بررسی اثرات زیرکشندگی و فراسنجه‌های زیستی حشره‏کش‌های گیاهی ماترین و نیمارین روی پروانه جوانه‌خوار بلوط (Tortrix viridana L.)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگر پسادکتری حشره‌شناسی، گروه گیاه‎پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار، گروه گیاه‎پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دکتری حشره‌شناسی، گروه گیاه‎پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: درختان بلوط به‌عنوان گونه‌های کلیدی در جنگل‌های زاگرس، نقش مهمی در پایداری زیست‌محیطی، حفاظت خاک و تنوع زیستی ایفا می‌کنند. با این حال، سلامت این بوم­سازگان‌ها به‌شدت تحت تأثیر آفات قرار دارد. یکی از مهم‌ترین آفات جنگل‌های بلوط، پروانه جوانه‌خوار بلوط (Tortrix viridana L.) است که تک­نسلی بوده و با تغذیه از جوانه‌های رویشی و زایشی، غنچه‌ها و برگ‌های جوان، موجب بی‌برگی شدید، اختلال در فتوسنتز و کاهش زادآوری درختان می‌شود. برای کنترل این آفت، استفاده از حشره‌کش‌های گیاهی همچون نیمارین که از بذر درخت چریش (Azadirachta indica A. Juss) و ماترین که از ریشه گیاه تلخ‌بیان (Sophora flavescens Ait.) استخراج‌شده، به‌عنوان جایگزینی ایمن و زیست‌سازگار مورد توجه قرار گرفته است. این ترکیبات نه‌تنها دارای اثرات کشنده، بلکه دارای اثرات زیرکشنده همچون کاهش باروری، اختلال در رشد و بازدارنده‌ تغذیه هستند.
مواد و روش‌ها: برای این پژوهش، لاروهای سن سوم T. Viridana از جنگل‌های بلوط پیرانشهر واقع در استان آذربایجان غربی جمع‌آوری و برای زیست‌سنجی به آزمایشگاه منتقل شدند. برای تغذیه از برگ‌های تازه درخت بلوط دارمازو (Quercus infectoria G. Olivier.) استفاده شد. ابتدا آزمایش‌های مقدماتی برای تعیین دامنه غلظتی مؤثر دو حشره‌کش گیاهی ماترین و نیمارین انجام و سپس پنج غلظت برای هر ترکیب به‌­همراه تیمار شاهد درنظر گرفته شد. برگ‌های بلوط با غلظت‎های حشره‌کش‌ها به­مدت پنج ثانیه غوطه‌ور شدند و پس از خشک شدن درون پتری‌دیش‌های که درب آن‏ها با توری ارگانزا پوشیده شده بود، لاروها به روی برگ‎ها منتقل شدند. پس از ۴۸ ساعت، مرگ‌ومیر لاروها با روش تماس سوزن داغ بررسی شد. برای بررسی اثرات زیرکشندگی، لاروهای سن سوم با غلظت LC20 حشره‎کش‌های گیاهی ماترین و نیمارین تیمار شده و پس از ۲۴ ساعت به برگ‌های تیمار نشده منتقل شدند و فراسنجه‎های زیستی مانند طول عمر، بقاء، نرخ شفیرگی، زادآوری و باروری روزانه تا زمان مرگ ثبت شد. برای تجزیه داده‌ها از نرم‌افزارهای SPSS برای تجزیه پروبیت، Twosex-MSChart برای جدول زندگی دو­جنسی و SigmaPlot برای ترسیم نمودارها استفاده شد. فراسنجه‌های جدول زندگی با روش بوت‌استرپ مقایسه و تحلیل شدند.
یافته‌ها: شاخص‌های کشندگی (LC₅₀) و زیرکشندگی (LC₂₀) دو حشره‌کش گیاهی ماترین و نیمارین بر لاروهای سن سوم پروانۀ جوانه‌خوار بلوط محاسبه شد. مقادیر LC₅₀ برای ماترین و نیمارین به‌ترتیب 80/23 و 21/243 میکرولیتر بر میلی‌لیتر و مقادیر LC₂₀ برابر با 29/20 و 04//86 میکرولیتر بر میلی‌لیتر به‌دست آمد. این نتایج بیانگر حساسیت بالاتر آفت به ترکیب ماترین در مقایسه با نیمارین است. بررسی طول دوره رشد و نمو مراحل مختلف زیستی پروانۀ جوانه‌خوار بلوط نشان داد که طول عمر حشرات بالغ در تیمار نیمارین (84/8 روز) و ماترین (85/10 روز) در مقایسه با تیمار شاهد (40/13 روز) کاهش زیادی داشت. همچنین، مدت زمان تخم‌گذاری در تیمارهای حشره‌کش گیاهی به‌طور معنی‌داری کاهش یافت، به‌گونه‌ای که این شاخص از 48/11 روز در شاهد به 35/6 روز در تیمار نیمارین و 95/8 روز در تیمار ماترین رسید. باروری حشرات نیز در غلظت زیرکشنده LC₂₀ هر دو حشره‌کش نسبت به شاهد به‌طور معنی‌داری کاهش یافت. شاخص‌های جمعیتی شامل نرخ خالص تولیدمثل (R₀)، نرخ ذاتی افزایش جمعیت (rₘ) و نرخ ناخالص تولیدمثل (GRR) اختلاف معنی‌داری را در سطح 05/0 بین تیمارهای ماترین و نیمارین در مقایسه با شاهد نشان دادند. امید به زندگی ویژه‌سنی مرحله‌ای (eₓⱼ) برای نخستین مادۀ شاهد 03/17 روز محاسبه شد، درحالی­که این مقدار در تیمار ماترین به 18/14 و در تیمار نیمارین به 05/12 روز کاهش یافت. همچنین ارزش تولیدمثلی مرحله‌ای (vₓⱼ) در ماده‌های تیمارشده با LC₂₀ حشره‌کش‌ها به‌طور محسوسی کمتر از شاهد بود که نشان‌دهندۀ اثر منفی این ترکیبات بر بقاء و توان تولیدمثلی آفت است.
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که حشره‌کش‌های گیاهی ماترین و نیمارین، با برخورداری از اثرات کشنده و زیرکشنده مؤثر بر لاروهای T. viridana، قابلیت استفاده به‌عنوان جایگزین‌های کم‌خطر و سازگار با محیط‌زیست برای سموم شیمیایی را دارند. کاهش معنی‌دار باروری، طول عمر، نرخ رشد جمعیت و دیگر شاخص‌های زیستی آفت در غلظت‌های زیرکشنده، بیانگر توان این ترکیبات در کنترل تدریجی و پایدار جمعیت آفت است. بنابراین، استفاده از این حشره‌کش‌های گیاهی در قالب راهبردهای مدیریت تلفیقی آفات، به‌ویژه در جنگل‌های حساس زاگرس، می‌تواند ضمن کاهش مصرف سموم شیمیایی، به حفظ دشمنان طبیعی و ارتقای پایداری بوم­شناسی و حفاظت بلندمدت از بوم­سازگان­های جنگلی کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Sublethal effects and biological parameters of the botanical insecticides Matrine and Neemarin on the green oak Tortrix (Tortrix viridana L.)

نویسندگان [English]

  • Samaneh Akbari 1
  • Shahram Aramideh 2
  • Mahdiye Mousavi 3
1 Postdoctoral Researcher in Entomology, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, I. R. Iran
2 Associate Professor, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, I. R. Iran
3 Ph.D. Graduate in Entomology, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, I. R. Iran
چکیده [English]

Background and Objective: Oak trees, as key species in the Zagros forests, play a crucial role in environmental stability, soil conservation, and biodiversity maintenance. However, the health of these ecosystems is severely affected by pests. One of the most significant pests of oak forests is the green oak leaf roller (Tortrix viridana L.), a univoltine species that feeds on vegetative and reproductive buds, flowers, and young leaves, causing severe defoliation, disruption of photosynthesis, and reduced tree fecundity. To manage this pest, the use of botanical insecticides such as Neemarin, extracted from the seeds of neem (Azadirachta indica A. Juss), and Matrine, derived from the roots of Sophora flavescens Ait., has attracted attention as environmentally safe alternatives. These compounds exhibit not only lethal effects but also sublethal effects, including reduced fecundity, growth disruption, and feeding inhibition.
Material and Methods: Third-instar larvae of T. viridana were collected from Piranshahr oak forests in West Azerbaijan Province and transferred to the laboratory for bioassays. Fresh leaves of Quercus infectoria G. Olivier were used as food. Preliminary experiments were conducted to determine the effective concentration ranges of the botanical insecticides Matrine and Neemarin, after which five concentrations for each compound, along with a control, were selected. Oak leaves were immersed in the insecticide solutions for five seconds, allowed to air-dry, and then placed in Petri dishes covered with organza mesh, onto which larvae were transferred. Mortality was assessed after 48 hours using the hot-needle contact method. For sublethal effect assessment, third-instar larvae were treated with the LC₂₀ of Matrine and Neemarin and, after 24 hours, transferred to untreated leaves. Life-history parameters including longevity, survival, pupation rate, fecundity, and daily reproduction were recorded until death. Data were analyzed using SPSS for probit analysis, Twosex-MSChart for two-sex life table parameters, and SigmaPlot for graphing. Life-table parameters were compared using the bootstrap method.
Results: Lethal (LC₅₀) and sublethal (LC₂₀) concentrations of Matrine and Neemarin for third-instar larvae of the green oak leaf roller were determined. The LC₅₀ values were 23.80 μL/mL for Matrine and 243.21 μL/mL for Neemarin, while the LC₂₀ values were 20.29 μL/mL and 86.04 μL/mL, respectively, indicating higher pest susceptibility to Matrine. Examination of developmental stages revealed a significant reduction in adult longevity for Neemarin -treated (8.84 days) and Matrine-treated (10.85 days) insects compared with controls (13.40 days). Oviposition duration was also significantly reduced from 11.48 days in the control to 6.35 and 8.95 days for Neemarin and Matrine treatments, respectively. Fecundity at LC₂₀ concentrations of both insecticides was significantly lower than the control. Population parameters, including the net reproductive rate (R₀), intrinsic rate of increase (rₘ), and gross reproductive rate (GRR), differed significantly (p<0.05) between treated groups and the control. Age-stage-specific life expectancy (eₓⱼ) for the first control female was 17.03 days, compared with 14.18 and 12.05 days for Matrine and Neemarin treatments, respectively. Age-stage-specific reproductive value (vₓⱼ) was markedly lower in females treated with LC₂₀ insecticides, reflecting negative effects on survival and reproductive potential.
Conclusion: The results indicate that the botanical insecticides Matrine and Neemarin, exhibiting both lethal and sublethal effects on T. viridana larvae, are promising as low-risk, environmentally compatible alternatives to chemical pesticides. Significant reductions in fecundity, longevity, population growth rates, and other life-history traits at sublethal concentrations suggest their potential for gradual and sustainable pest population management. Therefore, integrating these botanical insecticides into pest management strategies, particularly in the sensitive Zagros forests, could reduce chemical pesticide use, preserve natural enemies, and promote long-term ecological sustainability and conservation of forest ecosystems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sublethal effects
  • Life table
  • Integrated Pest Management
  • Tortrix viridana

مراجع

Akbari, S.; Aramideh, Sh.; Mirfakhraie, Sh.; Safaralizadeh, M.H., Compatibility of entomopathogenic fungi and imidacloprid (Confdor®) on biological characteristics and life table of Diaeretiella rapae (Hymenoptera: Braconidae), a parasitoid of Brevicoryne brassicae (Hemiptera: Aphididae). International Journal of Tropical Insect Science 2024, 44: 2927-2938.
Akbari, S.; Aramideh, Sh., Effect of salicylic acid isolated from three native willow species in combination with Bacillus thuringiensis B. on the oak leaf roller, Tortrix viridana L. Forest Research and Development 2024, 10 (3): 395-409. (In Persian).
Akbari, S.; Aramideh, Sh., Effects of the entomopathogenic fungus, Beauveria bassiana (Bals. Criv.) Vuill on survival and population growth parameters of Myzocallis coryli Goetze. Forest Research and Development 2022, 9 (1), 129-144. (In Persian).
Akdeniz, D.; Ozmen, A., Antimitotic effects of the biopesticide oxymatrine. Caryologia 2011, 64: 117-120.
Amirfanak, V.; Safavi, S.A; Forouzan, M., Study on the life table parameters of the cabbage aphid Brevicoryne brassicae (L.) (Hemiptera: Aphididae) influenced by sublethal concentrations of the matrine. Plant Protection (Scientific Journal of Agriculture) 2023, 45(4): 19-35.
Ansari, A.; Gheibi, M.; Hesami, Sh., Effects of Azadirachtin on reproductive parameters of aphid rose, Macrosiphum rosae (Hmiptera: Aphididae) in the laboratory conditions. Plant Protection Journal 2014, 6(3): 225-244.
Alehosseini, S.A.; Saadati, S. H.; Zarghani, H. H., Study of population dynamics of oak tortrix moth (Tortrix viridana) and its natural enemies in Fars province. Journal of Plant Protection 2013, 5, 1-12.
Alijanpour, A.; Zargaran, M.R.; Motallebi Tape Rasht, R., Survey on nutritional indices of Green Oak Leaf Roller (Tortrix viridana L.) in grouping and individual nutrition methods. Forest Research and Development 2016, 1 (3): 181-193. (In Persian).
Ayil-Gutiérrez, B.A.; Sánchez-Teyer, L.F.; Monforte, M.; Vasquez-Flota, F., Biological effects of natural products against Spodoptera spp. Crop Protection 2018, 114: 195-207.
Asad M.; Khan R. R.; Aljuboory A. B.; Rashid M. H. U.; Kumar U.; Haq I. U.; Hafeez A.; Noureldeen A.; Alharbi K., Toxic and Antifeedant Effects of Different Pesticidal Plant Extracts against Beet Armyworm (Spodoptera exigua), Phyton-International Journal of Experimental Botany 2023, 92 (4): 1161-1172.
Bagheri, N.; Mohammadi Sharif, M.; Golmohammadi, G.H., Comparing the efficacy of some chemical and non-chermical insecticides for control of cotton bollworm, Helicoverpa armigera (Hubner) under cotton field conditions. Plant Protection (Scientific Journal of Agriculture) 2021, 44(3): 1-11.
Bertić, M.; Orgel, F.; Gschwendtner, S.; Schloter, M.; Moritz, F.; Schmitt‑Kopplin, P.; Zimmer, I.; Fladung, M.; Schnitzler, J.‑P.; Schroeder, H.; Ghirardo, A., European oak metabolites shape digestion and fitness of the herbivore Tortrix viridana. Functional Ecology 2023, 37(5), 1476–1491.
Chi, H., 2024. TWOSEX-MSChart (Version x.x) [Computer software]. National Chung Hsing University. http://140.120.197.173/Ecology/
Ferreira, J.A.; Esparraguera, L.B.; Queiroz, S.C.N.; Bottoli, C.B.G., Vegetative Endotherapy—Advances, Perspectives, and Challenges. Agriculture 2023, 13, 1465. https://doi.org/10.3390/agriculture13071465
Geraldin, M.W.L.; James W.M.; Ernest, R.M., Phytochemical Activity and Role of Botanical Pesticides in Pest Management for Sustainable Agricultural Crop Production. Scientific African 2020, 7: e00239.
Ghobari,  H.;  Goldansaz, S. H.;  Askari,  H.;   Ashouri, A.; Kharazi-Pakdel, A.;  Bihamta, M. R., Investigation of presence, distribution and flight period of oak leaf roller moth, Tortrix viridana (Lep.: Tortricidae) using pheromone traps in Kurdistan province, Journal of Entomological society of iran 2007, 27(1): 47-59.
Helson, B.V.; Lyons, D.B.; Wanner, K.W., Control of conifer defoliators with neem-based systemic bioinsecticides using a novel injection device. The Canadian Entomologist 2001, 133(5): 729- 744.
Hikal, W.M.; Baeshen, R.S.; Said, A., Botanical insecticide as simple extractives for pest control. Cogent Biology 2017, 3(1): 1404274.
Hosseinzadeh, A., Bioecology of oak leaf roller (Lepidoptera: Tortricidae) Tortrix viridana L. in west Azarbayjan. In: 19th Iranian Plant Protection Congress, Urmia, Iran, 2010. pp. 9-12. (In Persian).
Hwang, I.C.; Kim, J.; Kim, H.M.; Kim, D.I.; Kim, S.G.; Kim, S.S.; Jang, C., Evaluation of toxicity of plant extract made by neem and matrine against main pests and natural enemies. Korean Journal of Applied Entomology 2009, 48(1): 87-94.
Isman, MB., 2020. Botanical Insecticides in the Twenty-First Century-Fulfilling Their Promise? Annual Review of Entomology, 7(65): 233-249.
Jamali, S.; Haack R. A., From Glory to Decline: Uncovering Causes of Oak Decline in Iran. Forest Pathology 2024; 54: e12898.
Khater, H.F., Prospects of botanical biopesticides in insect pest management. Pharmacologia 2012, 3(12): 641-656.
Kilani-Morakchi, S.; Morakchi-Goudjil, H.; Sifi, K., Azadirachtin-based insecticide: Overview, risk assessments, and future directions. Frontiers in Agronomy 2021, 3: 676208.
Kordestani, M.; Mahdian, K.; Baniameri, V.; Sheikhi Garjan, A., Proteus, Matrine, and Pyridalyl toxicity and their sublethal effects on Qrius laevigatus (Hemiptera: Anthocoridae). Journal of Economic Entomology 2022, 115(2): 573-581.
Mao, L.; Henderson, G., Antifeedant Activity and Acute and Residual Toxicity of Alkaloids from Sophora fl avescens (Leguminosae) Against Formosan Subterranean Termites (Isoptera: Rhinotermitidae). Journal of Economic Entomology 2007, 100(3): 866-870.
Martins, L.N.; Geisler, F.C.S.; Rakes, M.; Araújo, M.B.; Amandio, D.T.T.; da Rosa APSA; Ribeiro, L.P., Bernardi D. Sublethal effects of growth-regulating insecticides of synthetic and botanical origins on the biological parameters of Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae). Bulletin of Entomological Research 2023 Jun;113(3):306-314.
Nikakhtar, S.; Aramideh, Sh.; Mirfakhraie, Sh.; Frouzan, M., Effect of three commercial formulations includes Nimbecidine, NeemAzal T/S and Kofa from plant compound of neem on the biological stages of Trialeurodes vaporariorum (Hem.: Aleyrodidae) and its parasitoid, Encarsia formosa. Plant Pest Research 2022, 12(1): 59-72. (In Persian).
Mannu, R.; Olivieri, M.; Ruiu, L.; Serra, G.; Fadda, M. L.; Lentini, A., Application timing affects the efficacy of Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki against Tortrix viridana in deciduous oak forests. Biological Control 2024, 198, 105631.
Pineda, S.; Martínez, A. M.; Figueroa, J. I.; Schneider, M. I.; Del Estal, P.; Viñuela, E.; Gómez, B.; Smagghe, G.; Budia, F., Influence of azadirachtin and methoxyfenozide on life parameters of Spodoptera littoralis (Lepidoptera: Noctuidae). Journal of Economic Entomology 2009, 102(4): 1490–1496.
Rabelo, M.M.; Santos, I.B.; Paula-Moraes, S.V., Spodoptera exigua (Hubner) (Lepidoptera: Noctuidae) Fitness and Resistance Stability to Diamide and Pyrethroid Insecticides in the United States. Insects 2022, 13(4):365.
Şengül Demirak, M.Ş.; Canpolat, E., Plant-Based Bioinsecticides for Mosquito Control: Impact on Insecticide Resistance and Disease Transmission. Insects 2022, 13: 162.
Sharifi, M.; Mobasheri, M.T.; GHaderi, K.; Shahkoii, S.M., Comparing the efficacy of new insecticide on agro with Malathion and Hexafluorene insecticides to control the cereal leaf beetle Lema melanopa (Col.: Chrysomelidae) in field conditions. Iranian Journal of Entomological Research 2020, 45(1): 51-60. (In Persian).
Sheibani, Z.T., Effect of Bacillus thuringiensis var. kurstaki on first, second and third ages of white leafeating butterfly larvae of Pistachio Ocneria terebinthina (Lep.: Lymanteridae). Journal of Research in Agricultural Science 2010, 6 (11): 83- 92.
SigmaPlot, 2020 SigmaPlot 15 for Windows Version 15.0. Statistics for User’s Guide. Systat Software Inc., Chicago, p 578
SPSS, IBM Corp., 2019. IBM SPSS Statistics for Windows (Version 26.0) [Computer software]. IBM Corp.
Wang, D.; Lv, W.; Yuan, Y.; Zhang, T.; Teng, H.; Losey, J. E.; Chang, X., Effects of insecticides on malacostraca when managing diamondback moth (Plutella xylostella) in combination planting-rearing fields. Ecotoxicology and Environmental Safety 2022, 229: 1-7.
Zanardi, O. Z.; Ribeiro, L. P.; Ansante, T. F.; Santos, M. S.; Bordini, G. P.; Yamamoto, P. T.; Vendramim, J. D., Bioactivity of a matrine-based biopesticide against four pest species of agricultural importance. Crop Protection 2015, 67, 160–167.
Zhao, Y.; Wang, Q.; Ding, J.; Wang, Y.; Zhang, Z.; Liu, F.; Mu, W., Sub lethal effects of chlorfenapyr on the life table parameters, nutritional physiology and enzymatic properties of Bradysia odoriphage (Diptera: Sciaridae). Pesticide Biochemistry and Physiology 2018, 148: 93-102.
Zargaran, M. R.; Mousavi Mirkala, S. R.; Banj Shafiei A.; Ramezani kakroudi, E., Survey on biology of Tortrix viridana L. in laboratory and field conditions and its distribution in West-Azerbaijan. Forest Research and Development 2015, 1 (1): 31-42. (In Persian).
Zargaran, M. R.; Banj Shafiei A.; Mousavi Mirkala, S. R.; Ramezani kakroudi, E., Survey on bio-ecology of Tortrix viridana and its distribution in West-Azerbaijan province.   Iranian Journal of Plant Protection Science 2016, 47(2): 231-240.
پژوهش و توسعه جنگل
دوره 11، شماره 3
آذر 1404
صفحه 335-352

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار