Application of synthetic pesticides to control agricultural pests has been a standard practice, during the past few decades. The intense use of synthetic insecticides has raised long-term human health and environmental concerns, mainly due to their slow degradation in the environment and toxic residues in the products, and the evolution of resistance to pesticides in pest populations. These effects have increased the need for effective and biodegradable pesticides and created a significant market opportunity for alternative products. The practice of using botanical insecticides in agriculture dates back at least two millennia. In particular, an interesting perspective in insect control, is the use of plant extracts since they are generally safe and easily available at low cost. Lavandula angustifolia Miller, is an important aromatic species of the Lamiaceae family, widely distributed in the Mediterranean area, whose essential oil (EO) has different biological properties. Recently, many EO have provided potential alternatives to currently used insect control agents. The granary weevil, Sitophilus granarius (L.), is a serious pest of stored grains that causes major quantitative and qualitative losses by its feeding activity and excretory products. In this work was carried out a complete study on the biological activity of the EO obtained by vapour steam distillation, from inflorescences of L. angustifolia grown in the eastern side of the Italian Apennines. EOs present wide variability according to areal of distribution, growing methods and soil properties; for this reason it was considered appropriate to chemically characterize its by gaschromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). Biological activities of EO were evaluated by several bioassays to determine contact and fumigant toxicities, repellent, antifeedant and nutritional effects against insect; as insect model was used S. granarius. Furthermore, to preserve its promising properties it was identified and assessed a suitable mineral substrate to absorb and release the essential oil, in order to improve and maintain the activity observed against S. granarius, useful for pratical application. Potential applications of lavender EO as a natural alternative to synthetic insecticides for controlling stored-product insect pests are discussed.

Il controllo delle colture agrarie, negli ultimi cinquanta anni, ha fatto ricorso ad un uso smisurato delle molecole di sintesi. La crescente tutela dell’ambiente e della salute umana ha veicolato le istituzioni comunitarie e nazionali verso una produzione normativa capace di imporre, a tutti gli attori della filiera agroalimentare, l’impiego più misurato e consapevole dei prodotti di natura chimica. Un ruolo fondamentale è certamente svolto dall’utilizzo dei prodotti fitosanitari, che dovrebbero essere razionalizzati in termini di quantità e nocività. Diverse ricerche sono attualmente indirizzate ad individuare nuove molecole sicure, a basso impatto ambientale e facilmente degradabili; i principi attivi di origine vegetale costituiscono una interessante fonte di molecole con le caratteristiche citate e a diversi meccanismi di azione. Ad esempio, gli oli essenziali (OE) sono una delle classi più antiche e conosciute di sostanze. Sono prodotti dalle piante aromatiche e rappresentano un sistema multicomponente di diversa natura. La complessità chimica giustifica la diversa attività biologica e le ampie e variegate modalità di applicazioni; in particolare, in agricoltura, gli OE sono segnalati per possedere attività tossica, repellente, disappetente e deterrente su diversi organismi. Lavandula angustifolia Miller, è un’importante specie della famiglia delle Lamiaceae ampiamente distribuita in tutto l’areale del Mediterraneo. La pianta è tradizionalmente impiegata come espettorante, antispasmodico, carminativo, stimolante, antiostruente e ricostruente. L’OE è invece sfruttato in aromaterapia o come agente antimicrobico, come analgesico, espettorante e disinfettante delle ferite, oltre ad avere proprietà rilassanti, antidepressive, antibatteriche e antifungine. Molte delle proprietà elencate sono state riscoperte soprattutto per quanto concerne l’importante attività biologica del genere Lavandula. Sitophilus granarius (L.), è un fitofago chiave dei cereali in magazzino, in grado di provocare ingenti danni alle cariossidi di grano, le quali vengono divorate e svuotate dalle larve, causando una enorme riduzione quantitativa e qualitativa della granella. Il controllo dell’insetto è difficile per le numerose generazioni che riesce a condurre in ambienti confinati e per la vita endofitica degli stadi preimmaginali. Nel presente lavoro è stato effettuato uno studio completo sull’attività biologica dell’OE ottenuto, mediante distillazione in corrente di vapore, da infiorescenze di L. angustifolia. Gli OE presentano un’ampia variabilità in base allo spazio e ai metodi di coltivazione e alle proprietà del suolo e per questo motivo è stato considerato opportuno caratterizzare la composizione chimica mediante gascromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS). Sono state, pertanto, eseguite prove di contatto, ingestione e inalazione valutando mortalità, repellenza, deterrenza e indici nutrizionali su adulti di S. granarius. Poiché, oltre queste interessanti caratteristiche, gli OE presentano una rapida volatilità e ossidabilità, si è visto necessario mettere a punto un opportuno formulato commerciale che preservi o esalti le caratteristiche biologiche; pertanto si è provveduto ad individuare e valutare un opportuno substrato minerale in grado di assorbire e rilasciare OE di lavanda in modo da potenziare e mantenere la tossicità e la repellenza osservate.

Toxic, repellent and antifeedant activities of Lavandula angustifolia Miller (Lamiaceae) essential oil against Sitophilus granarius (L.) (Coleoptera, Curculionidae) adults

DI STEFANO, MARIA GIOVANNA
2017-06-09

Abstract

Application of synthetic pesticides to control agricultural pests has been a standard practice, during the past few decades. The intense use of synthetic insecticides has raised long-term human health and environmental concerns, mainly due to their slow degradation in the environment and toxic residues in the products, and the evolution of resistance to pesticides in pest populations. These effects have increased the need for effective and biodegradable pesticides and created a significant market opportunity for alternative products. The practice of using botanical insecticides in agriculture dates back at least two millennia. In particular, an interesting perspective in insect control, is the use of plant extracts since they are generally safe and easily available at low cost. Lavandula angustifolia Miller, is an important aromatic species of the Lamiaceae family, widely distributed in the Mediterranean area, whose essential oil (EO) has different biological properties. Recently, many EO have provided potential alternatives to currently used insect control agents. The granary weevil, Sitophilus granarius (L.), is a serious pest of stored grains that causes major quantitative and qualitative losses by its feeding activity and excretory products. In this work was carried out a complete study on the biological activity of the EO obtained by vapour steam distillation, from inflorescences of L. angustifolia grown in the eastern side of the Italian Apennines. EOs present wide variability according to areal of distribution, growing methods and soil properties; for this reason it was considered appropriate to chemically characterize its by gaschromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). Biological activities of EO were evaluated by several bioassays to determine contact and fumigant toxicities, repellent, antifeedant and nutritional effects against insect; as insect model was used S. granarius. Furthermore, to preserve its promising properties it was identified and assessed a suitable mineral substrate to absorb and release the essential oil, in order to improve and maintain the activity observed against S. granarius, useful for pratical application. Potential applications of lavender EO as a natural alternative to synthetic insecticides for controlling stored-product insect pests are discussed.
9-giu-2017
Il controllo delle colture agrarie, negli ultimi cinquanta anni, ha fatto ricorso ad un uso smisurato delle molecole di sintesi. La crescente tutela dell’ambiente e della salute umana ha veicolato le istituzioni comunitarie e nazionali verso una produzione normativa capace di imporre, a tutti gli attori della filiera agroalimentare, l’impiego più misurato e consapevole dei prodotti di natura chimica. Un ruolo fondamentale è certamente svolto dall’utilizzo dei prodotti fitosanitari, che dovrebbero essere razionalizzati in termini di quantità e nocività. Diverse ricerche sono attualmente indirizzate ad individuare nuove molecole sicure, a basso impatto ambientale e facilmente degradabili; i principi attivi di origine vegetale costituiscono una interessante fonte di molecole con le caratteristiche citate e a diversi meccanismi di azione. Ad esempio, gli oli essenziali (OE) sono una delle classi più antiche e conosciute di sostanze. Sono prodotti dalle piante aromatiche e rappresentano un sistema multicomponente di diversa natura. La complessità chimica giustifica la diversa attività biologica e le ampie e variegate modalità di applicazioni; in particolare, in agricoltura, gli OE sono segnalati per possedere attività tossica, repellente, disappetente e deterrente su diversi organismi. Lavandula angustifolia Miller, è un’importante specie della famiglia delle Lamiaceae ampiamente distribuita in tutto l’areale del Mediterraneo. La pianta è tradizionalmente impiegata come espettorante, antispasmodico, carminativo, stimolante, antiostruente e ricostruente. L’OE è invece sfruttato in aromaterapia o come agente antimicrobico, come analgesico, espettorante e disinfettante delle ferite, oltre ad avere proprietà rilassanti, antidepressive, antibatteriche e antifungine. Molte delle proprietà elencate sono state riscoperte soprattutto per quanto concerne l’importante attività biologica del genere Lavandula. Sitophilus granarius (L.), è un fitofago chiave dei cereali in magazzino, in grado di provocare ingenti danni alle cariossidi di grano, le quali vengono divorate e svuotate dalle larve, causando una enorme riduzione quantitativa e qualitativa della granella. Il controllo dell’insetto è difficile per le numerose generazioni che riesce a condurre in ambienti confinati e per la vita endofitica degli stadi preimmaginali. Nel presente lavoro è stato effettuato uno studio completo sull’attività biologica dell’OE ottenuto, mediante distillazione in corrente di vapore, da infiorescenze di L. angustifolia. Gli OE presentano un’ampia variabilità in base allo spazio e ai metodi di coltivazione e alle proprietà del suolo e per questo motivo è stato considerato opportuno caratterizzare la composizione chimica mediante gascromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS). Sono state, pertanto, eseguite prove di contatto, ingestione e inalazione valutando mortalità, repellenza, deterrenza e indici nutrizionali su adulti di S. granarius. Poiché, oltre queste interessanti caratteristiche, gli OE presentano una rapida volatilità e ossidabilità, si è visto necessario mettere a punto un opportuno formulato commerciale che preservi o esalti le caratteristiche biologiche; pertanto si è provveduto ad individuare e valutare un opportuno substrato minerale in grado di assorbire e rilasciare OE di lavanda in modo da potenziare e mantenere la tossicità e la repellenza osservate.
contact toxicity; fumigant toxicity; repellency; nutritional indices; essential oil
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