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Introducción
Las plantas, como organismos que evolucionan con los insectos y microorganismos, pueden desarrollar mecanismos de comunicación debido a la constante presión ambiental y como defensa contra el ataque de insectos, hongos, bacterias, virus y entomopatógenos en la producción, y liberación de sustancias orgánicas como los aceites esenciales (Bakkali et al., 2008).
Estos aceites esenciales son una mezcla compleja de varios químicos aromáticos, con una densidad inferior a la del agua, soluble en lípidos y solventes orgánicos. Generalmente se producen a partir de los metabolitos secundarios de las plantas, que varían en concentración y composición de acuerdo a las especies, órganos y modo de extracción, época de recolección, condiciones climáticas y tipo de suelo (Ionescu-Mãlãncus et al., 2013).
En agricultura, se destaca la aplicabilidad de estos compuestos para el control de insectos plagas, a través de diferentes mecanismos de acción que afectan múltiples objetivos, alterando efectivamente la actividad celular y los procesos biológicos de las plantas (Simões et al., 2007; Santa-Cecília et al., 2010).
Muchos aceites esenciales tienen propiedades toxicológicas contra insectos de los órdenes coleóptera, lepidóptera, hemíptera, díptera, orthoptera phthiraptera y artrópoda isóptera, debido a que tienen múltiples modos de acción, incluida actividad repelente y antinutritiva, inhibición de la respiración, reducción del crecimiento y fertilidad, destrucción de la cutícula y actividad octopamínica en el sistema nervioso central (Yang et al., 2017; Ghabbari et al., 2018).
Los insecticidas botánicos poseen la ventaja de reducir el riesgo de resistencia cruzada por la compleja estructura química de los constituyentes, reduciendo así la presión de selección de insectos resistentes a pesticidas. Adicionalmente, la rápida degradación causa menos daños a la salud humana y al medio ambiente. Muchos aceites esenciales son específicos y ocasionan pocos daños a los organismos no objetivos y enemigos naturales al ser comparados con insecticidas sintéticos (Zacharia, 2011).
Helicoverpa armígera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) es un insecto responsable de causar graves daños a varios cultivos de gran importancia económica. El principal método de manejo de esta plaga es el control químico con pulverizaciones frecuentes de insecticidas durante el ciclo del cultivo, lo que desencadena efectos negativos para la salud humana y el medio ambiente, así como el desarrollo de resistencia en los insectos y el incremento de los costos de producción (Czepack
et al., 2013).
El objetivo de este estudio fue evaluar la actividad insecticida de los aceites esenciales Citrus aurantium (Linnaeus) (Rutaceae), Citrus sinensis (Linnaeus) (Rutaceae) y el componente mayoritario Limoneno, y aceites esenciales Piper spp. (Linnaeus) (Piperaceae), Syzygium aromaticum (Merrill & Perry) (Myrteraceae), Cinnamomum zeylanicum (Presl) (Lauraceae), Zingiber officinale (Roscoe) (Zingiberaceae) y Rosmarinus officinalis (Linnaeus) (Lamiaceae) sobre larvas de H. armígera, con la intención de buscar métodos alternativos de manejo que se puedan incorporar dentro de un programa de manejo integrado de plagas.
Materiales y métodos
La investigación se llevó a cabo en el Laboratorio del Núcleo de Desenvolvimento Científico e Tecnológico em Manejo Fitossanitário de Pragas e Doenças (NUDEMAFI), sector de Entomología, Departamento de Producción de Plantas y el Laboratorio de Química, Departamento de Química y Física en el Centro de Ingeniería y Ciencias Agrarias de la Universidade Federal do Espírito Santo (CCAE/UFES).
Multiplicación y creación de Helicoverpa armígera
Larvas de H. armígera utilizadas en el experimento provenían del stock del Laboratorio de Entomología del Núcleo de Desenvolvimento Científico e Tecnológico em Manejo Fitossanitário de Pragas e Doenças (NUDEMAFI), donde los adultos fueron colectados y colocados en tubos de PVC (20 cm de diámetro x 25 cm de altura) cubiertos internamente con papel blanco, el extremo superior cerrado con papel toalla y malla tul y el extremo inferior apoyado en una base de espuma cuadrada de poliestireno recubierta con papel blanco (25 cm largo x 3 cm ancho). Se suministró una solución de miel al 10% (m-1) a los adultos por medio de algodón embebido en un vial de vidrio de 5 ml.
Las posturas de huevos de H. armígera depositadas en las paredes internas de los tubos PVC y en papel blanco fueron colectadas y colocadas en placas de Petri (14 cm de diámetro x 15 cm de altura). Después de la eclosión, las larvas fueron individualizadas en tubos de vidrio (8.5 cm de diámetro x 2.5 cm de altura) con dieta artificial con volumen de hasta 1/3, a base de frijol, germen de trigo, harina de soya y levadura de cerveza (Grenne et al., 1976).
Las larvas estuvieron en los tubos de vidrio durante todo el período pupal. Luego fueron retiradas de dichos tubos, tratadas con hipoclorito de sodio al 10% y lavadas con agua desionizada. Todas las etapas de desarrollo de H. armígera fueron mantenidas en condiciones controladas con temperatura de 25 ± 1 humedad relativa de 65 ± 10% y fotoperiodo de 12 horas.
Aceites esenciales
Los aceites esenciales comerciales de naranja amarga (C. aurantium) y naranja dulce (C. sinensis) fueron comprados en Ferquima Industria y Comercio Ltda y el componente mayoritario D-Limoneno en Sigma Aldrich Company.
Los materiales para la extracción de los aceites esenciales de hojas, frutas, rizomas y brotes florales de pimienta (Piper spp.), clavo indio (S. aromaticum), canela (C. zeylanicum), jengibre (Z. officinale) y romero (R. officinalis) se obtuvieron comercialmente en la ciudad de Alegre, Espírito Santo. Luego fueron cortados en pequeñas porciones de aproximadamente 300 g y sometidos a hidrodestilación por triplicado. Cada material se colocó en un matraz de 5 l y se añadió agua destilada a la mitad del matraz que posteriormente fue acoplado al Clevenger y sometido a calentamiento. De esta forma, la hidrodestilación de los materiales se llevó a cabo por tres horas consecutivas (Pinheiro et al., 2013).
Después de la hidrodestilación, el hidrolato obtenido se sometió a extracción líquido-líquido con pentano (3 x 20 ml). Para remover el agua restante se añadió Na2SO4 (sulfato de sodio) anhidro en la fase orgánica y luego se realizó filtración. El material obtenido se concentró por evaporador rotatorio a presión reducida, verificándose la masa de los aceites para el cálculo de los rendimientos. Los aceites esenciales extraídos se envasaron en frasco de vidrio ámbar y se almacenaron en un congelador para ser analizados (Pinheiro et al., 2013).
En los bioensayos, se pulverizaron larvas de primer instar de H. armígera con 2 ml de la solución de cada aceite esencial Citrus aurantium, Limonene, Citrus sinensis, Rosmarinus officinalis, Cinnamomum zeylanicum, Syzygium aromaticum, Zingiber officinale y Piper spp. a una concentración del 2% (v.v-1) usando un aerógrafo con una presión de 15 lb/in2. Las larvas fueron separadas en grupos de 10 individuos en placas de Petri (9 cm diámetro x 1.5 cm altura) y colocándoles dieta artificial. Se realizaron diez repeticiones por cada tratamiento, con diez larvas por cada réplica. La toxicidad de los aceites esenciales se evaluó contando las larvas muertas después de 48 horas de ser tratadas.
Análisis estadístico
Los datos de mortalidad de H. armígera fueron registrados 48 horas después de establecido el experimento, corregidos por la fórmula de Abbott y sometidos a análisis de varianza y comparación de medias por la prueba de Scott-Knott al 5% de significancia por el programa SAS (SAS Institute, 2002).
Resultados y discusión
Los aceites esenciales de naranja amarga (C. aurantium), el componente mayoritario Limoneno y naranja dulce (C. sinensis) presentaron una mortalidad de 97, 94 y 87% respectivamente, diferenciándose significativamente de los aceites esenciales de romero (R. offinalis), canela (C. zeylanicum), clavo indio (S. aromaticum), jengibre (Z. officinale) y pimienta (Piper spp.) con 9, 8, 3, 2 y 0% de mortalidad respectivamente, F727 = 390.27; P < 0.005) (Tabla 1).
Tabla 1 Mortalidad corregida de larva de primer instar de Helicoverpa armígera con aceites esenciales de Citrus aurantium, Limoneno, Citrus sinensis, Rosmarinus officinalis, Cinnamomum zeylanicum, Syzygium aromaticum, Zingiber officinale y Piper spp. por pulverización.
1 Medias seguidas de la misma letra en la columna no difieren estadísticamente por la prueba de Scott-Knott (P < 0,05); 2N: número de individuos por tratamiento; 3 (%) Mortalidad corregida por la fórmula de Abbott.
La composición, concentración e interacción de los compuestos orgánicos de los aceites esenciales depende de la especie, órgano, modo de extracción, tiempo de cosecha, condiciones climáticas, tales como radiación, temperatura, humedad relativa, precipitación y fotoperíodo (Simões et al., 2007). Por lo tanto, la eficiencia de Citrus spp. en la mortalidad de H. armígera puede estar influenciada por la diferenciación en la composición, modo y condiciones de extracción de los aceites esenciales en estudio.
Naranja amarga, el componente mayoritario Limoneno y naranja dulce fueron seleccionados para los siguientes bioensayos, y son los aceites esenciales que presentaron mortalidad > 80%, porcentaje para que una molécula se considere eficiente en el control de plagas de acuerdo con el Ministerio de Agricultura, Ganadería y Abastecimiento (MAPA, 2014).
Los aceites esenciales de Citrus spp. vienen siendo estudiados debido a sus efectos insecticidas sobre artrópodos, actuando por ingestión, contacto o fumigación. Son considerados promisorios para el manejo integrado de plagas. Además de su acción insecticida, tienen efectos sobre el crecimiento, la reducción de la oviposición, repelencia y actividad ovicida. Estudios han demostrado la actividad insecticida de aceites esenciales de cítricos sobre Spodoptera litura (Fabricius) (Lepidoptera: Noctuidae) y Myzus persicae (Sulzer) (Hemiptera: Aphididae) (Brito et al., 2006).
Estudios han reportado que los monoterpenos limoneno, β-pineno, α-pineno dañan y obstruyen las vías respiratorias de los insectos, actuando rápidamente e interfiriendo en las funciones fisiológicas por la adhesión de las partículas de los aceites esenciales en la cutícula de los espiráculos (Prates et al., 1998). Otros estudios muestran que los monoterpenos actúan como inhibidores de la acetilcolinesterasa, lo que lleva a un exceso del neurotransmisor acetilcolina y produce un colapso del espacio sináptico generalizado, provocando la muerte del insecto por asfixia (Tsukamoto et al., 2005).
Por otro lado, la baja mortalidad presentada por los aceites esenciales romero (R. offinalis), canela (C. zeylanicum), clavo indio (S. aromaticum), jengibre (Z. officinale) y pimienta (Piper spp.) sobre larvas de H. armígera podría estar vinculada a una relación antagónica entre sus compuestos mayoritarios y minoritarios. Además, se debe tener en cuenta que la composición, cantidad y concentración de los componentes de los aceites esenciales depende de factores como condiciones climáticas, edad de la planta y época de extracción. Las interacciones entre estos compuestos son complejas y pueden afectar las características fisicoquímicas de los aceites esenciales (Jiang et al., 2009).
En un estudio desarrollado por Born et al. (2009) se observó que el aceite esencial de romero (R. officinalis) presentó acción acaricida y redujo la fecundidad contra el ácaro rayado Tetranychus urticae (Koch) (Acari: Tetranychidae). Las concentraciones letales CL50 y CL90 del aceite esencial de R. offinalis sobre el ácaro rayado fueron 0,77 y 1,77 μL/L, respectivamente. Otros trabajos realizados por Miresmailli e Isman (2006) registraron toxicidad del aceite de romero contra el ácaro rayado por contacto.
Los constituyentes mayoritarios del aceite esencial de canela C. zeylanicum son el eugenol, fenilpropanoides como cinamaldehido, acetato de cinamila y 1,8-cineol. Estudios han demostrado que los extractos de C. zeylanicum poseen propiedades fúngicas contra Cladosporium musae (Mason) (Capnodiales: Mycosphaerellaceae), Lasiodiplodia theobromae (Patouillard) (Botryosphaeriales: Botryosphaeriaceae) y Fusarium proliferatum (Matsush) (Hypocreales: Nectriaceae); actividad ectoparásita contra Pedaculus humanus capatis (De Geer) (Anoplura: Pediculidae) y acción acaricida contra Psoroptes cuniculi (Delafond) (Sarcoptiformes: Psoroptidae) (Ranasinghe et al., 2002; Yang et al., 2005; Andrade et al., 2012).
El aceite esencial de clavo indio S. aromaticum está constituido por los compuestos eugenol, /-cariofileno y acetato de eugenol, elementos que inhiben el crecimiento de hongos de los géneros Monilia, Botrytis y Mucor. En artrópodos, los aceites esenciales de S. aromaticum demostraron inhibición en la emergencia de adultos de Culex pipiens (Linnaeus) (Diptera: Culicidae). Recientemente se demostró que el eugenol es tóxico para la hormiga roja Solenopsis invicta (Buren) (Hymenoptera: Formicidae) (Ranasinghe et al., 2002; Kafle y Shih, 2013).
Otros trabajos desarrollados por Pereira et al. (2008) constataron que el aceite esencial de jengibre (Z. officinale) promovió la inhibición en el crecimiento de las bacterias Staphylococcus aureus (Rosenbach) (Bacillales: Staphylococcaceae) y Escherichia coli (Escherich) (Enterobacteriales: Enterobacteriaceae). El aceite esencial de Z. officinale presenta actividad larvicida y repelencia sobre Culex quinquefasciatus Say (Diptera: Culicidae) (Pushpanathan et al., 2008).
El aceite del género Piper spp. contiene una serie de amidas en la estructura química, y el mayor constituyente es la piperina, que actúa como neurotóxico afectando las principales funciones del sistema nervioso central de los insectos. Extractos cetónicos y metanólicos de Piper nigrum (Linnaeus) (Piperaceae) causaron 90% de la mortalidad de las larvas de los cereales Sitotroga cerealella (Oliver) (Lepidoptera: Gelechiidae) (Boff & Almeida, 1995). Paula et al., (2000, 2001) reportaron efectos insecticidas de piperina sobre el pulgón Brevicoryne brassicae (Linnaeus) (Hemiptera: Aphididae) y las termitas Cornitermes cumulans (Kollar) (Isoptera: Termitidae).
De lo expuesto se desprende que la actividad insecticida y los posibles efectos de los aceites esenciales dependen de la composición química, concentración e interacción de los constituyentes mayoritarios y minoritarios de estos compuestos orgánicos.
Conclusiones
Los aceites esenciales de C. aurantium, el componente mayoritario Limoneno, C. sinensis, R. officinalis, C. zeylanicum, S. aromaticum, Z. officinale y Piper spp. en la concentración de 2% (v.v-1) presentaron mortalidad de 97, 94, 87, 9, 8, 3, 2 y 0%, respectivamente, sobre larvas de primer instar de H. armígera a las 48 horas de ser tratadas. Los aceites esenciales C. aromaticum, el componente mayoritario Limoneno y el C. sinensis mostraron los mayores porcentajes de mortalidad, por lo que futuros estudios podrían certificar la eficiencia de estos productos en campo, con el propósito de desarrollar una molécula activa para ser incorporada en el manejo integrado de H. armígera.
