Каб эфектыўнабарацьба з камараміі знізіць распаўсюджанасць хвароб, якія яны пераносяць, неабходныя стратэгічныя, устойлівыя і экалагічна чыстыя альтэрнатывы хімічным пестыцыдам. Мы ацанілі насенны шрот з некаторых раслін сямейства Brassicaceae (сямейства Brassica) як крыніцу раслінных ізатыяцыянатаў, якія атрымліваюцца шляхам ферментатыўнага гідролізу біялагічна неактыўных глюказіналатаў, для выкарыстання ў барацьбе з егіпецкім Aedes (L., 1762). Пяціразовы абястлушчаны насенны шрот (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 і Thlaspi arvense - тры асноўныя тыпы тэрмічнай інактывацыі і ферментатыўнай дэградацыі. Хімічныя прадукты. Для вызначэння таксічнасці (LC50) алілізатыяцыяната, бензілізатыяцыяната і 4-гідраксібензілізатыяцыяната для лічынак Aedes aegypti пры 24-гадзіннай экспазіцыі = 0,04 г/120 мл dH2O). Значэнні LC50 для насеннай мукі гарчыцы, белай гарчыцы і хвашчу складалі 0,05, 0,08 і 0,05 адпаведна ў параўнанні з алілізатыяцыянатам (LC50 = 19,35 праміле) і 4,2-гідраксібензілізатыяцыянатам (LC50 = 55,41 праміле) і быў больш таксічны для лічынак праз 24 гадзіны пасля апрацоўкі, чым 0,1 г/120 мл dH2O адпаведна. Гэтыя вынікі адпавядаюць вытворчасці насеннай мукі люцэрны. Больш высокая эфектыўнасць бензілавых эфіраў адпавядае разліковым значэнням LC50. Выкарыстанне насеннай мукі можа забяспечыць эфектыўны метад барацьбы з камарамі. Гэта даследуе эфектыўнасць парашка насення крыжакветных і яго асноўных хімічных кампанентаў супраць лічынак камароў і паказвае, як натуральныя злучэнні ў парашку насення крыжакветных могуць служыць перспектыўным экалагічна чыстым ларвіцыдам для барацьбы з камарамі.
Трансмісіўныя захворванні, выкліканыя камарамі Aedes, застаюцца сур'ёзнай глабальнай праблемай грамадскага здароўя. Захворванні, якія пераносяцца камарамі, распаўсюджваюцца геаграфічна1,2,3 і зноў узнікаюць, што прыводзіць да ўспышак цяжкіх захворванняў4,5,6,7. Распаўсюджванне захворванняў сярод людзей і жывёл (напрыклад, чыкунгунья, денге, ліхаманкі даліны Рыфт, жоўтай ліхаманкі і віруса Зіка) беспрэцэдэнтнае. Толькі ліхаманка денге падвяргае рызыцы заражэння прыблізна 3,6 мільярда чалавек у тропіках, прычым штогод адбываецца каля 390 мільёнаў выпадкаў заражэння, што прыводзіць да 6 100–24 300 смерцяў у год8. Паўторнае з'яўленне і ўспышка віруса Зіка ў Паўднёвай Амерыцы прыцягнулі ўвагу ўсяго свету з-за пашкоджання мозгу, якое ён выклікае ў дзяцей, народжаных інфікаванымі жанчынамі2. Крэмер і інш.3 прагназуюць, што геаграфічны арэал камароў Aedes будзе працягваць пашырацца, і што да 2050 года палова насельніцтва свету будзе падвяргацца рызыцы заражэння арбавірусамі, якія пераносяцца камарамі.
За выключэннем нядаўна распрацаваных вакцын супраць ліхаманкі денге і жоўтай ліхаманкі, вакцыны супраць большасці хвароб, якія пераносяцца камарамі, яшчэ не распрацаваны9,10,11. Вакцыны ўсё яшчэ даступныя ў абмежаваных колькасцях і выкарыстоўваюцца толькі ў клінічных выпрабаваннях. Барацьба з камарамі-пераносчыкамі з выкарыстаннем сінтэтычных інсектыцыдаў з'яўляецца ключавой стратэгіяй кантролю распаўсюджвання хвароб, якія пераносяцца камарамі12,13. Нягледзячы на тое, што сінтэтычныя пестыцыды эфектыўныя ў знішчэнні камароў, далейшае выкарыстанне сінтэтычных пестыцыдаў негатыўна ўплывае на немэтавыя арганізмы і забруджвае навакольнае асяроддзе14,15,16. Яшчэ больш трывожнай з'яўляецца тэндэнцыя павышэння ўстойлівасці камароў да хімічных інсектыцыдаў17,18,19. Гэтыя праблемы, звязаныя з пестыцыдамі, паскорылі пошук эфектыўных і экалагічна чыстых альтэрнатыў для барацьбы з пераносчыкамі хвароб.
Розныя расліны былі распрацаваны ў якасці крыніц фітапестыцыдаў для барацьбы са шкоднікамі20,21. Раслінныя рэчывы, як правіла, экалагічна чыстыя, паколькі яны біяраскладальныя і маюць нізкую або нязначную таксічнасць для немэтавых арганізмаў, такіх як млекакормячыя, рыбы і амфібіі20,22. Вядома, што раслінныя прэпараты выпрацоўваюць розныя біялагічна актыўныя злучэнні з рознымі механізмамі дзеяння для эфектыўнага кантролю розных стадый жыцця камароў23,24,25,26. Злучэнні расліннага паходжання, такія як эфірныя алеі і іншыя актыўныя раслінныя інгрэдыенты, прыцягнулі ўвагу і праклалі шлях для інавацыйных інструментаў для барацьбы з камарамі-пераносчыкамі. Эфірныя алеі, монатэрпены і сесквітэрпены дзейнічаюць як рэпеленты, сродкі, якія адпужваюць кармленне, і авіцыды27,28,29,30,31,32,33. Многія раслінныя алеі выклікаюць гібель лічынак, лялячак і дарослых асобін камароў34,35,36, уплываючы на нервовую, дыхальную, эндакрынную і іншыя важныя сістэмы насякомых37.
Нядаўнія даследаванні далі ўяўленне аб патэнцыйным выкарыстанні гарчычных раслін і іх насення ў якасці крыніцы біялагічна актыўных злучэнняў. Гарчычны шрот быў пратэставаны ў якасці біяфуміганта38,39,40,41 і выкарыстоўваўся ў якасці глебавага ўгнаення для падаўлення пустазелля42,43,44 і кантролю глебавых раслінных патагенаў45,46,47,48,49,50, нематод 41,51, 52, 53, 54 і шкоднікаў 55, 56, 57, 58, 59, 60. Фунгіцыдная актыўнасць гэтых насенных парашкоў прыпісваецца ахоўным злучэнням для раслін, якія называюцца ізатыяцыянатамі38,42,60. У раслінах гэтыя ахоўныя злучэнні захоўваюцца ў раслінных клетках у выглядзе небіялагічна актыўных глюказіналатаў. Аднак, калі расліны пашкоджваюцца харчаваннем насякомымі або патагеннай інфекцыяй, глюказіналаты гідралізуюцца міразіназай у біялагічна актыўныя ізатыяцыянаты55,61. Ізатыяцыянаты — гэта лятучыя злучэнні, вядомыя сваім шырокім спектрам антымікробнага і інсектыцыднага дзеяння, і іх структура, біялагічная актыўнасць і змест значна адрозніваюцца ў розных відаў сямейства крыжакветных (Brassicaceae)42,59,62,63.
Нягледзячы на тое, што вядома, што ізатыяцыянаты, атрыманыя з гарчычнага насення, валодаюць інсектыцыднай актыўнасцю, дадзеных аб біялагічнай актыўнасці супраць медыцынскі важных пераносчыкаў членістаногіх недастаткова. У нашым даследаванні вывучалася ларвіцыдная актыўнасць чатырох абястлушчаных парашкоў насення супраць камароў Aedes. Лічынкі Aedes aegypti. Мэтай даследавання была ацэнка іх патэнцыйнага выкарыстання ў якасці экалагічна чыстых біяпестыцыдаў для барацьбы з камарамі. Тры асноўныя хімічныя кампаненты насеннага шроту, алілізатыяцыянат (AITC), бензілізатыяцыянат (BITC) і 4-гідраксібензілізатыяцыянат (4-HBITC), таксама былі пратэставаны для праверкі біялагічнай актыўнасці гэтых хімічных кампанентаў на лічынках камароў. Гэта першы даклад, у якім ацэньваецца эфектыўнасць чатырох парашкоў насення капусты і іх асноўных хімічных кампанентаў супраць лічынак камароў.
Лабараторныя калоніі Aedes aegypti (штам Rockefeller) падтрымліваліся пры тэмпературы 26°C, адноснай вільготнасці (RH) 70% і 10:14 гадзін (фотаперыяд L:D). Спараных самак размяшчалі ў пластыкавых клетках (вышыня 11 см і дыяметр 9,5 см) і кармілі праз сістэму кармлення з бутэлечкі цытратаванай бычынай крывёю (HemoStat Laboratories Inc., Дыксан, Каліфорнія, ЗША). Кармленне крывёю праводзілася як звычайна з выкарыстаннем мембраннай шматшкляной кармушкі (Chemglass, Life Sciences LLC, Вайнленд, Нью-Джэрсі, ЗША), падлучанай да цыркуляцыйнай вадзяной лазні (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Уолтэм, Масачусэтс, ЗША) з кантролем тэмпературы 37°C. На дно кожнай шкляной камеры для кармлення (плошча 154 мм2) нацягнулі плёнку Parafilm M. Затым кожную кармушка змяшчалі на верхнюю сетку, якая пакрывала клетку, дзе знаходзілася самка, якая спароўвалася. Прыкладна 350–400 мкл бычынай крыві дадавалі ў шкляную кармушку з дапамогай піпеткі Пастэра (Fisherbrand, Fisher Scientific, Уолтэм, Масачусэтс, ЗША) і дарослым чарвякам давалі сцякаць ваду не менш за адну гадзіну. Затым цяжарным самкам давалі 10% раствор цукрозы і давалі ім адкласці яйкі на вільготную фільтравальную паперу, выкладзеную ў асобныя ультрапразрыстыя кубкі для суфле (памерам 1,25 вадкіх унцый, Dart Container Corp., Мэйсан, Мічыган, ЗША). Затым напаўнялі клетку вадой. Змяшчалі фільтравальную паперу з яйкамі ў герметычны пакет (SC Johnsons, Расін, Вісконсін) і захоўвалі пры тэмпературы 26°C. Яйкі вылупіліся, і прыблізна 200–250 лічынак вырошчвалі ў пластыкавых латках, якія змяшчалі сумесь корму для трусоў (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Мішн, Канзас, ЗША) і парашка з печані (MP Biomedicals, LLC, Солон, Агая, ЗША) і рыбнага філе (TetraMin, Tetra GMPH, Меер, Германія) у суадносінах 2:1:1. У нашых біялагічных аналізах выкарыстоўваліся лічынкі позняга трэцяга ўзросту.
Насенны матэрыял раслін, выкарыстаны ў гэтым даследаванні, быў атрыманы з наступных камерцыйных і дзяржаўных крыніц: Brassica juncea (карычневая гарчыца - Pacific Gold) і Brassica juncea (белая гарчыца - Ida Gold) ад Pacific Northwest Farmers' Cooperative, штат Вашынгтон, ЗША; (садовы крэс) ад Kelly Seed and Hardware Co., Пеорыя, штат Ілінойс, ЗША і Thlaspi arvense (палявы крэс - Elisabeth) ад USDA-ARS, Пеорыя, штат Ілінойс, ЗША; ніводнае з насення, выкарыстанага ў даследаванні, не было апрацавана пестыцыдамі. Увесь насенны матэрыял быў апрацаваны і выкарыстаны ў гэтым даследаванні ў адпаведнасці з мясцовымі і нацыянальнымі правіламі і ў адпаведнасці з усімі адпаведнымі мясцовымі, дзяржаўнымі і нацыянальнымі правіламі. У гэтым даследаванні трансгенныя сарты раслін не вывучаліся.
Насенне Brassica juncea (PG), люцэрны (Ls), белай гарчыцы (IG) і Thlaspi arvense (DFP) здрабнялі ў дробны парашок з дапамогай ультрацэнтрабежнага млына Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Германія), абсталяванага ёмістасцю 0,75 мм і ротарам з нержавеючай сталі, 12 зубцамі, 10 000 абаротаў у хвіліну (табліца 1). Здробнены парашок насення пераносілі ў папяровы барабан і абястлушчвалі гексанам у апараце Сокслета на працягу 24 гадзін. Падрыхтоўчую пробу абястлушчанай палявой гарчыцы апрацоўвалі тэрмічнай апрацоўкай пры тэмпературы 100 °C на працягу 1 гадзіны для дэнатурацыі міразіназы і прадухілення гідролізу глюказіналатаў з утварэннем біялагічна актыўных ізатыяцыянатаў. У якасці адмоўнага кантролю шляхам дэнатурацыі міразіназы выкарыстоўвалі парашок з насення хвашчу палявога, які прайшоў тэрмічную апрацоўку (DFP-HT).
Змест глюказіналатаў у абястлушчаным насенным шроце вызначалі ў трох паўторах з дапамогай высокаэфектыўнай вадкаснай храматаграфіі (ВЭЖХ) у адпаведнасці з раней апублікаваным пратаколам 64. Карацей кажучы, да 250 мг узору абястлушчанага насення дадалі 3 мл метанолу. Кожны ўзор апрацоўвалі ультрагукам на вадзяной лазні на працягу 30 хвілін і пакідалі ў цемры пры тэмпературы 23°C на 16 гадзін. Затым 1 мл аліквоты арганічнага пласта фільтравалі праз фільтр 0,45 мкм у аўтасамплер. Змест глюказіналатаў у насенным шроце вызначалі ў трох паўторах з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння Shimadzu LC Solution версіі 1.25 (Shimadzu Corporation, Калумбія, штат Мэрыленд, ЗША). Калонка ўяўляла сабой калонку з адваротнай фазай C18 Inertsil (250 мм × 4,6 мм; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Торранс, Каліфорнія, ЗША). Пачатковыя ўмовы рухомай фазы былі ўстаноўлены на ўзроўні 12% метанолу/88% 0,01 М гідраксіду тэтрабутыламонію ў вадзе (TBAH; Sigma-Aldrich, Сэнт-Луіс, Місуры, ЗША) з хуткасцю патоку 1 мл/мін. Пасля ўвядзення 15 мкл узору пачатковыя ўмовы падтрымліваліся на працягу 20 хвілін, а затым суадносіны растваральнікаў даводзілі да 100% метанолу, з агульным часам аналізу ўзору 65 хвілін. Стандартная крывая (на аснове нМ/мАт) была пабудавана шляхам серыйных развядзенняў свежапрыгатаваных стандартаў сінапіну, глюказіналату і міразіну (Sigma-Aldrich, Сэнт-Луіс, Місуры, ЗША) для ацэнкі ўтрымання серы ў абястлушчаным насенным шроце глюказіналатаў. Канцэнтрацыі глюказіналатаў ва ўзорах былі правераны на ВЭЖХ Agilent 1100 (Agilent, Санта-Клара, Каліфорнія, ЗША) з выкарыстаннем OpenLAB CDS ChemStation версіі (C.01.07 SR2 [255]), абсталяванай той жа калонкай, і з выкарыстаннем раней апісанага метаду. Канцэнтрацыі глюказіналатаў былі вызначаны такім чынам, каб яны былі параўнальнымі паміж сістэмамі ВЭЖХ.
Алілізатыяцыянат (94%, стабільны) і бензілізатыяцыянат (98%) былі набыты ў Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Уолтэм, Масачусэтс, ЗША). 4-гідраксібензілізатыяцыянат быў набыты ў ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, Каліфорнія, ЗША). Пры ферментатыўным гідралізе міразіназай глюказіналаты, глюказіналаты і глюказіналаты ўтвараюць алілізатыяцыянат, бензілізатыяцыянат і 4-гідраксібензілізатыяцыянат адпаведна.
Лабараторныя біялагічныя аналізы былі праведзены ў адпаведнасці з метадам Мутуры і інш. 32 з мадыфікацыямі. У даследаванні выкарыстоўваліся пяць нізкатлустых насенных кармоў: DFP, DFP-HT, IG, PG і Ls. Дваццаць лічынак змясцілі ў аднаразовы троххадавы шклянку аб'ёмам 400 мл (VWR International, LLC, Раднор, Пенсільванія, ЗША), які змяшчаў 120 мл дэіянізаванай вады (dH2O). Сем канцэнтрацый насеннай мукі былі пратэставаны на таксічнасць для лічынак камароў: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 і 0,12 г насеннай мукі/120 мл dH2O для насеннай мукі DFP, DFP-HT, IG і PG. Папярэднія біялагічныя аналізы паказваюць, што абястлушчаная насенная мука Ls больш таксічная, чым чатыры іншыя пратэставаныя насенныя мукі. Такім чынам, мы скарэктавалі сем канцэнтрацый апрацоўкі насеннай мукі Ls да наступных канцэнтрацый: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 і 0,075 г/120 мл dH2O.
Для ацэнкі нармальнай смяротнасці насякомых ва ўмовах аналізу была ўключана неапрацаваная кантрольная група (dH20, без дадання насеннай мукі). Таксікалагічныя біялагічныя аналізы для кожнай насеннай мукі ўключалі тры паўторныя трохсхільныя мензуркі (20 лічынак позняга трэцяга ўзросту на мензурку), усяго 108 флаконаў. Апрацаваныя кантэйнеры захоўваліся пры пакаёвай тэмпературы (20-21°C), і смяротнасць лічынак рэгістравалася на працягу 24 і 72 гадзін бесперапыннага ўздзеяння апрацоўчых канцэнтрацый. Калі цела і прыдаткі камара не рухаюцца пры праколванні або дакрананні тонкім шпателем з нержавеючай сталі, лічынкі камара лічацца мёртвымі. Мёртвыя лічынкі звычайна застаюцца нерухомымі ў спінным або вентральным становішчы на дне кантэйнера або на паверхні вады. Эксперымент паўтаралі тры разы ў розныя дні з выкарыстаннем розных груп лічынак, усяго 180 лічынак, якія падвергліся ўздзеянню кожнай апрацоўчай канцэнтрацыі.
Таксічнасць AITC, BITC і 4-HBITC для лічынак камароў ацэньвалася з выкарыстаннем той жа працэдуры біялагічнага аналізу, але з рознымі апрацоўкамі. Прыгатуйце маткавыя растворы з канцэнтрацыяй 100 000 ppm для кожнага хімічнага рэчыва, дадаўшы 100 мкл хімічнага рэчыва да 900 мкл абсалютнага этанолу ў 2-мл цэнтрыфужную прабірку і страсянуўшы на працягу 30 секунд для стараннага змешвання. Канцэнтрацыі апрацоўкі былі вызначаны на аснове нашых папярэдніх біялагічных аналізаў, якія паказалі, што BITC значна больш таксічны, чым AITC і 4-HBITC. Для вызначэння таксічнасці выкарыстоўвалі 5 канцэнтрацый BITC (1, 3, 6, 9 і 12 ppm), 7 канцэнтрацый AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 і 35 ppm) і 6 канцэнтрацый 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 і 35 ppm (30, 45, 60, 75 і 90 ppm). Кантрольнай апрацоўцы ўводзілі 108 мкл абсалютнага этанолу, што эквівалентна максімальнаму аб'ёму хімічнай апрацоўкі. Біялагічныя аналізы паўтаралі, як апісана вышэй, падвяргаючы ўздзеянню ў агульнай складанасці 180 лічынак на кожную канцэнтрацыю апрацоўкі. Смяротнасць лічынак рэгістравалася для кожнай канцэнтрацыі AITC, BITC і 4-HBITC пасля 24 гадзін бесперапыннага ўздзеяння.
Прабіт-аналіз 65 дадзеных аб смяротнасці, звязаных з дозай, быў праведзены з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння Polo (Polo Plus, LeOra Software, версія 1.0) для разліку 50% смяротнай канцэнтрацыі (LC50), 90% смяротнай канцэнтрацыі (LC90), нахілу, каэфіцыента смяротнай дозы і 95% смяротнай канцэнтрацыі на аснове даверных інтэрвалаў для суадносін смяротных доз для лагарыфмічна пераўтвораных крывых канцэнтрацыі і доза-смяротнасць. Дадзеныя аб смяротнасці заснаваны на аб'яднаных паўторных дадзеных 180 лічынак, якія падвергліся ўздзеянню кожнай канцэнтрацыі апрацоўкі. Імавернасны аналіз праводзіўся асобна для кожнай насеннай мукі і кожнага хімічнага кампанента. Зыходзячы з 95% давернага інтэрвалу суадносін смяротных доз, таксічнасць насеннай мукі і хімічных кампанентаў для лічынак камароў лічылася значна адрознай, таму даверны інтэрвал, які змяшчае значэнне 1, не адрозніваўся значна, P = 0,0566.
Вынікі ВЭЖХ для вызначэння асноўных глюказіналатаў у абястлушчанай муцэ з насення DFP, IG, PG і Ls прыведзены ў табліцы 1. Асноўныя глюказіналаты ў праверанай муцэ з насення адрозніваліся, за выключэннем DFP і PG, якія абедзве ўтрымлівалі глюказіналаты міразіназы. Змест міразініну ў PG быў вышэйшы, чым у DFP, 33,3 ± 1,5 і 26,5 ± 0,9 мг/г адпаведна. Парашок насення Ls утрымліваў 36,6 ± 1,2 мг/г глюкаглікону, тады як парашок насення IG утрымліваў 38,0 ± 0,5 мг/г сінапіну.
Лічынкі камароў Ae. Aedes aegypti гінулі пры апрацоўцы абястлушчаным насенным парашком, хоць эфектыўнасць апрацоўкі адрознівалася ў залежнасці ад віду расліны. Толькі DFP-NT не быў таксічным для лічынак камароў пасля 24 і 72 гадзін уздзеяння (табліца 2). Таксічнасць актыўнага парашка насення павялічвалася з павелічэннем канцэнтрацыі (мал. 1A, B). Таксічнасць насеннага парашка для лічынак камароў значна адрознівалася ў залежнасці ад 95% ДІ суадносін смяротных доз значэнняў LC50 пры 24-гадзіннай і 72-гадзіннай ацэнках (табліца 3). Праз 24 гадзіны таксічны эфект насеннага парашка Ls быў большым, чым пры іншых апрацоўках насенным парашком, з найвышэйшай актыўнасцю і максімальнай таксічнасцю для лічынак (LC50 = 0,04 г/120 мл dH2O). Лічынкі былі менш адчувальныя да DFP праз 24 гадзіны ў параўнанні з апрацоўкай насення IG, Ls і PG, са значэннямі LC50 0,115, 0,04 і 0,08 г/120 мл dH2O адпаведна, якія былі статыстычна вышэйшымі за значэнне LC50 0,211 г/120 мл dH2O (табліца 3). Значэнні LC90 DFP, IG, PG і Ls склалі 0,376, 0,275, 0,137 і 0,074 г/120 мл dH2O адпаведна (табліца 2). Найвышэйшая канцэнтрацыя DPP складала 0,12 г/120 мл dH2O. Пасля 24 гадзін ацэнкі сярэдняя смяротнасць лічынак склала ўсяго 12%, у той час як сярэдняя смяротнасць лічынак IG і PG дасягнула 51% і 82% адпаведна. Пасля 24 гадзін ацэнкі сярэдняя смяротнасць лічынак пры апрацоўцы насеннай мукі Ls найвышэйшай канцэнтрацыяй (0,075 г/120 мл dH2O) склала 99% (мал. 1А).
Крывыя смяротнасці былі ацэнены па залежнасці ад дозы (Probit) лічынак Ae. Egyptian (лічынкі 3-га ўзросту) ад канцэнтрацыі насеннай мукі праз 24 гадзіны (A) і 72 гадзіны (B) пасля апрацоўкі. Пунктірная лінія азначае LC50 апрацоўкі насеннай мукой. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT інактываваны цяплом Thlaspi arvense, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Пры 72-гадзіннай ацэнцы значэнні LC50 насеннага шроту DFP, IG і PG склалі 0,111, 0,085 і 0,051 г/120 мл dH2O адпаведна. Амаль усе лічынкі, якія падвергліся ўздзеянню насеннага шроту Ls, загінулі пасля 72 гадзін уздзеяння, таму дадзеныя аб смяротнасці не адпавядалі аналізу Probit. У параўнанні з іншымі насеннымі шротамі, лічынкі былі менш адчувальныя да апрацоўкі насенным шротам DFP і мелі статыстычна вышэйшыя значэнні LC50 (табліцы 2 і 3). Праз 72 гадзіны значэнні LC50 для апрацоўкі насенным шротам DFP, IG і PG склалі 0,111, 0,085 і 0,05 г/120 мл dH2O адпаведна. Пасля 72 гадзін ацэнкі значэнні LC90 парашка насення DFP, IG і PG склалі 0,215, 0,254 і 0,138 г/120 мл dH2O адпаведна. Пасля 72 гадзін ацэнкі сярэдняя смяротнасць лічынак пры апрацоўцы насеннай мукі DFP, IG і PG пры максімальнай канцэнтрацыі 0,12 г/120 мл dH2O склала 58%, 66% і 96% адпаведна (мал. 1B). Пасля 72-гадзіннай ацэнкі было ўстаноўлена, што насенная мука PG больш таксічная, чым насенная мука IG і DFP.
Сінтэтычныя ізатыяцыянаты, алілізатыяцыянат (AITC), бензілізатыяцыянат (BITC) і 4-гідраксібензілізатыяцыянат (4-HBITC) могуць эфектыўна знішчаць лічынак камароў. Праз 24 гадзіны пасля апрацоўкі BITC быў больш таксічны для лічынак са значэннем LC50 5,29 ppm у параўнанні з 19,35 ppm для AITC і 55,41 ppm для 4-HBITC (табліца 4). У параўнанні з AITC і BITC, 4-HBITC мае меншую таксічнасць і больш высокае значэнне LC50. Існуюць значныя адрозненні ў таксічнасці для лічынак камароў двух асноўных ізатыяцыянатаў (Ls і PG) у найбольш магутнай насеннай муцы. Таксічнасць, заснаваная на суадносінах смяротных доз значэнняў LC50 паміж AITC, BITC і 4-HBITC, паказала статыстычную розніцу, такую што 95% ДІ суадносін смяротных доз LC50 не ўключаў значэнне 1 (P = 0,05, табліца 4). Паводле ацэнак, найвышэйшыя канцэнтрацыі як BITC, так і AITC знішчылі 100% правераных лічынак (малюнак 2).
Крывыя смяротнасці былі ацэнены па доза-рэакцыі (Probit) Ae. Праз 24 гадзіны пасля апрацоўкі егіпецкія лічынкі (лічынкі 3-га ўзросту) дасягнулі канцэнтрацыі сінтэтычнага ізатыяцыяната. Пункцірная лінія паказвае LC50 для апрацоўкі ізатыяцыянатам. Бензілізатыяцыянат BITC, алілізатыяцыянат AITC і 4-HBITC.
Выкарыстанне раслінных біяпестыцыдаў у якасці сродкаў барацьбы з камарамі-пераносчыкамі ўжо даўно вывучаецца. Многія расліны выпрацоўваюць натуральныя хімічныя рэчывы, якія валодаюць інсектыцыднай актыўнасцю37. Іх біяактыўныя злучэнні забяспечваюць прывабную альтэрнатыву сінтэтычным інсектыцыдам з вялікім патэнцыялам у барацьбе з шкоднікамі, у тым ліку з камарамі.
Гарчыцу вырошчваюць дзеля атрымання насення, выкарыстоўваюць у якасці спецый і крыніцы алею. Калі з насення здабываюць гарчычны алей або калі гарчыцу здабываюць для выкарыстання ў якасці біяпаліва, 69 пабочным прадуктам з'яўляецца абястлушчаная насенная мука. Гэтая насенная мука захоўвае многія са сваіх натуральных біяхімічных кампанентаў і гідралітычных ферментаў. Таксічнасць гэтай насеннай мукі тлумачыцца выпрацоўкай ізатыяцыянатаў 55, 60, 61. Ізатыяцыянаты ўтвараюцца ў выніку гідролізу глюказіналатаў ферментам міразіназай падчас гідратацыі насеннай мукі 38, 55, 70 і вядомыя сваімі фунгіцыднымі, бактэрыцыднымі, нематыцыднымі і інсектыцыднымі эфектамі, а таксама іншымі ўласцівасцямі, уключаючы хімічныя сэнсарныя эфекты і хіміятэрапеўтычныя ўласцівасці 61, 62, 70. Некалькі даследаванняў паказалі, што гарчыца і насенная мука эфектыўна дзейнічаюць як фуміганты супраць глебавых і харчовых шкоднікаў 57, 59, 71, 72. У гэтым даследаванні мы ацанілі таксічнасць чатырохзерневай мукі і трох яе біялагічна актыўных прадуктаў: AITC, BITC і 4-HBITC, для лічынак камароў Aedes. Aedes aegypti. Чакаецца, што даданне насення мукі непасрэдна ў ваду, якая змяшчае лічынкі камароў, актывуе ферментатыўныя працэсы, якія ўтвараюць ізатыяцыянаты, таксічныя для лічынак камароў. Гэтая біятрансфармацыя была часткова прадэманстравана назіранай ларвіцыднай актыўнасцю насення мукі і стратай інсектыцыднай актыўнасці, калі мука з насення карлікавай гарчыцы была тэрмічна апрацавана перад ужываннем. Чакаецца, што тэрмічная апрацоўка разбурыць гідралітычныя ферменты, якія актывуюць глюказіналаты, тым самым прадухіляючы ўтварэнне біялагічна актыўных ізатыяцыянатаў. Гэта першае даследаванне, якое пацвярджае інсектыцыдныя ўласцівасці парашка насення капусты супраць камароў у водным асяроддзі.
Сярод правераных насенных парашкоў найбольш таксічным быў парашок з насення кресс-салаты (Ls), які выклікаў высокую смяротнасць Aedes albopictus. Лічынкі Aedes aegypti апрацоўваліся бесперапынна на працягу 24 гадзін. Астатнія тры насення (PG, IG і DFP) праяўлялі больш павольную актыўнасць і ўсё яшчэ выклікалі значную смяротнасць пасля 72 гадзін бесперапыннай апрацоўкі. Толькі насенная мука Ls утрымлівала значную колькасць глюказіналатаў, у той час як PG і DFP утрымлівалі міразіназу, а IG утрымліваў глюказіналат у якасці асноўнага глюказіналату (табліца 1). Глюкатрапаэлін гідралізуецца да BITC, а сінальбін гідралізуецца да 4-HBITC61,62. Вынікі нашага біялагічнага аналізу паказваюць, што як насенная мука Ls, так і сінтэтычны BITC вельмі таксічныя для лічынак камароў. Асноўным кампанентам насеннай мукі PG і DFP з'яўляецца глюказіналат міразіназы, які гідралізуецца да AITC. AITC эфектыўны ў знішчэнні лічынак камароў са значэннем LC50 19,35 праміле. У параўнанні з AITC і BITC, ізатыяцыянат 4-HBITC найменш таксічны для лічынак. Нягледзячы на тое, што AITC менш таксічны, чым BITC, яго значэнні LC50 ніжэйшыя, чым у многіх эфірных алеяў, пратэставаных на лічынках камароў32,73,74,75.
Наш парашок з насення крыжакветных для барацьбы з лічынкамі камароў змяшчае адзін асноўны глюказіналат, які складае больш за 98-99% ад агульнай колькасці глюказіналатаў, вызначаных ВЭЖХ. Былі выяўлены слядовыя колькасці іншых глюказіналатаў, але іх узровень быў меншы за 0,3% ад агульнай колькасці глюказіналатаў. Парашок з насення кресс-салаты (L. sativum) змяшчае другасныя глюказіналаты (сінігрын), але іх доля складае 1% ад агульнай колькасці глюказіналатаў, і іх утрыманне ўсё яшчэ нязначнае (каля 0,4 мг/г парашка з насення). Нягледзячы на тое, што PG і DFP утрымліваюць адзін і той жа асноўны глюказіналат (міразін), ларвіцыдная актыўнасць іх насеннага шроту значна адрозніваецца з-за іх значэнняў LC50. Розніцца ў таксічнасці для сопкай расы. З'яўленне лічынак Aedes aegypti можа быць звязана з розніцай у актыўнасці міразіназы або стабільнасці паміж двума насеннымі кормамі. Актыўнасць міразіназы адыгрывае важную ролю ў біядаступнасці прадуктаў гідролізу, такіх як ізатыяцыянаты, у раслін сямейства крыжакветных76. Папярэднія даследаванні Покока і інш.77 і Уілкінсана і інш.78 паказалі, што змены актыўнасці і стабільнасці міразіназы таксама могуць быць звязаныя з генетычнымі і экалагічнымі фактарамі.
Чаканае ўтрыманне біялагічна актыўнага ізатыяцыяната было разлічана на аснове значэнняў LC50 кожнага насеннага шроту праз 24 і 72 гадзіны (табліца 5) для параўнання з адпаведнымі хімічнымі ўжываннямі. Праз 24 гадзіны ізатыяцыянаты ў насенным шроце былі больш таксічнымі, чым чыстыя злучэнні. Значэнні LC50, разлічаныя на аснове частак на мільён (ppm) апрацоўкі насення ізатыяцыянатам, былі ніжэйшымі за значэнні LC50 для апрацоўкі BITC, AITC і 4-HBITC. Мы назіралі, як лічынкі спажывалі гранулы насеннага шроту (малюнак 3A). Такім чынам, лічынкі могуць атрымліваць больш канцэнтраванае ўздзеянне таксічных ізатыяцыянатаў пры глытанні гранул насеннага шроту. Гэта было найбольш відавочна пры апрацоўцы насеннага шроту IG і PG пры 24-гадзінным уздзеянні, дзе канцэнтрацыі LC50 былі на 75% і 72% ніжэйшымі, чым пры апрацоўцы чыстым AITC і 4-HBITC адпаведна. Апрацоўкі Ls і DFP былі больш таксічнымі, чым чысты ізатыяцыянат, са значэннямі LC50 на 24% і 41% ніжэйшымі адпаведна. Лічынкі ў кантрольнай групе паспяхова акукляліся (мал. 3B), у той час як большасць лічынак у групе з насеннай мукой не акукляліся, і развіццё лічынак значна запаволілася (мал. 3B,D). У Spodopteralitura ізотыяцыянаты асацыююцца з затрымкай росту і развіцця79.
Лічынкі камароў Ae. Aedes aegypti бесперапынна падвяргаліся ўздзеянню парашка з насення Brassica на працягу 24–72 гадзін. (A) Мёртвыя лічынкі з часцінкамі насеннай мукі ў ротавым апарате (абведзены кружком); (B) Кантрольная апрацоўка (dH20 без дадання насеннай мукі) паказвае, што лічынкі растуць нармальна і пачынаюць акукляцца праз 72 гадзіны (C, D) Лічынкі, якія атрымлівалі насенную муку; насенная мука прадэманстравала адрозненні ў развіцці і не акукляліся.
Мы не вывучалі механізм таксічнага ўздзеяння ізатыяцыянатаў на лічынкі камароў. Аднак папярэднія даследаванні на чырвоных вогненных мурашках (Solenopsis invicta) паказалі, што інгібіраванне глутатыён-S-трансферазы (GST) і эстэразы (EST) з'яўляецца асноўным механізмам біялагічнай актыўнасці ізатыяцыянатаў, і AITC, нават пры нізкай актыўнасці, таксама можа інгібіраваць актыўнасць GST. чырвоныя імпартныя вогненныя мурашкі ў нізкіх канцэнтрацыях. Доза складае 0,5 мкг/мл80. Наадварот, AITC інгібіруе ацэтылхалінестэразу ў дарослых кукурузных шашолак (Sitophilus zeamais)81. Падобныя даследаванні неабходна правесці, каб высветліць механізм актыўнасці ізатыяцыянатаў у лічынак камароў.
Мы выкарыстоўваем апрацоўку DFP, інактываваную цяплом, каб падмацаваць меркаванне, што гідроліз раслінных глюказіналатаў з утварэннем рэактыўных ізатыяцыянатаў служыць механізмам барацьбы з лічынкамі камароў з дапамогай гарчычнага шроту. Насенны шрот DFP-HT не быў таксічным пры правераных нормах унясення. Лафарга і інш.82 паведамілі, што глюказіналаты адчувальныя да дэградацыі пры высокіх тэмпературах. Чакаецца таксама, што тэрмічная апрацоўка дэнатуруе фермент міразіназу ў насенным шроце і прадухіляе гідроліз глюказіналатаў з утварэннем рэактыўных ізатыяцыянатаў. Гэта таксама пацвердзілі Окунадэ і інш.75, якія паказалі, што міразіназа адчувальная да тэмпературы, паказваючы, што актыўнасць міразіназы цалкам інактывуецца, калі насенне гарчыцы, чорнай гарчыцы і лапчаткі падвяргалася ўздзеянню тэмператур вышэй за 80°C. Гэтыя механізмы могуць прывесці да страты інсектыцыднай актыўнасці тэрмічна апрацаванага насеннага шроту DFP.
Такім чынам, гарчычная мука і тры асноўныя ізатыяцыянаты, якія ўтрымліваюцца ў ёй, таксічныя для лічынак камароў. Улічваючы гэтыя адрозненні паміж насеннай мукой і хімічнай апрацоўкай, выкарыстанне насеннай мукі можа быць эфектыўным метадам барацьбы з камарамі. Існуе неабходнасць вызначыць прыдатныя прэпараты і эфектыўныя сістэмы дастаўкі для павышэння эфектыўнасці і стабільнасці выкарыстання парашка з насення. Нашы вынікі паказваюць на патэнцыйнае выкарыстанне гарчычнай мукі ў якасці альтэрнатывы сінтэтычным пестыцыдам. Гэтая тэхналогія можа стаць інавацыйным інструментам для барацьбы з камарамі-пераносчыкамі. Паколькі лічынкі камароў квітнеюць у водным асяроддзі, а глюказіналаты насеннай мукі ферментатыўна пераўтвараюцца ў актыўныя ізатыяцыянаты пры гідратацыі, выкарыстанне гарчычнай мукі ў вадзе, заражанай камарамі, мае значны патэнцыял кантролю. Нягледзячы на тое, што ларвіцыдная актыўнасць ізатыяцыянатаў вар'іруецца (BITC > AITC > 4-HBITC), неабходныя дадатковыя даследаванні, каб вызначыць, ці павялічвае спалучэнне насеннай мукі з некалькімі глюказіналатамі сінергічна таксічнасць. Гэта першае даследаванне, якое дэманструе інсектыцыдны эфект абястлушчанай насеннай мукі крыжакветных і трох біялагічна актыўных ізатыяцыянатаў на камароў. Вынікі гэтага даследавання адкрываюць новыя магчымасці, паказваючы, што абястлушчаны капустны шрот, пабочны прадукт экстракцыі алею з насення, можа служыць перспектыўным ларвіцыдным сродкам для барацьбы з камарамі. Гэтая інфармацыя можа дапамагчы ў далейшым адкрыцці сродкаў біякантролю раслін і іх распрацоўцы ў якасці танных, практычных і экалагічна чыстых біяпестыцыдаў.
Наборы дадзеных, створаныя для гэтага даследавання, і выніковыя аналізы даступныя ў адпаведнага аўтара па разумным запыце. Пасля заканчэння даследавання ўсе матэрыялы, выкарыстаныя ў даследаванні (насякомыя і насенная мука), былі знішчаны.
Час публікацыі: 29 ліпеня 2024 г.