Untuk berkesankawal nyamukdan mengurangkan kejadian penyakit yang dibawanya, alternatif yang strategik, mampan dan mesra alam kepada racun perosak kimia diperlukan. Kami menilai tepung biji benih daripada Brassicaceae (keluarga Brassica) tertentu sebagai sumber isotiosianat terbitan tumbuhan yang dihasilkan melalui hidrolisis enzimatik glukosinolat yang tidak aktif secara biologi untuk digunakan dalam kawalan Aedes Mesir (L., 1762). Tepung biji lima lemak (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 dan Thlaspi arvense – tiga jenis utama penyahaktifan haba dan degradasi enzimatik Produk kimia Untuk menentukan ketoksikan (LC50) alil isotiosianat, benzil isotiosianat dan 4-hidroksibenzilisotiosianat kepada larva Aedes aegypti pada pendedahan 24 jam = 0.04 g/120 ml dH2O). Nilai LC50 untuk sawi, sawi putih dan ekor kuda. Tepung biji benih masing-masing adalah 0.05, 0.08 dan 0.05 berbanding dengan alil isotiosianat (LC50 = 19.35 ppm) dan 4. -Hidroksibenzilisotiosianat (LC50 = 55.41 ppm) adalah lebih toksik kepada larva melalui 24 jam selepas rawatan berbanding 0.1 g/120 ml dH2O masing-masing. Keputusan ini selaras dengan penghasilan tepung biji benih alfalfa. Kecekapan ester benzil yang lebih tinggi sepadan dengan nilai LC50 yang dikira. Penggunaan tepung biji benih boleh memberikan kaedah kawalan nyamuk yang berkesan. keberkesanan serbuk biji benih krusiferus dan komponen kimia utamanya terhadap larva nyamuk dan menunjukkan bagaimana sebatian semula jadi dalam serbuk biji benih krusiferus boleh berfungsi sebagai larvisid mesra alam yang menjanjikan untuk kawalan nyamuk.
Penyakit bawaan vektor yang disebabkan oleh nyamuk Aedes kekal sebagai masalah kesihatan awam global yang utama. Insiden penyakit bawaan nyamuk merebak secara geografi1,2,3 dan muncul semula, yang membawa kepada wabak penyakit yang teruk4,5,6,7. Penyebaran penyakit dalam kalangan manusia dan haiwan (contohnya, chikungunya, denggi, demam Rift Valley, demam kuning dan virus Zika) tidak pernah berlaku sebelum ini. Demam denggi sahaja menyebabkan kira-kira 3.6 bilion orang berisiko dijangkiti di kawasan tropika, dengan anggaran 390 juta jangkitan berlaku setiap tahun, mengakibatkan 6,100–24,300 kematian setahun8. Kemunculan semula dan wabak virus Zika di Amerika Selatan telah menarik perhatian seluruh dunia disebabkan oleh kerosakan otak yang disebabkannya pada kanak-kanak yang dilahirkan oleh wanita yang dijangkiti2. Kremer et al 3 meramalkan bahawa julat geografi nyamuk Aedes akan terus berkembang dan menjelang 2050, separuh daripada populasi dunia akan berisiko dijangkiti oleh arbovirus bawaan nyamuk.
Kecuali vaksin denggi dan demam kuning yang baru dibangunkan, vaksin terhadap kebanyakan penyakit bawaan nyamuk masih belum dibangunkan9,10,11. Vaksin masih tersedia dalam kuantiti yang terhad dan hanya digunakan dalam ujian klinikal. Kawalan vektor nyamuk menggunakan racun serangga sintetik telah menjadi strategi utama untuk mengawal penyebaran penyakit bawaan nyamuk12,13. Walaupun racun perosak sintetik berkesan dalam membunuh nyamuk, penggunaan racun perosak sintetik yang berterusan memberi kesan negatif kepada organisma bukan sasaran dan mencemarkan alam sekitar14,15,16. Lebih membimbangkan ialah trend peningkatan rintangan nyamuk terhadap racun serangga kimia17,18,19. Masalah yang berkaitan dengan racun perosak ini telah mempercepatkan pencarian alternatif yang berkesan dan mesra alam untuk mengawal vektor penyakit.
Pelbagai tumbuhan telah dibangunkan sebagai sumber fitopestisid untuk kawalan perosak20,21. Bahan tumbuhan secara amnya mesra alam kerana ia boleh terbiodegradasi dan mempunyai ketoksikan yang rendah atau boleh diabaikan kepada organisma bukan sasaran seperti mamalia, ikan dan amfibia20,22. Persediaan herba diketahui menghasilkan pelbagai sebatian bioaktif dengan mekanisme tindakan yang berbeza untuk mengawal peringkat kehidupan nyamuk yang berbeza secara berkesan23,24,25,26. Sebatian yang berasal dari tumbuhan seperti minyak pati dan bahan tumbuhan aktif lain telah mendapat perhatian dan membuka jalan kepada alat inovatif untuk mengawal vektor nyamuk. Minyak pati, monoterpena dan seskuiterpena bertindak sebagai penghalau, pencegah makanan dan ovisida27,28,29,30,31,32,33. Banyak minyak sayuran menyebabkan kematian larva, pupa dan dewasa nyamuk34,35,36, yang menjejaskan sistem saraf, pernafasan, endokrin dan sistem serangga penting yang lain37.
Kajian terbaru telah memberikan pandangan tentang potensi penggunaan tumbuhan sawi dan bijinya sebagai sumber sebatian bioaktif. Tepung biji sawi telah diuji sebagai biofumigan38,39,40,41 dan digunakan sebagai pemansuhan tanah untuk penindasan rumpai42,43,44 dan kawalan patogen tumbuhan bawaan tanah45,46,47,48,49,50, pemakanan tumbuhan. nematod 41,51, 52, 53, 54 dan perosak 55, 56, 57, 58, 59, 60. Aktiviti fungisida serbuk biji ini dikaitkan dengan sebatian pelindung tumbuhan yang dipanggil isotiosianat38,42,60. Dalam tumbuhan, sebatian pelindung ini disimpan dalam sel tumbuhan dalam bentuk glukosinolat bukan bioaktif. Walau bagaimanapun, apabila tumbuhan rosak akibat makanan serangga atau jangkitan patogen, glukosinolat dihidrolisis oleh mirosinase menjadi isotiosianat bioaktif55,61. Isothiosianat ialah sebatian meruap yang diketahui mempunyai aktiviti antimikrob dan insektisida spektrum luas, dan struktur, aktiviti biologi dan kandungannya sangat berbeza antara spesies Brassicaceae42,59,62,63.
Walaupun isotiosianat yang berasal dari tepung biji sawi diketahui mempunyai aktiviti insektisida, data mengenai aktiviti biologi terhadap vektor artropod yang penting secara perubatan masih kurang. Kajian kami mengkaji aktiviti larvisida empat serbuk biji yang dinyahlemak terhadap nyamuk Aedes. Larva Aedes aegypti. Tujuan kajian ini adalah untuk menilai potensi penggunaannya sebagai biopestisid mesra alam untuk kawalan nyamuk. Tiga komponen kimia utama tepung biji, alil isotiosianat (AITC), benzil isotiosianat (BITC), dan 4-hidroksibenzilisotiosianat (4-HBITC) juga diuji untuk menguji aktiviti biologi komponen kimia ini pada larva nyamuk. Ini merupakan laporan pertama yang menilai keberkesanan empat serbuk biji kubis dan komponen kimia utamanya terhadap larva nyamuk.
Koloni makmal Aedes aegypti (strain Rockefeller) dikekalkan pada suhu 26°C, kelembapan relatif (RH) 70% dan 10:14 jam (fotokala L:D). Betina yang dikawinkan ditempatkan di dalam sangkar plastik (tinggi 11 cm dan diameter 9.5 cm) dan diberi makan melalui sistem pemberian botol menggunakan darah lembu sitrat (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA). Pemberian darah dijalankan seperti biasa menggunakan pengumpan berbilang kaca membran (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) yang disambungkan ke tiub mandi air yang beredar (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) dengan kawalan suhu 37 °C. Regangkan filem Parafilm M ke bahagian bawah setiap ruang pemberian kaca (luas 154 mm2). Setiap pengumpan kemudian diletakkan di atas grid atas yang menutupi sangkar yang mengandungi betina yang mengawan. Kira-kira 350–400 μl darah lembu telah ditambah ke dalam corong pengumpan kaca menggunakan pipet Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) dan cacing dewasa dibiarkan mengalir selama sekurang-kurangnya satu jam. Cacing betina yang bunting kemudiannya diberi larutan sukrosa 10% dan dibenarkan bertelur di atas kertas penapis lembap yang dialas dalam cawan soufflé ultra-jernih individu (saiz 1.25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA). sangkar dengan air. Letakkan kertas penapis yang mengandungi telur dalam beg tertutup (SC Johnsons, Racine, WI) dan simpan pada suhu 26°C. Telur-telur tersebut ditetaskan dan kira-kira 200–250 larva dibesarkan dalam dulang plastik yang mengandungi campuran makanan arnab (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) dan serbuk hati (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, USA). dan isi ikan (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Jerman) dalam nisbah 2:1:1. Larva instar ketiga lewat telah digunakan dalam ujian bio kami.
Bahan benih tumbuhan yang digunakan dalam kajian ini diperoleh daripada sumber komersial dan kerajaan berikut: Brassica juncea (mustard perang-Pacific Gold) dan Brassica juncea (mustard putih-Ida Gold) daripada Pacific Northwest Farmers' Co., Washington State, USA; (Garden Cress) daripada Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA dan Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) daripada USDA-ARS, Peoria, IL, USA; Tiada satu pun daripada benih yang digunakan dalam kajian ini dirawat dengan racun perosak. Semua bahan benih telah diproses dan digunakan dalam kajian ini mengikut peraturan tempatan dan kebangsaan serta mematuhi semua peraturan negeri dan kebangsaan tempatan yang berkaitan. Kajian ini tidak mengkaji varieti tumbuhan transgenik.
Biji Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), Sawi Putih (IG), Thlaspi arvense (DFP) dikisar menjadi serbuk halus menggunakan kilang ultraempar Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Jerman) yang dilengkapi dengan jaringan 0.75 mm dan rotor keluli tahan karat, 12 gigi, 10,000 rpm (Jadual 1). Serbuk biji yang dikisar dipindahkan ke bidal kertas dan dinyahlemak dengan heksana dalam radas Soxhlet selama 24 jam. Subsampel sawi ladang yang dinyahlemak dirawat haba pada suhu 100 °C selama 1 jam untuk mendenaturasi mirosinase dan mencegah hidrolisis glukosinolat untuk membentuk isotiosianat aktif secara biologi. Serbuk biji ekor kuda yang dirawat haba (DFP-HT) digunakan sebagai kawalan negatif dengan mendenaturasi mirosinase.
Kandungan glukosinolat tepung biji benih yang dinyahlemak telah ditentukan dalam tiga kali ganda menggunakan kromatografi cecair berprestasi tinggi (HPLC) mengikut protokol 64 yang diterbitkan sebelum ini. Secara ringkas, 3 mL metanol telah ditambah kepada sampel 250 mg serbuk biji benih yang dinyahlemak. Setiap sampel telah disonikasi dalam mandian air selama 30 minit dan dibiarkan dalam keadaan gelap pada suhu 23°C selama 16 jam. Sebanyak 1 mL alikuot lapisan organik kemudiannya ditapis melalui penapis 0.45 μm ke dalam autosampler. Dijalankan pada sistem Shimadzu HPLC (dua pam LC 20AD; autosampler SIL 20A; penyahgas DGU 20As; pengesan UV-VIS SPD-20A untuk pemantauan pada 237 nm; dan modul bas komunikasi CBM-20A), kandungan glukosinolat tepung biji benih telah ditentukan dalam tiga kali ganda. menggunakan perisian Shimadzu LC Solution versi 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA). Lajur tersebut ialah lajur fasa terbalik C18 Inertsil (250 mm × 4.6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA). Keadaan fasa mudah alih awal ditetapkan pada 12% metanol/88% 0.01 M tetrabutilamonium hidroksida dalam air (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) dengan kadar aliran 1 mL/min. Selepas suntikan 15 μl sampel, keadaan awal dikekalkan selama 20 minit, dan kemudian nisbah pelarut diselaraskan kepada 100% metanol, dengan jumlah masa analisis sampel selama 65 minit. Lengkung piawai (berdasarkan nM/mAb) dihasilkan melalui pencairan bersiri piawai sinapin, glukosinolat dan mirosin yang baru disediakan (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) untuk menganggarkan kandungan sulfur tepung biji yang dinyahlemak. glukosinolat. Kepekatan glukosinolat dalam sampel telah diuji pada Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) menggunakan versi OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) yang dilengkapi dengan lajur yang sama dan menggunakan kaedah yang diterangkan sebelum ini. Kepekatan glukosinolat telah ditentukan; boleh dibandingkan antara sistem HPLC.
Alil isotiosianat (94%, stabil) dan benzil isotiosianat (98%) telah dibeli daripada Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 4-Hidroksibenzilisotiosianat telah dibeli daripada ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, USA). Apabila dihidrolisis secara enzimatik oleh mirosinase, glukosinolat, glukosinolat, dan glukosinolat masing-masing membentuk alil isotiosianat, benzil isotiosianat, dan 4-hidroksibenzilisotiosianat.
Bioujian makmal telah dijalankan mengikut kaedah Muturi et al. 32 dengan pengubahsuaian. Lima makanan benih rendah lemak telah digunakan dalam kajian ini: DFP, DFP-HT, IG, PG dan Ls. Dua puluh larva telah diletakkan di dalam bikar tiga hala pakai buang 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) yang mengandungi 120 mL air ternyahion (dH2O). Tujuh kepekatan tepung benih telah diuji untuk ketoksikan larva nyamuk: 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 dan 0.12 g tepung benih/120 ml dH2O untuk tepung benih DFP, DFP-HT, IG dan PG. Bioujian awal menunjukkan bahawa tepung benih Ls yang dinyahlemak adalah lebih toksik daripada empat tepung benih lain yang diuji. Oleh itu, kami melaraskan tujuh kepekatan rawatan tepung biji Ls kepada kepekatan berikut: 0.015, 0.025, 0.035, 0.045, 0.055, 0.065, dan 0.075 g/120 mL dH2O.
Satu kumpulan kawalan yang tidak dirawat (dH20, tiada suplemen tepung biji benih) telah dimasukkan untuk menilai kematian serangga normal di bawah keadaan ujian. Bioujian toksikologi untuk setiap tepung biji benih termasuk tiga bikar tiga cerun replika (20 larva instar ketiga lewat setiap bikar), dengan sejumlah 108 vial. Bekas yang dirawat disimpan pada suhu bilik (20-21°C) dan kematian larva direkodkan semasa 24 dan 72 jam pendedahan berterusan kepada kepekatan rawatan. Jika badan dan anggota nyamuk tidak bergerak apabila dicucuk atau disentuh dengan spatula keluli tahan karat nipis, larva nyamuk dianggap mati. Larva yang mati biasanya kekal tidak bergerak dalam kedudukan dorsal atau ventral di bahagian bawah bekas atau di permukaan air. Eksperimen diulang tiga kali pada hari yang berbeza menggunakan kumpulan larva yang berbeza, dengan sejumlah 180 larva yang terdedah kepada setiap kepekatan rawatan.
Ketoksikan AITC, BITC, dan 4-HBITC terhadap larva nyamuk telah dinilai menggunakan prosedur bioassay yang sama tetapi dengan rawatan yang berbeza. Sediakan 100,000 ppm larutan stok untuk setiap bahan kimia dengan menambahkan 100 µL bahan kimia tersebut kepada 900 µL etanol mutlak dalam tiub emparan 2-mL dan goncang selama 30 saat untuk dicampur dengan teliti. Kepekatan rawatan telah ditentukan berdasarkan bioassay awal kami, yang mendapati BITC jauh lebih toksik daripada AITC dan 4-HBITC. Untuk menentukan ketoksikan, 5 kepekatan BITC (1, 3, 6, 9 dan 12 ppm), 7 kepekatan AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 dan 35 ppm) dan 6 kepekatan 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30 dan 35 ppm). (30, 45, 60, 75 dan 90 ppm). Rawatan kawalan telah disuntik dengan 108 μL etanol mutlak, yang bersamaan dengan isipadu maksimum rawatan kimia. Ujian bio telah diulang seperti di atas, mendedahkan sejumlah 180 larva bagi setiap kepekatan rawatan. Kematian larva telah direkodkan untuk setiap kepekatan AITC, BITC dan 4-HBITC selepas 24 jam pendedahan berterusan.
Analisis probit terhadap 65 data kematian berkaitan dos telah dilakukan menggunakan perisian Polo (Polo Plus, LeOra Software, versi 1.0) untuk mengira kepekatan maut 50% (LC50), kepekatan maut 90% (LC90), cerun, pekali dos maut, dan kepekatan maut 95%. Berdasarkan selang keyakinan untuk nisbah dos maut bagi kepekatan log-transformed dan lengkung dos-mortaliti. Data mortaliti adalah berdasarkan data replika gabungan 180 larva yang terdedah kepada setiap kepekatan rawatan. Analisis probabilistik telah dilakukan secara berasingan untuk setiap tepung biji benih dan setiap komponen kimia. Berdasarkan selang keyakinan 95% nisbah dos maut, ketoksikan tepung biji benih dan juzuk kimia terhadap larva nyamuk dianggap berbeza secara signifikan, jadi selang keyakinan yang mengandungi nilai 1 tidak berbeza secara signifikan, P = 0.0566.
Keputusan HPLC untuk penentuan glukosinolat utama dalam tepung biji benih yang dinyahlemak DFP, IG, PG dan Ls disenaraikan dalam Jadual 1. Glukosinolat utama dalam tepung biji benih yang diuji adalah berbeza-beza kecuali DFP dan PG, yang kedua-duanya mengandungi glukosinolat mirosinase. Kandungan mirosinin dalam PG adalah lebih tinggi daripada DFP, masing-masing 33.3 ± 1.5 dan 26.5 ± 0.9 mg/g. Serbuk biji benih Ls mengandungi 36.6 ± 1.2 mg/g glukoglikon, manakala serbuk biji benih IG mengandungi 38.0 ± 0.5 mg/g sinapin.
Larva nyamuk Ae. Aedes aegypti telah dibunuh apabila dirawat dengan tepung biji benih yang dinyahlemak, walaupun keberkesanan rawatan berbeza-beza bergantung pada spesies tumbuhan. Hanya DFP-NT yang tidak toksik kepada larva nyamuk selepas 24 dan 72 jam pendedahan (Jadual 2). Ketoksikan serbuk biji benih aktif meningkat dengan peningkatan kepekatan (Rajah 1A, B). Ketoksikan tepung biji benih kepada larva nyamuk berbeza-beza dengan ketara berdasarkan 95% CI nisbah dos maut bagi nilai LC50 pada penilaian 24 jam dan 72 jam (Jadual 3). Selepas 24 jam, kesan toksik tepung biji benih Ls adalah lebih besar daripada rawatan tepung biji benih lain, dengan aktiviti tertinggi dan ketoksikan maksimum kepada larva (LC50 = 0.04 g/120 ml dH2O). Larva kurang sensitif terhadap DFP pada 24 jam berbanding rawatan serbuk biji IG, Ls dan PG, dengan nilai LC50 masing-masing 0.115, 0.04 dan 0.08 g/120 ml dH2O, yang secara statistiknya lebih tinggi daripada nilai LC50. 0.211 g/120 ml dH2O (Jadual 3). Nilai LC90 bagi DFP, IG, PG dan Ls masing-masing adalah 0.376, 0.275, 0.137 dan 0.074 g/120 ml dH2O (Jadual 2). Kepekatan DPP tertinggi ialah 0.12 g/120 ml dH2O. Selepas 24 jam penilaian, purata kematian larva hanya 12%, manakala purata kematian larva IG dan PG masing-masing mencapai 51% dan 82%. Selepas 24 jam penilaian, purata kematian larva untuk rawatan kepekatan tertinggi tepung biji Ls (0.075 g/120 ml dH2O) adalah 99% (Rajah 1A).
Lengkung mortaliti dianggarkan daripada tindak balas dos (Probit) larva Ae. Mesir (larva instar ke-3) terhadap kepekatan tepung biji benih 24 jam (A) dan 72 jam (B) selepas rawatan. Garis putus-putus mewakili LC50 rawatan tepung biji benih. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense yang dinyahaktifkan oleh haba, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Pada penilaian 72 jam, nilai LC50 bagi tepung biji DFP, IG dan PG masing-masing adalah 0.111, 0.085 dan 0.051 g/120 ml dH2O. Hampir semua larva yang terdedah kepada tepung biji Ls mati selepas 72 jam pendedahan, jadi data kematian tidak konsisten dengan analisis Probit. Berbanding dengan tepung biji lain, larva kurang sensitif terhadap rawatan tepung biji DFP dan mempunyai nilai LC50 yang lebih tinggi secara statistik (Jadual 2 dan 3). Selepas 72 jam, nilai LC50 untuk rawatan tepung biji DFP, IG dan PG dianggarkan masing-masing adalah 0.111, 0.085 dan 0.05 g/120 ml dH2O. Selepas 72 jam penilaian, nilai LC90 bagi serbuk biji DFP, IG dan PG masing-masing adalah 0.215, 0.254 dan 0.138 g/120 ml dH2O. Selepas 72 jam penilaian, purata kematian larva untuk rawatan tepung biji DFP, IG dan PG pada kepekatan maksimum 0.12 g/120 ml dH2O masing-masing adalah 58%, 66% dan 96% (Rajah 1B). Selepas penilaian 72 jam, tepung biji PG didapati lebih toksik daripada tepung biji IG dan DFP.
Isotiosianat sintetik, alil isotiosianat (AITC), benzil isotiosianat (BITC) dan 4-hidroksibenzilisotiosianat (4-HBITC) boleh membunuh larva nyamuk dengan berkesan. Pada 24 jam selepas rawatan, BITC adalah lebih toksik kepada larva dengan nilai LC50 sebanyak 5.29 ppm berbanding 19.35 ppm untuk AITC dan 55.41 ppm untuk 4-HBITC (Jadual 4). Berbanding dengan AITC dan BITC, 4-HBITC mempunyai ketoksikan yang lebih rendah dan nilai LC50 yang lebih tinggi. Terdapat perbezaan yang ketara dalam ketoksikan larva nyamuk bagi dua isotiosianat utama (Ls dan PG) dalam tepung biji yang paling kuat. Ketoksikan berdasarkan nisbah dos maut bagi nilai LC50 antara AITC, BITC, dan 4-HBITC menunjukkan perbezaan statistik di mana 95% CI bagi nisbah dos maut LC50 tidak merangkumi nilai 1 (P = 0.05, Jadual 4). Kepekatan tertinggi kedua-dua BITC dan AITC dianggarkan membunuh 100% larva yang diuji (Rajah 2).
Lengkung mortaliti dianggarkan daripada tindak balas dos (Probit) Ae. 24 jam selepas rawatan, larva Mesir (larva instar ke-3) mencapai kepekatan isotiosianat sintetik. Garis putus-putus mewakili LC50 untuk rawatan isotiosianat. Benzil isotiosianat BITC, alil isotiosianat AITC dan 4-HBITC.
Penggunaan biopestisid tumbuhan sebagai agen kawalan vektor nyamuk telah lama dikaji. Banyak tumbuhan menghasilkan bahan kimia semula jadi yang mempunyai aktiviti insektisida37. Sebatian bioaktifnya menyediakan alternatif yang menarik kepada insektisida sintetik dengan potensi besar dalam mengawal perosak, termasuk nyamuk.
Pokok sawi ditanam sebagai tanaman untuk mendapatkan biji benihnya, digunakan sebagai rempah ratus dan sumber minyak. Apabila minyak sawi diekstrak daripada biji benih atau apabila sawi diekstrak untuk digunakan sebagai biobahan api, 69 hasil sampingannya ialah tepung biji benih yang dinyahlemak. Tepung biji benih ini mengekalkan banyak komponen biokimia semula jadi dan enzim hidrolisisnya. Ketoksikan tepung biji benih ini dikaitkan dengan penghasilan isotiosianat55,60,61. Isotiosianat dibentuk melalui hidrolisis glukosinolat oleh enzim mirosinase semasa penghidratan tepung biji benih38,55,70 dan diketahui mempunyai kesan fungisida, bakterisida, nematisida dan insektisida, serta sifat-sifat lain termasuk kesan deria kimia dan sifat kemoterapi61,62,70. Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa pokok sawi dan tepung biji benih bertindak berkesan sebagai fumigan terhadap tanah dan perosak makanan yang disimpan57,59,71,72. Dalam kajian ini, kami menilai ketoksikan tepung empat biji benih dan tiga produk bioaktifnya AITC, BITC, dan 4-HBITC kepada larva nyamuk Aedes. Aedes aegypti. Menambah tepung biji benih terus ke dalam air yang mengandungi larva nyamuk dijangka akan mengaktifkan proses enzimatik yang menghasilkan isotiosianat yang toksik kepada larva nyamuk. Biotransformasi ini ditunjukkan sebahagiannya oleh aktiviti larvisida tepung biji benih yang diperhatikan dan kehilangan aktiviti insektisida apabila tepung biji sawi kerdil dirawat haba sebelum digunakan. Rawatan haba dijangka akan memusnahkan enzim hidrolisis yang mengaktifkan glukosinolat, sekali gus menghalang pembentukan isotiosianat bioaktif. Ini merupakan kajian pertama yang mengesahkan sifat insektisida serbuk biji kubis terhadap nyamuk dalam persekitaran akuatik.
Antara serbuk biji yang diuji, serbuk biji selada air (Ls) adalah yang paling toksik, menyebabkan kematian Aedes albopictus yang tinggi. Larva Aedes aegypti diproses secara berterusan selama 24 jam. Tiga serbuk biji yang tinggal (PG, IG dan DFP) mempunyai aktiviti yang lebih perlahan dan masih menyebabkan kematian yang ketara selepas 72 jam rawatan berterusan. Hanya tepung biji Ls yang mengandungi sejumlah besar glukosinolat, manakala PG dan DFP mengandungi mirosinase dan IG mengandungi glukosinolat sebagai glukosinolat utama (Jadual 1). Glukotropaeolin dihidrolisis kepada BITC dan sinalbine dihidrolisis kepada 4-HBITC61,62. Keputusan bioassay kami menunjukkan bahawa kedua-dua tepung biji Ls dan BITC sintetik sangat toksik kepada larva nyamuk. Komponen utama tepung biji PG dan DFP ialah mirosinase glukosinolat, yang dihidrolisis kepada AITC. AITC berkesan dalam membunuh larva nyamuk dengan nilai LC50 sebanyak 19.35 ppm. Berbanding dengan AITC dan BITC, isotiosianat 4-HBITC adalah yang paling kurang toksik kepada larva. Walaupun AITC kurang toksik daripada BITC, nilai LC50nya adalah lebih rendah daripada banyak minyak pati yang diuji pada larva nyamuk32,73,74,75.
Serbuk biji benih krusifer kami untuk kegunaan menentang larva nyamuk mengandungi satu glukosinolat utama, menyumbang lebih 98-99% daripada jumlah glukosinolat seperti yang ditentukan oleh HPLC. Jumlah surih glukosinolat lain dikesan, tetapi tahapnya kurang daripada 0.3% daripada jumlah glukosinolat. Serbuk biji selada air (L. sativum) mengandungi glukosinolat sekunder (sinigrin), tetapi perkadarannya adalah 1% daripada jumlah glukosinolat, dan kandungannya masih tidak ketara (kira-kira 0.4 mg/g serbuk biji). Walaupun PG dan DFP mengandungi glukosinolat utama (mirosin) yang sama, aktiviti larvasida tepung biji benihnya berbeza dengan ketara disebabkan oleh nilai LC50nya. Berbeza dalam ketoksikan terhadap cendawan serbuk. Kemunculan larva Aedes aegypti mungkin disebabkan oleh perbezaan dalam aktiviti mirosinase atau kestabilan antara kedua-dua makanan biji benih. Aktiviti mirosinase memainkan peranan penting dalam bioavailabiliti produk hidrolisis seperti isotiosianat dalam tumbuhan Brassicaceae76. Laporan terdahulu oleh Pocock et al.77 dan Wilkinson et al.78 telah menunjukkan bahawa perubahan dalam aktiviti dan kestabilan mirosinase juga mungkin dikaitkan dengan faktor genetik dan persekitaran.
Kandungan isotiosianat bioaktif yang dijangkakan dikira berdasarkan nilai LC50 setiap tepung biji benih pada 24 dan 72 jam (Jadual 5) untuk perbandingan dengan aplikasi kimia yang sepadan. Selepas 24 jam, isotiosianat dalam tepung biji benih adalah lebih toksik daripada sebatian tulen. Nilai LC50 yang dikira berdasarkan bahagian per juta (ppm) rawatan biji benih isotiosianat adalah lebih rendah daripada nilai LC50 untuk aplikasi BITC, AITC, dan 4-HBITC. Kami memerhatikan larva memakan pelet tepung biji benih (Rajah 3A). Akibatnya, larva mungkin menerima pendedahan yang lebih pekat kepada isotiosianat toksik dengan menelan pelet tepung biji benih. Ini paling jelas dalam rawatan tepung biji benih IG dan PG pada pendedahan 24 jam, di mana kepekatan LC50 masing-masing adalah 75% dan 72% lebih rendah daripada rawatan AITC dan 4-HBITC tulen. Rawatan Ls dan DFP adalah lebih toksik daripada isotiosianat tulen, dengan nilai LC50 masing-masing 24% dan 41% lebih rendah. Larva dalam rawatan kawalan berjaya menjadi pupa (Rajah 3B), manakala kebanyakan larva dalam rawatan tepung biji benih tidak menjadi pupa dan perkembangan larva tertangguh dengan ketara (Rajah 3B,D). Dalam Spodopteralitura, isotiosianat dikaitkan dengan terencat pertumbuhan dan kelewatan perkembangan79.
Larva nyamuk Ae. Aedes aegypti didedahkan secara berterusan kepada serbuk biji Brassica selama 24–72 jam. (A) Larva mati dengan zarah tepung biji di bahagian mulut (dilingkari); (B) Rawatan kawalan (dH20 tanpa tepung biji tambahan) menunjukkan bahawa larva tumbuh secara normal dan mula menjadi pupa selepas 72 jam (C, D) Larva yang dirawat dengan tepung biji; tepung biji menunjukkan perbezaan dalam perkembangan dan tidak menjadi pupa.
Kami belum mengkaji mekanisme kesan toksik isotiosianat pada larva nyamuk. Walau bagaimanapun, kajian terdahulu terhadap semut api merah (Solenopsis invicta) telah menunjukkan bahawa perencatan glutation S-transferase (GST) dan esterase (EST) adalah mekanisme utama bioaktiviti isotiosianat, dan AITC, walaupun pada aktiviti rendah, juga boleh menghalang aktiviti GST. semut api merah yang diimport dalam kepekatan rendah. Dosnya ialah 0.5 µg/ml80. Sebaliknya, AITC menghalang asetilkolinesterase dalam kumbang jagung dewasa (Sitophilus zeamais)81. Kajian serupa mesti dijalankan untuk menjelaskan mekanisme aktiviti isotiosianat dalam larva nyamuk.
Kami menggunakan rawatan DFP yang dinyahaktifkan haba untuk menyokong cadangan bahawa hidrolisis glukosinolat tumbuhan untuk membentuk isotiosianat reaktif berfungsi sebagai mekanisme untuk kawalan larva nyamuk melalui tepung biji sawi. Tepung biji DFP-HT tidak toksik pada kadar aplikasi yang diuji. Lafarga et al. 82 melaporkan bahawa glukosinolat sensitif terhadap degradasi pada suhu tinggi. Rawatan haba juga dijangka akan mendenaturasi enzim mirosinase dalam tepung biji dan mencegah hidrolisis glukosinolat untuk membentuk isotiosianat reaktif. Ini juga disahkan oleh Okunade et al. 75 yang menunjukkan bahawa mirosinase sensitif suhu, menunjukkan bahawa aktiviti mirosinase dinyahaktifkan sepenuhnya apabila biji sawi, sawi hitam, dan biji akar darah terdedah kepada suhu melebihi 80°C. Mekanisme ini boleh mengakibatkan kehilangan aktiviti insektisida tepung biji DFP yang dirawat haba.
Oleh itu, tepung biji sawi dan tiga isotiosianat utamanya adalah toksik kepada larva nyamuk. Memandangkan perbezaan antara tepung biji dan rawatan kimia ini, penggunaan tepung biji mungkin merupakan kaedah kawalan nyamuk yang berkesan. Terdapat keperluan untuk mengenal pasti formulasi yang sesuai dan sistem penyampaian yang berkesan untuk meningkatkan keberkesanan dan kestabilan penggunaan serbuk biji. Keputusan kami menunjukkan potensi penggunaan tepung biji sawi sebagai alternatif kepada racun perosak sintetik. Teknologi ini boleh menjadi alat inovatif untuk mengawal vektor nyamuk. Oleh kerana larva nyamuk hidup subur dalam persekitaran akuatik dan glukosinolat tepung biji ditukar secara enzimatik kepada isotiosianat aktif semasa penghidratan, penggunaan tepung biji sawi dalam air yang dipenuhi nyamuk menawarkan potensi kawalan yang ketara. Walaupun aktiviti larvisida isotiosianat berbeza-beza (BITC > AITC > 4-HBITC), lebih banyak kajian diperlukan untuk menentukan sama ada menggabungkan tepung biji dengan pelbagai glukosinolat secara sinergis meningkatkan ketoksikan. Ini merupakan kajian pertama yang menunjukkan kesan insektisida tepung biji krusifer yang dinyahlemak dan tiga isotiosianat bioaktif pada nyamuk. Keputusan kajian ini telah membuka ruang baharu dengan menunjukkan bahawa tepung biji kubis yang dinyahlemak, hasil sampingan pengekstrakan minyak daripada biji, boleh berfungsi sebagai agen larvisida yang berpotensi untuk kawalan nyamuk. Maklumat ini dapat membantu penemuan agen biokawalan tumbuhan dan perkembangannya sebagai biopestisid yang murah, praktikal dan mesra alam.
Set data yang dihasilkan untuk kajian ini dan analisis yang terhasil boleh didapati daripada penulis yang berkaitan atas permintaan yang munasabah. Pada akhir kajian, semua bahan yang digunakan dalam kajian (serangga dan tepung biji benih) telah dimusnahkan.
Masa siaran: 29 Julai 2024