Để có hiệu quảkiểm soát muỗivà giảm tỷ lệ mắc bệnh mà chúng mang theo, cần có các giải pháp thay thế mang tính 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 loại Brassicaceae (họ Brassica) như một nguồn isothiocyanate có nguồn gốc từ thực vật được sản xuất bằng phương pháp thủy phân enzym của glucosinolate không hoạt động sinh học để sử dụng trong việc kiểm soát Aedes Ai Cập (L., 1762). Bột hạt năm loại đã tách 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 enzym Sản phẩm hóa học Để xác định độc tính (LC50) của allyl isothiocyanate, benzyl isothiocyanate và 4-hydroxybenzylisothiocyanate đối với ấu trùng Aedes aegypti sau 24 giờ tiếp xúc = 0,04 g/120 ml dH2O). Giá trị LC50 đối với mù tạt, mù tạt trắng và mộc tặc. 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 trong vòng 24 giờ sau khi xử lý so với 0,1 g/120 ml dH2O. Những kết quả này phù hợp với sản xuất bột hạt cỏ linh lăng. Hiệu quả cao hơn của este benzyl tương ứng với các giá trị LC50 được tính toán. Sử dụng bột hạt có thể cung cấp một phương pháp hiệu quả để kiểm soát muỗi. hiệu quả của bột hạt họ cải và các thành phần hóa học chính của nó đối với ấu trùng muỗi và cho thấy các hợp chất tự nhiên trong bột hạt họ cải có thể đóng vai trò là thuốc diệt ấu trùng thân thiện với môi trường đầy hứa hẹn để kiểm soát muỗi.
Các bệnh do muỗi truyền do muỗi Aedes vẫn là một vấn đề lớn đối với sức khỏe cộng đồng toàn cầu. Tỷ lệ mắc các bệnh do muỗi truyền lây lan theo khu vực địa lý1,2,3 và tái phát, dẫn đến các đợt bùng phát bệnh nghiêm trọng4,5,6,7. Sự lây lan của các bệnh giữa người và động vật (ví dụ, sốt chikungunya, sốt xuất huyết, sốt Rift Valley, sốt vàng da và vi-rút Zika) là chưa từng có. Chỉ riêng sốt xuất huyết đã khiến khoảng 3,6 tỷ người ở vùng nhiệt đới có nguy cơ bị nhiễm trùng, với ước tính 390 triệu ca nhiễm xảy ra hàng năm, dẫn đến 6.100–24.300 ca tử vong mỗi năm8. Sự tái xuất hiện 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 3 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 các loại vi-rút arbovirus do muỗi truyền.
Ngoại trừ các loại vắc-xin mới được phát triển chống lại bệnh sốt xuất huyết và sốt vàng da, vắc-xin chống lại hầu hết các bệnh do muỗi truyền vẫn chưa được phát triển9,10,11. Vắc-xin vẫn có sẵn với số lượng hạn chế và chỉ được sử dụng trong các thử nghiệm lâm sàng. Kiểm soát các vật trung gian truyền bệnh là muỗi bằng thuốc trừ sâu tổng hợp là một 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 tiêu diệt muỗi, nhưng việc tiếp tục sử dụng thuốc trừ sâu tổng hợp ảnh hưởng tiêu cực đến các sinh vật không phải mục tiêu và gây ô nhiễm môi trường14,15,16. Thậm chí đáng báo động hơn là xu hướng muỗi kháng thuốc trừ sâu hóa học ngày càng tăng17,18,19. Những vấn đề liên quan đến thuốc trừ sâu này đã đẩy nhanh quá trình tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả và thân thiện với môi trường để kiểm soát các vật trung gian truyền bệnh.
Nhiều loại thực vật 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 thể phân huỷ 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 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 thành phần thực vật hoạt tính khác đã được chú ý và mở đường cho các công cụ cải tiến để kiểm soát các vật trung gian truyền muỗi. Tinh dầu, monoterpen và sesquiterpen hoạt động như chất xua đuổi, chất ngăn chặn và chất diệt muỗi27,28,29,30,31,32,33. Nhiều loại dầu thực vật gây ra cái chết của 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 khả năng sử dụng cây mù tạt và hạt của chúng như một nguồn hợp chất hoạt tính sinh học. Bột hạt mù tạt đã được thử nghiệm như một chất xông hơi sinh học38,39,40,41 và được sử dụng như một chất cải tạo đất để ức chế cỏ dại42,43,44 và kiểm soát các mầm bệnh thực vật có trong 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 động diệt nấm của các loại bột hạt này được cho là nhờ các hợp chất bảo vệ thực vật được gọi là isothiocyanates38,42,60. Ở thực vật, các hợp chất bảo vệ này được lưu trữ trong tế bào thực vật dưới dạng glucosinolate không hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, khi thực vật bị hư hại do côn trùng ăn hoặc nhiễm mầm bệnh, glucosinolate bị thủy phân bởi myrosinase thành isothiocyanates hoạt tính sinh học55,61. Isothiocyanate là hợp chất dễ bay hơi được biết đến có hoạt tính kháng khuẩn và diệt côn trùng phổ rộng, và cấu trúc, hoạt tính sinh học và hàm lượng của chúng thay đổi rất nhiều 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 tính sinh học chống lại các loài chân đốt quan trọng về mặt y học. Nghiên cứu của chúng tôi đã kiểm tra hoạt tính diệt ấu trùng của bốn loại bột hạt đã tách béo đối với muỗi Aedes. Ấu trùng của Aedes aegypti. Mục đích của nghiên cứu là đánh giá tiềm năng sử dụng của chúng như 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 tính 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 đối với ấu trùng muỗi.
Các đàn muỗi Aedes aegypti trong phòng thí nghiệm (chủng Rockefeller) được duy trì ở nhiệt độ 26°C, độ ẩm tương đối 70% (RH) và chu kỳ quang hợp L:D là 10:14 giờ. Những con cái đã giao phối được nhốt trong lồng nhựa (cao 11 cm và đường kính 9,5 cm) và được cho ăn qua hệ thống cho ăn bằng bình sử dụng máu bò đã khử citrate (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, Hoa Kỳ). Việc cho ăn máu được thực hiện như bình thường bằng cách sử dụng máng ăn nhiều lớp màng (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, Hoa Kỳ) được kết nối với ống tắm nước tuần hoàn (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, Hoa Kỳ) với nhiệt độ kiểm soát là 37 °C. Trải một lớp màng Parafilm M vào đáy của mỗi ngăn đựng thức ăn bằng kính (diện tích 154 mm2). Sau đó, mỗi máng ăn được đặt trên lưới trên cùng phủ lên lồng chứa con cái đang giao phối. Khoảng 350–400 μl máu bò được thêm vào phễu thủy tinh nạp bằng pipet Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, Hoa Kỳ) và để giun trưởng thành chảy ra trong ít nhất một giờ. Sau đó, những con cái mang thai được cho uống dung dịch sucrose 10% và để đẻ trứng trên giấy lọc ẩm lót trong từng cốc soufflé siêu trong (kích thước 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, Hoa Kỳ). lồng có 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, Hoa Kỳ) 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 giai đoạn 3 muộn được sử dụng trong các xét nghiệm sinh học của chúng tôi.
Vật liệu hạt giống thực vật được sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ các nguồn thương mại và chính phủ sau: Brassica juncea (mù tạt nâu-Pacific Gold) và Brassica juncea (mù tạt trắng-Ida Gold) từ Hợp tác xã nông dân Tây Bắc Thái Bình Dương, Tiểu bang Washington, Hoa Kỳ; (Cải xoong vườn) từ Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, Hoa Kỳ và Thlaspi arvense (Cải xoong cánh đồng-Elisabeth) từ USDA-ARS, Peoria, IL, Hoa Kỳ; Không có hạt giống nào được sử dụng trong nghiên cứu này được xử lý bằng thuốc trừ sâu. Tất cả vật liệu hạt giống đều được xử lý và sử dụng trong nghiên cứu này theo các quy định của địa phương và quốc gia và tuân thủ tất cả các quy định có liên quan của tiểu bang và quốc gia. Nghiên cứu này không xem xét các giống cây trồng chuyển gen.
Hạt Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), White mustard (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 rotor bằng thép không gỉ, 12 răng, 10.000 vòng/phút (Bảng 1). Bột hạt đã nghiền được chuyển vào một cái đê giấy và khử chất béo bằng hexan trong thiết bị Soxhlet trong 24 giờ. Một mẫu mù tạt đồng ruộng đã khử chất béo được xử lý nhiệt ở 100 °C trong 1 giờ để biến tính myrosinase và ngăn chặn quá trình thủy phân glucosinolate tạo thành isothiocyanate có hoạt tính sinh học. Bột hạt đuôi ngựa đã xử lý nhiệt (DFP-HT) được sử dụng làm đối chứng âm tính bằng cách biến tính myrosinase.
Hàm lượng glucosinolate trong bột hạt đã tách béo được xác định theo ba bản sao bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) theo một giao thức đã công bố trước đó 64. Tóm lại, 3 mL methanol được thêm vào 250 mg mẫu bột hạt đã tách béo. Mỗi mẫu được siêu âm trong bồn nước trong 30 phút và để trong bóng tối ở 23°C trong 16 giờ. Sau đó, lọc 1 mL lớp hữu cơ qua bộ lọc 0,45 μm vào máy lấy mẫu tự động. Chạy trên hệ thống HPLC Shimadzu (hai máy bơm LC 20AD; máy lấy mẫu tự động SIL 20A; máy khử khí DGU 20As; máy dò UV-VIS SPD-20A để theo dõi ở 237 nm; và mô-đun bus truyền thông CBM-20A), hàm lượng glucosinolate trong bột hạt được xác định theo ba bản sao. bằng phần mềm Shimadzu LC Solution phiên bản 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, Hoa Kỳ). Cột là cột pha đảo ngược C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, Hoa Kỳ). Các điều kiện pha động ban đầu được đặt ở mức 12% methanol/88% tetrabutylammonium hydroxide 0,01 M trong nước (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, Hoa Kỳ) với tốc độ dòng chảy là 1 mL/phút. Sau khi tiêm 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% methanol, với tổng thời gian phân tích mẫu là 65 phút. Đường cong chuẩn (dựa trên nM/mAb) được tạo ra bằng cách pha loãng nối tiếp các chuẩn sinapine, glucosinolate và myrosin mới chuẩn bị (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, Hoa Kỳ) để ước tính hàm lượng lưu huỳnh trong bột hạt đã khử chất béo. glucosinolate. Nồng độ glucosinolate trong các mẫu đã được thử nghiệm trên Agilent 1100 HPLC (Agilent, Santa Clara, CA, Hoa Kỳ) bằng phiên bản OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) được trang bị cùng một cột và sử dụng phương pháp đã mô tả trước đó. Nồng độ glucosinolate đã được xác định; có thể so sánh giữa các hệ thống HPLC.
Allyl isothiocyanate (94%, ổn định) và benzyl isothiocyanate (98%) được mua từ Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, Hoa Kỳ). 4-Hydroxybenzylisothiocyanate được mua từ ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, Hoa Kỳ). Khi thủy phân bằng enzym bởi myrosinase, glucosinolate, glucosinolate và glucosinolate 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 với các sửa đổi. Năm loại thức ăn hạt ít béo đã được sử dụng trong nghiên cứu: DFP, DFP-HT, IG, PG và Ls. Hai mươi ấu trùng được đặt trong cốc thủy tinh ba chiều dùng một lần 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, Hoa Kỳ) chứa 120 mL nước khử ion (dH2O). Bảy nồng độ bột hạt đã được thử nghiệm về độc tính đối với 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 xét nghiệm sinh học sơ bộ chỉ ra rằng bột hạt Ls đã khử chất béo độc hơn bốn loại bột hạt khác đã được thử nghiệm. Do đó, chúng tôi đã điều chỉnh bảy nồng độ xử lý của 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 xử lý (dH20, không bổ sung bột hạt) được đưa vào để đánh giá tỷ lệ tử vong bình thường của côn trùng trong điều kiện thử nghiệm. Các xét nghiệm sinh học về độc tính đối với mỗi bột hạt bao gồm ba cốc thủy tinh ba độ dốc lặp lại (20 ấu trùng giai đoạn thứ ba muộn trên mỗi cốc), tổng cộng là 108 lọ. Các thùng chứa đã xử lý được bảo quản ở nhiệt độ phòng (20-21°C) và tỷ lệ tử vong của ấu trùng được ghi lại trong 24 và 72 giờ tiếp xúc liên tục với nồng độ xử lý. Nếu cơ thể và phần phụ của muỗi không chuyển động khi bị đâm hoặc chạm bằng thìa thép không gỉ mỏng, thì ấu trùng muỗi được coi là đã chết. Ấu trùng chết thường nằm bất động ở vị trí lưng hoặc bụng ở đáy thùng chứa hoặc trên bề mặt nước. Thí nghiệm được lặp lại ba lần vào những ngày khác nhau bằng cách sử dụng các nhóm ấu trùng khác nhau, tổng cộng là 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 cùng một quy trình xét nghiệm sinh học nhưng với các phương pháp xử lý khác nhau. Chuẩn bị dung dịch gốc 100.000 ppm cho mỗi loại 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 đều. Nồng độ xử lý được xác định dựa trên các xét nghiệm sinh học sơ bộ của chúng tôi, trong đó phát hiện ra rằng BITC độc 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 ppm). 30, 45, 60, 75 và 90 ppm). Xử lý đối chứng được tiêm 108 μL ethanol tuyệt đối, tương đương với thể tích tối đa của xử lý hóa chất. Các xét nghiệm sinh học được lặp lại như trên, phơi nhiễm tổng cộng 180 ấu trùng cho mỗi nồng độ xử lý. Tỷ lệ tử vong của ấu trùng được ghi lại cho mỗi nồng độ AITC, BITC và 4-HBITC sau 24 giờ phơi nhiễm liên tục.
Phân tích Probit của 65 dữ liệu tử vong liên quan đến liều được thực hiện bằng phần mềm Polo (Polo Plus, LeOra Software, phiên bản 1.0) để tính nồng độ gây chết 50% (LC50), nồng độ gây chết 90% (LC90), độ dốc, hệ số liều gây chết và nồng độ gây chết 95%. dựa trên các khoảng tin cậy cho tỷ lệ liều gây chết đối với nồng độ chuyển đổi logarit và đường cong liều-tử vong. Dữ liệu tử vong dựa trên dữ liệu sao chép kết hợp của 180 ấu trùng tiếp xúc với từng nồng độ xử lý. Phân tích xác suất được thực hiện riêng cho từng loại bột hạt và từng thành phần hóa học. Dựa trên khoảng tin cậy 95% của tỷ lệ liều gây chết, độc tính của bột hạt và các thành phần hóa học đối với ấu trùng muỗi được coi là khác biệt 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 tách béo DFP, IG, PG và Ls được liệt kê trong Bảng 1. Các glucosinolate chính trong bột hạt được thử nghiệm khác nhau ngoại trừ DFP và PG, cả hai đều chứa glucosinolate myrosinase. 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 muỗi Ae. Aedes aegypti bị tiêu diệt khi được xử lý bằng bột hạt đã tách béo, mặc dù hiệu quả của phương pháp xử lý khác nhau tùy thuộc vào loài thực vật. Chỉ có DFP-NT không độc với ấu trùng muỗi sau 24 và 72 giờ tiếp xúc (Bảng 2). Độc tính của bột hạt hoạt tính tăng theo nồng độ tăng (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 giá trị LC50 tại thời điểm đánh giá 24 giờ và 72 giờ (Bảng 3). Sau 24 giờ, tác dụng độc của bột hạt Ls lớn hơn 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 nghiệm thức bột hạt IG, Ls và PG, với giá trị LC50 lần lượt là 0,115, 0,04 và 0,08 g/120 ml dH2O, cao hơn đáng kể so với giá trị LC50 là 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 tử vong trung bình của ấu trùng chỉ là 12%, trong khi tỷ lệ tử vong 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 tử vong được ước tính từ phản ứng liều lượng (Probit) của ấu trùng Ae. Egyptian (ấu trùng tuổi thứ 3) đối với nồng độ bột hạt sau 24 giờ (A) và 72 giờ (B) sau khi xử lý. Đường chấm chấm biểu thị LC50 của xử lý bột hạt. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense bất hoạt bằng nhiệt, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Khi đánh giá sau 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 đáng kể về mặt thống kê (Bảng 2 và 3). Sau 72 giờ, giá trị LC50 đối với việc xử lý bột hạt DFP, IG và PG lần lượt được ước tính 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 chế phẩm 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 1B). Sau 72 giờ đánh giá, bột hạt PG được phát hiện độc 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 hiệu quả. Sau 24 giờ xử lý, 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 đối với ấu trùng muỗi của hai isothiocyanate chính (Ls và PG) trong bột hạt mạnh nhất. Độc tính dựa trên tỷ lệ liều gây chết của các giá trị LC50 giữa AITC, BITC và 4-HBITC cho thấy sự khác biệt về mặt thống kê sao cho 95% CI của tỷ lệ liều gây chết LC50 không bao gồm giá trị 1 (P = 0,05, Bảng 4). Nồng độ cao nhất của cả BITC và AITC được ước tính là tiêu diệt 100% ấu trùng được thử nghiệm (Hình 2).
Đường cong tử vong được ước tính từ phản ứng liều (Probit) của Ae. 24 giờ sau khi điều trị, ấu trùng Ai Cập (ấu trùng tuổi thứ 3) đạt nồng độ isothiocyanate tổng hợp. Đường chấm chấm biểu thị LC50 cho phương pháp điều trị 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 muỗi đã được nghiên cứu từ lâu. Nhiều loại cây sản xuất ra các hóa 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 các loài gây hại, bao gồm cả muỗi.
Cây mù tạt được trồng như một loại cây trồng để lấy hạt, dùng làm gia vị và 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 tách béo. Bột hạt này vẫn giữ lại nhiều thành phần sinh hóa tự nhiên và enzyme thủy phân. Độc tính của bột hạt này là do sản xuất isothiocyanate55,60,61. Isothiocyanate được hình thành do quá trình thủy phân glucosinolate bởi enzyme myrosinase trong quá trình hydrat hóa bột hạt38,55,70 và được biết là có tác dụng diệt nấm, diệt khuẩn, diệt tuyến trùng và diệt côn trùng, cũng như các đặc tính khác bao gồm tác dụng cảm quan 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 hiệu quả như thuốc xông hơi đối với sâu bệnh trong đất và thực phẩm dự trữ57,59,71,72. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá độc tính của bột bốn hạt và ba sản phẩm 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 có ấu trùng muỗi được kỳ vọng sẽ kích hoạt các quá trình enzym sản xuất isothiocyanate độc hại đối với ấu trùng muỗi. Sự chuyển đổi sinh học này đã được chứng minh một phần thông qua hoạt động diệt ấu trùng được quan sát thấy của bột hạt và mất hoạt tính diệt côn trùng khi bột hạt cải lùn được xử lý nhiệt trước khi sử dụng. Xử lý nhiệt được kỳ vọng sẽ phá hủy các enzym thủy phân kích hoạt glucosinolate, do đó ngăn ngừa sự hình thành isothiocyanate hoạt tính sinh học. Đây là nghiên cứu đầu tiên xác nhận 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) là loại độc nhất, gây tử vong cao ở muỗi Aedes albopictus. Ấu trùng Aedes aegypti được xử lý liên tục trong 24 giờ. Ba loại bột hạt còn lại (PG, IG và DFP) có hoạt động chậm hơn và vẫn gây tử vong đáng kể sau 72 giờ xử lý liên tục. Chỉ có bột hạt Ls chứa một lượng đáng kể glucosinolate, trong khi PG và DFP chứa myrosinase và IG chứa glucosinolate là glucosinolate chính (Bảng 1). Glucotropaeolin được thủy phân thành BITC và sinalbine được 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 là chất 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 chống ấu trùng muỗi có chứa một loại glucosinolate chính, chiếm hơn 98-99% tổng số glucosinolate xác định bằng HPLC. Một lượng nhỏ các glucosinolate khác đã được phát hiện, nhưng mức độ của chúng ít hơn 0,3% tổng số glucosinolate. Bột hạt cải xoong (L. sativum) có chứa glucosinolate thứ cấp (sinigrin), nhưng tỷ lệ của chúng là 1% tổng số glucosinolate và hàm lượng của chúng vẫn không đáng kể (khoảng 0,4 mg/g bột hạt). Mặc dù PG và DFP chứa cùng một loại glucosinolate chính (myrosin), nhưng hoạt động diệt ấu trùng của bột hạt của chúng lại khác nhau đáng kể do giá trị LC50 của chúng. Độc tính khác nhau đối với bệnh phấn trắng. Sự xuất hiện của ấu trùng Aedes aegypti có thể là do sự khác biệt về hoạt động của myrosinase hoặc độ ổn định giữa hai loại thức ăn hạt. Hoạt động của myrosinase đóng vai trò quan trọng trong khả dụng sinh học của các sản phẩm thủy phân như isothiocyanate trong cây họ cải76. 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 hoạt tính sinh học dự kiến được tính toán dựa trên giá trị LC50 của mỗi loại bột hạt sau 24 và 72 giờ (Bảng 5) để so sánh với các ứng dụng hóa chất tương ứng. Sau 24 giờ, các isothiocyanate trong bột hạt độc hơn các hợp chất tinh khiết. Giá trị LC50 được tính toán dựa trên phần triệu (ppm) của các phương pháp xử lý hạt isothiocyanate thấp hơn giá trị LC50 đối với các ứng dụng BITC, AITC và 4-HBITC. Chúng tôi đã quan sát thấy ấu trùng tiêu thụ viên bột hạt (Hình 3A). Do đó, ấu trùng có thể tiếp xúc nhiều hơn với isothiocyanate độc hại bằng cách ăn viên bột hạt. Điều này thể hiện rõ nhất ở các phương pháp xử lý bột hạt IG và PG sau 24 giờ tiếp xúc, trong đó nồng độ LC50 thấp hơn lần lượt là 75% và 72% so với các phương pháp xử lý AITC và 4-HBITC tinh khiết. Xử lý Ls và DFP độc hơn isothiocyanate tinh khiết, với giá trị LC50 thấp hơn lần lượt là 24% và 41%. Ấu trùng trong xử lý đối chứng đã hóa nhộng thành công (Hình 3B), trong khi hầu hết ấu trùng trong xử lý bột hạt không hóa nhộng và quá trình phát triển của ấu trùng bị chậm lại đáng kể (Hình 3B,D). Ở Spodopteralitura, isothiocyanate có liên quan đến sự chậm phát triển và chậm phát triển79.
Ấu trùng của muỗi Ae. Aedes aegypti liên tục tiếp xúc với bột hạt Brassica trong 24–72 giờ. (A) Ấu trùng chết có các hạt bột hạt trong phần miệng (được khoanh tròn); (B) Xử lý đối chứng (dH20 không thêm 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 cho thấy sự khác biệt trong quá trình phát triển và không hóa nhộng.
Chúng tôi chưa nghiên cứu cơ chế tác động độc hại của isothiocyanate lên ấu trùng muỗi. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây trên kiến lửa đỏ (Solenopsis invicta) đã chỉ ra rằng ức chế glutathione S-transferase (GST) và esterase (EST) là cơ chế chính của hoạt tính sinh học của isothiocyanate, và AITC, ngay cả ở mức hoạt động thấp, cũng có thể ức chế hoạt động của GST. kiến lửa đỏ nhập khẩu ở nồng độ thấp. Liều lượng là 0,5 µg/ml80. Ngược lại, AITC ức chế acetylcholinesterase ở bọ cánh cứng ngô trưởng thành (Sitophilus zeamais)81. Các nghiên cứu tương tự phải được tiến hành 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 cho đề xuất rằng thủy phân glucosinolate thực vật để tạo thành isothiocyanate phản ứng đóng vai trò là cơ chế kiểm soát ấu trùng muỗi bằng bột hạt mù tạt. Bột hạt DFP-HT không độc hại ở tỷ lệ ứng dụng đã thử nghiệm. Lafarga và cộng sự. 82 đã báo cáo rằng glucosinolate nhạy cảm với sự phân hủy ở nhiệt độ cao. Xử lý nhiệt cũng được kỳ vọng sẽ làm biến tính enzyme myrosinase trong bột hạt và ngăn chặn quá trình thủy phân glucosinolate để tạo thành isothiocyanate phản ứng. Điều này cũng đã được Okunade và cộng sự xác nhận. 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 bloodroot tiếp xúc với nhiệt độ trên 80° C. Các cơ chế này có thể dẫn đến mất hoạt tính diệt côn trùng của bột hạt DFP đã xử lý bằng nhiệt.
Do đó, bột hạt mù tạt và ba loại isothiocyanate chính của nó có độc với ấu trùng muỗi. Với những khác biệt này giữa bột hạt và phương pháp xử lý hóa học, việc sử dụng bột hạt có thể là một phương pháp hiệu quả để kiểm soát muỗi. Cần phải xác định các công thức phù hợp và hệ thống phân phối hiệu quả để cải thiện hiệu quả và tính ổn định của việc sử dụng bột hạt. Kết quả của chúng tôi chỉ ra tiềm năng sử dụng bột hạt mù tạt thay thế cho thuốc trừ sâu tổng hợp. Công nghệ này có thể trở thành một công cụ cải tiến để kiểm soát các vật trung gian truyền muỗi. Vì ấu trùng muỗi phát triển mạnh trong môi trường nước và glucosinolate trong bột hạt được chuyển hóa thành isothiocyanate hoạt động theo enzym khi ngậm nước, nên việc sử dụng bột hạt mù tạt trong nước có muỗi mang lại tiềm năng kiểm soát đáng kể. Mặc dù hoạt động diệt ấu trùng của isothiocyanate khác nhau (BITC > AITC > 4-HBITC), cần nghiên cứu thêm để xác định xem việc kết hợp bột hạt với nhiều loại glucosinolate có làm tăng độc tính một cách hiệp đồng hay không. Đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh tác dụng diệt côn trùng của bột hạt họ cải đã tách béo và ba loại isothiocyanate có hoạt tính sinh học đối với muỗi. Kết quả của nghiên cứu này mở ra hướng đi mới bằng cách chỉ ra rằng bột hạt bắp cải đã tách béo, một sản phẩm phụ của quá trình chiết xuất dầu từ hạt, có thể đóng vai trò là tác nhân diệt ấu trùng đầy hứa hẹn để kiểm soát muỗi. Thông tin này có thể giúp thúc đẩy việc khám phá các tác nhân kiểm soát sinh học thực vật và phát triển chúng thành thuốc trừ sâu sinh học giá rẻ, thiết thực và thân thiện với môi trường.
Các tập dữ liệu được tạo ra cho nghiên cứu này và các phân tích kết quả có sẵn từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý. Vào cuối nghiên cứu, tất cả các vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu (côn trùng và bột hạt) đã bị tiêu hủy.
Thời gian đăng: 29-07-2024