Để có hiệu quảkiểm soát muỗivà giảm tỷ lệ mắc bệnh mà chúng mang theo, cần có các giải pháp thay thế chiến lược, bền vững và thân thiện với môi trường cho thuốc trừ sâu hóa học.Chúng tôi đã đánh giá bột hạt từ một số họ Brassicaceae (họ Brassica) như một nguồn isothiocyanate có nguồn gốc từ thực vật được tạo ra bằng quá trình thủy phân enzym của glucosinolates không hoạt tính sinh học để sử dụng trong việc kiểm soát muỗi Aedes Ai Cập (L., 1762).Bột hạt 5 chất béo (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 và Thlaspi arvense – ba loại chính của bất hoạt nhiệt và phân hủy enzyme Hóa chất sản phẩm Để xác định độc tính (LC50) của allyl isothiocyanate, benzyl isothiocyanate và 4-hydroxybenzylisothiocyanate đối với ấu trùng Aedes aegypti khi tiếp xúc 24 giờ = 0,04 g/120 ml dH2O).Giá trị LC50 cho mù tạt, mù tạt trắng và đuôi ngựa.bột hạt lần lượt là 0,05, 0,08 và 0,05 so với allyl isothiocyanate (LC50 = 19,35 ppm) và 4. -Hydroxybenzylisothiocyanate (LC50 = 55,41 ppm) độc hơn đối với ấu trùng sau 24 giờ xử lý so với 0,1 g/120 ml dH2O.Những kết quả này phù hợp với việc sản xuất bột hạt cỏ linh lăng.Hiệu suất cao hơn của este benzyl tương ứng với giá trị LC50 được tính toán.Sử dụng bột hạt có thể cung cấp một phương pháp kiểm soát muỗi hiệu quả.hiệu quả của bột hạt họ cải và các thành phần hóa học chính của nó chống lại ấu trùng muỗi và cho thấy các hợp chất tự nhiên trong bột hạt họ cải có thể đóng vai trò như một loại thuốc diệt côn trùng thân thiện với môi trường đầy hứa hẹn để kiểm soát muỗi.
Các bệnh truyền qua vector do muỗi Aedes gây ra vẫn là một vấn đề sức khỏe cộng đồng lớn trên toàn cầu.Tỷ lệ mắc các bệnh do muỗi truyền lây lan theo vùng địa lý1,2,3 và tái xuất hiện, dẫn đến bùng phát dịch bệnh nghiêm trọng4,5,6,7.Sự lây lan bệnh tật ở người và động vật (ví dụ như bệnh chikungunya, sốt xuất huyết, sốt Rift Valley, sốt vàng da và vi rút zika) là chưa từng có.Chỉ riêng bệnh sốt xuất huyết đã khiến khoảng 3,6 tỷ người có nguy cơ nhiễm bệnh ở vùng nhiệt đới, với ước tính khoảng 390 triệu ca nhiễm xảy ra hàng năm, dẫn đến 6.100–24.300 ca tử vong mỗi năm8.Sự xuất hiện trở lại và bùng phát của vi rút zika ở Nam Mỹ đã thu hút sự chú ý của toàn thế giới do tổn thương não mà nó gây ra ở trẻ em sinh ra từ những phụ nữ bị nhiễm bệnh2.Kremer và cộng sự dự đoán rằng phạm vi địa lý của muỗi Aedes sẽ tiếp tục mở rộng và đến năm 2050, một nửa dân số thế giới sẽ có nguy cơ bị nhiễm arbovirus truyền qua muỗi.
Ngoại trừ các loại vắc xin chống sốt xuất huyết và sốt vàng da được phát triển gần đây, các loại vắc xin chống lại hầu hết các bệnh do muỗi truyền vẫn chưa được phát triển9,10,11.Vắc xin vẫn còn với số lượng hạn chế và chỉ được sử dụng trong các thử nghiệm lâm sàng.Kiểm soát vectơ muỗi bằng thuốc trừ sâu tổng hợp là chiến lược quan trọng để kiểm soát sự lây lan của các bệnh do muỗi truyền12,13.Mặc dù thuốc trừ sâu tổng hợp có hiệu quả trong việc diệt muỗi nhưng việc tiếp tục sử dụng thuốc trừ sâu tổng hợp sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến các sinh vật không phải mục tiêu và gây ô nhiễm môi trường14,15,16.Đáng báo động hơn nữa là xu hướng muỗi ngày càng kháng thuốc diệt côn trùng hóa học17,18,19.Những vấn đề liên quan đến thuốc trừ sâu đã thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả và thân thiện với môi trường để kiểm soát các vật truyền bệnh.
Nhiều loại cây khác nhau đã được phát triển làm nguồn thuốc trừ sâu thực vật để kiểm soát dịch hại20,21.Các chất thực vật nói chung thân thiện với môi trường vì chúng có khả năng phân hủy sinh học và có độc tính thấp hoặc không đáng kể đối với các sinh vật không phải mục tiêu như động vật có vú, cá và động vật lưỡng cư20,22.Các chế phẩm thảo dược được biết là tạo ra nhiều loại hợp chất hoạt tính sinh học với các cơ chế hoạt động khác nhau để kiểm soát hiệu quả các giai đoạn sống khác nhau của muỗi23,24,25,26.Các hợp chất có nguồn gốc từ thực vật như tinh dầu và các hoạt chất thực vật khác đã thu hút được sự chú ý và mở đường cho các công cụ cải tiến để kiểm soát vectơ muỗi.Tinh dầu, monoterpenes và sesquiterpenes đóng vai trò như chất đuổi côn trùng, chất ngăn chặn thức ăn và thuốc diệt trứng27,28,29,30,31,32,33.Nhiều loại dầu thực vật gây ra cái chết cho ấu trùng muỗi, nhộng và muỗi trưởng thành34,35,36, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hô hấp, nội tiết và các hệ thống quan trọng khác của côn trùng37.
Các nghiên cứu gần đây đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về tiềm năng sử dụng cây mù tạt và hạt của chúng làm nguồn hợp chất hoạt tính sinh học.Bột hạt mù tạt đã được thử nghiệm như một chất khử trùng sinh học38,39,40,41 và được sử dụng làm chất cải tạo đất để ức chế cỏ dại42,43,44 và kiểm soát mầm bệnh thực vật truyền qua đất45,46,47,48,49,50, dinh dưỡng thực vật.tuyến trùng 41,51, 52, 53, 54 và sâu bệnh 55, 56, 57, 58, 59, 60. Hoạt tính diệt nấm của các loại bột hạt này là do các hợp chất bảo vệ thực vật gọi là isothiocyanates38,42,60.Ở thực vật, các hợp chất bảo vệ này được lưu trữ trong tế bào thực vật dưới dạng glucosinolates không có hoạt tính sinh học.Tuy nhiên, khi cây bị hư hại do côn trùng ăn hoặc nhiễm mầm bệnh, glucosinolate bị thủy phân bởi myrosinase thành isothiocyanates có hoạt tính sinh học55,61.Isothiocyanate là các hợp chất dễ bay hơi được biết là có hoạt tính kháng khuẩn và diệt côn trùng phổ rộng, đồng thời cấu trúc, hoạt tính sinh học và hàm lượng của chúng rất khác nhau giữa các loài Brassicaceae42,59,62,63.
Mặc dù isothiocyanates có nguồn gốc từ bột hạt mù tạt được biết là có hoạt tính diệt côn trùng nhưng vẫn còn thiếu dữ liệu về hoạt động sinh học chống lại các vật truyền bệnh chân khớp quan trọng về mặt y tế.Nghiên cứu của chúng tôi đã kiểm tra hoạt động diệt côn trùng của bốn loại bột hạt đã khử chất béo chống lại muỗi Aedes.Ấu trùng của Aedes aegypti.Mục đích của nghiên cứu là đánh giá tiềm năng sử dụng chúng làm thuốc trừ sâu sinh học thân thiện với môi trường để kiểm soát muỗi.Ba thành phần hóa học chính của bột hạt, allyl isothiocyanate (AITC), benzyl isothiocyanate (BITC) và 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC) cũng đã được thử nghiệm để kiểm tra hoạt động sinh học của các thành phần hóa học này trên ấu trùng muỗi.Đây là báo cáo đầu tiên đánh giá hiệu quả của bốn loại bột hạt bắp cải và các thành phần hóa học chính của chúng chống lại ấu trùng muỗi.
Các khuẩn lạc Aedes aegypti (chủng Rockefeller) trong phòng thí nghiệm được duy trì ở nhiệt độ 26°C, độ ẩm tương đối 70% (RH) và 10:14 giờ (chu kỳ sáng L:D).Những con cái đã giao phối được nhốt trong lồng nhựa (cao 11 cm và đường kính 9,5 cm) và cho ăn qua hệ thống bú bình sử dụng máu bò citrate (HemoStat Lab Laboratory Inc., Dixon, CA, USA).Việc truyền máu được thực hiện như thường lệ bằng cách sử dụng máy cấp máu nhiều màng (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA) kết nối với ống tắm nước tuần hoàn (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA) có nhiệt độ kiểm soát 37°C.Căng một màng Parafilm M lên đáy mỗi buồng nạp thủy tinh (diện tích 154 mm2).Sau đó, mỗi máng ăn được đặt trên lưới trên cùng bao phủ lồng chứa con cái đang giao phối.Khoảng 350–400 μl máu bò đã được thêm vào phễu nạp thủy tinh bằng pipet Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) và giun trưởng thành được để ráo nước trong ít nhất một giờ.Sau đó, con cái mang thai được cho uống dung dịch sucrose 10% và được phép đẻ trứng trên giấy lọc ẩm lót trong từng cốc soufflé siêu trong (cỡ 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, USA).lồng với nước.Đặt giấy lọc chứa trứng vào túi kín (SC Johnsons, Racine, WI) và bảo quản ở 26°C.Trứng đã nở và khoảng 200–250 ấu trùng được nuôi trong khay nhựa chứa hỗn hợp thức ăn cho thỏ (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA) và bột gan (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, HOA KỲ).và phi lê cá (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Đức) theo tỷ lệ 2:1:1.Ấu trùng tuổi thứ ba muộn đã được sử dụng trong các thử nghiệm sinh học của chúng tôi.
Nguyên liệu hạt giống cây trồng được sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ các nguồn thương mại và chính phủ sau: Brassica juncea (mù tạt nâu-vàng Thái Bình Dương) và Brassica juncea (mù tạt trắng-Ida vàng) từ Hợp tác xã Nông dân Tây Bắc Thái Bình Dương, Bang Washington, Hoa Kỳ;(Garden Cress) từ Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, USA và Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) từ USDA-ARS, Peoria, IL, USA;Không có hạt giống nào được sử dụng trong nghiên cứu được xử lý bằng thuốc trừ sâu.Tất cả nguyên liệu hạt giống được xử lý và sử dụng trong nghiên cứu này tuân theo các quy định của địa phương và quốc gia cũng như tuân thủ tất cả các quy định liên quan của địa phương và quốc gia.Nghiên cứu này không kiểm tra các giống cây trồng chuyển gen.
Hạt Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), mù tạt trắng (IG), Thlaspi arvense (DFP) được nghiền thành bột mịn bằng máy nghiền siêu ly tâm Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Đức) được trang bị lưới 0,75 mm và thép không gỉ. rôto thép, 12 răng, 10.000 vòng/phút (Bảng 1).Bột hạt đã nghiền được chuyển vào ống lót giấy và khử chất béo bằng hexan trong thiết bị Soxhlet trong 24 giờ.Một mẫu mù tạt ngoài đồng đã khử chất béo được xử lý nhiệt ở 100°C trong 1 giờ để làm biến tính myrosinase và ngăn chặn sự thủy phân glucosinolates để tạo thành isothiocyanate có hoạt tính sinh học.Bột hạt đuôi ngựa được xử lý nhiệt (DFP-HT) được sử dụng làm đối chứng âm bằng cách làm biến tính myrosinase.
Hàm lượng glucosinolate của bột hạt đã khử chất béo được xác định ba lần bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) theo quy trình đã được công bố trước đó 64.Tóm lại, 3 mL metanol đã được thêm vào mẫu bột hạt đã khử chất béo 250 mg.Mỗi mẫu được siêu âm trong bể nước trong 30 phút và để trong bóng tối ở 23°C trong 16 giờ.Sau đó, 1 mL lớp hữu cơ được lọc qua bộ lọc 0,45 μm vào bộ lấy mẫu tự động.Chạy trên hệ thống HPLC Shimadzu (hai máy bơm LC 20AD; bộ lấy mẫu tự động SIL 20A; bộ khử khí DGU 20As; máy dò UV-VIS SPD-20A để giám sát ở bước sóng 237 nm và mô-đun bus truyền thông CBM-20A), hàm lượng glucosinolate của bột hạt đã được xác định trong ba lần .sử dụng phần mềm Shimadzu LC Solution phiên bản 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA).Cột là cột pha đảo ngược C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA).Các điều kiện pha động ban đầu được đặt ở mức 12% metanol/88% tetrabutylammonium hydroxit 0,01 M trong nước (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) với tốc độ dòng 1 mL/phút.Sau khi bơm 15 µl mẫu, các điều kiện ban đầu được duy trì trong 20 phút, sau đó tỷ lệ dung môi được điều chỉnh thành 100% metanol, với tổng thời gian phân tích mẫu là 65 phút.Đường cong tiêu chuẩn (dựa trên nM/mAb) được tạo ra bằng cách pha loãng nối tiếp các tiêu chuẩn sinapine, glucosinolate và myrosin mới được chuẩn bị (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) để ước tính hàm lượng lưu huỳnh trong bột hạt đã khử chất béo.glucosinolate.Nồng độ glucosinolate trong các mẫu được thử nghiệm trên Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, USA) bằng phiên bản OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) được trang bị cùng một cột và sử dụng phương pháp được mô tả trước đó.Nồng độ glucosinolate đã được xác định;có thể so sánh được giữa các hệ thống HPLC.
Allyl isothiocyanate (94%, ổn định) và benzyl isothiocyanate (98%) được mua từ Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).4-Hydroxybenzylisothiocyanate được mua từ ChemCruz (Công nghệ sinh học Santa Cruz, CA, Hoa Kỳ).Khi bị thủy phân bởi enzyme bởi myrosinase, glucosinolates, glucosinolates và glucosinolates lần lượt tạo thành allyl isothiocyanate, benzyl isothiocyanate và 4-hydroxybenzylisothiocyanate.
Các xét nghiệm sinh học trong phòng thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp của Muturi et al.32 có sửa đổi.Năm loại thức ăn hạt ít chất béo đã được sử dụng trong nghiên cứu: DFP, DFP-HT, IG, PG và Ls.Hai mươi ấu trùng được đặt trong cốc ba chiều dùng một lần 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, USA) chứa 120 mL nước khử ion (dH2O).Bảy nồng độ bột hạt đã được kiểm tra về độc tính của ấu trùng muỗi: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1 và 0,12 g bột hạt/120 ml dH2O đối với bột hạt DFP, DFP-HT, IG và PG.Các thử nghiệm sinh học sơ bộ chỉ ra rằng bột hạt Ls đã khử chất béo độc hại hơn bốn loại bột hạt khác được thử nghiệm.Do đó, chúng tôi đã điều chỉnh bảy nồng độ xử lý bột hạt Ls thành các nồng độ sau: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065 và 0,075 g/120 mL dH2O.
Một nhóm đối chứng chưa được xử lý (dH20, không bổ sung bột hạt) được đưa vào để đánh giá tỷ lệ tử vong côn trùng thông thường trong các điều kiện khảo nghiệm.Các xét nghiệm sinh học độc tính cho mỗi bữa ăn hạt giống bao gồm ba cốc ba dốc lặp lại (20 ấu trùng tuổi thứ ba muộn trên mỗi cốc), với tổng số 108 lọ.Các thùng chứa đã xử lý được bảo quản ở nhiệt độ phòng (20-21°C) và tỷ lệ chết của ấu trùng được ghi nhận trong 24 và 72 giờ tiếp xúc liên tục với nồng độ xử lý.Nếu cơ thể và các bộ phận phụ của muỗi không di chuyển khi bị đâm hoặc chạm vào bằng thìa thép không gỉ mỏng thì ấu trùng muỗi được coi là đã chết.Ấu trùng chết thường bất động ở vị trí lưng hoặc bụng ở đáy thùng hoặc trên mặt nước.Thí nghiệm được lặp lại ba lần vào những ngày khác nhau bằng cách sử dụng các nhóm ấu trùng khác nhau, với tổng số 180 ấu trùng tiếp xúc với mỗi nồng độ xử lý.
Độc tính của AITC, BITC và 4-HBITC đối với ấu trùng muỗi được đánh giá bằng cách sử dụng cùng một quy trình xét nghiệm sinh học nhưng với các phương pháp điều trị khác nhau.Chuẩn bị dung dịch gốc 100.000 ppm cho mỗi hóa chất bằng cách thêm 100 µL hóa chất vào 900 µL ethanol tuyệt đối trong ống ly tâm 2 mL và lắc trong 30 giây để trộn kỹ.Nồng độ xử lý được xác định dựa trên các xét nghiệm sinh học sơ bộ của chúng tôi, cho thấy BITC độc hại hơn nhiều so với AITC và 4-HBITC.Để xác định độc tính, 5 nồng độ BITC (1, 3, 6, 9 và 12 ppm), 7 nồng độ AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30 và 35 ppm) và 6 nồng độ 4-HBITC (15 , 15, 20, 25, 30 và 35 trang/phút).30, 45, 60, 75 và 90 trang/phút).Phương pháp xử lý đối chứng được tiêm 108 μL ethanol tuyệt đối, tương đương với thể tích xử lý hóa học tối đa.Các xét nghiệm sinh học được lặp lại như trên, cho thấy tổng cộng 180 ấu trùng ở mỗi nồng độ xử lý.Tỷ lệ tử vong của ấu trùng được ghi nhận ở mỗi nồng độ AITC, BITC và 4-HBITC sau 24 giờ tiếp xúc liên tục.
Phân tích Probit của 65 dữ liệu về tỷ lệ tử vong liên quan đến liều lượng được thực hiện bằng phần mềm Polo (Polo Plus, Phần mềm LeOra, phiên bản 1.0) để tính toán nồng độ gây chết người 50% (LC50), nồng độ gây chết người 90% (LC90), độ dốc, hệ số liều gây chết người và 95 % nồng độ gây chết.dựa trên khoảng tin cậy đối với tỷ lệ liều gây chết người đối với nồng độ chuyển đổi log và đường cong liều lượng tử vong.Dữ liệu về tỷ lệ tử vong dựa trên dữ liệu sao chép tổng hợp của 180 ấu trùng tiếp xúc với mỗi nồng độ xử lý.Các phân tích xác suất được thực hiện riêng biệt cho từng loại bột hạt và từng thành phần hóa học.Dựa trên khoảng tin cậy 95% của tỷ lệ liều gây chết người, độc tính của bột hạt và các thành phần hóa học đối với ấu trùng muỗi được coi là khác nhau đáng kể, do đó khoảng tin cậy chứa giá trị 1 không khác biệt đáng kể, P = 0,0566.
Kết quả HPLC để xác định các glucosinolate chính trong bột hạt đã khử chất béo DFP, IG, PG và Ls được liệt kê trong Bảng 1. Các glucosinolate chính trong các loại bột hạt được thử nghiệm rất khác nhau, ngoại trừ DFP và PG, cả hai đều chứa myrosinase glucosinolate.Hàm lượng myrosinin trong PG cao hơn trong DFP, lần lượt là 33,3 ± 1,5 và 26,5 ± 0,9 mg/g.Bột hạt Ls chứa 36,6 ± 1,2 mg/g glucoglycone, trong khi bột hạt IG chứa 38,0 ± 0,5 mg/g sinapine.
Ấu trùng của Ae.Muỗi Aedes aegypti đã bị tiêu diệt khi xử lý bằng bột hạt đã khử chất béo, mặc dù hiệu quả của việc xử lý này khác nhau tùy thuộc vào loài thực vật.Chỉ DFP-NT là không độc đối với ấu trùng muỗi sau 24 và 72 giờ tiếp xúc (Bảng 2).Độc tính của bột hạt hoạt tính tăng lên khi tăng nồng độ (Hình 1A, B).Độc tính của bột hạt đối với ấu trùng muỗi thay đổi đáng kể dựa trên 95% CI của tỷ lệ liều gây chết của các giá trị LC50 khi đánh giá 24 giờ và 72 giờ (Bảng 3).Sau 24 giờ, tác dụng độc hại của bột hạt Ls lớn hơn so với các phương pháp xử lý bột hạt khác, với hoạt tính cao nhất và độc tính tối đa đối với ấu trùng (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O).Ấu trùng ít nhạy cảm hơn với DFP sau 24 giờ so với các phương pháp xử lý bột hạt IG, Ls và PG, với các giá trị LC50 lần lượt là 0,115, 0,04 và 0,08 g/120 ml dH2O, cao hơn về mặt thống kê so với giá trị LC50.0,211 g/120 ml dH2O (Bảng 3).Giá trị LC90 của DFP, IG, PG và Ls lần lượt là 0,376, 0,275, 0,137 và 0,074 g/120 ml dH2O (Bảng 2).Nồng độ DPP cao nhất là 0,12 g/120 ml dH2O.Sau 24 giờ đánh giá, tỷ lệ chết trung bình của ấu trùng chỉ là 12%, trong khi tỷ lệ chết trung bình của ấu trùng IG và PG lần lượt đạt 51% và 82%.Sau 24 giờ đánh giá, tỷ lệ tử vong trung bình của ấu trùng ở nồng độ xử lý bột hạt Ls cao nhất (0,075 g/120 ml dH2O) là 99% (Hình 1A).
Đường cong tỷ lệ tử vong được ước tính từ phản ứng liều lượng (Probit) của Ae.Ấu trùng Ai Cập (ấu trùng tuổi 3) tập trung vào bột hạt 24 giờ (A) và 72 giờ (B) sau khi xử lý.Đường chấm chấm thể hiện LC50 của phương pháp xử lý bột hạt.DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense bất hoạt nhiệt, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Tại thời điểm đánh giá 72 giờ, giá trị LC50 của bột hạt DFP, IG và PG lần lượt là 0,111, 0,085 và 0,051 g/120 ml dH2O.Hầu như tất cả ấu trùng tiếp xúc với bột hạt Ls đều chết sau 72 giờ tiếp xúc, do đó dữ liệu về tỷ lệ tử vong không nhất quán với phân tích Probit.So với các loại bột hạt khác, ấu trùng ít nhạy cảm hơn với việc xử lý bột hạt DFP và có giá trị LC50 cao hơn về mặt thống kê (Bảng 2 và 3).Sau 72 giờ, giá trị LC50 đối với các nghiệm thức xử lý bột hạt DFP, IG và PG được ước tính lần lượt là 0,111, 0,085 và 0,05 g/120 ml dH2O.Sau 72 giờ đánh giá, giá trị LC90 của bột hạt DFP, IG và PG lần lượt là 0,215, 0,254 và 0,138 g/120 ml dH2O.Sau 72 giờ đánh giá, tỷ lệ tử vong trung bình của ấu trùng đối với các nghiệm thức bột hạt DFP, IG và PG ở nồng độ tối đa 0,12 g/120 ml dH2O lần lượt là 58%, 66% và 96% (Hình 1 B).Sau 72 giờ đánh giá, bột hạt PG được phát hiện độc hại hơn bột hạt IG và DFP.
Isothiocyanate tổng hợp, allyl isothiocyanate (AITC), benzyl isothiocyanate (BITC) và 4-hydroxybenzylisothiocyanate (4-HBITC) có thể tiêu diệt ấu trùng muỗi một cách hiệu quả.Vào 24 giờ sau điều trị, BITC độc hơn đối với ấu trùng với giá trị LC50 là 5,29 ppm so với 19,35 ppm đối với AITC và 55,41 ppm đối với 4-HBITC (Bảng 4).So với AITC và BITC, 4-HBITC có độc tính thấp hơn và giá trị LC50 cao hơn.Có sự khác biệt đáng kể về độc tính của ấu trùng muỗi của hai loại isothiocyanate chính (Ls và PG) trong bột hạt mạnh nhất.Độc tính dựa trên tỷ lệ liều gây chết người của các giá trị LC50 giữa AITC, BITC và 4-HBITC cho thấy sự khác biệt về mặt thống kê đến mức CI 95% của tỷ lệ liều gây chết người LC50 không bao gồm giá trị 1 (P = 0,05, Bảng 4).Ước tính nồng độ cao nhất của cả BITC và AITC có thể tiêu diệt 100% ấu trùng được thử nghiệm (Hình 2).
Đường cong tỷ lệ tử vong được ước tính từ phản ứng liều lượng (Probit) của Ae.24 giờ sau khi điều trị, ấu trùng Ai Cập (ấu trùng tuổi 3) đạt nồng độ isothiocyanate tổng hợp.Đường chấm chấm biểu thị LC50 cho việc xử lý isothiocyanate.Benzyl isothiocyanate BITC, allyl isothiocyanate AITC và 4-HBITC.
Việc sử dụng thuốc trừ sâu sinh học thực vật làm tác nhân kiểm soát véc tơ muỗi đã được nghiên cứu từ lâu.Nhiều loài thực vật sản sinh ra các chất tự nhiên có hoạt tính diệt côn trùng37.Các hợp chất hoạt tính sinh học của chúng cung cấp một giải pháp thay thế hấp dẫn cho thuốc trừ sâu tổng hợp có tiềm năng lớn trong việc kiểm soát sâu bệnh, bao gồm cả muỗi.
Cây mù tạt được trồng làm cây lấy hạt, dùng làm gia vị và làm nguồn dầu.Khi dầu mù tạt được chiết xuất từ hạt hoặc khi mù tạt được chiết xuất để sử dụng làm nhiên liệu sinh học,69 sản phẩm phụ là bột hạt đã khử chất béo.Bột hạt này giữ lại nhiều thành phần sinh hóa tự nhiên và enzyme thủy phân.Độc tính của bột hạt này là do việc sản xuất isothiocyanates55,60,61.Isothiocyanate được hình thành bằng cách thủy phân glucosinolates bằng enzyme myrosinase trong quá trình hydrat hóa bột hạt38,55,70 và được biết là có tác dụng diệt nấm, diệt khuẩn, diệt khuẩn và diệt côn trùng, cũng như các đặc tính khác bao gồm tác dụng cảm giác hóa học và đặc tính hóa trị liệu61,62, 70.Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây mù tạt và bột hạt có tác dụng khử trùng hiệu quả đối với đất và các loài gây hại lưu trữ thực phẩm57,59,71,72.Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá độc tính của bột bốn hạt và ba sản phẩm có hoạt tính sinh học AITC, BITC và 4-HBITC đối với ấu trùng muỗi Aedes.Aedes aegypti.Việc thêm bột hạt trực tiếp vào nước chứa ấu trùng muỗi được cho là sẽ kích hoạt các quá trình enzyme tạo ra isothiocyanate gây độc cho ấu trùng muỗi.Sự biến đổi sinh học này được chứng minh một phần qua hoạt động diệt ấu trùng quan sát được của bột hạt và mất hoạt tính diệt côn trùng khi bột hạt mù tạt lùn được xử lý nhiệt trước khi sử dụng.Quá trình xử lý nhiệt được cho là sẽ phá hủy các enzyme thủy phân kích hoạt glucosinolate, do đó ngăn chặn sự hình thành isothiocyanate có hoạt tính sinh học.Đây là nghiên cứu đầu tiên khẳng định đặc tính diệt côn trùng của bột hạt bắp cải đối với muỗi trong môi trường nước.
Trong số các loại bột hạt được thử nghiệm, bột hạt cải xoong (Ls) có độc tính cao nhất, khiến muỗi Aedes albopictus tử vong cao.Ấu trùng Aedes aegypti được xử lý liên tục trong 24 giờ.Ba loại bột hạt còn lại (PG, IG và DFP) có hoạt tính chậm hơn và vẫn gây chết đáng kể sau 72 giờ xử lý liên tục.Chỉ có bột hạt Ls chứa một lượng glucosinolate đáng kể, trong khi PG và DFP chứa myrosinase và IG chứa glucosinolate là glucosinolate chính (Bảng 1).Glucotropaeolin bị thủy phân thành BITC và sinalbine bị thủy phân thành 4-HBITC61,62.Kết quả xét nghiệm sinh học của chúng tôi chỉ ra rằng cả bột hạt Ls và BITC tổng hợp đều có độc tính cao đối với ấu trùng muỗi.Thành phần chính của bột hạt PG và DFP là myrosinase glucosinolate, được thủy phân thành AITC.AITC có hiệu quả trong việc tiêu diệt ấu trùng muỗi với giá trị LC50 là 19,35 ppm.So với AITC và BITC, isothiocyanate 4-HBITC ít độc nhất đối với ấu trùng.Mặc dù AITC ít độc hơn BITC nhưng giá trị LC50 của chúng thấp hơn nhiều loại tinh dầu được thử nghiệm trên ấu trùng muỗi32,73,74,75.
Bột hạt họ cải của chúng tôi dùng để diệt ấu trùng muỗi có chứa một loại glucosinolate chính, chiếm hơn 98-99% tổng lượng glucosinolate được xác định bằng HPLC.Một lượng nhỏ glucosinolates khác đã được phát hiện, nhưng mức độ của chúng thấp hơn 0,3% tổng lượng glucosinolates.Bột hạt cải xoong (L. sativum) chứa glucosinolate thứ cấp (sinigrin), nhưng tỷ lệ của chúng là 1% tổng lượng glucosinolate và hàm lượng của chúng vẫn không đáng kể (khoảng 0,4 mg/g bột hạt).Mặc dù PG và DFP chứa cùng glucosinolate chính (myrosin), hoạt tính diệt ấu trùng trong bột hạt của chúng khác nhau đáng kể do giá trị LC50 của chúng.Khác nhau về độc tính đối với bệnh phấn trắng.Sự xuất hiện của ấu trùng Aedes aegypti có thể là do sự khác biệt trong hoạt động của myrosinase hoặc sự ổn định giữa hai loại thức ăn hạt giống.Hoạt động của myrosinase đóng một vai trò quan trọng trong khả dụng sinh học của các sản phẩm thủy phân như isothiocyanates trong cây Brassicaceae76.Các báo cáo trước đây của Pocock và cộng sự77 và Wilkinson và cộng sự78 đã chỉ ra rằng những thay đổi trong hoạt động và độ ổn định của myrosinase cũng có thể liên quan đến các yếu tố di truyền và môi trường.
Hàm lượng isothiocyanate có hoạt tính sinh học dự kiến được tính toán dựa trên giá trị LC50 của mỗi bữa ăn hạt vào thời điểm 24 và 72 giờ (Bảng 5) để so sánh với các ứng dụng hóa học tương ứng.Sau 24 giờ, isothiocyanate trong bột hạt độc hơn các hợp chất nguyên chất.Giá trị LC50 được tính toán dựa trên phần triệu (ppm) của phương pháp xử lý hạt giống bằng isothiocyanate thấp hơn giá trị LC50 đối với các ứng dụng BITC, AITC và 4-HBITC.Chúng tôi quan sát thấy ấu trùng ăn thức ăn viên từ hạt (Hình 3A).Do đó, ấu trùng có thể tiếp xúc nhiều hơn với isothiocyanate độc hại bằng cách ăn các viên bột hạt.Điều này thể hiện rõ nhất trong các nghiệm thức xử lý bột hạt IG và PG ở thời điểm tiếp xúc 24 giờ, trong đó nồng độ LC50 thấp hơn lần lượt là 75% và 72% so với nghiệm thức AITC nguyên chất và 4-HBITC.Phương pháp xử lý Ls và DFP độc hại hơn isothiocyanate nguyên chất, với giá trị LC50 lần lượt thấp hơn 24% và 41%.Ấu trùng trong nghiệm thức đối chứng đã hóa nhộng thành công (Hình 3B), trong khi hầu hết ấu trùng trong nghiệm thức xử lý bằng bột hạt không thành nhộng và sự phát triển của ấu trùng bị trì hoãn đáng kể (Hình 3B, D).Ở Spodopteralitura, isothiocyanates có liên quan đến tình trạng chậm tăng trưởng và chậm phát triển79.
Ấu trùng của Ae.Muỗi Aedes aegypti tiếp xúc liên tục với bột hạt Brassica trong 24–72 giờ.(A) Ấu trùng chết có chứa bột hạt ở phần miệng (khoanh tròn);(B) Xử lý đối chứng (dH20 không bổ sung bột hạt) cho thấy ấu trùng phát triển bình thường và bắt đầu hóa nhộng sau 72 giờ (C, D) Ấu trùng được xử lý bằng bột hạt;bột hạt có sự khác biệt trong quá trình phát triển và không hình thành nhộng.
Chúng tôi chưa nghiên cứu cơ chế tác dụng độc hại của isothiocyanates đối với ấu trùng muỗi.Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây về kiến lửa đỏ (Solenopsis invicta) đã chỉ ra rằng sự ức chế glutathione S-transferase (GST) và esterase (EST) là cơ chế chính của hoạt tính sinh học isothiocyanate và AITC, ngay cả khi hoạt động thấp, cũng có thể ức chế hoạt động GST. .kiến lửa đỏ nhập khẩu với nồng độ thấp.Liều lượng là 0,5 µg/ml80.Ngược lại, AITC ức chế acetylcholinesterase ở mọt ngô trưởng thành (Sitophilus zeamais)81.Các nghiên cứu tương tự phải được thực hiện để làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của isothiocyanate ở ấu trùng muỗi.
Chúng tôi sử dụng phương pháp xử lý DFP bất hoạt bằng nhiệt để hỗ trợ đề xuất rằng quá trình thủy phân glucosinolate thực vật để tạo thành isothiocyanate phản ứng đóng vai trò như một cơ chế kiểm soát ấu trùng muỗi bằng bột hạt mù tạt.Bột hạt DFP-HT không độc hại ở tỷ lệ ứng dụng được thử nghiệm.Lafarga và cộng sự.82 báo cáo rằng glucosinolates rất nhạy cảm với sự phân hủy ở nhiệt độ cao.Việc xử lý nhiệt cũng được cho là sẽ làm biến tính enzyme myrosinase trong bột hạt và ngăn chặn quá trình thủy phân glucosinolates để tạo thành isothiocyanate phản ứng.Điều này cũng đã được xác nhận bởi Okunade et al.75 cho thấy myrosinase nhạy cảm với nhiệt độ, cho thấy hoạt động của myrosinase bị bất hoạt hoàn toàn khi hạt mù tạt, mù tạt đen và hạt huyết tương tiếp xúc với nhiệt độ trên 80°.C. Các cơ chế này có thể làm mất hoạt tính diệt côn trùng của bột hạt DFP được xử lý nhiệt.
Vì vậy, bột hạt mù tạt và ba chất isothiocyanate chính của nó gây độc cho ấu trùng muỗi.Do những khác biệt giữa bột hạt và phương pháp xử lý bằng hóa chất, việc sử dụng bột hạt có thể là một phương pháp kiểm soát muỗi hiệu quả.Cần phải xác định các công thức phù hợp và hệ thống phân phối hiệu quả để nâng cao hiệu quả và tính ổn định của việc sử dụng bột hạt.Kết quả của chúng tôi cho thấy tiềm năng sử dụng bột hạt mù tạt để thay thế cho thuốc trừ sâu tổng hợp.Công nghệ này có thể trở thành một công cụ tiên tiến để kiểm soát vật trung gian truyền muỗi.Bởi vì ấu trùng muỗi phát triển mạnh trong môi trường nước và glucosinolates trong bột hạt được chuyển hóa bằng enzyme thành isothiocyanate hoạt động khi hydrat hóa, nên việc sử dụng bột hạt mù tạt trong nước có muỗi mang lại tiềm năng kiểm soát đáng kể.Mặc dù hoạt tính diệt ấu trùng của isothiocyanate khác nhau (BITC > AITC > 4-HBITC), nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để xác định xem liệu việc kết hợp bột hạt với nhiều glucosinolate có làm tăng độc tính hay không.Đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh tác dụng diệt côn trùng của bột hạt họ cải đã khử chất béo và ba chất isothiocyanate có hoạt tính sinh học đối với muỗi.Kết quả của nghiên cứu này đã tạo ra bước đột phá mới bằng cách chỉ ra rằng bột hạt bắp cải đã khử chất béo, sản phẩm phụ của quá trình chiết xuất dầu từ hạt, có thể đóng vai trò là tác nhân diệt côn trùng đầy hứa hẹn để kiểm soát muỗi.Thông tin này có thể giúp phát hiện thêm các tác nhân kiểm soát sinh học thực vật và phát triển chúng dưới dạng thuốc trừ sâu sinh học rẻ tiền, thiết thực và thân thiện với môi trường.
Các bộ dữ liệu được tạo cho nghiên cứu này và các phân tích kết quả có sẵn từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.Khi kết thúc nghiên cứu, tất cả vật liệu sử dụng trong nghiên cứu (côn trùng và bột hạt) đều bị tiêu hủy.
Thời gian đăng: 29-07-2024