Untuk secara efektifmengendalikan nyamukdan mengurangi insiden penyakit yang mereka bawa, diperlukan alternatif yang strategis, berkelanjutan, dan ramah lingkungan untuk pestisida kimia. Kami mengevaluasi bungkil biji dari beberapa Brassicaceae (famili Brassica) sebagai sumber isothiosianat yang berasal dari tumbuhan yang diproduksi melalui hidrolisis enzimatik glukosinolat yang tidak aktif secara biologis untuk digunakan dalam pengendalian Aedes Mesir (L., 1762). Tepung biji lima-lemak (Brassica juncea (L) Czern., 1859, Lepidium sativum L., 1753, Sinapis alba L., 1753, Thlaspi arvense L., 1753 dan Thlaspi arvense – tiga jenis utama inaktivasi termal dan degradasi enzimatik Produk kimia Untuk menentukan toksisitas (LC50) alil isothiocyanate, benzil isothiocyanate dan 4-hydroxybenzylisothiocyanate terhadap larva Aedes aegypti pada paparan 24 jam = 0,04 g/120 ml dH2O). Nilai LC50 untuk mustard, mustard putih dan ekor kuda. Tepung biji alfalfa masing-masing memiliki konsentrasi 0,05; 0,08; dan 0,05 dibandingkan dengan alil isothiocyanate (LC50 = 19,35 ppm) dan 4.-Hidroksibenzilisotiosianat (LC50 = 55,41 ppm) yang lebih toksik terhadap larva setelah 24 jam perlakuan dibandingkan dengan 0,1 g/120 ml dH2O. Hasil ini konsisten dengan produksi tepung biji alfalfa. Efisiensi benzil ester yang lebih tinggi sesuai dengan nilai LC50 yang dihitung. Penggunaan tepung biji alfalfa dapat menjadi metode pengendalian nyamuk yang efektif. Efektivitas bubuk biji cruciferous dan komponen kimia utamanya terhadap larva nyamuk diteliti, dan menunjukkan bagaimana senyawa alami dalam bubuk biji cruciferous dapat berfungsi sebagai larvasida ramah lingkungan yang menjanjikan untuk pengendalian nyamuk.
Penyakit yang ditularkan melalui vektor yang disebabkan oleh nyamuk Aedes masih menjadi masalah kesehatan masyarakat global yang utama. Insiden penyakit yang ditularkan melalui nyamuk menyebar secara geografis1,2,3 dan muncul kembali, yang menyebabkan wabah penyakit parah4,5,6,7. Penyebaran penyakit di antara manusia dan hewan (misalnya, chikungunya, demam berdarah, demam Rift Valley, demam kuning, dan virus Zika) belum pernah terjadi sebelumnya. Demam berdarah sendiri menempatkan sekitar 3,6 miliar orang pada risiko infeksi di daerah tropis, dengan perkiraan 390 juta infeksi terjadi setiap tahun, yang mengakibatkan 6.100–24.300 kematian per tahun8. Kemunculan kembali dan wabah virus Zika di Amerika Selatan telah menarik perhatian dunia karena kerusakan otak yang ditimbulkannya pada anak-anak yang lahir dari wanita yang terinfeksi2. Kremer dkk3 memperkirakan bahwa jangkauan geografis nyamuk Aedes akan terus meluas dan pada tahun 2050, setengah dari populasi dunia akan berisiko terinfeksi oleh arbovirus yang ditularkan melalui nyamuk.
Kecuali vaksin yang baru dikembangkan untuk melawan demam berdarah dan demam kuning, vaksin untuk sebagian besar penyakit yang ditularkan nyamuk belum dikembangkan9,10,11. Vaksin masih tersedia dalam jumlah terbatas dan hanya digunakan dalam uji klinis. Pengendalian vektor nyamuk menggunakan insektisida sintetis telah menjadi strategi kunci untuk mengendalikan penyebaran penyakit yang ditularkan nyamuk12,13. Meskipun pestisida sintetis efektif dalam membunuh nyamuk, penggunaan pestisida sintetis secara terus-menerus berdampak negatif terhadap organisme non-target dan mencemari lingkungan14,15,16. Yang lebih mengkhawatirkan adalah tren peningkatan resistensi nyamuk terhadap insektisida kimia17,18,19. Masalah-masalah yang terkait dengan pestisida ini telah mempercepat pencarian alternatif yang efektif dan ramah lingkungan untuk mengendalikan vektor penyakit.
Berbagai tanaman telah dikembangkan sebagai sumber fitopestisida untuk pengendalian hama20,21. Zat tanaman umumnya ramah lingkungan karena dapat terurai secara hayati dan memiliki toksisitas rendah atau dapat diabaikan terhadap organisme non-target seperti mamalia, ikan, dan amfibi20,22. Sediaan herbal diketahui menghasilkan berbagai senyawa bioaktif dengan mekanisme kerja yang berbeda untuk mengendalikan berbagai tahap kehidupan nyamuk secara efektif23,24,25,26. Senyawa yang berasal dari tanaman seperti minyak esensial dan bahan aktif tanaman lainnya telah mendapatkan perhatian dan membuka jalan bagi alat inovatif untuk mengendalikan vektor nyamuk. Minyak esensial, monoterpen, dan seskuiterpen bertindak sebagai penolak, pencegah makan, dan ovisida27,28,29,30,31,32,33. Banyak minyak nabati menyebabkan kematian larva, pupa, dan nyamuk dewasa34,35,36, yang memengaruhi sistem saraf, pernapasan, endokrin, dan sistem penting lainnya pada serangga37.
Studi terbaru telah memberikan wawasan tentang potensi pemanfaatan tanaman sawi dan bijinya sebagai sumber senyawa bioaktif. Tepung biji sawi telah diuji sebagai biofumigan38,39,40,41 dan digunakan sebagai amandemen tanah untuk menekan gulma42,43,44 dan mengendalikan patogen tanaman tular tanah45,46,47,48,49,50, nutrisi tanaman, nematoda41,51,52,53,54, dan hama55,56,57,58,59,60. Aktivitas fungisida dari bubuk biji ini dikaitkan dengan senyawa pelindung tanaman yang disebut isothiosianat38,42,60. Pada tanaman, senyawa pelindung ini disimpan dalam sel tanaman dalam bentuk glukosinolat non-bioaktif. Namun, ketika tanaman rusak akibat serangan serangga atau infeksi patogen, glukosinolat dihidrolisis oleh mirosinase menjadi isothiosianat bioaktif55,61. Isothiosianat adalah senyawa volatil yang diketahui memiliki aktivitas antimikroba dan insektisida berspektrum luas, dan struktur, aktivitas biologis, serta kandungannya sangat bervariasi di antara spesies Brassicaceae42,59,62,63.
Meskipun isothiosianat yang berasal dari bungkil biji sawi diketahui memiliki aktivitas insektisida, data mengenai aktivitas biologis terhadap vektor artropoda yang penting secara medis masih kurang. Penelitian kami mengkaji aktivitas larvasida dari empat bubuk biji sawi tanpa lemak terhadap nyamuk Aedes aegypti. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengevaluasi potensi penggunaannya sebagai biopestisida ramah lingkungan untuk pengendalian nyamuk. Tiga komponen kimia utama dari bungkil biji sawi, alil isothiosianat (AITC), benzil isothiosianat (BITC), dan 4-hidroksibenzilisotiosianat (4-HBITC), juga diuji untuk menguji aktivitas biologis komponen-komponen kimia ini terhadap larva nyamuk. Ini merupakan laporan pertama yang mengevaluasi efektivitas empat bubuk biji sawi dan komponen kimia utamanya terhadap larva nyamuk.
Koloni Aedes aegypti (strain Rockefeller) di laboratorium dipelihara pada suhu 26°C, kelembapan relatif (RH) 70%, dan fotoperiode L:D selama 10:14 jam. Betina yang telah dikawinkan ditempatkan dalam kandang plastik (tinggi 11 cm dan diameter 9,5 cm) dan diberi makan melalui sistem pemberian botol menggunakan darah sapi sitrat (HemoStat Laboratories Inc., Dixon, CA, AS). Pemberian darah dilakukan seperti biasa menggunakan pengumpan multi-kaca membran (Chemglass, Life Sciences LLC, Vineland, NJ, AS) yang terhubung ke tabung penangas air sirkulasi (HAAKE S7, Thermo-Scientific, Waltham, MA, AS) dengan kontrol suhu 37 °C. Bentangkan lapisan Parafilm M pada dasar setiap ruang pengumpan kaca (luas 154 mm²). Setiap pengumpan kemudian diletakkan di kisi-kisi atas yang menutupi kandang berisi betina yang akan dikawinkan. Sekitar 350–400 μl darah sapi ditambahkan ke corong gelas menggunakan pipet Pasteur (Fisherbrand, Fisher Scientific, Waltham, MA, AS) dan cacing dewasa dibiarkan mengalir setidaknya selama satu jam. Cacing betina yang bunting kemudian diberi larutan sukrosa 10% dan dibiarkan bertelur di atas kertas saring lembap yang dilapisi dalam cangkir soufflé ultra-bening individual (ukuran 1,25 fl oz, Dart Container Corp., Mason, MI, AS). kandang dengan air. Tempatkan kertas saring berisi telur dalam kantong tertutup (SC Johnsons, Racine, WI) dan simpan pada suhu 26°C. Telur menetas dan sekitar 200–250 larva dibesarkan dalam baki plastik berisi campuran makanan kelinci (ZuPreem, Premium Natural Products, Inc., Mission, KS, AS) dan bubuk hati (MP Biomedicals, LLC, Solon, OH, AS). dan fillet ikan (TetraMin, Tetra GMPH, Meer, Jerman) dengan rasio 2:1:1. Larva instar ketiga akhir digunakan dalam bioassay kami.
Bahan benih tanaman yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari sumber komersial dan pemerintah berikut: Brassica juncea (sawi cokelat-Pacific Gold) dan Brassica juncea (sawi putih-Ida Gold) dari Pacific Northwest Farmers' Cooperative, Negara Bagian Washington, AS; (Garden Cress) dari Kelly Seed and Hardware Co., Peoria, IL, AS; dan Thlaspi arvense (Field Pennycress-Elisabeth) dari USDA-ARS, Peoria, IL, AS; Tidak ada benih yang digunakan dalam penelitian ini yang diberi pestisida. Semua bahan benih diproses dan digunakan dalam penelitian ini sesuai dengan peraturan daerah dan nasional serta mematuhi semua peraturan daerah, negara bagian, dan nasional yang relevan. Penelitian ini tidak menguji varietas tanaman transgenik.
Biji Brassica juncea (PG), Alfalfa (Ls), sawi putih (IG), dan Thlaspi arvense (DFP) digiling hingga menjadi bubuk halus menggunakan mesin penggiling ultrasentrifugal Retsch ZM200 (Retsch, Haan, Jerman) yang dilengkapi dengan mata jaring 0,75 mm dan rotor baja tahan karat, 12 gigi, 10.000 rpm (Tabel 1). Bubuk biji yang telah digiling dipindahkan ke dalam timbel kertas dan dihilangkan lemaknya dengan heksana dalam alat Soxhlet selama 24 jam. Subsampel sawi ladang yang telah dihilangkan lemaknya dipanaskan pada suhu 100 °C selama 1 jam untuk mendenaturasi mirosinase dan mencegah hidrolisis glukosinolat untuk membentuk isothiosianat yang aktif secara biologis. Bubuk biji ekor kuda yang telah dipanaskan (DFP-HT) digunakan sebagai kontrol negatif dengan mendenaturasi mirosinase.
Kandungan glukosinolat dari tepung biji yang telah dihilangkan lemaknya ditentukan dalam rangkap tiga menggunakan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC) menurut protokol yang telah dipublikasikan sebelumnya 64 . Singkatnya, 3 mL metanol ditambahkan ke sampel 250 mg bubuk biji yang telah dihilangkan lemaknya. Setiap sampel disonikasi dalam penangas air selama 30 menit dan dibiarkan dalam gelap pada suhu 23°C selama 16 jam. Alikuot 1 mL dari lapisan organik kemudian disaring melalui filter 0,45 μm ke dalam autosampler. Berjalan pada sistem HPLC Shimadzu (dua pompa LC 20AD; autosampler SIL 20A; degasser DGU 20As; detektor UV-VIS SPD-20A untuk pemantauan pada 237 nm; dan modul bus komunikasi CBM-20A), kandungan glukosinolat dari tepung biji ditentukan dalam rangkap tiga . Menggunakan perangkat lunak Shimadzu LC Solution versi 1.25 (Shimadzu Corporation, Columbia, MD, AS). Kolom yang digunakan adalah kolom fase balik C18 Inertsil (250 mm × 4,6 mm; RP C-18, ODS-3, 5u; GL Sciences, Torrance, CA, AS). Kondisi fase gerak awal diatur pada 12% metanol/88% 0,01 M tetrabutilamonium hidroksida dalam air (TBAH; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, AS) dengan laju alir 1 mL/menit. Setelah injeksi 15 μl sampel, kondisi awal dipertahankan selama 20 menit, kemudian rasio pelarut disesuaikan menjadi 100% metanol, dengan total waktu analisis sampel 65 menit. Kurva standar (berbasis nM/mAb) dibuat dengan pengenceran serial standar sinapine, glukosinolat, dan mirosin yang baru disiapkan (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, AS) untuk memperkirakan kandungan sulfur dalam tepung biji tanpa lemak. Konsentrasi glukosinolat dalam sampel diuji pada HPLC Agilent 1100 (Agilent, Santa Clara, CA, AS) menggunakan OpenLAB CDS ChemStation versi (C.01.07 SR2 [255]) yang dilengkapi dengan kolom yang sama dan menggunakan metode yang telah dijelaskan sebelumnya. Konsentrasi glukosinolat ditentukan; dapat dibandingkan antar sistem HPLC.
Alil isothiosianat (94%, stabil) dan benzil isothiosianat (98%) dibeli dari Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, AS). 4-Hidroksibenzilisotiosianat dibeli dari ChemCruz (Santa Cruz Biotechnology, CA, AS). Ketika dihidrolisis secara enzimatik oleh mirosinase, glukosinolat, glukosinolat, dan glukosinolat masing-masing membentuk alil isothiosianat, benzil isothiosianat, dan 4-hidroksibenzilisotiosianat.
Bioassay laboratorium dilakukan sesuai dengan metode Muturi dkk. 32 dengan modifikasi. Lima pakan biji rendah lemak digunakan dalam penelitian ini: DFP, DFP-HT, IG, PG, dan Ls. Dua puluh larva ditempatkan dalam gelas kimia sekali pakai tiga arah 400 mL (VWR International, LLC, Radnor, PA, AS) yang berisi 120 mL air deionisasi (dH2O). Tujuh konsentrasi tepung biji diuji untuk toksisitas larva nyamuk: 0,01, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,1, dan 0,12 g tepung biji/120 ml dH2O untuk tepung biji DFP, DFP-HT, IG, dan PG. Bioassay awal menunjukkan bahwa tepung biji Ls tanpa lemak lebih toksik dibandingkan empat tepung biji lain yang diuji. Oleh karena itu, kami menyesuaikan tujuh konsentrasi perlakuan tepung biji Ls ke konsentrasi berikut: 0,015, 0,025, 0,035, 0,045, 0,055, 0,065, dan 0,075 g/120 mL dH2O.
Kelompok kontrol yang tidak diberi perlakuan (dH20, tanpa suplemen tepung biji) diikutsertakan untuk menilai mortalitas serangga normal dalam kondisi pengujian. Bioassay toksikologi untuk setiap tepung biji mencakup tiga gelas kimia tiga lereng replikasi (20 larva instar ketiga akhir per gelas kimia), dengan total 108 vial. Wadah yang telah diberi perlakuan disimpan pada suhu ruangan (20-21°C) dan mortalitas larva dicatat selama 24 dan 72 jam paparan terus-menerus terhadap konsentrasi perlakuan. Jika tubuh dan apendiks nyamuk tidak bergerak saat ditusuk atau disentuh dengan spatula baja tahan karat tipis, larva nyamuk dianggap mati. Larva yang mati biasanya tetap tidak bergerak dalam posisi dorsal atau ventral di dasar wadah atau di permukaan air. Percobaan diulang tiga kali pada hari yang berbeda menggunakan kelompok larva yang berbeda, dengan total 180 larva yang terpapar pada setiap konsentrasi perlakuan.
Toksisitas AITC, BITC, dan 4-HBITC terhadap larva nyamuk dinilai menggunakan prosedur bioassay yang sama tetapi dengan perlakuan yang berbeda. Siapkan larutan stok 100.000 ppm untuk setiap bahan kimia dengan menambahkan 100 µL bahan kimia ke dalam 900 µL etanol absolut dalam tabung sentrifus 2 mL dan kocok selama 30 detik hingga tercampur rata. Konsentrasi perlakuan ditentukan berdasarkan bioassay awal kami, yang menunjukkan BITC jauh lebih toksik daripada AITC dan 4-HBITC. Untuk menentukan toksisitas, digunakan 5 konsentrasi BITC (1, 3, 6, 9, dan 12 ppm), 7 konsentrasi AITC (5, 10, 15, 20, 25, 30, dan 35 ppm), dan 6 konsentrasi 4-HBITC (15, 15, 20, 25, 30, dan 35 ppm). 30, 45, 60, 75, dan 90 ppm). Perlakuan kontrol diinjeksi dengan 108 μL etanol absolut, yang setara dengan volume maksimum perlakuan kimia. Bioassay diulang seperti di atas, dengan total paparan 180 larva per konsentrasi perlakuan. Mortalitas larva dicatat untuk setiap konsentrasi AITC, BITC, dan 4-HBITC setelah 24 jam paparan berkelanjutan.
Analisis probit dari 65 data mortalitas terkait dosis dilakukan menggunakan perangkat lunak Polo (Polo Plus, LeOra Software, versi 1.0) untuk menghitung konsentrasi mematikan 50% (LC50), konsentrasi mematikan 90% (LC90), kemiringan, koefisien dosis mematikan, dan konsentrasi mematikan 95%. berdasarkan interval kepercayaan untuk rasio dosis mematikan untuk konsentrasi yang ditransformasikan-log dan kurva dosis-mortalitas. Data mortalitas didasarkan pada data replikasi gabungan dari 180 larva yang terpapar pada setiap konsentrasi perlakuan. Analisis probabilistik dilakukan secara terpisah untuk setiap bungkil biji dan setiap komponen kimia. Berdasarkan interval kepercayaan 95% dari rasio dosis mematikan, toksisitas bungkil biji dan konstituen kimia terhadap larva nyamuk dianggap berbeda secara signifikan, sehingga interval kepercayaan yang berisi nilai 1 tidak berbeda secara signifikan, P = 0,0566.
Hasil HPLC untuk penentuan glukosinolat utama dalam tepung biji tanpa lemak (DFP, IG, PG, dan Ls) tercantum dalam Tabel 1. Glukosinolat utama dalam tepung biji yang diuji bervariasi, kecuali DFP dan PG, yang keduanya mengandung glukosinolat mirosinase. Kandungan mirosinin dalam PG lebih tinggi daripada dalam DFP, masing-masing 33,3 ± 1,5 dan 26,5 ± 0,9 mg/g. Bubuk biji Ls mengandung 36,6 ± 1,2 mg/g glukoglikon, sedangkan bubuk biji IG mengandung 38,0 ± 0,5 mg/g sinapin.
Larva nyamuk Ae. Aedes aegypti mati ketika diberi perlakuan tepung biji tanpa lemak, meskipun efektivitas perlakuan bervariasi tergantung spesies tanaman. Hanya DFP-NT yang tidak beracun bagi larva nyamuk setelah 24 dan 72 jam paparan (Tabel 2). Toksisitas tepung biji aktif meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi (Gbr. 1A, B). Toksisitas tepung biji terhadap larva nyamuk bervariasi secara signifikan berdasarkan 95% CI rasio dosis letal nilai LC50 pada penilaian 24 jam dan 72 jam (Tabel 3). Setelah 24 jam, efek toksik tepung biji Ls lebih besar daripada perlakuan tepung biji lainnya, dengan aktivitas tertinggi dan toksisitas maksimum terhadap larva (LC50 = 0,04 g/120 ml dH2O). Larva kurang sensitif terhadap DFP pada 24 jam dibandingkan dengan perlakuan serbuk biji IG, Ls dan PG, dengan nilai LC50 masing-masing 0,115, 0,04 dan 0,08 g/120 ml dH2O, yang secara statistik lebih tinggi dari nilai LC50. 0,211 g/120 ml dH2O (Tabel 3). Nilai LC90 DFP, IG, PG dan Ls masing-masing adalah 0,376, 0,275, 0,137 dan 0,074 g/120 ml dH2O (Tabel 2). Konsentrasi DPP tertinggi adalah 0,12 g/120 ml dH2O. Setelah 24 jam penilaian, mortalitas larva rata-rata hanya 12%, sedangkan mortalitas larva IG dan PG rata-rata mencapai 51% dan 82%, masing-masing. Setelah 24 jam evaluasi, rata-rata mortalitas larva untuk perlakuan konsentrasi tertinggi tepung biji Ls (0,075 g/120 ml dH2O) adalah 99% (Gbr. 1A).
Kurva mortalitas diperkirakan berdasarkan respons dosis (Probit) larva Ae. Egyptian (larva instar ke-3) terhadap konsentrasi tepung biji 24 jam (A) dan 72 jam (B) setelah perlakuan. Garis putus-putus menunjukkan LC50 dari perlakuan tepung biji. DFP Thlaspi arvense, DFP-HT Thlaspi arvense yang diinaktivasi panas, IG Sinapsis alba (Ida Gold), PG Brassica juncea (Pacific Gold), Ls Lepidium sativum.
Pada evaluasi 72 jam, nilai LC50 bungkil biji DFP, IG, dan PG masing-masing adalah 0,111, 0,085, dan 0,051 g/120 ml dH2O. Hampir semua larva yang terpapar bungkil biji Ls mati setelah 72 jam paparan, sehingga data mortalitas tidak konsisten dengan analisis Probit. Dibandingkan dengan bungkil biji lainnya, larva kurang sensitif terhadap perlakuan bungkil biji DFP dan memiliki nilai LC50 yang secara statistik lebih tinggi (Tabel 2 dan 3). Setelah 72 jam, nilai LC50 untuk perlakuan bungkil biji DFP, IG, dan PG diperkirakan masing-masing adalah 0,111, 0,085, dan 0,05 g/120 ml dH2O. Setelah 72 jam evaluasi, nilai LC90 serbuk biji DFP, IG, dan PG masing-masing adalah 0,215, 0,254, dan 0,138 g/120 ml dH2O. Setelah 72 jam evaluasi, rata-rata mortalitas larva untuk perlakuan bungkil biji DFP, IG, dan PG pada konsentrasi maksimum 0,12 g/120 ml dH2O masing-masing adalah 58%, 66%, dan 96% (Gambar 1B). Setelah evaluasi 72 jam, bungkil biji PG ditemukan lebih toksik daripada bungkil biji IG dan DFP.
Isothiosianat sintetis, alil isothiosianat (AITC), benzil isothiosianat (BITC), dan 4-hidroksibenzilisotiosianat (4-HBITC) dapat membunuh larva nyamuk secara efektif. Pada 24 jam pascaperlakuan, BITC lebih toksik terhadap larva dengan nilai LC50 sebesar 5,29 ppm dibandingkan dengan 19,35 ppm untuk AITC dan 55,41 ppm untuk 4-HBITC (Tabel 4). Dibandingkan dengan AITC dan BITC, 4-HBITC memiliki toksisitas yang lebih rendah dan nilai LC50 yang lebih tinggi. Terdapat perbedaan yang signifikan dalam toksisitas larva nyamuk dari dua isothiosianat utama (Ls dan PG) dalam tepung biji yang paling ampuh. Toksisitas berdasarkan rasio dosis mematikan nilai LC50 antara AITC, BITC, dan 4-HBITC menunjukkan perbedaan statistik sehingga IK 95% rasio dosis mematikan LC50 tidak mengandung nilai 1 (P = 0,05, Tabel 4). Konsentrasi tertinggi BITC dan AITC diperkirakan dapat membunuh 100% larva yang diuji (Gambar 2).
Kurva mortalitas diperkirakan berdasarkan respons dosis (Probit) Ae. 24 jam setelah perlakuan, larva Mesir (larva instar ke-3) mencapai konsentrasi isothiosianat sintetis. Garis putus-putus menunjukkan LC50 untuk perlakuan isothiosianat. Benzil isothiosianat BITC, alil isothiosianat AITC, dan 4-HBITC.
Penggunaan biopestisida nabati sebagai agen pengendali vektor nyamuk telah lama dipelajari. Banyak tumbuhan menghasilkan zat kimia alami yang memiliki aktivitas insektisida.37 Senyawa bioaktifnya memberikan alternatif yang menarik bagi insektisida sintetis dengan potensi besar dalam mengendalikan hama, termasuk nyamuk.
Tanaman sawi ditanam untuk diambil bijinya, digunakan sebagai rempah-rempah dan sumber minyak. Ketika minyak sawi diekstraksi dari bijinya atau ketika sawi diekstraksi untuk digunakan sebagai biofuel,69 produk sampingannya adalah bungkil biji yang telah dihilangkan lemaknya. Bungkil biji ini mempertahankan banyak komponen biokimia alami dan enzim hidrolitiknya. Toksisitas bungkil biji ini disebabkan oleh produksi isothiosianat55,60,61. Isothiosianat terbentuk melalui hidrolisis glukosinolat oleh enzim mirosinase selama hidrasi bungkil biji38,55,70 dan diketahui memiliki efek fungisida, bakterisida, nematisida, dan insektisida, serta sifat-sifat lain termasuk efek sensorik kimia dan sifat kemoterapi61,62,70. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa tanaman sawi dan bungkil biji bertindak efektif sebagai fumigan terhadap hama tanah dan hama makanan yang disimpan57,59,71,72. Dalam studi ini, kami menilai toksisitas tepung biji empat dan tiga produk bioaktifnya, AITC, BITC, dan 4-HBITC, terhadap larva nyamuk Aedes aegypti. Menambahkan tepung biji langsung ke air yang mengandung larva nyamuk diperkirakan akan mengaktifkan proses enzimatik yang menghasilkan isothiosianat yang beracun bagi larva nyamuk. Biotransformasi ini ditunjukkan sebagian oleh aktivitas larvasida yang teramati dari tepung biji dan hilangnya aktivitas insektisida ketika tepung biji sawi kerdil dipanaskan sebelum digunakan. Perlakuan panas diperkirakan akan menghancurkan enzim hidrolitik yang mengaktifkan glukosinolat, sehingga mencegah pembentukan isothiosianat bioaktif. Ini adalah studi pertama yang mengonfirmasi sifat insektisida bubuk biji kubis terhadap nyamuk di lingkungan akuatik.
Di antara bubuk biji yang diuji, bubuk biji selada air (Ls) adalah yang paling beracun, menyebabkan kematian yang tinggi dari Aedes albopictus. Larva Aedes aegypti diproses terus menerus selama 24 jam. Tiga bubuk biji yang tersisa (PG, IG dan DFP) memiliki aktivitas yang lebih lambat dan masih menyebabkan kematian yang signifikan setelah 72 jam perawatan terus menerus. Hanya tepung biji Ls yang mengandung sejumlah besar glukosinolat, sedangkan PG dan DFP mengandung mirosinase dan IG mengandung glukosinolat sebagai glukosinolat utama (Tabel 1). Glukotropaeolin dihidrolisis menjadi BITC dan sinalbin dihidrolisis menjadi 4-HBITC61,62. Hasil bioasai kami menunjukkan bahwa tepung biji Ls dan BITC sintetis sangat beracun bagi larva nyamuk. Komponen utama tepung biji PG dan DFP adalah mirosinase glukosinolat, yang dihidrolisis menjadi AITC. AITC efektif membunuh larva nyamuk dengan nilai LC50 sebesar 19,35 ppm. Dibandingkan dengan AITC dan BITC, isothiocyanate 4-HBITC adalah yang paling tidak beracun bagi larva. Meskipun AITC kurang beracun dibandingkan BITC, nilai LC50-nya lebih rendah daripada banyak minyak esensial yang diuji pada larva nyamuk32,73,74,75.
Bubuk biji kubis-kubisan kami untuk melawan larva nyamuk mengandung satu glukosinolat utama, yang mencakup lebih dari 98-99% dari total glukosinolat yang ditentukan oleh HPLC. Sejumlah kecil glukosinolat lain terdeteksi, tetapi kadarnya kurang dari 0,3% dari total glukosinolat. Bubuk biji selada air (L. sativum) mengandung glukosinolat sekunder (sinigrin), tetapi proporsinya adalah 1% dari total glukosinolat, dan kandungannya masih tidak signifikan (sekitar 0,4 mg/g bubuk biji). Meskipun PG dan DFP mengandung glukosinolat utama yang sama (mirosin), aktivitas larvasida dari tepung bijinya berbeda secara signifikan karena nilai LC50-nya. Toksisitasnya terhadap embun tepung bervariasi. Munculnya larva Aedes aegypti mungkin disebabkan oleh perbedaan aktivitas mirosinase atau stabilitas antara kedua pakan biji tersebut. Aktivitas mirosinase berperan penting dalam bioavailabilitas produk hidrolisis seperti isothiosianat pada tumbuhan Brassicaceae76. Laporan sebelumnya oleh Pocock dkk.77 dan Wilkinson dkk.78 telah menunjukkan bahwa perubahan aktivitas dan stabilitas mirosinase juga dapat dikaitkan dengan faktor genetik dan lingkungan.
Kandungan isothiosianat bioaktif yang diharapkan dihitung berdasarkan nilai LC50 dari setiap bungkil biji pada 24 dan 72 jam (Tabel 5) untuk perbandingan dengan aplikasi kimia yang sesuai. Setelah 24 jam, isothiosianat dalam bungkil biji lebih beracun daripada senyawa murni. Nilai LC50 yang dihitung berdasarkan bagian per juta (ppm) dari perlakuan benih isothiosianat lebih rendah daripada nilai LC50 untuk aplikasi BITC, AITC, dan 4-HBITC. Kami mengamati larva mengonsumsi pelet bungkil biji (Gambar 3A). Akibatnya, larva dapat menerima paparan isothiosianat beracun yang lebih terkonsentrasi dengan menelan pelet bungkil biji. Hal ini paling jelas terlihat pada perlakuan bungkil biji IG dan PG pada paparan 24 jam, di mana konsentrasi LC50 masing-masing 75% dan 72% lebih rendah daripada perlakuan AITC dan 4-HBITC murni. Perlakuan Ls dan DFP lebih toksik daripada isothiosianat murni, dengan nilai LC50 masing-masing 24% dan 41% lebih rendah. Larva pada perlakuan kontrol berhasil berpupa (Gambar 3B), sementara sebagian besar larva pada perlakuan tepung biji tidak berpupa dan perkembangan larva terhambat secara signifikan (Gambar 3B,D). Pada Spodopteralitura, isothiosianat dikaitkan dengan retardasi pertumbuhan dan keterlambatan perkembangan79.
Larva nyamuk Ae. Aedes aegypti terus-menerus terpapar bubuk biji Brassica selama 24–72 jam. (A) Larva mati dengan partikel tepung biji di bagian mulutnya (dilingkari); (B) Perlakuan kontrol (dH20 tanpa penambahan tepung biji) menunjukkan larva tumbuh normal dan mulai menjadi pupa setelah 72 jam (C, D) Larva yang diberi tepung biji; tepung biji menunjukkan perbedaan perkembangan dan tidak menjadi pupa.
Kami belum mempelajari mekanisme efek toksik isothiosianat pada larva nyamuk. Namun, penelitian sebelumnya pada semut api merah (Solenopsis invicta) menunjukkan bahwa penghambatan glutation S-transferase (GST) dan esterase (EST) merupakan mekanisme utama bioaktivitas isothiosianat, dan AITC, bahkan pada aktivitas rendah, juga dapat menghambat aktivitas GST. (Alt.) semut api merah impor dalam konsentrasi rendah. Dosisnya adalah 0,5 µg/ml80. Sebaliknya, AITC menghambat asetilkolinesterase pada kumbang jagung dewasa (Sitophilus zeamais)81. Penelitian serupa perlu dilakukan untuk menjelaskan mekanisme aktivitas isothiosianat pada larva nyamuk.
Kami menggunakan perlakuan DFP yang diinaktivasi panas untuk mendukung usulan bahwa hidrolisis glukosinolat tanaman untuk membentuk isothiosianat reaktif berfungsi sebagai mekanisme untuk pengendalian larva nyamuk dengan bungkil biji sawi. Bungkil biji DFP-HT tidak beracun pada tingkat aplikasi yang diuji. Lafarga dkk. 82 melaporkan bahwa glukosinolat sensitif terhadap degradasi pada suhu tinggi. Perlakuan panas juga diharapkan dapat mengubah sifat enzim mirosinase dalam bungkil biji dan mencegah hidrolisis glukosinolat untuk membentuk isothiosianat reaktif. Hal ini juga dikonfirmasi oleh Okunade dkk. 75 menunjukkan bahwa mirosinase sensitif terhadap suhu, menunjukkan bahwa aktivitas mirosinase sepenuhnya dinonaktifkan ketika biji sawi, sawi hitam, dan bloodroot terpapar suhu di atas 80°C. Mekanisme ini dapat mengakibatkan hilangnya aktivitas insektisida dari bungkil biji DFP yang diolah panas.
Dengan demikian, bungkil biji sawi dan tiga isothiosianat utamanya bersifat toksik bagi larva nyamuk. Mengingat perbedaan antara bungkil biji sawi dan perlakuan kimia ini, penggunaan bungkil biji sawi dapat menjadi metode pengendalian nyamuk yang efektif. Perlu diidentifikasi formulasi yang sesuai dan sistem penghantaran yang efektif untuk meningkatkan efikasi dan stabilitas penggunaan bubuk biji sawi. Hasil penelitian kami menunjukkan potensi penggunaan bungkil biji sawi sebagai alternatif pestisida sintetis. Teknologi ini dapat menjadi alat inovatif untuk mengendalikan vektor nyamuk. Karena larva nyamuk berkembang biak di lingkungan akuatik dan glukosinolat bungkil biji sawi diubah secara enzimatik menjadi isothiosianat aktif setelah terhidrasi, penggunaan bungkil biji sawi dalam air yang terinfestasi nyamuk menawarkan potensi pengendalian yang signifikan. Meskipun aktivitas larvasida isothiosianat bervariasi (BITC > AITC > 4-HBITC), penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah menggabungkan bungkil biji sawi dengan beberapa glukosinolat secara sinergis meningkatkan toksisitas. Ini adalah studi pertama yang menunjukkan efek insektisida dari tepung biji kubis tanpa lemak dan tiga isothiosianat bioaktif terhadap nyamuk. Hasil studi ini membuka jalan baru dengan menunjukkan bahwa tepung biji kubis tanpa lemak, produk sampingan ekstraksi minyak dari biji, dapat berfungsi sebagai agen larvasida yang menjanjikan untuk pengendalian nyamuk. Informasi ini dapat membantu penemuan agen pengendalian hayati tanaman dan pengembangannya sebagai biopestisida yang murah, praktis, dan ramah lingkungan.
Kumpulan data yang dihasilkan untuk penelitian ini dan analisis yang dihasilkan tersedia dari penulis terkait atas permintaan yang wajar. Di akhir penelitian, semua bahan yang digunakan dalam penelitian (serangga dan tepung biji) dimusnahkan.
Waktu posting: 29-Jul-2024