Wpływ roślin i substancji w nich zawartych na kapturnika zbożowca Rhyzopertha Dominica F. (Coleoptera, Bostrichidae) i wołka ryżowego Sitophilus Oryzae L. (Coleoptera, Dryophthoridae)

Abstract

Zaspokojenie zapotrzebowania na żywość przy wciąż rosnącej liczebności populacji ludzkiej jest problemem globalnym. Niestety, około 30% światowej produkcji żywości ulega zepsuciu w wyniku destrukcyjnej działalności szkodników. Kapturnik zbożowiec Rhyzopertha dominica F. i wołek ryżowy Sitophilus oryzae L. należą do najgroźniejszych gatunków szkodników niszczących magazynowane zapasy zbóż. Co istotne, chrząszcze te poza ubytkiem masy i spadkiem jakości produktów zbożowych, mogą powodować również wiele zaburzeń zdrowotnych u ludzi i zwierząt, w wyniku spożycia zainfekowanego przez nie pokarmu. Obecnie stosowane metody zwalczania szkodników nie są w stu procentach efektywne lub obojętne dla ludzkiego zdrowia i środowiska. To mobilizuje naukowców do poszukiwania bezpiecznych, skutecznych, a jednocześnie opłacalnych i łatwo dostępnych sposobów ich redukcji. Dlatego też, substancje pochodzenia roślinnego uzyskują coraz większe znaczenie, jako środki ochrony roślin, bowiem łatwiej ulegają biodegradacji, rzadziej zanieczyszczają środowisko i są mniej toksyczne dla zwierząt. Celem badań było prześledzenie wpływu substancji roślinnych w postaci proszków, olejków i związków chemicznych zawartych w czterech gatunkach roślin: kminku zwyczajnym C. carvi L., czarnuszce siewnej N. sativa L., koprze włoskim F. vulgare Mill., czosnku niedźwiedzim A. ursinum L. na emigrację, śmiertelność i dynamikę liczebności populacji kapturnika zbożowca i wołka ryżowego. Założono hipotezę, iż zastosowane substancje botaniczne wykażą właściwości repelentne i/lub owadobójcze w stosunku do testowanych gatunków chrząszczy. Do oceny aktywności emigracyjnej testowanych populacji chrząszczy wykorzystano eksperyment, polegający na emigracji osobników poza obręb populacji macierzystej bez możliwości powrotu do niej. Do badań wykorzystano substancje pochodzenia roślinnego: sproszkowane owoce kminku zwyczajnego i kopru włoskiego, sproszkowane nasiona czarnuszki siewnej, sproszkowane liście czosnku niedźwiedziego w stężeniach 1; 2,5 i 5%; olejki roślinne: kminkowy, koprowy, z czarnuszki w stężeniach 0,1 i 1%; związki chemiczne karwon, anetol i tymochinon w stężeniach 0,1 i 1% oraz disiarczek diallilu 0,01 i 0,1%. Eksperyment poddawano kontroli po upływie: 1, 2, 3, 4, 5, 24 i 48 godzin. Ocenę aktywności obu gatunków chrząszczy dokonano analizując ich liczebność, migrację i śmiertelność. W niniejszych badaniach stwierdzono, że przynajmniej jedna z testowanych substancji zawartych w każdym z czterech przebadanych gatunków roślin, wywarła repelentny i/lub owadobójczy wpływ na testowane gatunki chrząszczy. Właściwości repelentne w stosunku do wołka i kapturnika wykazały sproszkowane owoce kminku, disiarczek diallilu i karwon. Ponadto na wołka ryżowego silnie odstraszająco działały sproszkowane owoce kopru i nasiona czarnuszki oraz olejek koprowy. W stosunku do obu testowanych gatunków chrząszczy silne działanie owadobójcze wykazały: disiarczek diallilu, karwon, tymochinon i proszek z owoców kopru włoskiego. Poza tym silną toksyczność na kapturnika zbożowca wywarł koprowy i kminkowy olejek eteryczny oraz anetol. Substancje roślinne o zidentyfikowanych w niniejszych badaniach właściwościach repelentnych i/lub owadobójczych posiadają duży potencjał do zastosowania ich, jako botanicznych środków ochrony roślin.

Covering a demand for food in the times of a continuously growing number of the human population is a global challenge. Unfortunately, approximately 30% of the world’s food production gets spoilt due to the destructive activity of pests. Lesser grain borer Rhyzopertha dominica F. and rice weevil Sitophilus oryzae L. belong to the most dangerous species of pests damaging the storages of cereals. Notably, these beetles, apart from a reduction in the mass and the quality of cereals, may also cause numerous health disorders in humans and animals due to the intake of food infected by the insects. Nowadays, used methods of fighting pests are not fully effective and neutral for human health and the environment. These circumstances mobilize scientists to search for safe, effective and, at the same time, profitable and easily accessible methods of their reduction. Therefore, substances of plant origin gain greater and greater importance as plant protection agents due to the fact that they are more readily biodegradable, less toxic for animals and more rarely contaminate the environment. The aim of our study was to test the effect of plant substances in the form of powders, oils and chemical compounds contained in four plant species, i.e., caraway C. carvi L., black cumin N. sativa L., fennel F. vulgare Mill. and bear’s garlic A. ursinum L., on the emigration, mortality and the dynamics of lesser grain borer and rice weevil numbers. We hypothesized that the botanical substances used would reveal repellent and/or insecticidal properties towards the tested species of beetles. The evaluation of the emigratory activity of the beetle populations tested was based on an experiment observing the emigration of individuals out of the maternal population with no chances of coming back. The study involved plant- derived substances, i.e., powdered caraway and fennel fruits, powdered black cumin seeds and powdered bear’s garlic leaves in concentrations of 1, 2.5 and 5%; caraway, black cumin and fennel plant oils in concentrations of 0.1 and 1%; chemical compounds such as carvone, anethole and thymoquinone in concentrations of 0.1 and 1% and diallyl disulfide (0.01 and 0.1%). The experiment was controlled after 1, 2, 3, 4, 5, 24 and 48 hours. The evaluation of the both beetle species activity was carried out by analysing their numbers, migration and mortality. Our findings demonstrate that at least one of the substances tested, contained in each of the four plant species, exerted a repellent and/or insecticidal effect on the beetle species tested. Repellent properties towards lesser grain borer and rice weevil were presented by powdered cumin fruits, diallyl disulfide and carvone. Moreover, a strong repellent activity against rice weevil was revealed by powdered fennel fruits, black cumin seeds and fennel oil. A strong insecticidal activity against both the beetle species tested was presented by diallyl disulfide, carvone, thymoquinone and powder from fennel fruits. Apart from that, a strong toxicity towards lesser grain borer was achieved due to the use of fennel and cumin essential oils and anethole. Plant substances identified within our study as exerting repellent and/or insecticidal effects, possess a considerable potential to be used as botanic plant protection agents.