Bioinsecticide activity of organic extracts of Bursera copallifera (DC.) Bullock and Bursera grandifolia (Schltdl.) Engl. on armyworm Spodoptera frugiperda J. E. Smith (Lepidoptera: Noctuidae)

L. Aldana Llanos¹*, D.O. Salinas Sánchez², Ma. E. Valdés Estrada¹*, M. Gutiérrez Ochoa¹* y M.G. Valladares Cisneros³

¹ Laboratorio de Entomología del Centro de Desarrollo de Productos Bióticos del Instituto Politécnico Nacional. Carretera Yautepec-Jojutla Km. 8.5, AP 24, 62731 San Isidro, Yautepec, Morelos, México. Correo electrónico: laldana@ipn.mx.

² Departamento de Recursos Naturales del Centro de Educación Ambiental e Investigación de la Sierra de Huautla, Universidad Autónoma del Estado de Morelos.

³ Laboratorio de Principios Fitoquímicos Bioactivos, Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Morelos.

Resumen

En este estudio se evaluó la actividad bioinsecticida de extractos orgánicos de Bursera copallifera y B. grandifolia sobre larvas L1 de Spodoptera frugiperda. Es probable que el extracto acetónico (500 ppm) de hojas de B. copallifera tenga actividad antialimentaria sobre el gusano cogollero al reducir en un 50% el peso larval a los 14 días. También produjo 47% de mortalidad larval, mientras que el extracto hexánico produjo un 44% de pupas deformes, y de la población que emergió, el 14% se desarrollaron como adultos deformes. Los extractos acetónico y metanólico de las hojas de B. grandifolia produjeron 37 y 45% de mortalidad larval en 14 días, respectivamente, mientras que su extracto hexánico a partir de tallos causó una mortalidad larval de 37% en el mismo lapso de tiempo.

Palabras clave: Burseraceae, lignanos, terpenos, dieta artificial.

Abstract

This study evaluated the bioinsecticide activity of organic extracts of Bursera copallifera and B. grandifolia on L1 larvae of Spodoptera frugiperda. It is likely that the acetonic extract (500 ppm) of leaves of B. copallifera had an effect as an antifeedant on armyworm, causing a 50% reduction in larval weight at 14 days. It also produced 47% larval mortality, whereas the hexane extract produced 44% deformed pupae, and of the population that emerged from pupae, 14% were deformed as adults. Acetone and methanol extracts of leaves of B. grandifolia produced 37 and 45% larval mortality at 14 days, respectively, whereas the hexane extract from stems caused a larval mortality of 37% over the same period.

Key words: Burseraceae, lignane, terpenes, artificial diet.

INTRODUCCIÓN

El uso de plantas con propiedades insecticidas es una técnica ancestral usada en África y América Central, pero con la aparición de los insecticidas sintéticos su empleo decreció. En los últimos años, ante la problemática de la contaminación ambiental, generación de residuos tóxicos, daños a la salud y resistencia de las plagas a estos insecticidas, ha resurgido la búsqueda de plantas con efecto bioinsecticida (Bisset, 2002). En este contexto, en años recientes la investigación sobre bioinsecticidas vegetales para el control del gusano cogollero del maíz, Spodoptera frugiperda, plaga que ocasiona daños económicos significativos en los sistemas agrícolas, se ha incrementado (Simmons & Wiseman, 1993). En la literatura se señalan una gran variedad de plantas con propiedades biocida sobre insectos, en el caso del género Bursera son notables las secreciones de resinas de terpenos en los canales del árbol (Becerra & Venable, 1990; Becerra, 1994), pues es conocido que la composición química del género Bursera presenta terpenos, en su mayor parte monoterpenos y sesquiterpenos (Evans et al., 2000).

Por otro lado, se han encontrado compuestos monoterpénicos en ocho especies de Burseras, como en B. lancifolia, B. rzedowski, B. schlechtendalii, B. morelensi, B. copallifera, B. vejar-vasquezii, B. ariensis y B. biflora; estos compuestos terpenoides son reportados como biocidas y su efecto tóxico puede ser atribuido a un mecanismo de inhibición competitiva reversible por la acetilcolinesterasa, al ocupar el sitio hidrofóbico del centro activo de la enzima (Obeng-Ofori & Amiteye, 2005).

También especies de la familia de las Burseras son productoras de resinas y exudados ricos en sustancias aromáticas, las cuales son empleadas en la industria de la perfumería, así como en la producción de barnices (Pernet, 1972), y como remedios medicinales (Oliveira et al., 2004). Extractos acuosos de resinas de algunas especies han presentado actividad inmunoestimulante (Delaveau et al., 1980) y antiinflamatoria (Duwiejua et al., 1993; Haribal et al., 1985).

Por otra parte, el extracto clorofórmico de B. fagaroides demostró tener actividad antitumoral frente a carcinoma intramuscular de Walter (Bianchi et al., 2002), mientras que Bursera copallifera (D.C) Bullock, conocida comúnmente como "copal" (Dorado et al., 2005), se utiliza en el tratamiento de bronquitis, tos, cura golpes internos, mata gusanos (oral y tópico) (Argueta et al., 1994). Por su parte, Bursera grandifolia, también llamada tradicionalmente como palo mulato y té azteca, es utilizada etnomédicamente para problemas respiratorios, como bronquitis, influenza, tosferina y en infecciones de pulmón (Monroy & Castillo, 2000). En la Universidad de Arizona se aislaron dos compuestos con actividad antitumoral a partir del extracto clorofórmico de B. fagaroides: β-peptatina, α-metileter y 5'-desmetoxi-β-peltatitna α-metileter (Bianchi et al., 2002), mientras que en Morelia, Michoacán, México se logró aislar, a partir de las hojas de esta especie, un terpeno glicosado llamado 3'-O-α-L-ramnopiranósido de luteolina (Hernández et al., 2002). El único estudio de B. morelensis permitió separar e identificar, a partir del exudado seco, la deoxipodofilotoxina y un nuevo lignano denominado "morelensino", mismos que presentaron actividad anticancerosa (Jolad et al., 1979). Un estudio mostró que de hojas de B. graveolens se purificaron terpenos, flavonoles y esteroles todos ellos glicosidados (Nakanishi et al., 2003), de los tallos de la misma especie se aislaron compuestos de tipo lignano y triterpénico (Nakanishi et al., 2005).

Los antecedentes fitoquímicos de plantas de este género, permitieron observar que B. copallifera y B. grandifolia son buen prospecto de investigación, dado que no hay estudios que verifiquen su actividad insecticida ni estudios químicos que muestren el contenido metabólico para estas especies.

El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto bioinsecticida de extractos orgánicos de Bursera copallifera (D.C.) Bullock y B. grandifolia (Schltdl.) Engl. sobre larvas de Spodoptera frugiperda J.E. Smith, plaga del maíz.

MATERIAL Y MÉTODOS

Material vegetal

Ambas especies fueron colectadas en los meses de marzo y junio del 2007 en la Reserva de la Biosfera Sierra de Huautla (REBIOSH); se prepararon ejemplares de herbario, se depositaron en el HUMO con números de registro 22210 y 24209 para B. copallifera y B. grandifolia respectivamente.

Preparación de los extractos

Las especies vegetales fueron sometidas a un proceso de secado a temperatura ambiente por un periodo de quince días. Los tallos fueron cortados en trozos pequeños y por separado, hojas y tallos se colocaron en un matraz de cuatro litros para ser macerados. Los disolventes empleados para la obtención de los extractos en orden de polaridad creciente fueron: n-hexano, acetona y metanol. La maceración se realizó durante tres días y por dos ocasiones más, el disolvente fue eliminado totalmente hasta llevarlo a sequedad empleando un rotaevaporador marca Buchi modelo 205. La tabla 1 muestra la cantidad de gramos que fue utilizada de la planta seca y el disolvente empleado para la maceración. Los extractos se envasaron en frascos de vidrio color ámbar para evitar la fotólisis y se almacenaron a -20°C en un congelador marca REVCO, hasta el día que fueron utilizadas en las bioevaluaciones.

Insectos

La cría de S. frugiperda fue iniciada a partir de larvas colectadas en un campo de maíz ubicado en la zona de Yautepec, Morelos, México. Se alimentaron con hojas frescas, se trasladaron al laboratorio de Entomología del Centro de Desarrollo de Productos Bióticos (CEPROBI-IPN), en donde se separaron individualmente en recipientes de plástico con tapa de rosca. Se les proporcionaron 15 mL de dieta artificial (Burton y Perkins, 1987) y se mantuvieron en una cámara incubadora marca Precision modelo 818 a una temperatura de 27±1°C, humedad relativa de 60-70% y un fotoperiodo de 12-12 L-O. Las larvas puparon en estos mismos recipientes, eliminándoles la dieta y al emerger los adultos fueron colocados en bolsas de papel encerado, a las cuales se les colocó una caja Petri de plástico con algodón humedecido en solución azucarada al 10% para su alimentación. Estos adultos copularon y depositaron sus huevos en las paredes de las bolsas. Se utilizaron larvas de la segunda generación (F2) para realizar las bioevaluaciones.

Dieta artificial

Bioevaluaciones

Se utilizaron 30 larvas del primer estadio de S. frugiperda por tratamiento. Los extractos de B. copallifera y B. grandifolia se evaluaron a una concentración de 500 ppm, los cuales se incorporaron a la dieta artificial, se utilizaron 15 mL de ésta y se colocó una larva con un pincel de pelo de marta del número 1. El control fue dieta artificial sin extracto, las cajas se colocaron en la cámara incubadora a 27±1°C bajo humedad relativa de 60-70% y fotoperiodo de 12-12 L-O.

El diseño experimental fue completamente al azar con 12 tratamientos y el testigo, cada larva se consideró como unidad experimental. Las variables de respuesta fueron mortalidad y peso de las larvas a los siete y 14 días, peso de pupas, pupas y adultos deformes. Se aplicó análisis de varianza y prueba de medias DSM (α = 0.05). La mortalidad se calculó de acuerdo a la fórmula de Abbot.

RESULTADOS

Bursera copallifera

El peso de las larvas presentó diferencias estadísticas significativas con respecto al testigo a los siete días. El extracto acetónico de las hojas produjo el menor peso, lo que se confirmó con los resultados obtenidos a los 14 días, sugiriendo que existe un efecto antialimentario (tabla 2). Posiblemente por la presencia de terpenos, lignanos y taninos extraídos con la acetona (Coll, 1988). Asimismo, el mismo extracto mezclado con la dieta artificial ocasionó un 47% de mortalidad y presentó un 20% de adultos deformes (tablas 2 y 3). Por su parte, el extracto hexánico de hojas provocó 44% de pupas deformes (inviables) y 14% de adultos deformes (tabla 3). Los resultados sugieren que estos extractos pueden contener fitoecdisteroides que inducen la muda en los insectos provocando malformaciones. El extracto acetónico de tallo ocasionó deformidades en pupas (17%) y adultos (18%). En cuanto al extracto hexánico de tallo el porcentaje de mortalidad larval fue de 27% y 15% de pupas deformes (tablas 2 y 3).

Bursera grandifolia

En la tabla 4 se observan los resultados obtenidos al incorporar los extractos de B. grandifolia a la dieta. Se detectó actividad tóxica del extracto hoja metanol sobre el peso de las larvas a los siete y 14 días, esto puede ser una consecuencia de la inhibición de la alimentación o bien un efecto tóxico por ingestión. Picman (1986) realizó una revisión sobre la actividad biológica de los sesquiterpenos, mencionando que este tipo de compuestos pueden tener una actividad inhibidora de alimentación, del desarrollo y de la oviposición en insectos. También se observa variación en la mortalidad larval tanto entre tipos de extractos y de órganos vegetales, la variación de mortalidad va del 6% causada por el extracto tallo metanol al 45% del extracto hoja metanol.

Se detectan alteraciones morfológicas en las pupas causadas por los extractos como se indica en la tabla 5, en la que se muestra que el extracto hoja metanol ocasionó bajo peso y 35% de pupas deformes. En las tablas 4 y 5 se indica que en las larvas testigo no hay mortalidad y se produce el 100% de adultos normales.

En la literatura se señalan una gran variedad de plantas con propiedades biocidas sobre insectos, en el caso del género Bursera son notables las secreciones de resinas de terpenos en los canales del árbol (Becerra & Venable, 1990; Becerra, 1994), pues es conocido que la composición química del género Bursera presenta terpenos, en su mayor parte monoterpenos y sesquiterpenos (Evans et al., 2000).

Se ha considerado que la morfología celular (canales) característica de las especies de Burseras y las secreciones (exudados) las protegen del ataque de los insectos. Los canales contienen metabolitos secundarios que pueden ser repelentes o toxinas para los herbívoros y las secreciones pueden detener e impedir en forma mecánica el movimiento de las mandíbulas de los insectos e interferir con su alimentación; además, el exceso de resina permite atraparlos (Zalucki & Brower, 1992). Estas observaciones pueden tener alguna conexión con el hecho de que los extractos acetónicos de hojas de B. copallifera a una concentración de 500 ppm, mezclado con la dieta artificial, causó una reducción en el peso larval y 47% de mortalidad a los 14 días de tratamiento, mientras que el extracto hexánico de las hojas provocó 44% de pupas deformes (tablas 2 y 3). Esta actividad puede asociarse con la presencia de compuestos con estructura sesquiterpénica, como los fitojuvenoides, los cuales se sabe que inhiben la metamorfosis de los insectos (Camps, 1988).

Nihei et al., 2006 observó que triterpenos extraídos de Croton jatrophoides causaron efecto antialimentario en S. frugiperda. Por otro lado, se han encontrado compuestos monoterpénicos en ocho especies de Burseras, como en B. lancifolia, B. rzedowski, B. schlechtendalii, B. morelensi, B. copallifera, B. vejar-vasquezii, B. ariensis y B. biflora; estos compuestos terpenoides son reportados como biocidas y su efecto tóxico puede ser atribuido a un mecanismo de inhibición competitiva reversible por la acetilcolinesterasa, al ocupar el sitio hidrofóbico del centro activo de la enzima (Obeng-Ofori & Amiteye, 2005).

Las hojas de B. copallifera causaron mayor mortalidad que las de B. grandifolia. Esto puede deberse a que la concentración de los constituyentes químicos de la planta pueden variar debido a factores genéticos y ambientales; también al estado de desarrollo de la planta en la cosecha, el proceso de secado y a las técnicas de almacenamiento (Singh et al., 2002).

Los presentes resultados muestran que la actividad antialimentaria de B. copallifera es muy promisoria, ya que produjo un 47% de mortalidad larval a una concentración de 500 ppm del extracto acetónico de hojas. Estos resultados demuestran la importancia de realizar el estudio bioquímico dirigido hacia la actividad insecticida para ambas especies de Burseras, con la finalidad de detectar las fracciones activas y los metabolitos químicos responsables de la actividad antialimentaria y biocida.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Secretaría de Investigación y Posgrado del Instituto Politécnico Nacional por el apoyo brindado a esta investigación derivada del Proyecto SIP20080430.

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Nota:

*Becarias COFAA-EDI.