Fitokimyasalların Helicoverpa armigera Üzerindeki İnsektisidal Etkisinin Değerlendirilmesi için Beslenme Deney Sistemi Geliştirilmesi
Summary
Bu protokol, bir fitokimyasalın lepidopteran böcek larvaları üzerindeki potansiyel toksik etkisini değerlendirmek için zorunlu besleme testini açıklar. Bu, öldürücü ve öldürücü dozu, caydırıcı aktiviteyi ve fizyolojik etkiyi optimize etmek kolay, oldukça ölçeklenebilir bir böcek biyo-tahlilidir. Bu, çevre dostu böcek ilaçlarını taramak için kullanılabilir.
Abstract
Bir lepidopteran böceği olan Helicoverpa armigera, dünya çapında bir dağılıma sahip polifag bir zararlıdır. Bu otçul böcek, bitkiler ve tarımsal üretkenlik için bir tehdittir. Buna karşılık, bitkiler böceğin büyümesini ve hayatta kalmasını olumsuz yönde etkileyen çeşitli fitokimyasallar üretir. Bu protokol, bir fitokimyasalın (quercetin) böcek büyümesi, gelişmesi ve hayatta kalması üzerindeki etkisini değerlendirmek için zorunlu bir beslenme tahlili yöntemini gösterir. Kontrollü koşullar altında, yenidoğanlar önceden tanımlanmış bir yapay diyetle ikinci girişe kadar tutuldu. Bu ikinci instar larvaların 10 gün boyunca kontrol ve kuersetin içeren yapay bir diyetle beslenmelerine izin verildi. Böceklerin vücut ağırlığı, gelişim evresi, frass ağırlığı ve ölüm oranı alternatif günlerde kaydedildi. Test süresi boyunca vücut ağırlığındaki değişim, beslenme düzenindeki farklılık ve gelişimsel fenotipler değerlendirildi. Açıklanan zorunlu beslenme testi, doğal bir yutma modunu simüle eder ve çok sayıda böceğe kadar ölçeklendirilebilir. Fitokimyasalların büyüme dinamikleri, gelişimsel geçiş ve H. armigera’nın genel uygunluğu üzerindeki etkisini analiz etmeye izin verir. Ayrıca, bu kurulum beslenme parametrelerindeki ve sindirim fizyolojisi süreçlerindeki değişiklikleri değerlendirmek için de kullanılabilir. Bu makale, toksikolojik çalışmalarda, böcek öldürücü molekül taramasında ve bitki-böcek etkileşimlerinde kimyasal etkilerin anlaşılmasında uygulamaları olabilecek besleme tahlil sistemleri için ayrıntılı bir metodoloji sunmaktadır.
Introduction
Mahsul verimliliğini etkileyen biyotik faktörler esas olarak patojenik ajanlar ve zararlılardır. Çeşitli böcek zararlıları, tarımsal ürün kaybının %15 ila %35’ine neden olur ve ekonomik sürdürülebilirlik uygulamalarını etkiler1. Coleoptera, Hemiptera ve Lepidoptera takımlarına ait böcekler, yıkıcı zararlıların ana takımlarıdır. Çevrenin son derece uyarlanabilir doğası, çeşitli hayatta kalma mekanizmalarının geliştirilmesinde lepidopteranlara fayda sağlamıştır. Lepidopteran böcekler arasında, Helicoverpa armigera (Pamuk kurdu) yaklaşık 180 farklı mahsulle beslenebilir ve üreme dokularına önemli zararlar verebilir2. Dünya çapında, H. armigera istilası yaklaşık 5 milyar dolarlık bir kayba neden olmuştur3. Pamuk, nohut, güvercin bezelyesi, domates, ayçiçeği ve diğer mahsuller H. armigera’ya ev sahipliği yapar. Yaşam döngüsünü konukçu tesislerin farklı bölümlerinde tamamlar. Dişi güvelerin bıraktığı yumurtalar yapraklarda çatlar, ardından larva dönemlerinde vejetatif dokularla beslenirler. Larva aşaması, obur ve son derece uyarlanabilir doğası nedeniyle en yıkıcıdır 4,5. H. armigera, polifaji, mükemmel göç yetenekleri, daha yüksek doğurganlık, güçlü diyapoz ve mevcut böcek kontrol stratejilerine karşı direncin ortaya çıkması gibi dikkate değer özellikleri nedeniyle küresel bir dağılım ve yeni bölgelere tecavüz göstermektedir6.
Terpenler, flavonoidler, alkaloidler, polifenoller, siyanojenik glukozitler ve diğerlerinden çeşitli kimyasal moleküller, H. armigera istilasının kontrolü için yaygın olarak kullanılmaktadır7. Bununla birlikte, kimyasal moleküllerin sık sık uygulanması, kalıntılarının edinilmesi nedeniyle çevre ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkiler yaratmaktadır. Ayrıca, çeşitli haşere avcıları üzerinde zararlı bir etki göstererek ekolojik bir dengesizliğe neden olurlar 8,9. Bu nedenle, haşere kontrolünün kimyasal molekülleri için güvenli ve çevre dostu seçeneklerin araştırılması gerekliliği vardır.
Bitkiler tarafından üretilen doğal böcek öldürücü moleküller (fitokimyasallar), kimyasal pestisitlere umut verici bir alternatif olarak kullanılabilir. Bu fitokimyasallar, alkaloidler, terpenoidler ve fenolikler 7,10 sınıflarına ait çeşitli ikincil metabolitleri içerir. Quercetin, çeşitli tahıllarda, sebzelerde, meyvelerde ve yapraklarda bulunan en bol flavonoidlerden (fenolik bileşik) biridir. Böceklere karşı beslenme caydırıcı ve böcek öldürücü aktivite gösterir; Ayrıca, zararlıların doğal düşmanlarına zararlı değildir11,12. Bu nedenle, bu protokol, H. armigera üzerindeki toksik etkisini değerlendirmek için quercetin kullanan besleme testini göstermektedir.
Doğal ve sentetik moleküllerin bir böceğin beslenmesi, büyümesi, gelişmesi ve davranış kalıpları üzerindeki etkisini değerlendirmek için çeşitli biyo-tahlil yöntemleri geliştirilmiştir13. Yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında yaprak disk testi, seçim besleme testi, damlacık besleme testi, temas testi, diyet kaplama testi ve zorunlu besleme testibulunur 13,14. Bu yöntemler, pestisitlerin böceklere nasıl uygulandığına göre sınıflandırılır. Zorunlu beslenme testi, olası insektisitleri ve bunların öldürücü dozlarını test etmek için en yaygın kullanılan, hassas, basit ve uyarlanabilir yöntemlerden biridir14. Zorunlu bir beslenme tahlilinde, ilgilenilen molekül yapay bir diyetle karıştırılır. Bu, diyet bileşimi üzerinde tutarlılık ve kontrol sağlayarak sağlam ve tekrarlanabilir sonuçlar üretir. Besleme tahlillerini etkileyen önemli değişkenler böceğin gelişim evresi, insektisit seçimi, çevresel faktörler ve örneklem büyüklüğüdür. Testin süresi, iki veri kaydı arasındaki aralık, diyetle beslenmenin sıklığı ve miktarı, böceklerin sağlığı ve operatörlerin kullanım becerisi de besleme testlerinin sonucunu etkileyebilir14,15.
Bu çalışma, quercetin’in H. armigera sağkalımı ve zindeliği üzerindeki etkisini değerlendirmek için zorunlu beslenme testini göstermeyi amaçlamaktadır. Böcek vücut ağırlığı, ölüm oranı ve gelişimsel kusurlar gibi çeşitli parametrelerin değerlendirilmesi, quercetin’in böcek öldürücü etkileri hakkında fikir verecektir. Bu arada, yutulan gıdanın dönüşüm etkinliği (ECI), sindirilmiş gıdanın dönüşüm etkinliği (ECD) ve yaklaşık sindirilebilirlik (AD) dahil olmak üzere beslenme parametrelerinin ölçülmesi, quercetin’in antifeedant özelliklerini vurgulayacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Laboratuvar biyoanalizleri, sonuçları tahmin etmek ve kısa bir süre içinde makul bir maliyetle çeşitli bileşikler üzerinde karşılaştırmalı toksisite verileri üretmek için yararlıdır. Besleme biyo-tahlili, böcek-böcek ilacı ve böcek-bitki-böcek öldürücüler arasındaki etkileşimleri yorumlamaya yardımcı olur. Öldürücü doz 50 (LD50), öldürücü konsantrasyon 50 (LC50) veya başka herhangi bir öldürücü konsantrasyon veya doz24,25…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SM, YP ve VN, Hindistan Hükümeti, Yeni Delhi Üniversite Hibeleri Komisyonu tarafından verilen bursu kabul eder. RJ, MLP036626, MLP101526 ve YSA000826 proje kodları kapsamında mali destek için Hindistan’daki Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Konseyi’ne (CSIR) ve Pune, Hindistan’daki CSIR-Ulusal Kimya Laboratuvarı’na teşekkür eder.
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 |
Referências
- 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).
