Estudio del potencial fitosanitario de aceites esenciales para el control de thrips (Thysanoptera : Thripidae)

Abstract

Frankliniella occidentalis (Thysanoptera: Thripidae), conocido comúnmente como thrips occidental de las flores, es un insecto polífago de distribución cosmopolita que causa significativas pérdidas económicas en cultivos alimentarios y ornamentales. Estos insectos afectan principalmente los órganos florales causando daño y deformación foliar. Entre sus hospederos más vulnerables se encuentran hortalizas como tomate, lechuga, cebolla, berenjena y flores como rosas, crisantemo y pompones. El control químico es el método más utilizado para el manejo de F. occidentalis, sin embargo, muchos de estos productos presentan problemas de toxicidad para los seres humanos y los ecosistemas, favorecen la aparición de insectos resistentes por su uso indiscriminado y generan residuos que superan los límites máximos permitidos para la comercialización. En la búsqueda de alternativas eficaces y seguras, los aceites esenciales (AEs) se perfilan como una herramienta promisoria, debido a que son una fuente de diversos tipos de metabolitos especializados, algunos con propiedades insecticidas, y que presentan propiedades fisicoquímicas que les permiten actuar mediante diversos modos y mecanismos de acción. En la literatura son limitados los estudios del potencial insecticida de los AEs para el control de F. occidentalis, por lo que el presente estudio contribuye a la caracterización del potencial insecticida de AEs y de algunos de sus constituyentes químicos frente a este insecto.

En la primera fase se determinó el potencial de algunos AEs para el control de F. occidentalis. La metodología comprendió la evaluación de la actividad fumigante de AEs frente a este insecto. A los AEs que mostraron actividad insecticida promisoria se les estimaron las concentraciones letales (CL₅₀ y CL₉₀) y se caracterizaron químicamente mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM). Adicionalmente, a algunos de los AEs más activos (CL50 < 3 µL L -1) se les determinó su potencial repelente mediante ensayos conductuales en olfatómetro tipo Y, y se les determinó su efecto fitotóxico sobre la germinación de Lactuca sativa. El estudio reporta por primera vez la toxicidad fumigante de 49 AEs frente a F. occidentalis. Los resultados revelaron que 34 AEs mostraron toxicidad fumigante significativa con valores de CL₅₀ entre 0.91 y 29.96 µL L -1 de aire, todos más activos que el insecticida de referencia (diclorvos, CL₅₀ = 45.05 µL L-1). En particular, los aceites con valores de CL₅₀ inferiores a 3 μL/L fueron clasificados como altamente activos, destacándose especies como Minthostachys mollis (CL₅₀ = 0.91 µL L-1), Satureja viminea (1.29 µL L-1), Tagetes verticillata (1.56 µL L-1), Ruta graveolens (1.73 µL L-1), Anethum graveolens (2.21 µL L -1), Tagetes zypaquirensis (2.60 µL L-1) y P. auritum (2.80 µL L-1). El análisis por CG-EM permitió determinar de manera tentativa la composición química de los AEs bioactivos con porcentajes mayores al 90%, destacándose en los más activos la presencia de monoterpenoides y cetonas alifáticas. Se reporta por primera vez la composición química de los AEs provenientes de P. tenue y T. verticillata. En términos de repelencia, los siete aceites evaluados mostraron porcentajes de repelencia (PR) superiores al 40 %, destacándose P. auritum (59.4 %), T. verticillata (58.2 %) y S. viminea (55.0 %). En cuanto a las pruebas de fitotoxicidad, las semillas de L. sativa exhibieron tasas de germinación mayores a 90% al exponerse a los AEs en un rango de concentraciones de 200 a 0.091 µL L⁻¹, lo cual sugiere un efecto fitotóxico bajo a las concentraciones evaluadas.

La segunda fase consistió en la determinación del potencial insecticida y repelente frente a F. occidentalis de algunos constituyentes químicos presentes en los AEs bioactivos. Para ello, se seleccionaron 36 compuestos representativos de los AEs bioactivos (29 monoterpenoides, 3 fenilpropanoides, 2 sesquiterpenoides y 2 cetonas alifáticas), los cuales fueron obtenidos comercialmente o purificados mediante técnicas cromatográficas. A los compuestos que mostraron actividad insecticida promisoria se les estimaron las concentraciones letales (CL₅₀ y CL₉₀). Adicionalmente, a algunos de los compuestos con menor CL50 (< 3µL L-1) se les determinó su potencial repelente y su efecto fitotóxico de forma similar a los AEs. El estudio reporta por primera vez la toxicidad fumigantes de 32 compuestos frente a F. occidentalis. Los resultados revelaron 18 compuestos con actividad insecticida superior a la del diclorvos. Se resalta la actividad de R-pulegona (CL₅₀=1.41 µL L⁻¹), R-carvona (1.41 µL L⁻¹) y 2-nonanona (1.43 µL L⁻¹). El análisis de estructura-actividad reveló que la presencia de grupos carbonilo α,β-insaturados en monoterpenoides oxigenados se asocia con una mayor toxicidad fumigante. En las pruebas de repelencia, R-pulegona (PR = 82.7 %), R-carvona (74.1 %) y 2-nonanona (61.0 %) mantuvieron altos niveles de eficacia aún a bajas concentraciones (0.01 %). Sin embargo, en los ensayos de fitotoxicidad estos tres compuestos redujeron la germinación de L. sativa a 200 µL L⁻¹, a un 80.3 - 83.3% de la germinación indicando un riesgo fitotóxico más elevado que el observado con los AEs en los que estaban presentes.

En la tercera fase se desarrolló y caracterizó una formulación insecticida granulada con AEs y compuestos de alta acción fumigante contra F. occidentalis. Los gránulos, elaborados con alginato de sodio y almidón de maíz, incluyeron individualmente los 7 AEs más activos de la primera fase y los 3 compuestos más eficaces de la segunda. Se optimizaron concentraciones y tiempos de carga para lograr una liberación controlada superior a siete días, evaluada mediante el método vial en vial. Las cuatro formulaciones más prometedoras fueron caracterizadas por extracción en fase sólida en espacio de cabeza (HS-SPME) y microscopía electrónica de barrido (SEM), y luego evaluadas en condiciones de vivero simulado. Los ensayos iniciales permitieron descartar los gránulos con el AE de R. graveolens, P. auritum, A. graveolens, T. zypaquirensis, T. verticillata y 2nonanona por su rápida pérdida de actividad. En contraste, los formulados con M. mollis, S.viminea, R-carvona y R-pulegona mantuvieron una eficacia insecticida superior al 90 % por más de siete días. El análisis mediante HS-SPME confirmó que a las 24 horas se produjo la desorción de compuestos volátiles, observándose perfiles químicos en general similares a los AEs y compuestos químicos sin granulado. Las variaciones detectadas se asociaron principalmente a diferencias en los porcentajes de área de algunos compuestos. La caracterización por SEM reveló gránulos con superficie lisa, sin grietas ni porosidades notables, y una morfología poliédrica e irregular sin alteraciones estructurales atribuibles a los AEs y compuestos activos incorporados. Bajo condiciones simuladas de vivero, los gránulos lograron tasas de mortalidad superiores a 92% durante 10 días de ensayo. En conjunto, los resultados confirman que varios AEs y compuestos volátiles presentan alto potencial para el control F. occidentalis. La formulación granulada permitió extender su liberación y eficacia, consolidándose como una alternativa promisoria para el desarrollo de bioinsecticidas sostenibles en agricultura. (Texto tomado de la fuente)

Frankliniella occidentalis (Thysanoptera: Thripidae), commonly known as the western flower thrips, is a polyphagous insect with a cosmopolitan distribution that causes significant economic losses in both food and ornamental crops. These insects primarily damage floral organs, leading to foliar injury and deformation. Among the most vulnerable hosts are vegetables such as tomato, lettuce, onion, and eggplant, as well as flowers like roses, chrysanthemums, and pompons. Chemical control is the most widely used method for managing F. occidentalis; however, many of these products pose toxicity risks to humans and ecosystems, promote the emergence of resistant insect populations due to indiscriminate use, and generate residues that exceed maximum limits allowed for international trade. In the search for effective and safe alternatives, essential oils (EOs) have emerged as a promising tool, as they are a source of diverse specialized metabolites, some with insecticidal properties, and exhibit physicochemical characteristics that enable various modes and mechanisms of action. The insecticidal potential of EOs for F. occidentalis control is still poorly studied in the literature, and this study contributes to the characterization of both the insecticidal potential of EOs and some of their chemical constituents against this insect. In the first phase, the insecticidal potential of several EOs against F. occidentalis was determined. The methodology involved evaluating the fumigant activity of 53 EOs. For EOs that exhibited promising insecticidal activity, lethal concentrations (LC₅₀ and LC₉₀) were estimated, and chemical profiles were analyzed using gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS). Additionally, some of the most active EOs (LC₅₀ < 3 µL L⁻¹) were evaluated for repellent potential in Y-tube olfactometer assays, and their phytotoxic effects on Lactuca sativa germination were assessed. This study reports, for the first time, the fumigant toxicity of 49 EOs against F. occidentalis. Results revealed that 34 EOs showed significant fumigant toxicity, with LC₅₀ values ranging from 0.91 to 29.96 µL L⁻¹ of air, all more active than the reference insecticide (dichlorvos, LC₅₀ = 45.05 µL L⁻¹). Particularly, oils with LC₅₀ values below 3 µL L⁻¹ were classified as highly active, including Minthostachys mollis (LC₅₀ = 0.91 µL L⁻¹), Satureja viminea (1.29 µL L⁻¹), Tagetes verticillata (1.56 µL L⁻¹), Ruta graveolens (1.73 µL L⁻¹), Anethum graveolens (2.21 µL L⁻¹), Tagetes zypaquirensis (2.60 µL L⁻¹), and Piper auritum (2.80 µL L⁻¹). GC-MS analysis tentatively identified the chemical composition of the bioactive EOs, with over 90% of components identified. The most active oils were rich in monoterpenoids and aliphatic ketones. The chemical profiles of EOs from Piper tenue, and T. verticillata are reported for the first time. Regarding repellency, all seven EOs tested showed repellency percentages (RP) above 40%, with P. auritum (59.4%), T. verticillata (58.2%), and S. viminea (55.0%) standing out. In phytotoxicity tests, L. sativa seeds showed germination rates above 90 % when exposed to EO concentrations ranging from 200 to 0.091 µL L⁻¹, suggesting low phytotoxicity at the evaluated doses.

The second phase aimed to determine the insecticidal and repellent potential of some chemical constituents found in the bioactive EOs. A total of 36 representative compounds were selected (29 monoterpenoids, 3 phenylpropanoids, 2 sesquiterpenoids, and 2 aliphatic ketones), either purchased commercially or purified by chromatographic techniques. Lethal concentrations (LC₅₀ and LC₉₀) were estimated for compounds showing promising insecticidal activity. Additionally, for those with LC₅₀ values below 3 µL L⁻¹, repellent potential and phytotoxicity were evaluated similarly to the EOs. This study reports, for the first time, the fumigant toxicity of 32 compounds against F. occidentalis. Eighteen compounds showed higher insecticidal activity than dichlorvos. Notably, R-pulegone (LC₅₀ = 1.41 µL L⁻¹), R-carvone (1.41 µL L⁻¹), and 2-nonanone (1.43 µL L⁻¹) stood out. Structure–activity relationship analysis revealed that the presence of α,β-unsaturated carbonyl groups in oxygenated monoterpenoids is associated with higher fumigant toxicity. In repellency assays, R-pulegone (RP = 82.7%), R-carvone (74.1%), and 2-nonanone (61.0%) remained effective even at low concentrations (0.01%). However, in phytotoxicity tests, these three compounds reduced L. sativa germination to 80.3-83.3% at 200 µL L⁻¹, indicating a higher phytotoxic risk than the EOs in which they were present.

In the third phase, a granular insecticidal formulation was developed and characterized using EOs and compounds with strong fumigant action against F. occidentalis. The granules, made of sodium alginate and corn starch, individually incorporated the 7 most active EOs from phase one and the 3 most effective compounds from phase two. Concentrations and loading times were optimized to achieve controlled release for more than seven days, as evaluated using the vial-in-vial method. The four most promising formulations were characterized by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and scanning electron microscopy (SEM), and then assessed under simulated greenhouse conditions. Initial assays allowed the exclusion of granules containing R. graveolens, P. auritum, A. graveolens, T. zypaquirensis, T. verticillata, and 2-nonanone due to rapid activity loss. In contrast, granules with M. mollis, S. viminea, R-carvone, and R-pulegone maintained insecticidal efficacy above 90% for more than seven days. HS-SPME analysis confirmed desorption of volatile compounds at 24 hours, with chemical profiles generally similar to those of the original EOs and individual compounds. Detected variations were mainly associated with differences in peak area percentages of specific compounds. SEM characterization revealed granules with smooth surfaces, no cracks or visible pores, and irregular polyhedral morphology without structural alterations attributable to the incorporated EOs and active compounds. Under simulated nursery conditions, granules achieved mortality rates above 92% over 10 days. Altogether, the results confirm that several EOs and volatile compounds possess high potential against F. occidentalis. The granular formulation extended their release and efficacy, emerging as a promising alternative for developing sustainable bioinsecticides in agriculture.