CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.2. Hoạt tính kháng cơn trùng của các chiết xuất thảo mộc
3.2.1. Tính độc tiếp xúc
Trong thực tế ngoài đồng ruộng, để thuốc bảo vệ thực vật phát huy tác dụng thì chúng phải tiếp xúc được với dịch bệnh [3]. Từ đó, yếu tố đầu tiên được lựa chọn nhằm khảo sát hoạt tính kháng cơn trùng chính là khả năng gây độc tiếp xúc đối với sâu bệnh. Độc tiếp xúc là khả năng tác động trực tiếp khi tiếp xúc với cơ thể sinh vật, gây độc cho chúng khi thuốc xâm nhập qua lớp biểu bì [3]. Khả năng kháng sâu của từng mẫu cao chiết được đánh giá dựa vào nồng độ gây chết 50% số cá thể (LC50) và nồng độ gây chết 100% số cá thể theo quan sát (LC100 thực tế) theo phương pháp độc tiếp xúc. Giá trị LC50 và LC100 thực tế càng thấp chứng tỏ hoạt tính kháng sâu của mẫu thử càng mạnh. Mẫu đối chứng được sử dụng là Shertin 5.0 EC (hoạt chất chính là abamectin 50 g/L), một loại chế phẩm sinh học khác nhằm so sánh và đánh giá mức độ hiệu quả của các cao chiết.
Bên cạnh đó, một con sâu được xem là chết sau 24 giờ thử nghiệm khi chúng khơng có dấu hiệu cử động (thường là ở chân hay thân sau) dưới tác dụng của một lực vừa đủ lên phần bụng nhiều lần.
Độc tính tiếp xúc thể hiện thơng qua đường cong đáp ứng liều lượng ở Hình 3.2 cho thấy đường cong đáp ứng của cao chiết cúc áo hoa vàng có độ dốc lớn nhất so với các đường còn lại, qua đó cho thấy hoạt chất trong chúng có khả năng hấp thụ nhanh chóng vào trong cơ thể sinh vật và khi đạt nồng độ tích luỹ sẽ gây độc tính nhanh chóng. Chính vì vậy, mặc dù nồng độ LC50 của chiết xuất tương đối cao, liều lượng cần thiết để đạt được tỉ lệ tử vong 90% tổng số cá thể của chúng lại khá thấp, hay thậm chí là gần bằng với giá trị LC90 của các cao chiết hạt mãng cầu xiêm, hạt bình bát. Tuy nhiên điều này lại trở nên khơng chính xác đối với các đường cong có độ dốc cao khác từ các loại cây như ớt, thanh hao hoa vàng và bồ hòn, khi khoảng tăng nhanh đáp ứng theo nồng độ của ba chiết xuất là rộng hơn so với cao chiết cúc áo và chỉ một sự thay đổi nhỏ giá trị trên trục hoành sẽ dẫn đến sự thay đổi đáng kể về nồng độ. Vì vậy, hoạt tính của cao chiết cúc áo sẽ tốt hơn so với 3 loại cây nêu trên trong khoảng đáp ứng từ
90% trở lên. Trong khi đó, ở chiều ngược lại, cao chiết hạt mãng cầu xiêm và bình bát dù có độ dốc khá thoải nhưng vẫn thể hiện được hoạt tính mạnh hơn nhiều so với các mẫu thử khác. Ngun nhân cho việc này có thể giải thích là do đồ thị của chúng nằm lệch về phía bên trái của phần dương trục hoành nhiều hơn, hay giá trị nồng độ đáp ứng cần thiết sẽ nhỏ hơn nhiều so với các loại cây khác. Điều này cịn được thể hiện rõ ràng khi nhìn vào đồ thị của mẫu chứng dương trên thị trường, khi đồ thị của chúng nằm lệch qua phía bên trái của trục tung, qua đó thể hiện hoạt tính vượt trội so với các mẫu thử.
a) Cúc áo hoa vàng b) Ớt c) Hạt bình bát
d) Hạt mãng cầu xiêm e) Thanh hao hoa vàng f) Bồ hịn
g) Shertin 5.0 EC
Hình 3.2: Đường cong đáp ứng liều lượng của các chiết xuất
Hiệu quả kháng côn trùng của các cao chiết sẽ được đánh giá chính xác hơn thơng qua giá trị LC50 và LC100 thực tế của chúng (Bảng 3.1 và Hình 3.3).
Bảng 3.1: Giá trị LC50 và LC100 thực tế của cao chiết các loài cây và chế phẩm sinh học
đối với loài Alphitobius diaperinus
Mẫu thử LC50 (mg/mL) LC100 thực tế (mg/mL)
Shertin 5.0 EC
(Abamectin 50 g/L) 0.2 0.011 1
Aza 30% Khơng thể hiện độc tính
ở nồng độ 40 mg/mL -
Ớt 12.7 0.4 30
Cúc áo hoa vàng 12.6 1.0 30
Bình bát 2.8 0.2 20
Bồ hòn 7.2 0.1 30
Thanh hao hoa vàng 14.3 0.8 40
Hạt mãng cầu xiêm 3.4 0.1 30
Hình 3.3: Giá trị LC50 của các cao chiết đối với loài Alphitobius diaperinus
0.2 12.7 12.6 2.8 7.2 14.3 3.4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Shertin 5.0
EC Ớt Cúc áo hoa vàng Bình bát Bồ hịn Thanh hao hoa vàng Mãng cầu xiêm
N ồn g đ ộ L C 50 (m g/ m L)
Theo Hình 3.3, các lồi cây khảo sát đều thể hiện hoạt tính độc tiếp xúc khá tốt đối với loài A. diaperinus và cao chiết hạt bình bát cho kết quả tốt nhất với giá trị LC50 chỉ 2.8 mg/mL. Dù vậy, hoạt tính từ chế phẩm sinh học trên thị trường vẫn tốt hơn rất nhiều so với cao chiết hạt bình bát, với giá trị LC50 là 0.2 mg/mL, nhỏ hơn đến 14 lần so với giá trị LC50 hạt bình bát. Hạt từ cây mãng cầu xiêm, một cây cùng chi với bình bát, cũng cho thấy hoạt tính kháng cơn trùng khá tốt với giá trị LC50 là 3.4 mg/mL, chỉ kém hơn hoạt tính của hạt bình bát 1.24 lần. Các kết quả trên có phần tương đồng với các nghiên cứu trên thế giới, khi theo nghiên cứu của Prijono và các cộng sự, giá trị LC50 của cao chiết nước hạt bình bát đối với lồi Crocidolomia binotalis là 2.625
mg/mL [37]. Trong khi đó, giá trị LC50 của cao chiết cồn lá mãng cầu xiêm xấp xỉ 3 mg/mL theo báo cáo từ nhóm nghiên cứu của Trindade [96], khơng có sai lệch nhiều so với hoạt tính đã khảo sát. Hoạt tính kháng cơn trùng của chúng được biết từ những hợp chất họ acetogenins [37], tác động bằng cách ức chế quá trình sản xuất năng lượng thành tế bào thông qua cơ chế giống với rotenone, hoạt chất chính trong lồi cây gây độc cho cơn trùng và cá. Bên cạnh đó, chúng cịn là chất độc đối với ti thể bằng cách khố chuỗi hơ hấp tại phức hợp I dẫn đến sự tụt giảm mức ATP và ảnh hưởng trực tiếp đến chuỗi chuyền điện tử trong ti thể, gây nên sự chết tế bào theo chu trình (apoptosis), là sự chết của một tế bào ở bất cứ dạng nào được điều chỉnh bởi một chương trình nội bào [97].
Cao chiết bồ hòn thể hiện hoạt tính tốt thứ ba, tuy nhiên hoạt tính biểu hiện tương đối kém khi so với mẫu cao chiết hạt bình bát, với giá trị LC50 là 7.2 mg/mL, gấp 2.6 lần so với cao chiết hạt bình bát. Thơng thường, theo các nghiên cứu trên thế giới, saponin hoạt động như chất gây ngán ăn đối với cơn trùng, tuy nhiên một số thí nghiệm cũng cho thấy tính độc tiếp xúc của chúng [94, 98]. Nguyên nhân gây tử vong được cho là do sự co giật gây ra bởi sự sụt giảm lượng oxy tiêu thụ và sự suy giảm khả năng thăng bằng khi côn trùng tiếp xúc trực tiếp với cao chiết [98]. Tuy nhiên, việc ứng dụng saponin vào trong thực tế vẫn cịn khó khăn vì các hợp chất saponins có bộ khung
phân tử lớn chứa các gốc đường dễ bị phân huỷ dưới những điều kiện môi trường nhất định, làm mất đi hoạt tính của chúng [94].
Hai mẫu chiết xuất ớt và cúc áo hoa vàng thể hiện hoạt tính tương đồng với giá trị LC50 xấp xỉ nhau, lần lượt là 12.7 mg/mL, 12.60 mg/mL, và biểu hiện hoạt lực khá yếu khi so với cao chiết hạt bình bát. Tuy nhiên giá trị này là có phần lớn hơn rất nhiều khi so với nghiên cứu trên thế giới như trong báo cáo của Arújo và cộng sự [99], giá trị LC50 của cao chiết cúc áo hoa vàng chỉ 0.011 mg/mL đối với ấu trùng loài muỗi Aedes
aegypti và giá trị LC50 của chiết xuất ớt là 0.097 mg/mL đối với loài muỗi Culex. Quinquefasciatus theo nghiên cứu từ nhóm của Aivazi [100]. Việc này có thể được giải
thích là do sự khác nhau về mặt cấu tạo cơ thể giữa ấu trùng của hai lồi muỗi và bọ cánh cứng, khi có thể thấy cả hai giá trị LC50 đối với ấu trùng loài muỗi đều nhỏ hơn đáng kể. Hoạt chất chính trong ớt được cho là đến từ họ capsaicinoid với khả năng gây rối loạn trao đổi chất, tổn thương màng tế bào và rối loạn chức năng hệ thần kinh [101]. Trong khi đó, hoạt tính sinh học của cúc áo hoa vàng đến từ các alkamides và chủ yếu là spilanthol [102]. Các nghiên cứu điện sinh lý cho thấy alkamide và spilanthol gây ra trạng thái kích thích tức thì tại dây thần kinh vùng cerci và sau đó là sự ức chế hoàn toàn hoạt động của dây thần kinh vùng đó [103]. Bên cạnh đó, các alkamide mang hoạt chất sinh học trong cúc áo hoa vàng được tìm thấy vơ hại đối với đa số động vật có xương sống và độc với động vật khơng có xương sống. Qua đó, có thể thấy tiềm năng trong lớn trong việc sử dụng cúc áo hoa vàng trong việc ứng dụng làm thuốc trừ sâu sinh học [102].
Mặc dù được biết đến với hàm lượng cao alkaloid, sesquiterpene [104] và lành tính với người khi được dùng làm dược liệu [23] nhưng thanh hao hoa vàng lại thể hiện hoạt tính kém nhất trong các lồi cây được khảo sát, với giá trị LC50 là 14.3 mg/mL. Dù vậy, giá trị hoạt tính này lại có phần nhỏ hơn nhiều khi so với giá trị LC50 là 322.24 mg/mL của cao chiết acetone lên loài bọ Eurygaster integriceps trưởng thành [56]. Kết quả này cho thấy cơ thể của lồi bọ trưởng thành sẽ có lớp vỏ cũng như biểu bì dày hơn
rất nhiều so với các loài ấu trùng của chúng, dẫn đến cần một lượng hoạt chất lớn hơn nhiều để có thể thâm nhập và gây độc chúng.
Bên cạnh đó, từ Hình 3.4, ta có thể thấy nồng độ tử vong hoàn toàn theo quan sát thực tế hầu hết các loại cao chiết đều giống nhau, đều là 30 mg/mL ngoại trừ cao chiết hạt bình bát với LC100 thực tế là 20 mg/mL. Điều đó cũng đồng thời chứng minh khả năng kháng côn trùng mạnh nhất trong các loại cao chiết của các loài cây khảo sát, và cao chiết thanh hao hoa vàng với LC100 thực tế là 40 mg/mL. Và một lần nữa có thể thấy hoạt tính của các lồi cao chiết vẫn cịn kém xa so với chế phẩm sinh học trên thị trường khi nồng độ LC100 thực tế của chế phẩm sinh học chỉ có 1 mg/mL.
Hình 3.4: Giá trị LC100 thực tế của các cao chiết đối với loài Alphitobius diaperinus