효과적으로모기를 통제하다그리고 그들이 옮기는 질병의 발생률을 줄이기 위해서는 화학 살충제에 대한 전략적이고 지속 가능하며 환경 친화적인 대안이 필요합니다.우리는 이집트 숲줄기(Egyptian Aedes)의 방제에 사용하기 위해 생물학적으로 불활성인 글루코시놀레이트의 효소적 가수분해에 의해 생성된 식물 유래 이소티오시아네이트의 공급원으로 특정 십자화과(Brassica과)의 종자박을 평가했습니다(L., 1762).5지방 종자박(Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thraspi arvense L., 1753 및 Thraspi arvense – 열 불활성화 및 효소 분해의 세 가지 주요 유형 제품 24시간 노출 시 Aedes aegypti 유충에 대한 알릴 이소티오시아네이트, 벤질 이소티오시아네이트 및 4-히드록시벤질이소티오시아네이트의 독성(LC50)을 확인하려면 = 0.04 g/120 ml dH2O).겨자, 흰 겨자 및 말꼬리의 LC50 값.종자박은 알릴 이소티오시아네이트(LC50 = 19.35ppm) 및 4와 비교하여 각각 0.05, 0.08 및 0.05였습니다. -하이드록시벤질이소티오시아네이트(LC50 = 55.41ppm)는 각각 0.1g/120ml dH2O보다 처리 후 24시간 동안 유충에 대한 독성이 더 컸습니다.이러한 결과는 자주개자리박의 생산과 일치합니다.벤질 에스테르의 더 높은 효율은 계산된 LC50 값에 해당합니다.종자박을 사용하면 모기를 퇴치하는 효과적인 방법이 될 수 있습니다.모기 유충에 대한 십자화과 종자 분말과 그 주요 화학 성분의 효과를 설명하고 십자화과 종자 분말에 포함된 천연 화합물이 어떻게 모기 방제를 위한 유망한 환경 친화적인 유충제 역할을 할 수 있는지 보여줍니다.
Aedes 모기로 인한 벡터 매개 질병은 여전히 전 세계적으로 주요 공중 보건 문제로 남아 있습니다.모기 매개 질병의 발병률은 지리적으로 확산되고1,2,3 다시 나타나 심각한 질병의 발생으로 이어집니다4,5,6,7.인간과 동물 사이의 질병 확산(예: 치쿤구니야, 뎅기열, 리프트 밸리열, 황열병 및 지카 바이러스)은 전례가 없습니다.뎅기열만으로도 열대 지방에서는 약 36억 명의 사람들이 감염 위험에 처해 있으며, 매년 약 3억 9천만 건의 감염이 발생하여 연간 6,100~24,300명이 사망합니다8.남미에서 지카 바이러스의 재발 및 발병은 감염된 여성에게서 태어난 어린이의 뇌 손상으로 인해 전 세계적으로 주목을 받고 있습니다2.Kremer 등은 Aedes 모기의 지리적 범위가 계속 확대될 것이며 2050년까지 세계 인구의 절반이 모기 매개 아르보바이러스에 감염될 위험에 처할 것이라고 예측했습니다.
최근 개발된 뎅기열과 황열병 백신을 제외하고 대부분의 모기 매개 질병에 대한 백신은 아직 개발되지 않았습니다9,10,11.백신은 여전히 제한된 수량으로 제공되며 임상 시험에서만 사용됩니다.합성 살충제를 사용하여 모기 벡터를 제어하는 것은 모기 매개 질병의 확산을 제어하는 핵심 전략이었습니다12,13.합성 살충제는 모기를 죽이는 데 효과적이지만 합성 살충제를 계속 사용하면 비표적 유기체에 부정적인 영향을 미치고 환경을 오염시킵니다14,15,16.더욱 놀라운 것은 화학 살충제에 대한 모기의 저항성이 증가하는 추세입니다17,18,19.살충제와 관련된 이러한 문제로 인해 질병 매개체를 통제하기 위한 효과적이고 환경 친화적인 대안에 대한 검색이 가속화되었습니다.
해충 방제를 위한 식물성 살충제의 공급원으로 다양한 식물이 개발되었습니다20,21.식물 물질은 일반적으로 생분해성이고 포유류, 어류 및 양서류와 같은 비표적 유기체에 대한 독성이 낮거나 무시할 수 있기 때문에 환경 친화적입니다20,22.약초 제제는 모기의 다양한 생활 단계를 효과적으로 제어하기 위해 다양한 작용 메커니즘을 가진 다양한 생리 활성 화합물을 생산하는 것으로 알려져 있습니다23,24,25,26.에센셜 오일 및 기타 활성 식물 성분과 같은 식물 유래 화합물은 주목을 받았으며 모기 매개체를 제어하는 혁신적인 도구의 길을 열었습니다.에센셜 오일, 모노테르펜 및 세스퀴테르펜은 방충제 역할을 하며 억제력과 산란제를 공급합니다27,28,29,30,31,32,33.많은 식물성 기름은 모기 유충, 번데기 및 성충의 죽음을 초래하여34,35,36 곤충의 신경, 호흡기, 내분비선 및 기타 중요한 시스템에 영향을 미칩니다37.
최근 연구에서는 겨자 식물과 그 씨앗을 생리 활성 화합물의 공급원으로 사용할 수 있는 가능성에 대한 통찰력을 제공했습니다.겨자씨박은 생물훈증제로 테스트되었으며38,39,40,41 잡초 억제42,43,44 및 토양 유래 식물 병원체 제어45,46,47,48,49,50, 식물 영양을 위한 토양 개량제로 사용되었습니다.선충류 41,51, 52, 53, 54 및 해충 55, 56, 57, 58, 59, 60. 이러한 종자 분말의 살균 활성은 이소티오시아네이트라고 불리는 식물 보호 화합물에 기인합니다38,42,60.식물에서 이러한 보호 화합물은 비생물활성 글루코시놀레이트 형태로 식물 세포에 저장됩니다.그러나 곤충 먹이나 병원체 감염으로 인해 식물이 손상되면 글루코시놀레이트는 미로시나제에 의해 가수분해되어 생리활성 이소티오시아네이트로 전환됩니다55,61.이소티오시아네이트는 광범위한 항균 및 살충 활성을 갖는 것으로 알려진 휘발성 화합물이며, 그 구조, 생물학적 활성 및 함량은 Brassicaceae 종에 따라 크게 다릅니다.
겨자씨박에서 추출한 이소티오시아네이트는 살충 활성이 있는 것으로 알려져 있지만 의학적으로 중요한 절지동물 벡터에 대한 생물학적 활성에 대한 데이터는 부족합니다.우리 연구에서는 Aedes 모기에 대한 4가지 탈지 종자 분말의 살충 활성을 조사했습니다.Aedes aegypti의 애벌레.연구의 목적은 모기 방제를 위한 환경 친화적인 생물농약으로서의 잠재적인 사용을 평가하는 것이었습니다.종자박의 세 가지 주요 화학 성분인 알릴 이소티오시아네이트(AITC), 벤질 이소티오시아네이트(BITC) 및 4-하이드록시벤질이소티오시아네이트(4-HBITC)도 모기 유충에 대한 이러한 화학 성분의 생물학적 활성을 테스트하기 위해 테스트되었습니다.이는 모기 유충에 대한 4가지 양배추씨 분말과 주요 화학 성분의 효과를 평가한 최초의 보고서입니다.
Aedes aegypti(록펠러 계통)의 실험실 식민지는 26°C, 70% 상대 습도(RH) 및 10:14시간(L:D 광주기)에서 유지되었습니다.짝짓기한 암컷을 플라스틱 우리(높이 11 cm 및 직경 9.5 cm)에 수용하고 구연산 첨가 소 혈액을 사용하는 병 공급 시스템(HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, USA)을 통해 공급했습니다.혈액 공급은 순환 수조 튜브(HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, USA)에 연결된 멤브레인 다중 유리 공급 장치(Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, USA)를 사용하여 평소와 같이 수행되었습니다. 37°C를 제어합니다.각 유리 공급 챔버(면적 154mm2)의 바닥에 Parafilm M 필름을 늘립니다.그런 다음 각 먹이통을 짝짓기 암컷이 들어 있는 우리를 덮고 있는 상단 그리드에 배치했습니다.Pasteur 피펫(Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)을 사용하여 약 350-400 μl의 소 혈액을 유리 피더 깔때기에 첨가하고 성체 벌레를 최소 1시간 동안 배수시켰습니다.그런 다음 임신한 암컷에게 10% 자당 용액을 투여하고 개별 투명 수플레 컵(1.25 fl oz 크기, Dart Container Corp., Mason, MI, USA)에 안감을 댄 촉촉한 여과지 위에 알을 낳도록 했습니다.물이 담긴 케이지.계란이 들어 있는 여과지를 밀봉된 백(SC Johnsons, Racine, WI)에 넣고 26°C에서 보관합니다.알을 부화시키고 약 200~250마리의 유충을 토끼 먹이(ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, USA)와 간 분말(MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, 미국).및 생선 필레(TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Germany)를 2:1:1의 비율로 사용합니다.우리의 생물학적 검정에는 늦은 세 번째 유충이 사용되었습니다.
본 연구에 사용된 식물 종자 재료는 다음과 같은 상업 및 정부 출처로부터 얻었습니다: 미국 워싱턴 주 태평양 북서 농민 협동조합의 브라시카 윤세아(브라운 머스타드-퍼시픽 골드) 및 브라시카 준세아(화이트 머스타드-아이다 골드);미국 일리노이주 피오리아 소재 Kelly Seed and Hardware Co.의 (Garden Cress) 및 미국 일리노이주 피오리아 소재 USDA-ARS의 Thraspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth);연구에 사용된 씨앗은 모두 살충제로 처리되지 않았습니다.본 연구에서는 모든 종자 재료를 지역 및 국가 규정과 모든 관련 지역 주 및 국가 규정을 준수하여 처리하고 사용했습니다.본 연구에서는 형질전환 식물 품종을 조사하지 않았습니다.
브라시카 윤세아(PG), 알팔파(Ls), 백겨자(IG), 트라스피 아르벤스(DFP) 종자를 0.75mm 메쉬와 스테인리스 스틸이 장착된 Retsch ZM200 초원심분리 밀(Retsch, Haan, Germany)을 사용하여 미세한 분말로 분쇄했습니다. 강철 로터, 톱니 12개, 10,000rpm(표 1).분쇄된 종자 분말을 종이 골무에 옮기고 Soxhlet 장치에서 24시간 동안 헥산으로 탈지하였다.탈지된 들겨자의 하위 샘플을 100°C에서 1시간 동안 열처리하여 미로시나제를 변성시키고 글루코시놀레이트의 가수분해를 방지하여 생물학적 활성 이소티오시아네이트를 형성했습니다.열처리된 말꼬리씨 분말(DFP-HT)을 미로시나제를 변성시켜 음성 대조군으로 사용하였다.
탈지 종자박의 글루코시놀레이트 함량은 이전에 발표된 프로토콜에 따라 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 3회 반복 측정되었습니다64.간략하게, 3mL의 메탄올을 탈지된 종자 분말 샘플 250mg에 첨가했습니다.각 샘플을 수조에서 30분 동안 초음파 처리한 후 16시간 동안 23°C의 암실에 두었습니다.이어서, 유기층의 1mL 분취량을 0.45μm 필터를 통해 자동샘플러로 여과했습니다.Shimadzu HPLC 시스템(2개의 LC 20AD 펌프, SIL 20A 자동 샘플러, DGU 20As 탈기 장치, 237nm에서 모니터링하기 위한 SPD-20A UV-VIS 검출기, CBM-20A 통신 버스 모듈)에서 실행하여 종자박의 글루코시놀레이트 함량을 측정했습니다. 세 배로 .Shimadzu LC 솔루션 소프트웨어 버전 1.25(Shimadzu Corporation, Columbia, MD, USA)를 사용합니다.컬럼은 C18 Inertsil 역상 컬럼(250 mm × 4.6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, USA)이었습니다.초기 이동상 조건은 1mL/분의 유속으로 물(TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 중 12% 메탄올/88% 0.01M 테트라부틸암모늄 하이드록사이드로 설정되었습니다.시료 15μl를 주입한 후 20분 동안 초기 조건을 유지한 후 용매 비율을 100% 메탄올로 조정하였고, 총 시료 분석 시간은 65분이었다.탈지된 종자박의 황 함량을 추정하기 위해 새로 준비된 시나핀, 글루코시놀레이트 및 미로신 표준품(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 연속 희석하여 표준 곡선(nM/mAb 기반)을 생성했습니다.글루코시놀레이트.샘플의 글루코시놀레이트 농도는 동일한 컬럼이 장착된 OpenLAB CDS ChemStation 버전(C.01.07 SR2 [255])을 사용하고 이전에 설명한 방법을 사용하여 Agilent 1100 HPLC(Agilent, Santa Clara, CA, USA)에서 테스트되었습니다.글루코시놀레이트 농도를 측정했습니다.HPLC 시스템 간에 비교할 수 있습니다.
알릴 이소티오시아네이트(94%, 안정) 및 벤질 이소티오시아네이트(98%)는 Fisher Scientific(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)에서 구입했습니다.4-하이드록시벤질이소티오시아네이트는 ChemCruz(Santa Cruz Biotechnology, CA, USA)에서 구입했습니다.미로시나제에 의해 효소적으로 가수분해될 때, 글루코시놀레이트, 글루코시놀레이트 및 글루코시놀레이트는 각각 알릴 이소티오시아네이트, 벤질 이소티오시아네이트 및 4-히드록시벤질이소티오시아네이트를 형성합니다.
실험실 생물검정은 Muturi et al.의 방법에 따라 수행되었습니다.32개 수정.본 연구에서는 DFP, DFP-HT, IG, PG 및 Ls 등 5가지 저지방 종자 사료를 사용했습니다.20마리의 유충을 120mL 탈이온수(dH2O)가 들어 있는 400mL 일회용 3방향 비커(VWR International, LLC, Radnor, PA, USA)에 넣었습니다.모기 유충 독성에 대해 7가지 종자박 농도를 테스트했습니다: DFP 종자박, DFP-HT, IG 및 PG의 경우 0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 0.1 및 0.12g 종자박/120ml dH2O.예비 생물학적 검정에서는 탈지된 Ls 종자 가루가 테스트된 다른 4가지 종자 가루보다 독성이 더 강한 것으로 나타났습니다.따라서 우리는 Ls 종자박의 7가지 처리 농도를 0.015, 0.025, 0.035, 0.045, 0.055, 0.065 및 0.075 g/120 mL dH2O 농도로 조정했습니다.
분석 조건 하에서 정상적인 곤충 사망률을 평가하기 위해 미처리 대조군(dH20, 종자박 보충제 없음)을 포함시켰습니다.각 종자 식사에 대한 독성학적 생물학적 검정에는 3개의 반복 3경사 비커(비커당 후기 3령 유충 20마리)가 포함되어 총 108개의 바이알이 있습니다.처리된 용기를 실온(20-21°C)에 보관하고 처리 농도에 연속적으로 노출된 24시간 및 72시간 동안 유충 사망률을 기록했습니다.얇은 스테인리스 주걱으로 찔리거나 닿았을 때 모기의 몸과 부속기가 움직이지 않으면 모기 유충은 죽은 것으로 간주됩니다.죽은 유충은 일반적으로 용기 바닥이나 물 표면의 등쪽 또는 배쪽 위치에서 움직이지 않은 상태로 유지됩니다.실험은 각기 다른 유충 그룹을 사용하여 각기 다른 날에 3회 반복되었으며, 총 180마리의 유충이 각 처리 농도에 노출되었습니다.
모기 유충에 대한 AITC, BITC 및 4-HBITC의 독성은 동일한 생물학적 검정 절차를 사용하여 평가되었지만 처리 방식은 다릅니다.2mL 원심분리 튜브에 화학물질 100μL를 무수 에탄올 900μL에 추가하고 30초 동안 흔들어 완전히 혼합하여 각 화학물질에 대한 100,000ppm 스톡 솔루션을 준비합니다.처리 농도는 예비 생물학적 분석을 기반으로 결정되었으며 BITC는 AITC 및 4-HBITC보다 훨씬 더 독성이 있는 것으로 나타났습니다.독성을 확인하려면 5가지 농도의 BITC(1, 3, 6, 9 및 12ppm), 7가지 농도의 AITC(5, 10, 15, 20, 25, 30 및 35ppm) 및 6가지 농도의 4-HBITC(15 , 15, 20, 25, 30 및 35ppm).30, 45, 60, 75 및 90ppm).대조 처리에는 화학 처리의 최대 용량에 해당하는 108 μL의 무수 에탄올을 주입했습니다.생물학적 검정을 위와 같이 반복하여 처리 농도당 총 180마리의 유충을 노출시켰습니다.24시간 연속 노출 후 AITC, BITC 및 4-HBITC의 각 농도에 대해 유충 사망률을 기록했습니다.
65가지 용량 관련 사망률 데이터에 대한 프로빗 분석을 Polo 소프트웨어(Polo Plus, LeOra Software, 버전 1.0)를 사용하여 수행하여 50% 치사 농도(LC50), 90% 치사 농도(LC90), 기울기, 치사량 계수 및 95를 계산했습니다. % 치명적인 농도.로그 변환 농도 및 용량-사망률 곡선에 대한 치사량 비율에 대한 신뢰 구간을 기반으로 합니다.사망률 데이터는 각 처리 농도에 노출된 180마리의 유충에 대한 결합된 반복 데이터를 기반으로 합니다.각 종자 가루와 각 화학 성분에 대해 개별적으로 확률 분석을 수행했습니다.치사량비의 95% 신뢰구간을 기준으로 모기 유충에 대한 종자박과 화학성분의 독성이 유의하게 다른 것으로 간주되어 1의 값을 포함하는 신뢰구간은 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(P=0.0566).
탈지된 종자 가루 DFP, IG, PG 및 Ls의 주요 글루코시놀레이트 측정을 위한 HPLC 결과는 표 1에 나열되어 있습니다. 테스트된 종자 가루의 주요 글루코시놀레이트는 DFP와 PG를 제외하고 다양했으며 둘 다 미로시나제 글루코시놀레이트를 함유했습니다.PG의 미로시닌 함량은 각각 33.3 ± 1.5 및 26.5 ± 0.9 mg/g으로 DFP보다 높았습니다.Ls 종자 분말은 36.6 ± 1.2 mg/g 글루코글리콘을 함유한 반면, IG 종자 분말은 38.0 ± 0.5 mg/g 시나핀을 함유했습니다.
Ae의 애벌레.Aedes aegypti 모기는 탈지 종자박으로 처리했을 때 죽었지만, 처리 효과는 식물 종에 따라 달랐습니다.DFP-NT만이 노출 24시간 및 72시간 후에 모기 유충에 독성이 없었습니다(표 2).활성 종자 분말의 독성은 농도가 증가함에 따라 증가했습니다(그림 1A, B).모기 유충에 대한 종자박의 독성은 24시간 및 72시간 평가에서 LC50 값의 치사량 비율의 95% CI를 기준으로 크게 달라졌습니다(표 3).24시간 후, Ls 종자박의 독성 효과는 다른 종자박 처리보다 더 컸으며, 유충에 대한 가장 높은 활성과 최대 독성을 보였습니다(LC50 = 0.04g/120ml dH2O).유충은 IG, Ls 및 PG 종자 분말 처리에 비해 24시간에서 DFP에 덜 민감했으며, LC50 값은 각각 0.115, 0.04 및 0.08 g/120 ml dH2O로 LC50 값보다 통계적으로 더 높았습니다.0.211g/120ml dH2O(표 3).DFP, IG, PG 및 Ls의 LC90 값은 각각 0.376, 0.275, 0.137 및 0.074g/120ml dH2O였습니다(표 2).DPP의 최고 농도는 0.12g/120ml dH2O였습니다.평가 24시간 후 평균 유충 사망률은 12%에 불과한 반면, IG 유충과 PG 유충의 평균 사망률은 각각 51%와 82%에 달했습니다.평가 24시간 후, 최고 농도의 Ls 종자박 처리(0.075 g/120 ml dH2O)에 대한 평균 유충 사망률은 99%였습니다(그림 1A).
사망률 곡선은 Ae의 용량 반응(Probit)으로부터 추정되었습니다.처리 후 24시간(A) 및 72시간(B)에 이집트 유충(3령 유충)에서 종자분 농도까지.점선은 종자박 처리의 LC50을 나타냅니다.DFP Thraspi arvense, DFP-HT 열 비활성화 Thraspi arvense, IG Sinapsis alba(Ida Gold), PG Brassica juncea(Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
72시간 평가에서 DFP, IG 및 PG 종자박의 LC50 값은 각각 0.111, 0.085 및 0.051 g/120 ml dH2O였습니다.Ls 종자박에 노출된 거의 모든 유충은 노출 72시간 후에 사망했기 때문에 사망률 데이터는 프로비트 분석과 일치하지 않았습니다.다른 종자박과 비교하여 유충은 DFP 종자박 처리에 덜 민감했으며 통계적으로 더 높은 LC50 값을 나타냈습니다(표 2 및 3).72시간 후 DFP, IG 및 PG 종자박 처리에 대한 LC50 값은 각각 0.111, 0.085 및 0.05g/120ml dH2O로 추정되었습니다.72시간 평가 후 DFP, IG 및 PG 종자 분말의 LC90 값은 각각 0.215, 0.254 및 0.138g/120ml dH2O였습니다.평가 72시간 후, 최대 농도 0.12g/120ml dH2O에서 DFP, IG 및 PG 종자박 처리에 대한 평균 유충 사망률은 각각 58%, 66% 및 96%였습니다(그림 1B).72시간 평가 후 PG 종자박은 IG 및 DFP 종자박보다 독성이 더 강한 것으로 나타났습니다.
합성 이소티오시아네이트, 알릴 이소티오시아네이트(AITC), 벤질 이소티오시아네이트(BITC) 및 4-히드록시벤질이소티오시아네이트(4-HBITC)는 모기 유충을 효과적으로 죽일 수 있습니다.처리 후 24시간에 BITC는 LC50 값이 5.29ppm으로 AITC의 경우 19.35ppm, 4-HBITC의 경우 55.41ppm으로 유충에 대한 독성이 더 높았습니다(표 4).AITC 및 BITC에 비해 4-HBITC는 독성이 낮고 LC50 값이 높습니다.가장 강력한 종자 가루에 포함된 두 가지 주요 이소티오시아네이트(Ls 및 PG)의 모기 유충 독성에는 상당한 차이가 있습니다.AITC, BITC, 4-HBITC 간의 LC50 값의 치사량비를 기준으로 한 독성은 LC50 치사량비의 95% CI에 1의 값이 포함되지 않을 정도로 통계적인 차이를 보였다(P=0.05, 표 4).BITC와 AITC의 최고 농도는 테스트한 유충을 100% 죽이는 것으로 추정되었습니다(그림 2).
사망률 곡선은 Ae의 용량 반응(Probit)으로부터 추정되었습니다.처리 24시간 후, 이집트 유충(3령 유충)은 합성 이소티오시아네이트 농도에 도달했습니다.점선은 이소티오시아네이트 처리에 대한 LC50을 나타냅니다.벤질 이소티오시아네이트 BITC, 알릴 이소티오시아네이트 AITC 및 4-HBITC.
모기 매개체 방제제로서 식물 생물농약의 사용은 오랫동안 연구되어 왔습니다.많은 식물은 살충 활성을 갖는 천연 화학물질을 생산합니다37.이들의 생리활성 화합물은 모기를 포함한 해충 방제에 큰 잠재력을 지닌 합성 살충제에 대한 매력적인 대안을 제공합니다.
겨자 식물은 씨앗을 얻기 위한 작물로 재배되며 향신료와 기름 공급원으로 사용됩니다.겨자유를 씨앗에서 추출하거나 겨자를 바이오 연료로 사용하기 위해 추출할 때, 69 부산물은 탈지된 종자박입니다.이 종자박은 천연 생화학적 성분과 가수분해 효소를 많이 함유하고 있습니다.이 종자박의 독성은 이소티오시아네이트55,60,61의 생산에 기인합니다.이소티오시아네이트는 종자박의 수화 중에 미로시나제 효소에 의한 글루코시놀레이트의 가수분해에 의해 형성되며38,55,70 살균, 살균, 살선충 및 살충 효과뿐만 아니라 화학적 감각 효과 및 화학요법 특성을 포함한 기타 특성을 갖는 것으로 알려져 있습니다61,62, 70.여러 연구에 따르면 겨자 식물과 종자박은 토양 및 저장된 식품 해충에 대한 훈증제로서 효과적으로 작용하는 것으로 나타났습니다57,59,71,72.본 연구에서 우리는 4종 가루와 그 세 가지 생리 활성 제품인 AITC, BITC 및 4-HBITC의 Aedes 모기 유충에 대한 독성을 평가했습니다.이집트숲모기.모기 유충이 포함된 물에 종자 가루를 직접 추가하면 모기 유충에 독성이 있는 이소티오시아네이트를 생성하는 효소 과정이 활성화될 것으로 예상됩니다.이러한 생체변환은 종자박의 관찰된 살유충 활성 및 드워프 겨자씨 박을 사용 전에 열처리했을 때 살충 활성의 상실에 의해 부분적으로 입증되었습니다.열처리는 글루코시놀레이트를 활성화하는 가수분해 효소를 파괴하여 생리활성 이소티오시아네이트의 형성을 방지할 것으로 예상됩니다.이는 수생 환경에서 양배추씨 분말의 모기에 대한 살충 특성을 확인한 최초의 연구입니다.
테스트한 종자 분말 중 물냉이 종자 분말(Ls)이 가장 독성이 있어 흰줄숲모기(Aedes albopictus)의 높은 사망률을 유발했습니다.Aedes aegypti 유충을 24시간 동안 지속적으로 처리했습니다.나머지 세 가지 종자 분말(PG, IG 및 DFP)은 활성이 더 느렸으며 72시간 연속 처리 후에도 여전히 상당한 사망률을 초래했습니다.Ls 종자박만이 상당한 양의 글루코시놀레이트를 함유한 반면, PG와 DFP는 미로시나아제를 함유하고 IG는 주요 글루코시놀레이트로서 글루코시놀레이트를 함유했습니다(표 1).Glucotropaeolin은 BITC로 가수분해되고, sinalbine은 4-HBITC61,62로 가수분해됩니다.우리의 생물학적 검정 결과는 Ls 종자박과 합성 BITC가 모두 모기 유충에 매우 독성이 있음을 나타냅니다.PG 및 DFP 종자박의 주성분은 미로시나제 글루코시놀레이트이며, 이는 AITC로 가수분해됩니다.AITC는 LC50 값이 19.35ppm으로 모기 유충을 죽이는 데 효과적입니다.AITC 및 BITC와 비교하여 4-HBITC 이소티오시아네이트는 유충에 대한 독성이 가장 낮습니다.AITC는 BITC보다 독성이 낮지만 LC50 값은 모기 유충을 대상으로 테스트한 많은 에센셜 오일보다 낮습니다32,73,74,75.
모기 유충에 사용하기 위한 당사의 십자화과 종자 분말에는 하나의 주요 글루코시놀레이트가 포함되어 있으며, 이는 HPLC로 측정한 총 글루코시놀레이트의 98-99% 이상을 차지합니다.기타 글루코시놀레이트도 미량 검출되었으나 그 수치는 전체 글루코시놀레이트의 0.3% 미만이었습니다.물냉이(L. sativum) 종자분말에는 2차 글루코시놀레이트(시니그린)가 함유되어 있으나 그 비율은 전체 글루코시놀레이트의 1%에 불과하여 그 함량은 여전히 미미하다(약 0.4mg/g 종자분말).PG와 DFP는 동일한 주요 글루코시놀레이트(미로신)를 함유하고 있지만 종자박의 살충 활성은 LC50 값으로 인해 크게 다릅니다.흰가루병에 대한 독성이 다양합니다.Aedes aegypti 유충의 출현은 두 종자 사료 사이의 미로시나제 활성 또는 안정성의 차이로 인해 발생할 수 있습니다.미로시나제 활성은 유채과 식물에서 이소티오시아네이트와 같은 가수분해 생성물의 생체 이용률에 중요한 역할을 합니다76.Pocock et al.77 및 Wilkinson et al.78의 이전 보고서에서는 미로시나제 활성 및 안정성의 변화가 유전적 및 환경적 요인과도 연관될 수 있음을 보여주었습니다.
예상되는 생리활성 이소티오시아네이트 함량은 상응하는 화학적 적용과의 비교를 위해 24시간 및 72시간에 각 종자 분말의 LC50 값을 기준으로 계산되었습니다(표 5).24시간 후, 종자박의 이소티오시아네이트는 순수한 화합물보다 독성이 더 강했습니다.이소티오시아네이트 종자 처리제의 백만분율(ppm)을 기준으로 계산된 LC50 값은 BITC, AITC 및 4-HBITC 적용의 LC50 값보다 낮았습니다.우리는 종자 식사 펠릿을 소비하는 애벌레를 관찰했습니다(그림3A).결과적으로, 유충은 종자박 알갱이를 섭취함으로써 독성 이소티오시아네이트에 더 집중적으로 노출될 수 있습니다.이는 24시간 노출 시 IG 및 PG 종자박 처리에서 가장 명백했으며, 여기서 LC50 농도는 순수 AITC 및 4-HBITC 처리보다 각각 75% 및 72% 낮았습니다.Ls 및 DFP 처리는 순수 이소티오시아네이트보다 독성이 더 높았으며, LC50 값은 각각 24% 및 41% 더 낮았습니다.대조 처리구의 유충은 성공적으로 번데기가 되었지만(그림 3B), 종자박 처리의 대부분의 유충은 번데기가 되지 않았으며 유충 발달이 크게 지연되었습니다(그림 3B,D).Spodopteralitura에서 이소티오시아네이트는 성장 지연 및 발달 지연과 관련이 있습니다.
Ae의 애벌레.Aedes aegypti 모기는 24~72시간 동안 브라시카 종자 분말에 지속적으로 노출되었습니다.(A) 입 부분에 종자 가루 입자가 있는 죽은 유충(원);(B) 대조 처리(종말이 첨가되지 않은 dH20)는 유충이 정상적으로 성장하고 72시간 후에 번데기가 시작됨을 보여줍니다. (C, D) 종자박으로 처리된 유충;종자박은 발달에 차이를 보였으며 번데기가 되지 않았습니다.
우리는 모기 유충에 대한 이소티오시아네이트의 독성 효과 메커니즘을 연구하지 않았습니다.그러나 붉은 불개미(Solenopsis invicta)에 대한 이전 연구에서는 글루타티온 S-트랜스퍼라제(GST)와 에스테라제(EST)의 억제가 이소티오시아네이트 생체 활성의 주요 메커니즘이며 AITC는 낮은 활성에서도 GST 활성을 억제할 수 있음을 보여주었습니다. .낮은 농도의 붉은색 수입 불개미.복용량은 0.5 µg/ml80 입니다.대조적으로, AITC는 성체 옥수수 바구미(Sitophilus zeamais)81에서 아세틸콜린에스테라제를 억제합니다.모기 유충의 이소티오시아네이트 활성 메커니즘을 밝히기 위해 유사한 연구가 수행되어야 합니다.
우리는 식물 글루코시놀레이트의 가수분해가 반응성 이소티오시아네이트를 형성하는 것이 겨자씨 가루에 의한 모기 유충 방제 메커니즘 역할을 한다는 제안을 뒷받침하기 위해 열 불활성화 DFP 처리를 사용합니다.DFP-HT 종자박은 테스트된 적용률에서 독성이 없었습니다.Lafargaet al.82는 글루코시놀레이트가 고온에서 분해에 민감하다고 보고했습니다.열처리는 또한 종자박의 미로시나제 효소를 변성시키고 글루코시놀레이트가 가수분해되어 반응성 이소티오시아네이트를 형성하는 것을 방지할 것으로 예상됩니다.이는 Okunade et al.에 의해서도 확인되었습니다.75는 미로시나아제가 온도에 민감하다는 것을 보여주었는데, 이는 겨자, 흑겨자, 핏줄 씨앗이 80° 이상의 온도에 노출되었을 때 미로시나아제 활성이 완전히 비활성화되었음을 보여줍니다.C. 이러한 메커니즘은 열처리된 DFP 종자박의 살충 활성 손실을 초래할 수 있습니다.
따라서 겨자씨 가루와 그 세 가지 주요 이소티오시아네이트는 모기 유충에게 독성이 있습니다.종자박과 화학적 처리 사이의 이러한 차이점을 고려할 때 종자박의 사용은 모기 방제에 효과적인 방법이 될 수 있습니다.종자 분말 사용의 효능과 안정성을 향상시키기 위해서는 적합한 제제와 효과적인 전달 시스템을 식별할 필요가 있습니다.우리의 결과는 합성 살충제의 대안으로 겨자씨 가루의 잠재적인 사용을 나타냅니다.이 기술은 모기 매개체를 제어하는 혁신적인 도구가 될 수 있습니다.모기 유충은 수생 환경에서 번성하고 종자 가루 글루코시놀레이트는 수화 시 효소에 의해 활성 이소티오시아네이트로 전환되기 때문에 모기가 서식하는 물에 겨자씨 가루를 사용하면 상당한 방제 가능성이 제공됩니다.이소티오시아네이트의 살충 활성은 다양하지만(BITC > AITC > 4-HBITC), 종자박과 여러 글루코시놀레이트를 결합하면 독성이 상승적으로 증가하는지 여부를 결정하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다.이는 탈지된 십자화과 종자박과 세 가지 생리활성 이소티오시아네이트가 모기에 대한 살충 효과를 입증한 최초의 연구입니다.이 연구의 결과는 종자에서 기름을 추출한 부산물인 탈지 양배추 종자박이 모기 방제를 위한 유망한 살충제 역할을 할 수 있음을 보여줌으로써 새로운 지평을 열었습니다.이 정보는 식물 생물방제제의 발견과 저렴하고 실용적이며 환경 친화적인 생물농약 개발에 도움이 될 수 있습니다.
이 연구를 위해 생성된 데이터 세트와 결과 분석은 합리적인 요청에 따라 해당 저자에게 제공됩니다.연구가 끝나면 연구에 사용된 모든 재료(곤충 및 종자박)가 폐기되었습니다.
게시 시간: 2024년 7월 29일