Poly-ε-caprolactone-based granules with allylisothiocyanate for controlling of golden cyst potato nematode

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

   In this study, the characteristics of extruded granules based on biodegradable poly-ε-caprolactone and montmorillonite deposited with allylisothiocyanate and their effect on Globodera rostochiensis RoI were investigated.   The prepared granules were characterized using Fourier-transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, and scanning electron microscopy. It was shown that encapsulation efficiency of allylisothiocyanate in montmorillonite depends on the conditions of complex preparation and ranges from 0.76 to 29.83%, and in poly-ε-caprolactone/montmorillonite/allylisothiocyanate granules after thermal processing it decreases down to 1.06 %. According to the results of Fourier-transform infrared spectroscopy it was found that allylisothiocyanate inclusion did not result in formation of new chemical bonds, but significantly affected the temperature of poly-ε-caprolactone degradation that decreased from 537 to 472 °С. In comparison with the thermogram of montmorillonite, the weight loss corresponding to dehydration at 100 °С decreased by 2.9 %, which probably means that part of the intramolecular water was replaced by allylisothiocyanate molecules encapsulated in montmorillonite. In the experiment with two potato varieties infested with nematode cysts it was shown that soil treatment with allylisothiocyanate solutions allows to decrease number of cysts of Globodera rostochiensis RoI compared to positive control (non-treated infested potato) in 1.5–3.0 times depending on the variety. Moreover, in contrast to allylisothiocyanate solutions, poly-ε-caprolactone/montmorillonite/allylisothiocyanate granules are more effective that makes them promising for applications in Globodera rostochiensis RoI control.

Sobre autores

A. Sukhanova

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: shumilova.ann@mail.ru

Yu. Prokopchuk

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: batori_bloody@mail.ru

N. Ertiletskaya

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: natalya.ertiletskaya@gmail.com

A. Boyandin

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: boyandin@biopolymer.pro

A. Churakov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology; Krasnoyarsk State Agrarian University

Email: andchurakov@gmail.com

S. Syrtsov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology

Email: kaideil@list.ru

Bibliografia

  1. Burlingame B., Mouille B., Charrondiere R. Nutrients, bioactive non-nutrients and anti-nutrients in potatoes. Journal of Food Composition and Analysis. 2009;22(6):494-502. doi: 10.1016/j.jfca.2009.09.001.
  2. Subbotin S.A., Franco J., Knoetze R., Roubtsova T.V., Bostock R.M., del Prado Vera I.C. DNAbarcoding, phylogeny and phylogeography of the cyst nematode species from the genus Globodera (Tylenchida: Heteroderidae). Nematology. 2020;22(3):269-297. doi: 10.1163/15685411-00003305.
  3. Perry R.N. Dormancy and hatching of nematode eggs. Parasitology Today. 1989;5(12):377-383. doi: 10.1016/0169-4758(89)90299-8.
  4. Devine K.J., Byrne J., Maher N., Jones P.W. Resolution of natural hatching factors for golden potato cyst nematode, Globodera rostochiensis. Annals of Applied Biology. 1996;129(2):323-334. doi: 10.1111/j.1744-7348.1996.tb05755.x.
  5. Rowe J. Globodera rostochiensis (yellow potato cyst nematode). CABI Compendium. 2008. doi: 10.1079/cabicompendium.27034.
  6. Duan Y., Chen L., Liu G., Li H., Wang X., Wang Y., et al. Plant Pathogenic Nematodes: The Economic Importance of Plant Pathogenic Nematodes. Beijing: Sinece Press; 2011, р. 1-2.
  7. He Y., Wang R., Zhao H., Ren Y., Agarwal M., Zheng D., et al. Predicting potential global distribution and risk regions for potato cyst nematodes (Globodera rostochiensis and Globodera pallida). Scientific Reports. 2022;12:21843. doi: 10.1038/s41598-022-26443-0.
  8. Dias E., Costa F.G., Morais S., de Lourdes Pereira M. A review on the assessment of the potential adverse health effects of carbamate pesticides. Topics in Public Health. 2015. doi: 10.5772/59613.
  9. Saxena G., Bharagava R.N. Bioremediation of industrial waste for environmental safety. Volume I: Industrial waste and its management. Singapore: Springer Singapore; 2020, 447 p. doi: 10.1007/978-981-13-1891-7.
  10. Chen J., Li Q.X., Song B. Chemical nematicides: recent research progress and outlook. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020;68(44):12175-12188. doi: 10.1021/acs.jafc.0c02871.
  11. Sukhanova A.A., Boyandin A.N., Ertiletskaya N.L. Potato cyst nematode management strategies: current situation and promising approaches. ASC Agricultural Science & Technology. 2022;2(3):415-425. doi: 10.1021/acsagscitech.1c00274.
  12. Ellenby C. The influence of crucifers and mustard oil on the emergence of larvae of the potato-root eelworm, Heterodera rostochiensis Wollenweber. Annals of Applied Biology. 1945;32(1):67-70. doi: 10.1111/j.1744-7348.1945.tb06761.x.
  13. Brown K.K., Hampton M.B. Biological targets of isothiocyanates. Biochimica et Biophysica Acta – General Subjects. 2011;1810(9):888-894. doi: 10.1016/j.bbagen.2011.06.004.
  14. Wood C., Kenyon D.M., Cooper J.M. Allyl isothiocyanate shows promise as a naturally produced suppressant of the potato cyst nematode, Globodera pallida, in biofumigation systems. Nematology. 2017;19(4):389-402. doi: 10.1163/15685411-00003054.
  15. Brown P.D., Morra M.J., McCaffrey J.P., Auld D.L., Williams L. Allelochemicals produced during glucosinolate degradation in soil. Journal of Chemical Ecology. 1991;17:2021-2034. doi: 10.1007/BF00992585.
  16. Kržan A. Biodegradable polymers and plastics // Innovative Value Chain Development for Sustainable Plastics in Central Europe (Plastice). 2012;12:12-29.
  17. Shin J., Kathuria A., Lee Y.S. Effect of hydrophilic and hydrophobic cyclodextrins on the release of encapsulated allyl isothiocyanate (AITC) and their potential application for plastic film extrusion. Journal of Applied Polymer Science. 2019;136(42):48137. doi: 10.1002/app.48137.
  18. Bernardos A., Bozik M., Alvarez S., Saskova M., Perez-Esteve E., Kloucek P., et al. The efficacy of essential oil components loaded into montmorillonite against Aspergillus niger and Staphylococcus aureus. Flavour and Fragrance Journal. 2019;34(3):151-162. doi: 10.1002/ffj.3488.
  19. Volova T., Demidenko A., Kurachenko N., Baranovsky S., Petrovskaya O., Shumilova A. Efficacy of embedded metribuzin and tribenuron-methyl herbicides in field-grown vegetable crops infested by weeds. Environmental Science and Pollution Research. 2021;28:982-994. doi: 10.1007/s11356-020-10359-1.
  20. Castillo D.F., Sanchez-Andica R.A., Enriquez B.F., Restrepo J., Paez-Melo M.I. Encapsulation of Ruta essential oil in chitosan and alginate matrices as an ecological alternative for the control of nematodes. Journal of Microencapsulation. 2023;40(4):233-245. doi: 10.1080/02652048.2023.2188939.
  21. Piao X., Zhang L., Zhang S., Yi F. Nematicidal action of microencapsulated essential oil of flesh fingered citron. Journal of Chemistry. 2020:7934605. doi: 10.1155/2020/7934605.
  22. De Souza A.G., dos Santos N.M.A., da Silva R.F., dos Santos Rosa D. Synergic antimicrobial properties of Carvacrol essential oil and montmorillonite in biodegradable starch films. International Journal of Biological Macromolecules. 2020;164. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.226.
  23. Dahlin P., Hallmann J. New insights on the role of allyl isothiocyanate in controlling the root knot nematode Meloidogyne hapla. Plants. 2020;9(5):603. doi: 10.3390/plants9050603.
  24. Maruthupandy M., Seo J. Allyl isothiocyanate encapsulated halloysite covered with polyacrylate as a potential antibacterial agent against food spoilage bacteria. Materials Science and Engineering: C. 2019;105:110016. doi: 10.1016/j.msec.2019.110016.
  25. Yildiz M. Potato: from Incas to all over the world. London: IntechOpen; 2008, 148 p. doi: 10.5772/intechopen.68698.
  26. Zasada I.A., Ferris H. Sensitivity of Meloidogyne javanica and Tylenchulus semipenetrans to isothiocyanates in laboratory assays. Phytopathology. 2003;93(6):747-750. doi: 10.1094/PHYTO.2003.93.6.747.
  27. Coyne D.L., Nicol J.M., Claudius-Cole B. Practical plant nematology: a field and laboratory guide. Cotonou: SP-IPM Secretariat, International institute of Tropical Agriculture (IITA), 2007, 92 p. doi: 10.22004/ag.econ.56182.
  28. Gartner U., Hein I., Brown L.H., Chen X., Mantelin S., Sharma S.K., et al. Resisting potato cyst nematodes with resistance. Frontiers in Plant Science. 2021;12:661194. doi: 10.3389/fpls.2021.661194.
  29. Noling J.W. Soil Fumigation. In: Capinera, J.L. (ed.). Encyclopedia of entomology. Dordrecht: Springer; 2008, p. 3452-3463. doi: 10.1007/978-1-4020-6359-6_4265.
  30. Wu H., Wang C.-J., Bian X. -W., Zeng S. -Y., Lin K. -C., Wu B., et al. Nematicidal efficacy of isothiocyanates against root-knot nematode Meloidogyne javanica in cucumber. Crop Protection. 2011;30(1):33-37. doi: 10.1016/j.cropro.2010.09.004.
  31. Lazzeri L., Curto G., Leoni O., Dallavalle E. Effects of glucosinolates and their enzymatic hydrolysis products via myrosinase on the root-knot nematode Meloidogyne incognita (Kofoid et White) Chitw. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2004;52(22):6703-6707. doi: 10.1021/jf030776u.
  32. Ren Z., Li Y., Fang W., Yan D., Huang B., Zhu J., et al. Evaluation of allyl isothiocyanate as a soil fumigant against soil-borne diseases in commercial tomato (Lycopersiconesculentum Mill.) production in China. Pest Management Science. 2018;74(9):2146-2155. doi: 10.1002/ps.4911.
  33. Dai R., Lim L.-T. Release of allyl isothiocyanate from mustard seed meal powder entrapped in electrospun PLA–PEO nonwovens. Food Research International. 2015;77(3):467-475. doi: 10.1016/j.foodres.2015.08.029.
  34. Paal J., Henselewski H., Muth J., Meksem K., Menendez C.M., Salamini F., et al. Molecular cloning of the potato Gro1-4 gene conferring resistance to pathotype Ro1 of the root nematode Globodera rostochiensis, based on a candidate gene approach. The Plant Journal. 2004;38(2):285-297. doi: 10.1111/j.1365-313X.2004.02047.x.
  35. Bakker E., Achenbach U., Bakker J., van Vliet J., Peleman J., Segers B., et al. A high-resolution map of the H1 locus harbouring resistance to the potato cyst nematode Globodera rostochiensis. Theoretical and Applied Genetics. 2004;109:146-152. doi: 10.1007/s00122-004-1606-z.
  36. Grillo R., dos Santos N.Z.P., Maruyama C.R., Rosa A.H., de Lima R., Fraceto L.F. Poly (ɛ-caprolactone) nanocapsules as carrier systems for herbicides: physico-chemical characterization and genotoxicity evaluation. Journal of Hazardous Materials. 2012;231-232:1-9. doi: 10.1016/j.jhazmat.2012.06.019.
  37. Goldman L.R., Beller M., Oregon H., Jackson R.J. Aldicarb food poisonings in California, 1985−1988: toxicity estimates for humans. Archives of Environmental Health: an International Journal. 1990;45(3):141-147. doi: 10.1080/00039896.1990.9936707.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».