हेलिकोवर्पा आर्मीगेरा पर फाइटोकेमिकल्स के कीटनाशक प्रभाव के मूल्यांकन के लिए एक खिला परख प्रणाली विकसित करना
Summary
यह प्रोटोकॉल लेपिडोप्टेरान कीट लार्वा पर फाइटोकेमिकल के संभावित विषाक्त प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए बाध्य खिला परख का वर्णन करता है। यह एक अत्यधिक स्केलेबल कीट बायोसे है, जो सबलेथल और घातक खुराक, निवारक गतिविधि और शारीरिक प्रभाव को अनुकूलित करना आसान है। इसका उपयोग पर्यावरण के अनुकूल कीटनाशकों की जांच के लिए किया जा सकता है।
Abstract
हेलिकोवर्पा आर्मिगेरा, एक लेपिडोप्टेरान कीट, दुनिया भर में वितरण के साथ एक बहुभक्षी कीट है। यह शाकाहारी कीट पौधों और कृषि उत्पादकता के लिए खतरा है। जवाब में, पौधे कई फाइटोकेमिकल्स का उत्पादन करते हैं जो कीट के विकास और अस्तित्व को नकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं। यह प्रोटोकॉल कीट विकास, विकास और अस्तित्व पर फाइटोकेमिकल (क्वेरसेटिन) के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए एक बाध्यकारी खिला परख विधि को प्रदर्शित करता है। नियंत्रित परिस्थितियों में, नवजात शिशुओं को पूर्व-निर्धारित कृत्रिम आहार पर दूसरे इंस्टार तक बनाए रखा गया था। इन दूसरे-इंस्टार लार्वा को 10 दिनों के लिए नियंत्रण और क्वेरसेटिन युक्त कृत्रिम आहार पर खिलाने की अनुमति दी गई थी। कीड़े के शरीर का वजन, विकास चरण, पीतल का वजन और मृत्यु दर वैकल्पिक दिनों में दर्ज की गई थी। शरीर के वजन में परिवर्तन, खिला पैटर्न में अंतर, और विकास phenotypes परख समय भर में मूल्यांकन किया गया. वर्णित अनिवार्य खिला परख अंतर्ग्रहण के एक प्राकृतिक मोड का अनुकरण करता है और इसे बड़ी संख्या में कीड़ों तक बढ़ाया जा सकता है। यह विकास की गतिशीलता, विकासात्मक संक्रमण और समग्र फिटनेस पर फाइटोकेमिकल्स के प्रभाव का विश्लेषण करने की अनुमति देता है एच। इसके अलावा, इस सेटअप भी पोषण संबंधी मापदंडों और पाचन शरीर क्रिया विज्ञान प्रक्रियाओं में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. यह लेख परख प्रणालियों को खिलाने के लिए एक विस्तृत पद्धति प्रदान करता है, जिसमें विषैले अध्ययन, कीटनाशक अणु स्क्रीनिंग और पौधे-कीट इंटरैक्शन में रासायनिक प्रभावों को समझने में अनुप्रयोग हो सकते हैं।
Introduction
फसल उत्पादकता को प्रभावित करने वाले जैविक कारक मुख्य रूप से रोगजनक एजेंट और कीट हैं। कई कीट कीट 15% से 35% कृषि फसल हानि का कारण बनते हैं और आर्थिकस्थिरता प्रथाओं को प्रभावित करते हैं। कोलोप्टेरा, हेमिप्टेरा और लेपिडोप्टेरा से संबंधित कीड़े विनाशकारी कीटों के प्रमुख आदेश हैं। पर्यावरण की अत्यधिक अनुकूली प्रकृति ने कई उत्तरजीविता तंत्रों को विकसित करने में लेपिडोप्टेरान को लाभान्वित किया है। लेपिडोप्टेरान कीटों के बीच, हेलिकोवर्पा आर्मिगेरा (कॉटन बॉलवर्म) लगभग 180 विभिन्न फसलों को खा सकता है और उनकेप्रजनन ऊतकों को महत्वपूर्ण नुकसान पहुंचा सकता है। दुनिया भर में, एच. आर्मीगेरा संक्रमण के परिणामस्वरूप लगभग $5 बिलियन3 का नुकसान हुआ है। कपास, छोले, अरहर मटर, टमाटर, सूरजमुखी, और अन्य फसलें एच। यह मेजबान पौधों के विभिन्न भागों पर अपना जीवनचक्र पूरा करता है। मादा पतंगों द्वारा दिए गए अंडे पत्तियों पर रचे जाते हैं, इसके बाद लार्वा चरणों के दौरान वनस्पति ऊतकों पर भोजन किया जाता है। लार्वा चरण अपने प्रचंड और अत्यधिक अनुकूलनीय प्रकृति 4,5 के कारण सबसे विनाशकारी है. एच. आर्मीगेरा अपनी उल्लेखनीय विशेषताओं, जैसे पॉलीफैगी, उत्कृष्ट प्रवासी क्षमताओं, उच्च उर्वरता, मजबूत डायपॉज और मौजूदा कीटनियंत्रण रणनीतियों के प्रतिरोध के उद्भव के कारण नए क्षेत्रों में वैश्विक वितरण और अतिक्रमण दिखाता है।
टेरपेन, फ्लेवोनोइड्स, एल्कलॉइड, पॉलीफेनोल, सायनोजेनिक ग्लूकोसाइड और कई अन्य लोगों के विविध रासायनिक अणुओं का व्यापक रूप से एच. आर्मीगेरा संक्रमण7 के नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, रासायनिक अणुओं का लगातार आवेदन उनके अवशेषों के अधिग्रहण के कारण पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है। इसके अलावा, वे विभिन्न कीट शिकारियों पर एक हानिकारक प्रभाव दिखाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पारिस्थितिक असंतुलन 8,9 होता है। इसलिए, कीट नियंत्रण के रासायनिक अणुओं के लिए सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल विकल्पों की जांच करने की आवश्यकता है।
पौधों (फाइटोकेमिकल्स) द्वारा उत्पादित प्राकृतिक कीटनाशक अणुओं का उपयोग रासायनिक कीटनाशकों के लिए एक आशाजनक विकल्प के रूप में किया जा सकता है। इन फाइटोकेमिकल्स में विभिन्न माध्यमिक मेटाबोलाइट्स शामिल हैं जो वर्गों एल्कलॉइड, टेरपेनोइड्स और फेनोलिक्स 7,10 से संबंधित हैं। क्वेरसेटिन विभिन्न अनाज, सब्जियों, फलों और पत्तियों में मौजूद सबसे प्रचुर मात्रा में फ्लेवोनोइड्स (फेनोलिक यौगिक) में से एक है। यह कीड़ों के खिलाफ निवारक और कीटनाशक गतिविधि को खिलाने से पता चलता है; इसके अलावा, यह कीटों11,12 के प्राकृतिक दुश्मनों के लिए हानिकारक नहीं है. इस प्रकार, इस प्रोटोकॉल एच. आर्मीगेरा पर इसके विषाक्त प्रभाव का आकलन करने के लिए quercetin का उपयोग कर खिला परख प्रदर्शित करता है.
विभिन्न बायोएसे विधियों एक कीट के भोजन, विकास, विकास, और व्यवहार पैटर्न13 पर प्राकृतिक और सिंथेटिक अणुओं के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए विकसित किया गया है. आमतौर पर इस्तेमाल किया तरीकों पत्ती डिस्क परख, पसंद खिला परख, छोटी बूंद खिला परख, संपर्क परख, परख को कवर आहार, और13,14 खिला बाध्य शामिल हैं. इन विधियों को इस आधार पर वर्गीकृत किया जाता है कि कीटों को कीटों पर कैसे लागू किया जाता है। बाध्यकारी खिला परख संभावित कीटनाशकों और उनकी घातक खुराक14 का परीक्षण करने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला, संवेदनशील, सरल और अनुकूलनीय तरीकों में से एक है। एक बाध्यकारी खिला परख में, ब्याज के अणु को कृत्रिम आहार के साथ मिलाया जाता है। यह आहार संरचना पर स्थिरता और नियंत्रण प्रदान करता है, मजबूत और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम उत्पन्न करता है। खिला परख को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण चर कीट के विकास के चरण, कीटनाशक की पसंद, पर्यावरणीय कारक और नमूना आकार हैं। परख की अवधि, दो डेटा रिकॉर्डिंग, आवृत्ति और आहार खिलाया की राशि, कीड़ों के स्वास्थ्य, और ऑपरेटरों के हैंडलिंग कौशल के बीच अंतराल भी परख14,15 खिला के परिणाम को प्रभावित कर सकते हैं.
इस अध्ययन का उद्देश्य एच आर्मीगेरा अस्तित्व और फिटनेस पर क्वेरसेटिन के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए बाध्य खिला परख का प्रदर्शन करना है। कीट शरीर के वजन, मृत्यु दर और विकासात्मक दोषों जैसे विभिन्न मापदंडों का आकलन, क्वार्सेटिन के कीटनाशक प्रभावों में अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा। इस बीच, पोषण संबंधी मापदंडों को मापना, जिसमें अंतर्ग्रहण भोजन (ईसीआई) के रूपांतरण की दक्षता, पचाए गए भोजन (ईसीडी) के रूपांतरण की दक्षता, और अनुमानित पाचनशक्ति (एडी) शामिल है, क्वार्सेटिन के एंटीफीडेंट विशेषताओं को उजागर करेगा।
Protocol
Representative Results
Discussion
प्रयोगशाला बायोएसेस परिणामों की भविष्यवाणी करने और उचित लागत पर छोटी अवधि में कई यौगिकों पर तुलनात्मक विषाक्तता डेटा का उत्पादन करने के लिए उपयोगी हैं। फीडिंग बायोसे कीट-कीटनाशक और कीट-पौधे-कीटनाशक?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एसएम, वाईपी, और वीएन विश्वविद्यालय अनुदान आयोग, भारत सरकार, नई दिल्ली द्वारा प्रदान की गई फैलोशिप को स्वीकार करते हैं। आरजे ने परियोजना कोड MLP036626, MLP101526 और YSA000826 के तहत वित्तीय सहायता के लिए वैज्ञानिक और औद्योगिक अनुसंधान परिषद (सीएसआईआर), भारत और सीएसआईआर-राष्ट्रीय रासायनिक प्रयोगशाला, पुणे, भारत को स्वीकार किया।
Materials
| Agar Agar | Himedia | RM666 | Solidifying agent |
| Ascorbic acid | Himedia | CMS1014 | Vitamin C source |
| Bengal Gram | NA | NA | Protein and carbohydrate source |
| Casein | Sigma | C-5890 | Protein source |
| Cholesterol | Sisco Research Laboratories | 34811 | Fatty acid source |
| Choline Chloride | Himedia | GRM6824 | Ammonium salt |
| DMSO | Sigma | 67-68-5 | Solvent |
| GraphPad Prism v8.0 | https://www.graphpad.com/guides/prism/latest/user-guide/using_choosing_an_analysis.htm | ||
| Methyl Paraben | Himedia | GRM1291 | Antifungal agent |
| Multivitamin capsule | GalaxoSmithKline | NA | Vitamin source |
| Quercetin | Sigma | Q4951-10G | Phytochemical |
| Sorbic Acid | Himedia | M1880 | Antimicrobail agent |
| Streptomycin | Himedia | CMS220 | Antibiotic |
| Vitamin E capsule | Nukind Healthcare | NA | Vitamin E source |
| Yeast Extract | Himedia | RM027 | Amino acid source |
References
- Popp, J., Pető, K., Nagy, J. Pesticide productivity and food security. A review. Agronomy for Sustainable Development. 33 (1), 243-255 (2013).
- da Silva, F. R., et al. Comparative toxicity of Helicoverpa armigera and Helicoverpa zea (Lepidoptera: Noctuidae) to selected insecticides. Insects. 11 (7), 431 (2020).
- Usman, A., Ali, M. I., Shah, M., e Amin, F., Sarwar, J. Comparative efficacy of indigenous plant extracts and a synthetic insecticide for the management of tomato fruit worm (Helicoverpa armigera Hub.) and their effect on natural enemies in tomato crop. Pure and Applied Biology. 7 (3), 1014-1020 (2018).
- Honnakerappa, S. B., Udikeri, S. S. Abundance of Helicoverpa armigera (Hubner) on different host crops. Journal of Farm Science. 31, 436-439 (2018).
- Edosa, T. T. Review on bio-intensive management of African bollworm, Helicoverpa armigera (Hub.): Botanicals and semiochemicals perspectives. African Journal of Agricultural Research. 14 (1), 1-9 (2019).
- Zhou, Y., et al. Migratory Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae) exhibits marked seasonal variation in morphology and fitness. Environmental Entomology. 48 (3), 755-763 (2019).
- Souto, A. L., et al. Plant-derived pesticides as an alternative to pest management and sustainable agricultural production: Prospects, applications and challenges. Molecules. 26 (16), 4835 (2021).
- Özkara, A., Akyıl, D., Konuk, M. Pesticides, environmental pollution, and health. Environmental Health Risk-Hazardous Factors to Living Species. , (2016).
- Alengebawy, A., Abdelkhalek, S. T., Qureshi, S. R., Wang, M. -. Q. Heavy metals and pesticides toxicity in agricultural soil and plants: Ecological risks and human health implications. Toxics. 9 (3), 42 (2021).
- Tlak Gajger, I., Dar, S. A. Plant allelochemicals as sources of insecticides. Insects. 12 (3), 189 (2021).
- Riddick, E. W. Potential of quercetin to reduce herbivory without disrupting natural enemies and pollinators. Agriculture. 11 (6), 476 (2021).
- Gao, Y. -. L., et al. The effect of quercetin on the growth, development, nutrition utilization, and detoxification enzymes in Hyphantria cunea Drury (Lepidoptera: Arctiidae). Forests. 13 (11), 1945 (2022).
- Durmuşoğlu, E., Hatipoğlu, A., Gürkan, M. O., Moores, G. Comparison of different bioassay methods for determining insecticide resistance in European Grapevine Moth, Lobesia botrana (Denis & Schiffermüller) (Lepidoptera: Tortricidae). Turkish Journal of Entomology. 39 (3), 271-276 (2015).
- Paramasivam, M., Selvi, C. Laboratory bioassay methods to assess the insecticide toxicity against insect pests-A review. Journal of Entomology and Zoology Studies. 5 (3), 1441-1445 (2017).
- Clark, E. L., Isitt, R., Plettner, E., Fields, P. G., Huber, D. P. W. An inexpensive feeding bioassay technique for stored-product insects. Journal of Economic Entomology. 107 (1), 455-461 (2014).
- Waldbauer, G. P., Cohen, R. W., Friedman, S. An improved procedure for laboratory rearing of the corn earworm, Heliothis zea (Lepidoptera: Noctuidae). The Great Lakes Entomologist. 17 (2), 10 (2017).
- Friesen, K., Berkebile, D. R., Zhu, J. J., Taylor, D. B. Laboratory rearing of stable flies and other muscoid Diptera. JoVE. (138), e57341 (2018).
- Zheng, M. -. L., Zhang, D. -. J., Damiens, D. D., Lees, R. S., Gilles, J. R. L. Standard operating procedures for standardized mass rearing of the dengue and chikungunya vectors Aedes aegypti and Aedes albopictus (Diptera: Culicidae)-II-Egg storage and hatching. Parasites & Vectors. 8, 1-7 (2015).
- Nagarkatti, S., Prakash, S. Rearing Heliothis armigera (Hubn.) on an artificial diet. Technical Bulletin Commonwealth Institute of Biological Control. , (1974).
- Adhav, A. S., Kokane, S. R., Joshi, R. S. Functional characterization of Helicoverpa armigera trehalase and investigation of physiological effects caused due to its inhibition by Validamycin A formulation. International Journal of Biological Macromolecules. 112, 638-647 (2018).
- Abbasi, B. H., et al. Rearing the cotton bollworm, Helicoverpa armigera, on a tapioca-based artificial diet. Journal of Insect Science. 7 (1), 35 (2007).
- Armes, N. J., Jadhav, D. R., Bond, G. S., King, A. B. S. Insecticide resistance in Helicoverpa armigera in South India. Pesticide Science. 34 (4), 355-364 (1992).
- Waldbauer, G. P. The consumption and utilization of food by insects. Advances in Insect Physiology. 5, 229-288 (1968).
- Carpinella, M. C., Defago, M. T., Valladares, G., Palacios, S. M. Antifeedant and insecticide properties of a limonoid from Melia azedarach (Meliaceae) with potential use for pest management. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 51 (2), 369-374 (2003).
- Diaz Napal, G. N., Palacios, S. M. Bioinsecticidal effect of the flavonoids pinocembrin and quercetin against Spodoptera frugiperda. Journal of Pest Science. 88, 629-635 (2015).
- ffrench-Constant, R. H., Roush, R. T. Resistance detection and documentation: the relative roles of pesticidal and biochemical assays. Pesticide Resistance in Arthropods. , 4-38 (1990).
- Gikonyo, N. K., Mwangi, R. W., Midiwo, J. O. Toxicity and growth-inhibitory activity of Polygonum senegalense (Meissn.) surface exudate against Aedes aegypti larvae. International Journal of Tropical Insect Science. 18 (3), 229-234 (1998).
- Sharma, R., Sohal, S. K. Bioefficacy of quercetin against melon fruit fly. Bulletin of Insectology. 66 (1), 79-83 (2013).
- Després, L., David, J. -. P., Gallet, C. The evolutionary ecology of insect resistance to plant chemicals. Trends in Ecology & Evolution. 22 (6), 298-307 (2007).
- Shi, G., Kang, Z., Ren, F., Zhou, Y., Guo, P. Effects of quercetin on the growth and expression of immune-pathway-related genes in silkworm (Lepidoptera: Bombycidae). Journal of Insect Science. 20 (6), 23 (2020).
- Selin-Rani, S., et al. Toxicity and physiological effect of quercetin on generalist herbivore, Spodoptera litura Fab. and a non-target earthworm Eisenia fetida Savigny. Chemosphere. 165, 257-267 (2016).
- Ateyyat, M., Abu-Romman, S., Abu-Darwish, M., Ghabeish, I. Impact of flavonoids against woolly apple aphid, Eriosoma lanigerum (Hausmann) and its sole parasitoid, Aphelinus mali (Hald). Journal of Agricultural Science. 4 (2), 227 (2012).
- Brito-Sierra, C. A., Kaur, J., Hill, C. A. Protocols for testing the toxicity of novel insecticidal chemistries to mosquitoes. JoVE. (144), e57768 (2019).
- Mitchell, C., Brennan, R. M., Graham, J., Karley, A. J. Plant defense against herbivorous pests: exploiting resistance and tolerance traits for sustainable crop protection. Frontiers in Plant Science. 7, 1132 (2016).
