Desarrollo de un sistema de ensayo de alimentación para evaluar el efecto insecticida de los fitoquímicos en Helicoverpa armigera
Summary
Este protocolo describe el ensayo de alimentación obligada para evaluar el efecto potencialmente tóxico de un fitoquímico en las larvas de insectos lepidópteros. Este es un bioensayo de insectos altamente escalable, fácil de optimizar la dosis subletal y letal, la actividad disuasoria y el efecto fisiológico. Esto podría usarse para detectar insecticidas ecológicos.
Abstract
Helicoverpa armigera, un insecto lepidóptero, es una plaga polífaga con una distribución mundial. Este insecto herbívoro es una amenaza para las plantas y la productividad agrícola. En respuesta, las plantas producen varios fitoquímicos que afectan negativamente el crecimiento y la supervivencia del insecto. Este protocolo demuestra un método de ensayo de alimentación obligado para evaluar el efecto de un fitoquímico (quercetina) en el crecimiento, desarrollo y supervivencia de los insectos. En condiciones controladas, los neonatos se mantuvieron hasta el segundo estadio con una dieta artificial predefinida. A estas larvas de segundo estadio se les permitió alimentarse con una dieta artificial de control y que contenía quercetina durante 10 días. El peso corporal, la etapa de desarrollo, el peso de los excrementos y la mortalidad de los insectos se registraron en días alternos. El cambio en el peso corporal, la diferencia en el patrón de alimentación y los fenotipos de desarrollo se evaluaron a lo largo del tiempo de ensayo. El ensayo de alimentación obligatoria descrito simula un modo natural de ingestión y puede ampliarse a un gran número de insectos. Permite analizar el efecto de los fitoquímicos en la dinámica de crecimiento, la transición del desarrollo y la aptitud general de H. armigera. Además, esta configuración también se puede utilizar para evaluar alteraciones en los parámetros nutricionales y los procesos de fisiología digestiva. Este artículo proporciona una metodología detallada para los sistemas de ensayo de alimentación, que puede tener aplicaciones en estudios toxicológicos, detección de moléculas insecticidas y comprensión de los efectos químicos en las interacciones planta-insecto.
Introduction
Los factores bióticos que afectan la productividad de los cultivos son principalmente agentes patógenos y plagas. Varias plagas de insectos causan entre el 15% y el 35% de la pérdida de cultivos agrícolas y afectan las prácticas de sostenibilidad económica1. Los insectos pertenecientes a los órdenes Coleoptera, Hemiptera y Lepidoptera son los principales órdenes de plagas devastadoras. La naturaleza altamente adaptativa del medio ambiente ha beneficiado a los lepidópteros en la evolución de varios mecanismos de supervivencia. Entre los insectos lepidópteros, Helicoverpa armigera (gusano del algodón) puede alimentarse de alrededor de 180 cultivos diferentes y causar daños significativos a sus tejidos reproductivos2. A nivel mundial, la infestación por H. armigera ha provocado una pérdida de alrededor de5 mil millones de dólares. El algodón, los garbanzos, los gandules, los tomates, los girasoles y otros cultivos son huéspedes de H. armigera. Completa su ciclo de vida en diferentes partes de las plantas hospederas. Los huevos puestos por las polillas hembra eclosionan en las hojas, seguidos de su alimentación de tejidos vegetativos durante las etapas larvarias. La etapa larvaria es la más destructiva debido a su naturaleza voraz y altamente adaptable 4,5. H. armigera muestra una distribución global e invasión a nuevos territorios debido a sus notables atributos, como polifagia, excelentes capacidades migratorias, mayor fecundidad, fuerte diapausa y la aparición de resistencia a las estrategias de control de insectos existentes6.
Diversas moléculas químicas de terpenos, flavonoides, alcaloides, polifenoles, glucósidos cianogénicos y muchos otros son ampliamente utilizadas para el control de la infestación por H. armigera 7. Sin embargo, la aplicación frecuente de moléculas químicas tiene efectos adversos en el medio ambiente y la salud humana debido a la adquisición de sus residuos. Además, muestran un efecto perjudicial sobre varios depredadores de plagas, lo que resulta en un desequilibrio ecológico 8,9. Por lo tanto, existe la necesidad de investigar opciones seguras y ecológicas para las moléculas químicas de control de plagas.
Las moléculas insecticidas naturales producidas por las plantas (fitoquímicos) pueden utilizarse como una alternativa prometedora a los pesticidas químicos. Estos fitoquímicos incluyen varios metabolitos secundarios pertenecientes a las clases alcaloides, terpenoides y fenólicos 7,10. La quercetina es uno de los flavonoides (compuestos fenólicos) más abundantes presentes en diversos granos, verduras, frutas y hojas. Muestra actividad disuasoria de alimentación e insecticida contra insectos; Además, no es perjudicial para los enemigos naturales de las plagas11,12. Por lo tanto, este protocolo demuestra el ensayo de alimentación utilizando quercetina para evaluar su efecto tóxico sobre H. armigera.
Se han desarrollado varios métodos de bioensayo para evaluar el efecto de las moléculas naturales y sintéticas en los patrones de alimentación, crecimiento, desarrollo y comportamiento de un insecto13. Los métodos comúnmente utilizados incluyen el ensayo de disco foliar, el ensayo de alimentación de elección, el ensayo de alimentación por gotas, el ensayo de contacto, el ensayo de cobertura de la dieta y el ensayo de alimentación obligada13,14. Estos métodos se clasifican en función de cómo se aplican los pesticidas a los insectos. El ensayo de alimentación obligatoria es uno de los métodos más utilizados, sensibles, sencillos y adaptables para analizar los probables insecticidas y su dosis letal14. En un ensayo de alimentación obligada, la molécula de interés se mezcla con una dieta artificial. Esto proporciona consistencia y control sobre la composición de la dieta, generando resultados robustos y reproducibles. Las variables importantes que afectan a los ensayos de alimentación son la etapa de desarrollo del insecto, la elección del insecticida, los factores ambientales y el tamaño de la muestra. La duración del ensayo, el intervalo entre dos registros de datos, la frecuencia y la cantidad de dieta administrada, la salud de los insectos y la habilidad de manejo de los operadores también pueden influir en el resultado de los ensayos de alimentación14,15.
Este estudio tiene como objetivo demostrar el ensayo de alimentación obligada para evaluar el efecto de la quercetina sobre la supervivencia y aptitud física de H. armigera . La evaluación de varios parámetros, como el peso corporal de los insectos, la tasa de mortalidad y los defectos de desarrollo, proporcionará información sobre los efectos insecticidas de la quercetina. Mientras tanto, la medición de los parámetros nutricionales, incluida la eficiencia de conversión de los alimentos ingeridos (ECI), la eficiencia de conversión de los alimentos digeridos (ECD) y la digestibilidad aproximada (AD), destacará los atributos antialimentarios de la quercetina.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los bioensayos de laboratorio son útiles para predecir los resultados y producir datos comparativos de toxicidad de varios compuestos en un corto período de tiempo a un costo razonable. El bioensayo de alimentación ayuda a interpretar las interacciones entre insectos-insecticidas e insectos-plantas-insecticidas. Es un método eficiente para medir la toxicidad de una variedad de sustancias que simplifica significativamente el proceso de establecer la dosis letal 50 (DL50), la concentración letal 50 (LC…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SM, YP y VN reconocen la beca otorgada por la Comisión de Becas Universitarias del Gobierno de la India, Nueva Delhi. RJ agradece al Consejo de Investigación Científica e Industrial (CSIR) de la India y al Laboratorio Químico Nacional del CSIR, Pune (India), por su apoyo financiero en virtud de los códigos de proyecto MLP036626, MLP101526 y YSA000826.
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 |
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