النشاط البيولوجي لمسحوق بذور الكرنب ومركباته كمبيد يرقات صديق للبيئة ضد البعوض

على نحو فعالالسيطرة على البعوضوللحد من حدوث الأمراض التي تحملها، هناك حاجة إلى بدائل استراتيجية ومستدامة وصديقة للبيئة للمبيدات الحشرية الكيميائية.قمنا بتقييم وجبات البذور من بعض الكرنبيات (عائلة الكرنباسي) كمصدر للإيزوثيوسيانات المشتقة من النباتات والتي يتم إنتاجها عن طريق التحلل المائي الأنزيمي للجلوكوزينات غير النشطة بيولوجيًا لاستخدامها في مكافحة الزاعجة المصرية (L., 1762).وجبة بذور منزوعة الدهن (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 وThlaspi arvense – ثلاثة أنواع رئيسية من التعطيل الحراري والتحلل الأنزيمي الكيميائي تحديد سمية (LC50) لإيزوثيوسيانات الأليل، وإيزوثيوسيانات البنزيل، و4-هيدروكسي بنزيل إيزوثيوسيانات ليرقات الزاعجة المصرية عند التعرض لمدة 24 ساعة = 0.04 جم/120 مل dH2O).قيم LC50 للخردل والخردل الأبيض وذيل الحصان.كانت وجبة البذور 0.05، 0.08 و 0.05 على التوالي مقارنة بإيزوثيوسيانات الأليل (LC50 = 19.35 جزء في المليون) و 4. -هيدروكسيبنزيليسوثيوسيانات (LC50 = 55.41 جزء في المليون) كانت أكثر سمية لليرقات خلال 24 ساعة بعد العلاج من 0.1 جم / 120 مل dH2O على التوالي.وتتفق هذه النتائج مع إنتاج وجبة بذور البرسيم.تتوافق الكفاءة الأعلى لاسترات البنزيل مع قيم LC50 المحسوبة.يمكن أن يوفر استخدام وجبة البذور وسيلة فعالة لمكافحة البعوض.فعالية مسحوق البذور الصليبية ومكوناته الكيميائية الرئيسية ضد يرقات البعوض ويوضح كيف يمكن للمركبات الطبيعية الموجودة في مسحوق البذور الصليبية أن تكون بمثابة مبيد يرقات واعد وصديق للبيئة لمكافحة البعوض.
لا تزال الأمراض المنقولة بالنواقل التي يسببها بعوض الزاعجة تمثل مشكلة صحية عامة عالمية كبرى.تنتشر حالات الإصابة بالأمراض التي ينقلها البعوض جغرافيًا1،2،3 وتعاود الظهور، مما يؤدي إلى تفشي أمراض خطيرة4،5،6،7.إن انتشار الأمراض بين البشر والحيوانات (مثل شيكونغونيا وحمى الضنك وحمى الوادي المتصدع والحمى الصفراء وفيروس زيكا) لم يسبق له مثيل.تُعرِّض حمى الضنك وحدها ما يقرب من 3.6 مليار شخص لخطر الإصابة بالعدوى في المناطق الاستوائية، حيث تحدث ما يقدر بنحو 390 مليون إصابة سنويًا، مما يؤدي إلى وفاة ما بين 6,100 إلى 24,300 شخصًا سنويًا8.لقد اجتذبت عودة ظهور فيروس زيكا وتفشيه في أمريكا الجنوبية اهتمامًا عالميًا بسبب تلف الدماغ الذي يسببه عند الأطفال المولودين لنساء مصابات.ويتوقع كريمر وزملاؤه 3 أن النطاق الجغرافي لبعوض الزاعجة سيستمر في التوسع، وأنه بحلول عام 2050، سيكون نصف سكان العالم معرضين لخطر الإصابة بالفيروسات المفصلية التي ينقلها البعوض.
وباستثناء اللقاحات التي تم تطويرها مؤخرًا ضد حمى الضنك والحمى الصفراء، لم يتم بعد تطوير لقاحات ضد معظم الأمراض التي ينقلها البعوض.ولا تزال اللقاحات متوفرة بكميات محدودة وتستخدم فقط في التجارب السريرية.كانت السيطرة على نواقل البعوض باستخدام المبيدات الحشرية الاصطناعية استراتيجية رئيسية للسيطرة على انتشار الأمراض التي ينقلها البعوض .على الرغم من أن المبيدات الاصطناعية فعالة في قتل البعوض، فإن الاستخدام المستمر للمبيدات الاصطناعية يؤثر سلبا على الكائنات غير المستهدفة ويلوث البيئة.والأمر الأكثر إثارة للقلق هو الاتجاه نحو زيادة مقاومة البعوض للمبيدات الحشرية الكيميائية .وقد أدت هذه المشاكل المرتبطة بالمبيدات الحشرية إلى تسريع عملية البحث عن بدائل فعالة وصديقة للبيئة للسيطرة على نواقل الأمراض.
تم تطوير نباتات مختلفة كمصادر للمبيدات النباتية لمكافحة الآفات .تعتبر المواد النباتية صديقة للبيئة بشكل عام لأنها قابلة للتحلل الحيوي ولها سمية منخفضة أو لا تذكر للكائنات غير المستهدفة مثل الثدييات والأسماك والبرمائيات .من المعروف أن المستحضرات العشبية تنتج مجموعة متنوعة من المركبات النشطة بيولوجيًا مع آليات عمل مختلفة للتحكم بشكل فعال في مراحل حياة البعوض المختلفة .وقد اكتسبت المركبات المشتقة من النباتات مثل الزيوت الأساسية وغيرها من المكونات النباتية النشطة الاهتمام ومهدت الطريق لأدوات مبتكرة للسيطرة على نواقل البعوض.تعمل الزيوت العطرية والمونوتربينات والسيسكيتربينات كمواد طاردة ومغذيات ومبيدات للبيض.تتسبب العديد من الزيوت النباتية في موت يرقات البعوض والعذارى والبالغين34،35،36، مما يؤثر على الجهاز العصبي والجهاز التنفسي والغدد الصماء وغيرها من الأجهزة المهمة للحشرات37.
قدمت الدراسات الحديثة نظرة ثاقبة حول الاستخدام المحتمل لنباتات الخردل وبذورها كمصدر للمركبات النشطة بيولوجيا.تم اختبار وجبة بذور الخردل كمبيد حيوي 38،39،40،41 واستخدامها كتعديل للتربة لقمع الأعشاب الضارة 42،43،44 ومكافحة مسببات الأمراض النباتية التي تنتقل عن طريق التربة 45،46،47،48،49،50 ، لتغذية النبات.الديدان الخيطية 41،51، 52، 53، 54 والآفات 55، 56، 57، 58، 59، 60. ويعزى النشاط المبيد للفطريات لمساحيق البذور هذه إلى مركبات وقائية للنبات تسمى إيزوثيوسيانات 38،42،60.وفي النباتات، يتم تخزين هذه المركبات الواقية في الخلايا النباتية على شكل جلاكوسينولات غير نشطة بيولوجيًا.ومع ذلك، عندما تتضرر النباتات بسبب تغذية الحشرات أو العدوى المسببة للأمراض، يتم تحلل الجلوكوزينات بواسطة الميروزيناز إلى إيزوثيوسيانات النشطة بيولوجيًا.Isothiocyanates عبارة عن مركبات متطايرة معروفة بأن لها نشاطًا مضادًا للميكروبات ومبيدات الحشرات واسع النطاق ، ويختلف هيكلها ونشاطها البيولوجي ومحتواها بشكل كبير بين أنواع Brassicaceae 42،59،62،63 .
على الرغم من أنه من المعروف أن الإيزوثيوسيانات المشتقة من مسحوق بذور الخردل لها نشاط مبيد للحشرات، إلا أنه لا توجد بيانات عن النشاط البيولوجي ضد ناقلات المفصليات ذات الأهمية الطبية.تناولت دراستنا نشاط مبيد اليرقات لأربعة مساحيق بذور منزوعة الدهن ضد بعوض الزاعجة.يرقات الزاعجة المصرية.كان الهدف من الدراسة هو تقييم استخدامها المحتمل كمبيدات حيوية صديقة للبيئة لمكافحة البعوض.تم أيضًا اختبار ثلاثة مكونات كيميائية رئيسية لوجبة البذور، وهي أليل إيزوثيوسيانات (AITC)، وإيزوثيوسيانات البنزيل (BITC)، و4-هيدروكسي بنزيل إيزوثيوسيانات (4-HBITC) لاختبار النشاط البيولوجي لهذه المكونات الكيميائية على يرقات البعوض.هذا هو التقرير الأول لتقييم فعالية أربعة مساحيق بذور الكرنب ومكوناتها الكيميائية الرئيسية ضد يرقات البعوض.
تم الحفاظ على مستعمرات الزاعجة المصرية (سلالة روكفلر) المعملية عند درجة حرارة 26 درجة مئوية ورطوبة نسبية 70% و10:14 ساعة (الفترة الضوئية L:D).تم إيواء الإناث المتزاوجة في أقفاص بلاستيكية (ارتفاع 11 سم وقطر 9.5 سم) وتم تغذيتها عبر نظام تغذية الزجاجة باستخدام دم الأبقار السترات (HemoStat Laboratories Inc.، Dixon، CA، USA).تم إجراء تغذية الدم كالمعتاد باستخدام وحدة تغذية غشائية متعددة الزجاج (Chemglass، Life Sciences LLC، Vineland، NJ، USA) متصلة بأنبوب حمام مائي متداول (HAAKE S7، Thermo-Scientific، Waltham، MA، USA) مع درجة حرارة التحكم 37 درجة مئوية.قم بتمديد فيلم Parafilm M على الجزء السفلي من كل غرفة تغذية زجاجية (مساحة 154 مم2).ثم تم وضع كل وحدة تغذية على الشبكة العلوية التي تغطي القفص الذي يحتوي على أنثى التزاوج.تمت إضافة ما يقرب من 350-400 ميكرولتر من دم الأبقار إلى قمع تغذية زجاجي باستخدام ماصة باستور (Fisherbrand، Fisher Scientific، Waltham، MA، USA) وتم السماح للديدان البالغة بالتصريف لمدة ساعة واحدة على الأقل.تم بعد ذلك إعطاء الإناث الحوامل محلول سكروز بنسبة 10٪ وسمح لها بوضع البيض على ورق ترشيح رطب مبطن في أكواب سوفليه فردية فائقة الوضوح (حجم 1.25 أونصة سائلة، Dart Container Corp.، Mason، MI، USA).قفص بالماء.ضع ورق الترشيح الذي يحتوي على البيض في كيس مغلق (SC Johnsons, Racine, WI) وخزنه عند درجة حرارة 26 درجة مئوية.تم فقس البيض وتم تربية ما يقرب من 200 إلى 250 يرقة في صواني بلاستيكية تحتوي على خليط من طعام الأرانب (ZuPreem، Premium Natural Products، Inc.، Mission، KS، USA) ومسحوق الكبد (MP Biomedicals، LLC، Solon، OH، الولايات المتحدة الأمريكية).وشرائح السمك (TetraMin، Tetra GMPH، Meer، ألمانيا) بنسبة 2:1:1.تم استخدام يرقات العمر الثالث المتأخر في اختباراتنا الحيوية.
تم الحصول على مادة البذور النباتية المستخدمة في هذه الدراسة من المصادر التجارية والحكومية التالية: Brassica juncea (الخردل البني-ذهب المحيط الهادئ) وBrassica juncea (الخردل الأبيض-Ida Gold) من تعاونية المزارعين في شمال غرب المحيط الهادئ، ولاية واشنطن، الولايات المتحدة الأمريكية؛(Garden Cress) من شركة Kelly Seed and Hardware Co.، Peoria، IL، الولايات المتحدة الأمريكية وThlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) من USDA-ARS، Peoria، IL، الولايات المتحدة الأمريكية؛ولم تتم معالجة أي من البذور المستخدمة في الدراسة بالمبيدات الحشرية.تمت معالجة جميع مواد البذور واستخدامها في هذه الدراسة وفقًا للوائح المحلية والوطنية ووفقًا لجميع اللوائح المحلية والوطنية ذات الصلة.لم تفحص هذه الدراسة أصناف النباتات المحورة وراثيا.
تم طحن بذور Brassica juncea (PG)، وAlfalfa (Ls)، والخردل الأبيض (IG)، وThlaspi arvense (DFP) إلى مسحوق ناعم باستخدام مطحنة الطرد المركزي الفائق Retsch ZM200 (Retsch، Haan، ألمانيا) المجهزة بشبكة 0.75 مم والفولاذ المقاوم للصدأ. الدوار الفولاذي، 12 سنًا، 10000 دورة في الدقيقة (الجدول 1).تم نقل مسحوق البذور المطحونة إلى كشتبان ورقي ومنزوع الدهن باستخدام الهكسان في جهاز Soxhlet لمدة 24 ساعة.تمت معالجة عينة فرعية من الخردل الميداني منزوع الدهن بالحرارة عند 100 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لتشويه الميروزيناز ومنع التحلل المائي للجلوكوزينات لتكوين إيزوثيوسيانات نشطة بيولوجيًا.تم استخدام مسحوق بذور ذيل الحصان المعالج بالحرارة (DFP-HT) كعنصر تحكم سلبي عن طريق تغيير طبيعة الميروزيناز.
تم تحديد محتوى الجلوكوزينات من وجبة البذور منزوعة الدهن في ثلاث نسخ باستخدام تحليل كروماتوجرافي سائل عالي الأداء (HPLC) وفقًا للبروتوكول المنشور مسبقًا 64.باختصار، تمت إضافة 3 مل من الميثانول إلى عينة 250 مجم من مسحوق البذور منزوعة الدهن.تم صوتنة كل عينة في حمام مائي لمدة 30 دقيقة وتركت في الظلام عند درجة حرارة 23 درجة مئوية لمدة 16 ساعة.تم بعد ذلك ترشيح قسامة 1 مل من الطبقة العضوية من خلال مرشح 0.45 ميكرومتر في أداة أخذ العينات التلقائية.يعمل على نظام Shimadzu HPLC (مضختان LC 20AD؛ جهاز أخذ العينات التلقائي SIL 20A؛ جهاز إزالة الغاز DGU 20As؛ كاشف SPD-20A UV-VIS للمراقبة عند 237 نانومتر؛ ووحدة ناقل الاتصالات CBM-20A)، تم تحديد محتوى الجلوكوزينات في وجبة البذور. في ثلاث نسخ .باستخدام إصدار برنامج Shimadzu LC Solution 1.25 (Shimadzu Corporation، Columbia، MD، USA).كان العمود عبارة عن عمود طور عكسي C18 Inertsil (250 مم × 4.6 مم؛ RP C-18، ODS-3، 5u؛ GL Sciences، Torrance، CA، USA).تم ضبط ظروف الطور المتحرك الأولي عند 12٪ ميثانول / 88٪ 0.01 م هيدروكسيد رباعي بيوتيل الأمونيوم في الماء (TBAH؛ Sigma-Aldrich، St. Louis، MO، USA) بمعدل تدفق قدره 1 مل / دقيقة.بعد حقن 15 ميكرولتر من العينة، تم الحفاظ على الظروف الأولية لمدة 20 دقيقة، ثم تم ضبط نسبة المذيب إلى 100٪ ميثانول، مع إجمالي وقت تحليل العينة قدره 65 دقيقة.تم إنشاء منحنى قياسي (على أساس nM / mAb) من خلال التخفيفات التسلسلية لمعايير السينابين والجلوكوزينات والميروزين الطازجة (Sigma-Aldrich، St. Louis، MO، USA) لتقدير محتوى الكبريت في وجبة البذور منزوعة الدهن.الجلوكوزينات.تم اختبار تركيزات الجلوكوزينات في العينات على Agilent 1100 HPLC (Agilent، سانتا كلارا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) باستخدام إصدار OpenLAB CDS ChemStation (C.01.07 SR2 [255]) المجهز بنفس العمود وباستخدام الطريقة الموصوفة مسبقًا.تم تحديد تركيزات الجلوكوزينات.تكون قابلة للمقارنة بين أنظمة HPLC.
تم شراء أليل إيزوثيوسيانات (94٪، مستقر) وإيزوثيوسيانات البنزيل (98٪) من Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific، Waltham، MA، USA).تم شراء 4-Hydroxybenzylisothiocyanate من ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology، CA، USA).عندما يتحلل إنزيميًا بواسطة الميروزيناز، الجلوكوزينات، الجلوكوزينات، والجلوكوزينات تشكل أليل إيزوثيوسيانات، بنزيل إيزوثيوسيانات، و4-هيدروكسي بنزيل إيزوثيوسيانات، على التوالي.
تم إجراء الاختبارات الحيوية المخبرية وفقًا لطريقة Muturi et al.32 مع التعديلاتتم استخدام خمسة أعلاف بذور قليلة الدسم في الدراسة: DFP، DFP-HT، IG، PG وLs.تم وضع عشرين يرقات في كوب ثلاثي الاتجاه سعة 400 مل (VWR International، LLC، Radnor، PA، USA) يحتوي على 120 مل من الماء منزوع الأيونات (dH2O).تم اختبار سبعة تركيزات من وجبة البذور لسمية يرقات البعوض: 0.01، 0.02، 0.04، 0.06، 0.08، 0.1 و0.12 جم من وجبة البذور/120 مل dH2O لوجبة بذور DFP، وDFP-HT، وIG، وPG.تشير الاختبارات الحيوية الأولية إلى أن دقيق بذور Ls منزوع الدهن أكثر سمية من أربعة أنواع أخرى من دقيق البذور التي تم اختبارها.ولذلك، قمنا بتعديل تركيزات المعالجة السبعة لوجبة بذور Ls إلى التركيزات التالية: 0.015، 0.025، 0.035، 0.045، 0.055، 0.065، و 0.075 جم / 120 مل dH2O.
تم تضمين مجموعة مراقبة غير معالجة (dH20، لا يوجد ملحق لوجبة البذور) لتقييم معدل وفيات الحشرات الطبيعي في ظل ظروف الفحص.تضمنت الاختبارات الحيوية السمية لكل وجبة بذور ثلاثة أكواب مكررة ثلاثية المنحدرات (20 يرقة من الطور الثالث المتأخر لكل كوب)، ليصبح المجموع 108 قارورة.تم تخزين الحاويات المعالجة في درجة حرارة الغرفة (20-21 درجة مئوية) وتم تسجيل موت اليرقات خلال 24 و 72 ساعة من التعرض المستمر لتركيزات المعالجة.إذا لم يتحرك جسم البعوضة وملحقاتها عند ثقبها أو لمسها بملعقة رفيعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن يرقات البعوض تعتبر ميتة.عادة ما تبقى اليرقات الميتة بلا حراك في الوضع الظهري أو البطني في قاع الوعاء أو على سطح الماء.تم تكرار التجربة ثلاث مرات في أيام مختلفة باستخدام مجموعات مختلفة من اليرقات، ليصبح المجموع 180 يرقة معرضة لكل تركيز علاجي.
تم تقييم سمية AITC وBITC و4-HBITC ليرقات البعوض باستخدام نفس إجراء الاختبار الحيوي ولكن مع علاجات مختلفة.إعداد 100000 جزء في المليون حلول الأسهم لكل مادة كيميائية عن طريق إضافة 100 ميكرولتر من المادة الكيميائية إلى 900 ميكرولتر من الإيثانول المطلق في أنبوب الطرد المركزي 2 مل والهز لمدة 30 ثانية لخلط جيدا.تم تحديد تركيزات العلاج بناءً على اختباراتنا الحيوية الأولية، والتي وجدت أن BITC أكثر سمية بكثير من AITC و4-HBITC.لتحديد السمية، 5 تركيزات من BITC (1، 3، 6، 9 و12 جزء في المليون)، 7 تركيزات من AITC (5، 10، 15، 20، 25، 30 و 35 جزء في المليون) و 6 تركيزات من 4-HBITC (15 ، 15، 20، 25، 30 و 35 جزء في المليون).30، 45، 60، 75 و 90 جزء في المليون).تم حقن معالجة التحكم بـ 108 ميكرولتر من الإيثانول المطلق، وهو ما يعادل الحد الأقصى لحجم المعالجة الكيميائية.تم تكرار الاختبارات الحيوية على النحو الوارد أعلاه، حيث تم الكشف عن إجمالي 180 يرقة لكل تركيز علاجي.تم تسجيل وفيات اليرقات لكل تركيز من AITC، BITC، و4-HBITC بعد 24 ساعة من التعرض المستمر.
تم إجراء تحليل Probit لـ 65 من بيانات الوفيات المرتبطة بالجرعة باستخدام برنامج Polo (Polo Plus، LeOra Software، الإصدار 1.0) لحساب التركيز المميت بنسبة 50% (LC50)، والتركيز المميت بنسبة 90% (LC90)، والانحدار، ومعامل الجرعة المميتة، و95 التركيز القاتل %.بناءً على فترات الثقة لنسب الجرعة المميتة للتركيز المحول بالسجل ومنحنيات معدل الوفيات بين الجرعة.تعتمد بيانات الوفيات على بيانات مكررة مجمعة لـ 180 يرقة تعرضت لكل تركيز علاجي.تم إجراء التحليلات الاحتمالية بشكل منفصل لكل وجبة بذور ولكل مكون كيميائي.واستنادًا إلى فاصل الثقة 95% لنسبة الجرعة المميتة، اعتبرت سمية وجبة البذور والمكونات الكيميائية ليرقات البعوض مختلفة بشكل كبير، لذلك لم يكن فاصل الثقة الذي يحتوي على قيمة 1 مختلفًا بشكل كبير، P = 0.0566.
نتائج HPLC لتحديد الجلوكوزينات الرئيسية في دقيق البذور منزوعة الدهن DFP، IG، PG و Ls مدرجة في الجدول 1. تباينت الجلوكوزينات الرئيسية في دقيق البذور التي تم اختبارها باستثناء DFP وPG، وكلاهما يحتوي على جلوكوزينات الميروزيناز.كان محتوى الميروزينين في PG أعلى منه في DFP، 33.3 ± 1.5 و26.5 ± 0.9 ملغم/جم على التوالي.يحتوي مسحوق بذور Ls على 36.6 ± 1.2 مجم/جم جلوكوجليكون، بينما يحتوي مسحوق بذور IG على 38.0 ± 0.5 مجم/جم سينابين.
يرقات Ae.قُتل بعوض الزاعجة المصرية عند معالجته بوجبة بذور منزوعة الدهن، على الرغم من أن فعالية العلاج تختلف باختلاف أنواع النباتات.فقط DFP-NT لم يكن سامًا ليرقات البعوض بعد 24 و 72 ساعة من التعرض (الجدول 2).زادت سمية مسحوق البذور النشطة مع زيادة التركيز (الشكل 1A، B).تباينت سمية وجبة البذور ليرقات البعوض بشكل كبير بناءً على 95٪ CI لنسبة الجرعة المميتة لقيم LC50 في تقييمات 24 ساعة و 72 ساعة (الجدول 3).بعد 24 ساعة، كان التأثير السام لوجبة بذور Ls أكبر من معالجات وجبة البذور الأخرى، مع أعلى نشاط وأقصى سمية لليرقات (LC50 = 0.04 جم/120 مل dH2O).كانت اليرقات أقل حساسية لـ DFP خلال 24 ساعة مقارنة بمعاملات مسحوق بذور IG وLs وPG، حيث بلغت قيم LC50 0.115 و0.04 و0.08 جم/120 مل dH2O على التوالي، والتي كانت أعلى إحصائيًا من قيمة LC50.0.211 جم/120 مل dH2O (الجدول 3).كانت قيم LC90 لـ DFP وIG وPG وLs هي 0.376 و0.275 و0.137 و0.074 جم/120 مل dH2O، على التوالي (الجدول 2).كان أعلى تركيز لـ DPP هو 0.12 جم/120 مل dH2O.وبعد 24 ساعة من التقييم، كان متوسط ​​معدل وفيات اليرقات 12% فقط، في حين بلغ متوسط ​​معدل وفيات يرقات IG وPG 51% و82% على التوالي.بعد 24 ساعة من التقييم، كان متوسط ​​معدل وفيات اليرقات لأعلى تركيز لمعالجة وجبة بذور Ls (0.075 جم / 120 مل dH2O) 99٪ (الشكل 1A).
تم تقدير منحنيات الوفيات من الاستجابة للجرعة (Probit) لـ Ae.اليرقات المصرية (يرقات العمر الثالث) لتركيز وجبة البذور 24 ساعة (أ) و 72 ساعة (ب) بعد العلاج.يمثل الخط المنقط LC50 لمعالجة وجبة البذور.DFP Thlaspi arvense، DFP-HT المعطل بالحرارة Thlaspi arvense، IG Sinapsis alba (Ida Gold)، PG Brassica juncea (Pacific Gold)، Ls Lepidium sativum.
في التقييم لمدة 72 ساعة، كانت قيم LC50 لوجبة بذور DFP وIG وPG هي 0.111 و0.085 و0.051 جم/120 مل dH2O، على التوالي.ماتت جميع اليرقات التي تعرضت لوجبة بذور Ls تقريبًا بعد 72 ساعة من التعرض، لذلك كانت بيانات الوفيات غير متسقة مع تحليل Probit.بالمقارنة مع وجبة البذور الأخرى، كانت اليرقات أقل حساسية لمعالجة وجبة بذور DFP وكانت قيم LC50 أعلى إحصائيًا (الجدولان 2 و3).بعد 72 ساعة، تم تقدير قيم LC50 لمعالجات وجبة بذور DFP وIG وPG بـ 0.111 و0.085 و0.05 جم/120 مل dH2O، على التوالي.بعد 72 ساعة من التقييم، كانت قيم LC90 لمساحيق بذور DFP وIG وPG هي 0.215 و0.254 و0.138 جم/120 مل dH2O على التوالي.بعد 72 ساعة من التقييم، كان متوسط ​​معدل وفيات اليرقات لمعالجات وجبة بذور DFP وIG وPG بتركيز أقصى قدره 0.12 جم/120 مل dH2O هو 58% و66% و96% على التوالي (الشكل 1ب).بعد التقييم لمدة 72 ساعة، وجد أن وجبة بذور PG أكثر سمية من وجبة بذور IG وDFP.
يمكن أن تقتل إيزوثيوسيانات الاصطناعية، وإيزوثيوسيانات الأليل (AITC)، وإيزوثيوسيانات البنزيل (BITC) و4-هيدروكسي بنزيل إيزوثيوسيانات (4-HBITC) يرقات البعوض بشكل فعال.في 24 ساعة بعد العلاج، كان BITC أكثر سمية لليرقات بقيمة LC50 تبلغ 5.29 جزء في المليون مقارنة بـ 19.35 جزء في المليون لـ AITC و55.41 جزء في المليون لـ 4-HBITC (الجدول 4).بالمقارنة مع AITC وBITC، فإن 4-HBITC له سمية أقل وقيمة LC50 أعلى.هناك اختلافات كبيرة في سمية يرقات البعوض للايزوثيوسيانات الرئيسية (Ls وPG) في وجبة البذور الأكثر فعالية.أظهرت السمية المستندة إلى نسبة الجرعة المميتة لقيم LC50 بين AITC وBITC و4-HBITC فرقًا إحصائيًا بحيث لم تتضمن فترة ثقة 95% لنسبة الجرعة المميتة LC50 قيمة 1 (P = 0.05، الجدول 4).قدرت أعلى تركيزات كل من BITC وAITC بقتل 100% من اليرقات التي تم اختبارها (الشكل 2).
تم تقدير منحنيات الوفيات من الاستجابة للجرعة (Probit) لـ Ae.وبعد 24 ساعة من العلاج، وصلت اليرقات المصرية (يرقات الطور الثالث) إلى تركيزات الإيزوثيوسيانات الاصطناعية.يمثل الخط المنقط LC50 لعلاج الإيزوثيوسيانات.البنزيل إيزوثيوسيانات BITC، أليل إيزوثيوسيانات AITC و4-HBITC.
تمت دراسة استخدام المبيدات الحيوية النباتية كعوامل لمكافحة ناقلات البعوض منذ فترة طويلة.تنتج العديد من النباتات مواد كيميائية طبيعية لها نشاط مبيد للحشرات.توفر مركباتها النشطة بيولوجيًا بديلاً جذابًا للمبيدات الحشرية الاصطناعية ذات إمكانات كبيرة في مكافحة الآفات، بما في ذلك البعوض.
تزرع نباتات الخردل كمحصول لبذورها، وتستخدم كتوابل ومصدر للزيت.عندما يتم استخراج زيت الخردل من البذور أو عندما يتم استخراج الخردل لاستخدامه كوقود حيوي69، فإن المنتج الثانوي هو عبارة عن وجبة بذور منزوعة الدهن.تحتفظ وجبة البذور هذه بالعديد من مكوناتها البيوكيميائية الطبيعية والإنزيمات المحللة.تعزى سمية وجبة البذور هذه إلى إنتاج الإيزوثيوسيانات .تتشكل الإيزوثيوسيانات عن طريق التحلل المائي للجلوكوزينات بواسطة إنزيم الميروزيناز أثناء ترطيب وجبة البذور ومن المعروف أن لها تأثيرات مبيدات الفطريات والجراثيم ومبيد النيماتودا والمبيدات الحشرية، بالإضافة إلى خصائص أخرى بما في ذلك التأثيرات الحسية الكيميائية وخصائص العلاج الكيميائي 61،62، 70.أظهرت العديد من الدراسات أن نباتات الخردل ووجبة البذور تعمل بشكل فعال كمواد تبخير ضد التربة والآفات الغذائية المخزنة 57،59،71،72.في هذه الدراسة، قمنا بتقييم سمية الوجبة المكونة من أربع بذور ومنتجاتها الثلاثة النشطة بيولوجيًا AITC وBITC و4-HBITC ليرقات بعوضة الزاعجة.الزاعجة المصرية.من المتوقع أن تؤدي إضافة وجبة البذور مباشرة إلى الماء الذي يحتوي على يرقات البعوض إلى تنشيط العمليات الأنزيمية التي تنتج إيزوثيوسيانات السامة ليرقات البعوض.وقد تجلى هذا التحول الحيوي جزئيًا من خلال نشاط مبيد اليرقات الملحوظ لوجبة البذور وفقدان نشاط المبيدات الحشرية عندما تمت معالجة وجبة بذور الخردل القزمية بالحرارة قبل الاستخدام.من المتوقع أن تؤدي المعالجة الحرارية إلى تدمير الإنزيمات المحللة التي تنشط الجلوكوزينات، وبالتالي تمنع تكوين الإيزوثيوسيانات النشطة بيولوجيًا.هذه هي الدراسة الأولى التي تؤكد خصائص مسحوق بذور الكرنب كمبيد حشري ضد البعوض في البيئة المائية.
من بين مساحيق البذور التي تم اختبارها، كان مسحوق بذور الجرجير (Ls) هو الأكثر سمية، مما تسبب في ارتفاع معدل وفيات الزاعجة البيضاء.تمت معالجة يرقات الزاعجة المصرية بشكل مستمر لمدة 24 ساعة.كان لمساحيق البذور الثلاثة المتبقية (PG وIG وDFP) نشاط أبطأ وما زالت تسبب وفيات كبيرة بعد 72 ساعة من العلاج المستمر.تحتوي وجبة بذور Ls فقط على كميات كبيرة من الجلوكوزينات، في حين تحتوي PG وDFP على ميروسيناز وIG تحتوي على الجلوكوزينات باعتبارها الجلوكوزينات الرئيسية (الجدول 1).يتم تحلل الجلوكوتروبايولين مائيًا إلى BITC ويتم تحلل سينالبين إلى 4-HBITC61,62.تشير نتائج الاختبار الحيوي لدينا إلى أن كلاً من وجبة بذور Ls و BITC الاصطناعية شديدة السمية ليرقات البعوض.المكون الرئيسي لوجبة بذور PG وDFP هو ميروسيناز الجلوكوزينات، الذي يتحلل إلى AITC.AITC فعال في قتل يرقات البعوض بقيمة LC50 تبلغ 19.35 جزء في المليون.بالمقارنة مع AITC وBITC، فإن إيزوثيوسيانات 4-HBITC هو الأقل سمية لليرقات.على الرغم من أن AITC أقل سمية من BITC، إلا أن قيم LC50 الخاصة بها أقل من العديد من الزيوت الأساسية التي تم اختبارها على يرقات البعوض.
يحتوي مسحوق البذور الصليبية الخاص بنا للاستخدام ضد يرقات البعوض على جلوكوزينات رئيسي واحد، وهو ما يمثل أكثر من 98-99% من إجمالي الجلوكوزينات كما هو محدد بواسطة HPLC.تم الكشف عن كميات ضئيلة من الجلوكوزينات الأخرى، ولكن مستوياتها كانت أقل من 0.3٪ من إجمالي الجلوكوزينات.يحتوي مسحوق بذور الجرجير (L. sativum) على جلاكوسينولات ثانوية (سينيجرين)، لكن نسبتها 1% من إجمالي الجلاكوسينولات، ولا يزال محتواها ضئيلاً (حوالي 0.4 ملجم/جم من مسحوق البذور).على الرغم من أن PG وDFP يحتويان على نفس الجلوكوزينات الرئيسي (الميروزين)، فإن نشاط مبيد اليرقات لوجبات البذور الخاصة بهما يختلف بشكل كبير بسبب قيم LC50 الخاصة بهما.يختلف في سمية البياض الدقيقي.قد يكون ظهور يرقات الزاعجة المصرية نتيجة للاختلافات في نشاط الميروزيناز أو الاستقرار بين تغذيتي البذور.يلعب نشاط Myrosinase دورًا مهمًا في التوافر الحيوي لمنتجات التحلل المائي مثل الإيزوثيوسيانات في نباتات Brassicaceae .أظهرت التقارير السابقة التي أعدها بوكوك وآخرون 77 وويلكينسون وآخرون 78 أن التغيرات في نشاط الميروزيناز واستقراره قد ترتبط أيضًا بالعوامل الوراثية والبيئية.
تم حساب محتوى إيزوثيوسيانات النشط بيولوجيًا بناءً على قيم LC50 لكل وجبة بذور عند 24 و 72 ساعة (الجدول 5) للمقارنة مع التطبيقات الكيميائية المقابلة.وبعد 24 ساعة، كانت الإيزوثيوسيانات الموجودة في وجبة البذور أكثر سمية من المركبات النقية.كانت قيم LC50 المحسوبة على أساس أجزاء في المليون (جزء في المليون) من معالجات بذور الأيزوثيوسيانات أقل من قيم LC50 لتطبيقات BITC وAITC و4-HBITC.لاحظنا اليرقات التي تستهلك الكريات وجبة البذور (الشكل 3A).ونتيجة لذلك، قد تتلقى اليرقات تعرضًا أكثر تركيزًا للإيزوثيوسيانات السامة عن طريق تناول حبيبات وجبة البذور.كان هذا أكثر وضوحًا في معالجات وجبة بذور IG وPG عند التعرض لمدة 24 ساعة، حيث كانت تركيزات LC50 أقل بنسبة 75% و72% من علاجات AITC و4-HBITC النقية، على التوالي.كانت معالجات Ls وDFP أكثر سمية من إيزوثيوسيانات النقي، حيث كانت قيم LC50 أقل بنسبة 24% و41% على التوالي.تشرنق اليرقات في علاج التحكم بنجاح (الشكل 3 ب)، في حين أن معظم اليرقات في معالجة وجبة البذور لم تتشرنق وتأخر نمو اليرقات بشكل كبير (الشكل 3 ب، د).في Spodopteralitura، ترتبط الإيزوثيوسيانات بتأخر النمو وتأخر النمو.
يرقات Ae.تم تعريض بعوض الزاعجة المصرية بشكل مستمر لمسحوق بذور الكرنب لمدة 24-72 ساعة.(أ) اليرقات الميتة مع جزيئات وجبة البذور في أجزاء الفم (محاطة بدائرة)؛(ب) علاج التحكم (dH20 بدون إضافة وجبة بذور) يُظهر أن اليرقات تنمو بشكل طبيعي وتبدأ في التشرنق بعد 72 ساعة (C، D) اليرقات المعالجة بوجبة البذور؛أظهرت وجبة البذور اختلافات في النمو ولم تتشرنق.
لم ندرس آلية التأثيرات السامة للإيزوثيوسيانات على يرقات البعوض.ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات السابقة التي أجريت على النمل الناري الأحمر (Solenopsis invicta) أن تثبيط إنزيم الجلوتاثيون S-transferase (GST) والإستيراز (EST) هو الآلية الرئيسية للنشاط الحيوي للإيزوثيوسيانات، كما أن AITC، حتى في حالة النشاط المنخفض، يمكن أن يمنع أيضًا نشاط GST. .النمل الناري الأحمر المستورد بتركيزات منخفضة.الجرعة 0.5 ميكروجرام/مل 80.في المقابل، يمنع AITC إنزيم الأسيتيل كولينستراز في سوسة الذرة البالغة (Sitophilus zeamais)81.ويجب إجراء دراسات مماثلة لتوضيح آلية نشاط الإيزوثيوسيانات في يرقات البعوض.
نحن نستخدم علاج DFP المعطل بالحرارة لدعم الاقتراح القائل بأن التحلل المائي للجلوكوزينات النباتية لتشكيل إيزوثيوسيانات تفاعلية يعمل كآلية للسيطرة على يرقات البعوض عن طريق وجبة بذور الخردل.لم تكن وجبة بذور DFP-HT سامة بمعدلات الاستخدام التي تم اختبارها.لافارجا وآخرون.82 ذكرت أن الجلوكوزينات حساسة للتحلل في درجات حرارة عالية.من المتوقع أيضًا أن تؤدي المعالجة الحرارية إلى إفساد إنزيم الميروزيناز في وجبة البذور ومنع التحلل المائي للجلوكوزينات لتكوين إيزوثيوسيانات تفاعلية.وهذا ما أكده أيضًا أوكونادي وآخرون.أظهر 75 أن الميروزيناز حساس لدرجة الحرارة، مما يدل على أن نشاط الميروزيناز تم تعطيله تمامًا عندما تعرض الخردل والخردل الأسود وبذور الدم لدرجات حرارة أعلى من 80 درجة مئوية.ج. قد تؤدي هذه الآليات إلى فقدان نشاط المبيدات الحشرية لوجبة بذور DFP المعالجة بالحرارة.
وبالتالي، فإن وجبة بذور الخردل وأيزوثيوسياناتاتها الثلاثة الرئيسية تعتبر سامة ليرقات البعوض.وبالنظر إلى هذه الاختلافات بين وجبة البذور والعلاجات الكيميائية، فإن استخدام وجبة البذور قد يكون وسيلة فعالة لمكافحة البعوض.هناك حاجة لتحديد التركيبات المناسبة وأنظمة التسليم الفعالة لتحسين فعالية واستقرار استخدام مساحيق البذور.تشير نتائجنا إلى إمكانية استخدام وجبة بذور الخردل كبديل للمبيدات الحشرية الاصطناعية.يمكن أن تصبح هذه التكنولوجيا أداة مبتكرة للسيطرة على نواقل البعوض.نظرًا لأن يرقات البعوض تزدهر في البيئات المائية ويتم تحويل الجلوكوزينات في وجبة البذور إنزيميًا إلى إيزوثيوسيانات نشطة عند الترطيب، فإن استخدام وجبة بذور الخردل في المياه الموبوءة بالبعوض يوفر إمكانية تحكم كبيرة.على الرغم من أن نشاط إيزوثيوسيانات مبيد اليرقات يختلف (BITC > AITC > 4-HBITC)، إلا أن هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لتحديد ما إذا كان الجمع بين وجبة البذور مع الجلوكوزينات المتعددة بشكل تآزري يزيد من السمية.هذه هي الدراسة الأولى التي تثبت التأثيرات المبيدات الحشرية لوجبة البذور الصليبية منزوعة الدهن وثلاثة إيزوثيوسيانات نشطة بيولوجيًا على البعوض.نتائج هذه الدراسة تفتح آفاقا جديدة من خلال إظهار أن وجبة بذور الكرنب منزوعة الدهن، وهي منتج ثانوي لاستخراج الزيت من البذور، قد تكون بمثابة عامل مبيد لليرقات واعد لمكافحة البعوض.يمكن أن تساعد هذه المعلومات في تعزيز اكتشاف عوامل المكافحة الحيوية النباتية وتطويرها كمبيدات حيوية رخيصة وعملية وصديقة للبيئة.
مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها لهذه الدراسة والتحليلات الناتجة متاحة من المؤلف المقابل بناء على طلب معقول.وفي نهاية الدراسة تم تدمير جميع المواد المستخدمة في الدراسة (الحشرات ووجبة البذور).