuðu akursinnepi var hitameðhöndlað við 100°C í 1 klst. til að denatúrera mýrósínasa og koma í veg fyrir vatnsrof glúkósínólata til að mynda líffræðilega virk ísóþíósýanöt. Hitameðhöndlað horsetail fræduft (DFP-HT) var notað sem neikvæð samanburður með denatúreringu mýrósínasa.
Glúkósínólatinnihald í fituhreinsuðu fræmjöli var ákvarðað í þríriti með háafköstum vökvaskiljun (HPLC) samkvæmt áður birtri aðferð 64. Í stuttu máli var 3 ml af metanóli bætt við 250 mg sýni af fituhreinsuðu frædufti. Hvert sýni var hljóðbeitt í vatnsbaði í 30 mínútur og látið standa í myrkri við 23°C í 16 klukkustundir. 1 ml skammtur af lífræna laginu var síðan síaður í gegnum 0,45 μm síu og inn í sjálfvirkan sýnatökubúnað. Glúkósínólatinnihald fræmjöls var ákvarðað í þríriti með því að nota Shimadzu LC Solution hugbúnaðarútgáfu 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, Bandaríkin). Súlan var C18 Inertsil öfugfasa súla (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, Bandaríkin). Upphafleg skilyrði fyrir hreyfanlega fasa voru stillt á 12% metanól/88% 0,01 M tetrabútýlammóníumhýdroxíð í vatni (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, Bandaríkin) með rennslishraða 1 ml/mín. Eftir inndælingu á 15 μl af sýni voru upphafsskilyrðin viðhaldið í 20 mínútur og síðan var leysiefnahlutfallið stillt á 100% metanól, með heildargreiningartíma sýnisins upp á 65 mínútur. Staðalkúrfa (byggð á nM/mAb) var búin til með raðþynningum af nýgerðum sinapíni, glúkósínólati og mýrósín stöðlum (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, Bandaríkin) til að meta brennisteinsinnihald fituhreinsaðs fræmjöls, glúkósínólata. Glúkósínólatþéttni í sýnunum var prófuð á Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, Kaliforníu, Bandaríkjunum) með því að nota OpenLAB CDS ChemStation útgáfuna (C.01.07 SR2 [255]) sem var búin sömu súlu og með aðferð sem áður hefur verið lýst. Glúkósínólatþéttni var ákvörðuð; vera sambærileg milli HPLC kerfa.
Allýlísóþíósýanat (94%, stöðugt) og bensýlísóþíósýanat (98%) voru keypt frá Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, Bandaríkjunum). 4-hýdroxýbensýlísóþíósýanat var keypt frá ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, Bandaríkjunum). Þegar glúkósínólöt, glúkósínólöt og glúkósínólöt eru vatnsrofið með ensími af myrosínasa mynda þau allýlísóþíósýanat, bensýlísóþíósýanat og 4-hýdroxýbensýlísóþíósýanat, talið í sömu röð.
Líffræðilegar prófanir á rannsóknarstofum voru framkvæmdar samkvæmt aðferð Muturi o.fl. 32 með breytingum. Fimm fitulitlar fræfóðurtegundir voru notaðar í rannsókninni: DFP, DFP-HT, IG, PG og Ls. Tuttugu lirfur voru settar í 400 ml einnota þriggja vega bikarglas (VWR International, LLC, Radnor, PA, Bandaríkin) sem innihélt 120 ml afjónað vatn (dH2O). Sjö styrkleikar fræmjöls voru prófaðir fyrir eituráhrif á moskítóflugulirfur: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 og 0,12 g fræmjöl/120 ml dH2O fyrir DFP fræmjöl, DFP-HT, IG og PG. Forprófanir benda til þess að fitulítið Ls fræmjöl sé eitrara en fjögur önnur fræmjöl sem prófuð voru. Þess vegna aðlöguðum við sjö meðferðarstyrkleika Ls fræmjöls í eftirfarandi styrkleika: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 og 0,075 g/120 ml dH2O.
Ómeðhöndlaður samanburðarhópur (dH20, ekkert fræmjölsbætiefni) var notaður til að meta eðlilega skordýradánartíðni við prófunarskilyrði. Eiturefnafræðilegar lífprófanir fyrir hvert fræmjöl innihéldu þrjár endurteknar þriggja halla bikara (20 lirfur seint á þriðja stigi í hverju bikara), samtals 108 hettuglös. Meðhöndluðu ílátin voru geymd við stofuhita (20-21°C) og lirfudauði var skráður á 24 og 72 klukkustundum af samfelldri útsetningu fyrir meðferðarstyrk. Ef líkami og útlimir moskítóflugunnar hreyfast ekki þegar þær eru stungnar eða snert með þunnri spaða úr ryðfríu stáli, eru moskítóflugulirfurnar taldar dauðar. Dauðar lirfur eru venjulega hreyfingarlausar í bak- eða kviðarstöðu á botni ílátsins eða á yfirborði vatnsins. Tilraunin var endurtekin þrisvar sinnum á mismunandi dögum með mismunandi hópum lirfa, samtals 180 lirfur sem voru útsettar fyrir hverjum meðferðarstyrk.
Eituráhrif AITC, BITC og 4-HBITC á moskítóflugulirfur voru metin með sömu lífprófunaraðferð en með mismunandi meðferðum. Útbúið 100.000 ppm stofnlausnir fyrir hvert efni með því að bæta 100 µL af efninu út í 900 µL af hreinu etanóli í 2 ml skilvinduglasi og hrista í 30 sekúndur til að blanda vel saman. Meðferðarstyrkur var ákvarðaður út frá bráðabirgða lífprófunum okkar, sem komust að því að BITC var mun eitraðara en AITC og 4-HBITC. Til að ákvarða eituráhrif voru notaðir 5 styrkir af BITC (1, 3, 6, 9 og 12 ppm), 7 styrkir af AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 og 35 ppm) og 6 styrkir af 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 og 35 ppm). Í samanburðarmeðferðinni voru sprautaðir 108 μL af hreinu etanóli, sem jafngildir hámarksrúmmáli efnameðferðarinnar. Líffræðilegar prófanir voru endurteknar eins og að ofan, þar sem alls 180 lirfur voru útsettar fyrir hvern styrk meðferðarinnar. Lirfudauði var skráður fyrir hvern styrk AITC, BITC og 4-HBITC eftir 24 klst. samfellda útsetningu.
Líkindagreining á 65 skammtatengdum dánartíðnigögnum var framkvæmd með Polo hugbúnaði (Polo Plus, LeOra Software, útgáfa 1.0) til að reikna út 50% banvænan styrk (LC50), 90% banvænan styrk (LC90), hallatölu, banvænan skammtastuðul og 95% banvænan styrk. Byggt á öryggisbilum fyrir banvænan skammtahlutföll fyrir lógaritmabreytta styrk og skammta-dánartíðniferla. Dánartíðnigögn eru byggð á sameinuðum endurteknum gögnum frá 180 lirfum sem voru útsettar fyrir hverjum meðferðarstyrk. Líkindagreiningar voru framkvæmdar sérstaklega fyrir hvert fræmjöl og hvert efnaþátt. Byggt á 95% öryggisbili banvæna skammtahlutfallsins var eituráhrif fræmjöls og efnaþátta á moskítóflugulirfur talin vera marktækt mismunandi, þannig að öryggisbil sem innihélt gildið 1 var ekki marktækt mismunandi, P = 0,0566.
Niðurstöður HPLC-greiningar fyrir ákvörðun helstu glúkósínólata í fituhreinsuðu fræmjöli DFP, IG, PG og Ls eru taldar upp í töflu 1. Helstu glúkósínólötin í prófuðum fræmjölum voru mismunandi fyrir utan DFP og PG, sem bæði innihéldu mýrósínasa glúkósínólöt. Mýrósíníninnihald í PG var hærra en í DFP, 33,3 ± 1,5 og 26,5 ± 0,9 mg/g, talið í sömu röð. Ls fræduft innihélt 36,6 ± 1,2 mg/g glúkóglýkón, en IG fræduft innihélt 38,0 ± 0,5 mg/g sinapín.
Lirfur moskítóflugna af tegundinni Ae. Aedes aegypti voru drepnar þegar þær voru meðhöndlaðar með fituhreinsuðu fræmjöli, þó að virkni meðferðarinnar hafi verið mismunandi eftir plöntutegundum. Aðeins DFP-NT var ekki eitrað fyrir moskítóflugulirfur eftir 24 og 72 klst. útsetningu (Tafla 2). Eituráhrif virka fræduftsins jukust með aukinni styrk (Mynd 1A, B). Eituráhrif fræmjöls á moskítóflugulirfur voru marktækt mismunandi miðað við 95% öryggisbil banvæns skammtshlutfalls LC50 gilda við 24 klst. og 72 klst. mat (Tafla 3). Eftir 24 klst. voru eituráhrif Ls fræmjöls meiri en annarra fræmjölsmeðferða, með mesta virkni og hámarkseituráhrifum á lirfur (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O). Lirfurnar voru minna næmar fyrir DFP eftir 24 klukkustundir samanborið við meðferðir með IG, Ls og PG frædufti, með LC50 gildi upp á 0,115, 0,04 og 0,08 g/120 ml dH2O, talið í sömu röð, sem var tölfræðilega hærra en LC50 gildið 0,211 g/120 ml dH2O (Tafla 3). LC90 gildi DFP, IG, PG og Ls voru 0,376, 0,275, 0,137 og 0,074 g/120 ml dH2O, talið í sömu röð (Tafla 2). Hæsti styrkur DPP var 0,12 g/120 ml dH2O. Eftir 24 klukkustunda mat var meðal dánartíðni lirfanna aðeins 12%, en meðal dánartíðni IG og PG lirfa náði 51% og 82%, talið í sömu röð. Eftir 24 klukkustunda mat var meðal dánartíðni lirfa við meðferð með hæsta styrk Ls-fræmjöls (0,075 g/120 ml dH2O) 99% (Mynd 1A).
Dánartíðniferlar voru áætlaðir út frá skammtasvörun (Probit) Ae. Egyptian lirfa (lirfur í þriðja stigi) við þéttni fræmjöls 24 klukkustundum (A) og 72 klukkustundum (B) eftir meðferð. Punktalínan táknar LC50 fræmjölsmeðferðarinnar. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Hitaóvirkjaður Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Kyrrahafsgull), Ls Lepidium sativum.
Við 72 klukkustunda mat voru LC50 gildi DFP, IG og PG fræmjöls 0,111, 0,085 og 0,051 g/120 ml dH2O, talið í sömu röð. Næstum allar lirfur sem voru útsettar fyrir Ls fræmjöli dóu eftir 72 klukkustunda útsetningu, þannig að dánartíðnigögn voru ekki í samræmi við Probit greininguna. Í samanburði við annað fræmjöl voru lirfur minna næmar fyrir DFP fræmjölsmeðferð og höfðu tölfræðilega hærri LC50 gildi (Tafla 2 og 3). Eftir 72 klukkustundir voru LC50 gildi fyrir DFP, IG og PG fræmjölsmeðferð áætluð 0,111, 0,085 og 0,05 g/120 ml dH2O, talið í sömu röð. Eftir 72 klukkustunda mat voru LC90 gildi DFP, IG og PG frædufts 0,215, 0,254 og 0,138 g/120 ml dH2O, talið í sömu röð. Eftir 72 klukkustunda mat var meðal dánartíðni lirfa við meðferðir með DFP, IG og PG fræmjöli við hámarksstyrk 0,12 g/120 ml dH2O 58%, 66% og 96%, talið í sömu röð (Mynd 1B). Eftir 72 klukkustunda mat kom í ljós að PG fræmjöl var eitrara en IG og DFP fræmjöl.
Tilbúin ísóþíósýanöt, allýl ísóþíósýanat (AITC), bensýl ísóþíósýanat (BITC) og 4-hýdroxýbensýl ísóþíósýanat (4-HBITC) geta drepið moskítóflugulirfur á áhrifaríkan hátt. 24 klukkustundum eftir meðferð var BITC eitraðara fyrir lirfur með LC50 gildi upp á 5,29 ppm samanborið við 19,35 ppm fyrir AITC og 55,41 ppm fyrir 4-HBITC (Tafla 4). Í samanburði við AITC og BITC hefur 4-HBITC lægri eituráhrif og hærra LC50 gildi. Marktækur munur er á eituráhrifum tveggja helstu ísóþíósýanata (Ls og PG) á moskítóflugulirfur í öflugasta fræmjölinu. Eituráhrif byggð á banvænum skammtahlutfalli LC50 gilda milli AITC, BITC og 4-HBITC sýndu tölfræðilegan mun þannig að 95% öryggisbil LC50 banvæna skammtahlutfallsins innihélt ekki gildið 1 (P = 0,05, Tafla 4). Áætlað var að hæsta styrkur bæði BITC og AITC hefði drepið 100% af lirfunum sem prófaðar voru (Mynd 2).
Dánartíðniferlar voru áætlaðir út frá skammtasvörun (Probit) Ae. 24 klukkustundum eftir meðferð náðu egypskar lirfur (lirfur í þriðja stigi) styrk tilbúins ísóþíósýanats. Punktalínan táknar LC50 fyrir meðferð með ísóþíósýanati. Bensýl ísóþíósýanat BITC, allýl ísóþíósýanat AITC og 4-HBITC.
Notkun lífrænna skordýraeiturs í plöntum sem varnarefni gegn moskítóflugum hefur lengi verið rannsökuð. Margar plöntur framleiða náttúruleg efni sem hafa skordýraeituráhrif37. Lífvirk efnasambönd þeirra eru aðlaðandi valkostur við tilbúin skordýraeitur með mikla möguleika í að stjórna meindýrum, þar á meðal moskítóflugum.
Sinnepsplöntur eru ræktaðar sem uppskera fyrir fræin sín, notaðar sem krydd og sem olíugjafi. Þegar sinnepsolía er unnin úr fræjunum eða þegar sinnep er unnið til notkunar sem lífeldsneyti, 69 er aukaafurðin fituhreinsað fræmjöl. Þetta fræmjöl heldur mörgum af náttúrulegum lífefnafræðilegum þáttum sínum og vatnsrofandi ensímum. Eituráhrif þessa fræmjöls eru rakin til framleiðslu á ísóþíósýanötum 55,60,61. Ísóþíósýanöt myndast við vatnsrof glúkósínólata af ensíminu mýrósínasa við vökvun fræmjöls 38,55,70 og eru þekkt fyrir að hafa sveppadrepandi, bakteríudrepandi, nematísk og skordýraeituráhrif, sem og aðra eiginleika þar á meðal efnafræðileg skynjunaráhrif og krabbameinslyfjameðferð 61,62,70. Nokkrar rannsóknir hafa sýnt að sinnepsplöntur og fræmjöl virka áhrifaríkt sem reykingaefni gegn jarðvegi og meindýrum í geymdum matvælum 57,59,71,72. Í þessari rannsókn mátum við eituráhrif fjögurra fræja mjöls og þriggja lífvirkra efna þess, AITC, BITC og 4-HBITC, á moskítóflugulirfur af ættkvíslinni Aedes. Aedes aegypti. Búist er við að með því að bæta fræmjöli beint út í vatn sem inniheldur moskítóflugulirfur virkjast ensímferli sem framleiða ísóþíósýanat sem eru eitruð fyrir moskítóflugulirfur. Þessi líffræðilega umbreyting var að hluta til sýnd fram á með lirfudrepandi virkni fræmjölsins og tapi á skordýraeitri þegar dvergsinnepskjötsmjöl var hitameðhöndlað fyrir notkun. Búist er við að hitameðhöndlun eyðileggi vatnsrofandi ensímin sem virkja glúkósínólöt og komi þannig í veg fyrir myndun lífvirkra ísóþíósýanata. Þetta er fyrsta rannsóknin sem staðfestir skordýraeitur eiginleika kálfrædufts gegn moskítóflugum í vatnsumhverfi.
Af þeim fræduftum sem prófaðar voru var vatnakarsafræduft (Ls) það eitraðasta og olli mikilli dánartíðni hjá Aedes albopictus. Lirfur Aedes aegypti voru unnar samfellt í 24 klukkustundir. Þrjár fræduftin sem eftir voru (PG, IG og DFP) höfðu hægari virkni og ollu samt sem áður verulegri dánartíðni eftir 72 klukkustunda samfellda meðhöndlun. Aðeins Ls fræmjöl innihélt verulegt magn af glúkósínólötum, en PG og DFP innihéldu mýrósínasa og IG innihélt glúkósínólat sem aðal glúkósínólatið (Tafla 1). Glúkótrópaeólin er vatnsrofið í BITC og sinalbín er vatnsrofið í 4-HBITC61,62. Niðurstöður okkar úr lífprófunum benda til þess að bæði Ls fræmjöl og tilbúið BITC séu mjög eitruð fyrir moskítóflugulirfur. Aðalþáttur PG og DFP fræmjöls er mýrósínasi glúkósínólat, sem er vatnsrofið í AITC. AITC er áhrifaríkt við að drepa moskítóflugulirfur með LC50 gildi upp á 19,35 ppm. Í samanburði við AITC og BITC er 4-HBITC ísóþíósýanat síst eitrað fyrir lirfur. Þótt AITC sé minna eitrað en BITC, eru LC50 gildi þess lægri en hjá mörgum ilmkjarnaolíum sem prófaðar hafa verið á moskítólirfum32,73,74,75.
Fræduft okkar úr krossblómum, sem notað er gegn moskítólirfum, inniheldur eitt aðal glúkósínólat, sem nemur yfir 98-99% af heildar glúkósínólötum eins og ákvarðað er með hágæðavökvaskiljun (HPLC). Snefilmagn af öðrum glúkósínólötum greindist, en magn þeirra var minna en 0,3% af heildar glúkósínólötum. Fræduft úr vatnakarsa (L. sativum) inniheldur afleidd glúkósínólat (sinigrín), en hlutfall þeirra er 1% af heildar glúkósínólötum og innihald þeirra er enn óverulegt (um 0,4 mg/g af frædufti). Þó að PG og DFP innihaldi sama aðal glúkósínólat (mýrósín), er lirfudrepandi virkni fræmjölsins verulega mismunandi vegna LC50 gilda þeirra. Eituráhrif á myglu eru mismunandi. Tilkoma Aedes aegypti lirfna getur stafað af mismunandi mýrósínasa virkni eða stöðugleika milli fræfóðurtegundanna tveggja. Virkni mýrósínasa gegnir mikilvægu hlutverki í aðgengi vatnsrofsafurða eins og ísóþíósýanata í plöntum af tegundinni Brassicaceae76. Fyrri skýrslur eftir Pocock o.fl.77 og Wilkinson o.fl.78 hafa sýnt að breytingar á virkni og stöðugleika mýrósínasa geta einnig tengst erfða- og umhverfisþáttum.
Væntanlegt innihald lífvirkra ísóþíósýanata var reiknað út frá LC50 gildum hvers fræmjöls eftir 24 og 72 klukkustundir (Tafla 5) til samanburðar við samsvarandi efnafræðilegar notkunaraðferðir. Eftir 24 klukkustundir voru ísóþíósýanötin í fræmjölinu eitruðari en hreinu efnasamböndin. LC50 gildi reiknuð út frá milljónarhlutum (ppm) af ísóþíósýanat fræmeðferðum voru lægri en LC50 gildi fyrir BITC, AITC og 4-HBITC notkun. Við sáum lirfur neyta fræmjöls í kögglum (Mynd 3A). Þar af leiðandi geta lirfur orðið fyrir meiri útsetningu fyrir eitruðum ísóþíósýanötum með því að neyta fræmjöls í kögglum. Þetta var hvað augljósast í IG og PG fræmjölsmeðferðunum við 24 klst. útsetningu, þar sem LC50 styrkur var 75% og 72% lægri en með hreinni AITC og 4-HBITC meðferð, talið í sömu röð. Ls og DFP meðferðir voru eitruðari en hreint ísóþíósýanat, með LC50 gildi 24% og 41% lægri, talið í sömu röð. Lirfurnar í samanburðarmeðferðinni púpuðust vel (Mynd 3B), en flestar lirfurnar í sáðmjölsmeðferðinni púpuðust ekki og þroski lirfanna seinkaði verulega (Mynd 3B, D). Í Spodopteralitura eru ísóþíósýanöt tengd vaxtarseinkun og þroskaseinkun79.
Lirfur moskítóflugna af tegundinni Aedes aegypti voru stöðugt útsettar fyrir Brassica frædufti í 24–72 klukkustundir. (A) Dauðar lirfur með ögnum af fræmjöli í munnhlutum (hringmerktar); (B) Viðmiðunarmeðferð (dH20 án viðbætts fræmjöls) sýnir að lirfur vaxa eðlilega og byrja að púpa sig eftir 72 klukkustundir. (C, D) Lirfur meðhöndlaðar með fræmjöli; fræmjölið sýndi mismunandi þroska og púpaði sig ekki.
Við höfum ekki rannsakað eituráhrif ísóþíósýanata á moskítóflugulirfur. Hins vegar hafa fyrri rannsóknir á rauðum eldmaurum (Solenopsis invicta) sýnt að hömlun á glútaþíón S-transferasa (GST) og esterasa (EST) er aðalvirkni ísóþíósýanats, og AITC, jafnvel við litla virkni, getur einnig hamlað virkni GST. Rauðir innfluttir eldmaurar í lágum styrk. Skammturinn er 0,5 µg/ml80. Aftur á móti hamlar AITC asetýlkólínesterasa í fullorðnum maíssníflum (Sitophilus zeamais)81. Svipaðar rannsóknir verða að vera gerðar til að skýra virkni ísóþíósýanats í moskítóflugulirfum.
Við notum hitaóvirkjaða DFP meðferð til að styðja þá tillögu að vatnsrof plantnaglúkósínólata til að mynda hvarfgjörn ísóþíósýanöt þjóni sem aðferð til að stjórna moskítóflugulirfum með sinnepsfræmjöli. DFP-HT fræmjöl var ekki eitrað við prófaða notkunarskammta. Lafarga o.fl. 82 greindu frá því að glúkósínólöt eru viðkvæm fyrir niðurbroti við hátt hitastig. Einnig er búist við að hitameðferð afnáttúri mýrósínasa ensímið í fræmjöli og komi í veg fyrir vatnsrof glúkósínólata til að mynda hvarfgjörn ísóþíósýanöt. Þetta var einnig staðfest af Okunade o.fl. 75 sem sýndu að mýrósínasi er hitanæmt, sem sýnir að mýrósínasa virkni var alveg óvirk þegar sinneps-, svartsinnep- og blóðrótarfræ voru útsett fyrir hitastigi yfir 80°C. Þessir aðferðir geta leitt til taps á skordýraeiturvirkni hitameðhöndlaðs DFP fræmjöls.
Þannig eru sinnepsfræmjöl og þrjú helstu ísóþíósýanöt þess eitruð fyrir moskítóflugulirfur. Í ljósi þessa munar á fræmjöli og efnameðferð gæti notkun fræmjöls verið áhrifarík aðferð til að stjórna moskítóflugum. Þörf er á að finna viðeigandi samsetningar og árangursrík afhendingarkerfi til að bæta virkni og stöðugleika notkunar frædufts. Niðurstöður okkar benda til mögulegrar notkunar sinnepsfræmjöls sem valkosts við tilbúin skordýraeitur. Þessi tækni gæti orðið nýstárlegt tæki til að stjórna moskítófluguflutningsaðilum. Þar sem moskítóflugulirfur dafna í vatnsumhverfi og glúkósínólöt úr fræmjöli umbreytast ensímfræðilega í virk ísóþíósýanöt við vökvun, býður notkun sinnepsfræmjöls í moskítóflugusmituðu vatni upp á verulega möguleika á stjórnun. Þó að lirfudrepandi virkni ísóþíósýanata sé mismunandi (BITC > AITC > 4-HBITC), þarf frekari rannsókna til að ákvarða hvort samsetning fræmjöls og margra glúkósínólata auki samverkandi eituráhrif. Þetta er fyrsta rannsóknin sem sýnir fram á skordýraeituráhrif fituhreinsaðs krossblómafræmjöls og þriggja lífvirkra ísóþíósýanata á moskítóflugur. Niðurstöður þessarar rannsóknar eru nýstárlegar með því að sýna fram á að fituhreinsað kálfræmjöl, aukaafurð olíuvinnslu úr fræjunum, gæti verið efnilegt lirfueyðandi efni til að halda moskítóflugum í skefjum. Þessar upplýsingar geta hjálpað til við að efla uppgötvun lífrænna varnarefna fyrir plöntur og þróun þeirra sem ódýrra, hagnýtra og umhverfisvænna lífrænna skordýraeiturs.
Gögnin sem voru búin til fyrir þessa rannsókn og greiningarnar sem af þeim verða eru fáanlegar frá viðkomandi höfundi ef óskað er eftir þeim. Að rannsókninni lokinni var öllu efni sem notað var í rannsókninni (skordýrum og fræmjöli) eytt.
Birtingartími: 29. júlí 2024