《Psyche: A Journal of Entomology》:Fumigant Toxicity of Essential Oils From Chemotypes of Curry Tree (Murraya koenigii) Against Adult African Malaria Mosquito (Anopheles gambiae sensu stricto)
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研究人员评估了咖喱树(Murraya koenigii (L.) Spreng (Rutaceae))精油(Essential Oils, EOs)熏蒸制剂对非洲疟疾成蚊(Anopheles gambiae sensu stricto (Giles, 1902
研究人员评估了咖喱树(Murraya koenigii (L.) Spreng (Rutaceae))精油(Essential Oils, EOs)熏蒸制剂对非洲疟疾成蚊(Anopheles gambiae sensu stricto (Giles, 1902) (Diptera: Culicidae: Culicini))的毒性,以鉴定对蚊虫最具效用的咖喱树化学型。研究人员在EO谱图中鉴定出92种化合物(覆盖率91.78%–96.47%),其中分离自肯尼亚Kibwezi化学型的EO毒性最强。该化学型的半数致死剂量(median lethal dose, LD50)为3.6×10?3 mg/cm3(95% CI: 2.70–4.58),致死时间(lethal time, Ti50)为1.91±0.086 h(p < 0.001)。来自肯尼亚Mombasa、Makindu和Malindi化学型的EO等效LD50分别为4.9×10?3、6.6×10?3和8.5×10?3 mg/cm3。Kibwezi EO化学型富含倍半萜烯(sesquiterpenes),特别是β-elemene 32、反式-石竹烯(trans-caryophyllene)35、α-humulene 39和globulol 57,而Malindi EO化学型则富含氧化倍半萜烯(oxygenated sesquiterpenes),尤其是石竹烯氧化物(caryophyllene oxide)。EO形成三个聚类:富含石竹烯(caryophyllene)C1的Kibwezi/Mombasa、富含石竹烯氧化物(caryophyllene oxide)C2的Malindi以及富含β-selinene C3的Makindu。研究结果表明,咖喱树化学型显著潜在影响EO组成和生物活性,来自Kibwezi化学型的EO表现出最强的熏蒸潜力毒性,因此该化学型是控制非洲疟疾成蚊潜在的环保替代品。
该研究发表于《Psyche: A Journal of Entomology》。研究背景方面,传统实践中植物源熏蒸剂已被用于病媒控制,精油(Essential Oils, EOs)作为复杂的植物源单萜、倍半萜烯及含氧化合物混合物展现出强生物活性,其杀虫效应常由EOs关键成分间的协同相互作用驱动。燃烧驱蚊植物或悬挂捣碎植物材料释放生物活性挥发物可有效减少蚊虫叮咬,这些实践基于熏蒸或空间驱避原理。现代对植物挥发物熏蒸毒性(Fumigant Toxicity, FT)的研究具有基础性,因其系统表征了空气传播作用模式,这对开发下一代干预措施如空间驱避剂和改良室内滞留喷洒至关重要。由于环境问题、抗性发展及健康风险,人们对植物源合成杀虫剂替代品的兴趣增长,凸显了植物解决方案在可持续蚊虫控制中的潜力。咖喱树(Murraya koenigii)作为蚊虫杀幼虫剂和对埃及伊蚊(Aedes aegypti)及致倦库蚊(Culex quinquefasciatus)的驱避剂具有重要民族植物学意义,其芳香叶片富含EOs,在控制蚊虫种群方面显示出前景。然而,EOs的化学组成和生物活性通常受气候、地理和环境因素影响,可能导致化学型变异并推定影响EOs的杀蚊效力,需详细研究以了解这些EOs的化学多态性。生物气候变异性因此是植物EOs化学型变异的关键驱动因素,直接影响其对目标疾病媒介的生物活性和标准化效力。为此,研究人员评估了生物气候变异性对M. koenigii EOs化学组成及其对疟疾媒介非洲疟疾蚊(Anopheles gambiae sensu stricto, An. gambiae s.s.)成蚊FT的影响,旨在促进开发针对An. gambiae s.s.的合成杀虫剂可持续替代品,并确定M. koenigii化学型在蚊虫控制中的潜在作用。
研究人员从肯尼亚半干旱区(Makindu和Kibwezi)和半湿润区(Mombasa和Malindi)生物气候带采集M. koenigii叶片样本,经阴干粉碎后通过水蒸气蒸馏法获得EOs,采用气相色谱-质谱联用(Gas Chromatography–Mass Spectrometry, GC–MS)评估化学谱图,使用An. gambiae s.s.(Kisumu株,R70)成蚊进行FT生物测定,并运用Kruskal–Wallis检验、主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)及聚合层次聚类(Agglomerative Hierarchical Clustering, AHC)等统计方法分析数据与化学变异。
研究结果部分,3.1. Chemical Profile of the EOs From Curry Tree Leaves(咖喱树叶EOs的化学谱图),研究人员鉴定出92种单个化合物,占各样品EO的91.78%–96.47%,由五类潜在杀虫萜烯组成,包括56.32%–58.25%倍半萜烯烃和22.61%–40.85%氧化倍半萜烯(Oxygenated Sesquiterpenes, OSs)。Kruskal–Wallis H检验显示萜烯类间存在显著变异(χ2 (4) = 45.32, p = 0.0025),Dunn事后检验识别氧化单萜(Oxygenated Monoterpenes, OMs)与OSs间显著差异(p = 0.027)。Malindi化学型组成显著变异(χ2 (4) = 10.28, p = 0.036),而Kibwezi、Makindu和Mombasa具同质萜烯谱图。所有位点共有β-elemene 32、(E)-caryophyllene 35、α-humulene 39和β-selinene 42。PCA前两主成分占67.77%总变异(PC1 41.56%,PC2 26.21%),PC1与Kibwezi和Mombasa样品EO组成强正相关,富含β-elemene 32等倍半萜烯;Makindu和Malindi沿两轴发散。AHC识别出三聚类:富(E)-caryophyllene的Kibwezi/Mombasa(C1)、富caryophyllene oxide的Malindi(C2)、富β-selinene的Makindu(C3)。3.2. FT of M. koenigii Volatiles Against Adult Mosquito An. gambiae(M. koenigii挥发物对An. gambiae成蚊的FT),Kibwezi EOs效力最强,Ti50为1.91±0.086 h,LD50为3.6×10?3 mg·cm?3(95% CI: 2.70–4.58);Malindi最弱,Ti50为4.71±0.091 h,LD50为8.5×10?3 mg·cm?3(95% CI: 7.46–9.86)。所有天然EOs毒性低于合成氯菊酯(permethrin)对照(Ti50 0.13±0.013 h,LD50 0.1×10?3 mg·cm?3,95% CI: 0.08–0.39)。
讨论部分总结,研究强调M. koenigii叶EOs作为对An. gambiae s.s.具显著FT的熏蒸剂潜力,暗示其可用于成蚊控制。EO化学组成和变异性揭示显著地理和农业气候影响,四站点具一致倍半萜烯主导(关联增强杀虫活性,尤对An. gambiae s.s.)。Malindi独特EO谱可能关联遗传或迁移因素,异于Kibwezi、Mombasa和Makindu共有化学型。Kibwezi和Mombasa EOs以高浓度β-elemene 32、(E)-caryophyllene 35和α-humulene 39为特征,表明优越FT,支持倍半萜烯杀蚊特性证据。尽管caryophyllene oxide具杀虫属性,其在强效油中较低丰度暗示其他次要成分贡献。EOs整体活性非单一主要成分所致,而是低丰度或不活跃化合物的可能协同或拮抗效应。FT水平反映HCA揭示的化学型分组,显示化学型变异性影响EO杀虫活性。Kibwezi和Mombasa主要化合物具杀虫属性,其主导倍半萜烯(β-elemene 32等)集体见于具An. gambiae杀虫活性的EOs。低丰度OMs如linalool可能协同增强整体效力。PCA和AHC强化EO化学型聚类,暗示变异具遗传或生态基础超越气候因素,不同气候带群体弱正相关表明环境仅部分解释变异,约40%归其他影响如遗传或生态压力。海拔、基因型和表观遗传因素(水分、辐射、土壤、温度)可致位点间EO组分变异。
研究结论部分翻译,本研究表明M. koenigii叶EOs对An. gambiae成蚊具显著FT,支持其作为蚊虫控制植物候选的潜力。结果进一步显示EO组成和生物活性在肯尼亚地理和农业气候位点间变化,表明化学型变异性是杀蚊效力的重要决定因素。Kibwezi和Mombasa EOs观察到的较高效力似乎与以β-elemene、(E)-caryophyllene和α-humulene等化合物为主的富倍半萜烯谱图相关,暗示生物活性可能源于天然EO混合物内多成分联合效应。PCA和AHC揭示的化学型聚类表明EO组成受地理、生态及可能的遗传因素影响,独特Malindi谱图表明农业气候条件本身可能无法完全解释观测变异。这些发现强调了在选择EO基蚊虫控制植物材料时,来源种群、栖息地条件和化学型稳定性的重要性。进一步研究应阐明主要成分个体及交互贡献,并评估最活跃化学型的稳定性、安全性、制剂潜力和田间效力,作为综合媒介管理中的补充工具。
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