Bol. San. Veg. Plagas, 24: 143-154, 1998

Repelencia, inhibición del crecimiento y toxicidadde extractos vegetales en larvas de Tribolium castaneum Herbst.(Coleóptera: Tenebrionidae)

M. J. PASCUAL-VILLALOBOS

Se ha estudiado la actividad anti-insectos, en ensayos de laboratorio, de extractosvegetales obtenidos a partir de especies de las familias Solanaceae y Compositae (gé-nero Calendula), utilizando la plaga de almacén Tribolium castaneum (Coleóptera: Te-nebrionidae).

Hojas, tallos, flores y frutos de C. officinalis produjeron repelencia en larvas, al sermezclados sus extractos en la dieta (dosis de 0,05%), si bien se apreciaron variacionesen función de la procedencia del material vegetal. El mayor índice de repelencia fue elde C. arvensis.

La incorporación de extractos de solanáceas a la dieta (dosis de 0,25%) ocasionóuna mortalidad superior al 50% en Whitania somnifera, Solanum dulcamara y Nicotia-na tabacum, siendo superior al 70% en Nicotiana rustica. Por otra parte, los extractosmetanólicos de Solanum aviculare inhibieron el crecimiento de las larvas del insecto.

La aplicación tópica de extractos (3 ug/larva) fue tóxica al utilizar extractos meta-nólicos de hojas de H. albus, N. rustica, S. nigrum y frutos de W. somnifera. Además,los extractos apolares de partes aéreas de otras especies, estre ellas Lycopersicum peru-vianum, fueron tóxicos por contacto para larvas.

Se discute sobre los compuestos que podrían ser responsables de las actividades ob-tenidas, asi como otras propiedades medicinales y tóxicas de las especies vegetales es-tudiadas. Finalmente, se indican algunas acciones a emprender en la investigación deinsecticidas de origen vegetal.

M. J. PASCUAL-VILLALOBOS: Consejería de Medio Ambiente, Agricultura y Agua,CIDA, Estación Sericícola, 30150 La Alberca, Murcia.

Palabras clave: Compositae, Solanaceae, Calendula, Hyosciamus, Lycopersicum,Nicotiana, Solanum, Whitania, Tribolium castaneum, extractos vegetales, actividadanti-insectos

INTRODUCCIÓN

La interacción de los insectos con lasplantas ha dado lugar a una enorme variedadde metabolitos secundarios con actividad in-secticida y estas propiedades han sido utili-zadas por el hombre desde tiempos remotospara el control de plagas (YANG y CHANG,1988).

En los últimos años, las empresas de fito-sanitarios están prestando atención a pro-ductos de origen natural como fuente para el

desarrollo de nuevos insecticidas (ADDOR,

1995), si bien la diversidad en estructurasquímicas asi como en el modo de acciónhacen este campo muy complejo.

Según JERMY (1990) unas 2.000 espe-cies vegetales poseen propiedades insecti-cidas, a lo que habría que añadir otras mu-chas que permanecen todavía por ser estu-diadas.

Las compuestas y las solanáceas son fa-milias botánicas que tienen gran diversidadquímica, lo que les confiere una ventaja

adaptativa a distintos habitats. Ambas inclu-yen importantes cultivos alimentarios perotambién especies insecticidas conocidas yutilizadas desde antiguo como el tabaco (Ni-cotiana tabacum) y el piretro (Tanacetumcinerariifolium).

El género Calendula ha sido estudiadopor sus propiedades medicinales (DERKACK,1987), siendo menos frecuentes las publica-ciones sobre otras actividades. En las hojasde las compuestas, se han determinado laslactonas del tipo sesquiterpeno (ABDALLA,1988). Los alcaloides, por otra parte, sonmetabolitos secundarios propios de las sola-náceas.

En este trabajo, se presentan los resulta-dos de actividad insecticida de un grupo deextractos vegetales. Para las compuestas seha evaluado la repelencia y para las solaná-ceas, la inhibición del crecimiento y la toxi-cidad en larvas de Tribolium castaneum quees una importante plaga de los productos al-macenados.

MATERIAL Y MÉTODOS

Material vegetal

En el cuadro 1, se recopila el listado delas especies estudiadas. El grupo incluye va-rias especies y procedencias de caléndulas yalgunos géneros de solanáceas tales como:Hyosciamus, Lycopersicum, Nicotiana, So-lanum y Whitania (figura 1).

Todas las especies fueron obtenidas a par-tir de muestras de semillas de bancos de ger-moplasma que posteriormente se multiplica-ron en el campo (figura 1) en la Finca «Esta-ción Sericícola» perteneciente al Centro deInvestigación y Desarrollo Agroalimentario(La Alberca, Murcia) durante 1993-1994.

Las partes de las plantas correspondientes(cuadro 1) se recogieron para ser congeladasy liofilizadas. El material asi obtenido se tri-turó, con un molinillo de café, hasta un ta-maño de partícula de 1 mm y se almacenó a5 °C hasta su extracción.

Cuadro 1.-Material vegetal

FamiliaEspecie

Compositae

Calendula arvensisCalendula officinalisCalendula officinalisCalendula officinalisCalendula officinalisCalendula officinalisCalendula officinalisCalendula officinalisCalendula suffruticosa

Solanaceae

Hyosciamus albusLycopersicum peruvianumNicotiana rusticaNicotiana tabacumSolanum aviculareSolanum dulcamaraSolanum dulcamaraSolanum nigrumWhitania somnifera

Banco de germoplasma de origeny número de identificación

USDAPI531287USDA PI545692Universidad GõttingenMarburg Bot. Garden 1218-01Tubingen Bot. Garden 250Bonn Bot. GardenStockholm Bot. GardenCIDA, MurciaUSDA PI348986

ETSIA, MadridUSDA PI379015USDA PI555554USDA PI552660USDAPI250921ETSIA, MadridRBG Kew, 39084RBG Kew, 78210RBG Kew, 29245

Partes de las plantasevaluadas

hojas, flores y frutoshojas, tallos, flores y frutoshojas, flores y frutosfloreshojas, flores y frutoshojas, flores y frutoshojas, flores y frutoshojas y floreshojas y flores

hojasparte aéreamezcla de hojas y talloshojasparte aérea, hojas y frutos verdesparte aéreaparte aéreamezcla hojas y tallos, frutos verdesparte aérea, hojas, frutos verdes

Preparación de extractos

Cada muestra (1 g) de material vegetalliofilizado y triturado fue extraída secuen-cialmente con disolventes orgánicos (10 mi)de polaridad creciente a temperatura am-biente (20 °C): 48h con hexano, 24h conacetona y 48h con metanol al 50%. Todoslos extractos obtenidos se almacenaron a5 °C hasta el momento de su utilización.

Insectos

Las larvas de las edades requeridas deT. castaneum se obtuvieron a partir de críassincronizadas mantenidas sobre dieta artifi-cial, con harina blanca de trigo y levadurade cerveza al 5%, a una temperatura cons-tante de 30 °C y oscuridad, en un incubador.

Bioensayos

Repelencia

Los extractos acetónicos de las especies deCalendula se mezclaron con la dieta del in-secto a dosis de 0,05%. Se planteó un ensayode elección, con 5 repeticiones, en donde seofrecía dieta tratada y sin tratar a 10 larvas,de T. castaneum de 25 días, soltadas en elcentro de una placa petri de plástico (90 mmde diámetro). Transcurridas 24 h se anotabael n.° de larvas distribuidas en cada montónde dieta ofrecida. El índice de repelencia secalculó como I.R. = (C - T)/(C + T) x 100siendo C = n.° de larvas en la dieta control yT = n.° de larvas en la dieta tratada.

Inhibición del crecimiento

Los extractos de las especies de solanáce-as se mezclaron con la dieta del insecto adosis de 0,25%. Los extractos disueltos seaplicaron inicialmente a una pequeña canti-dad de celulosa en polvo, para permitir laevaporación del disolvente, y después se

mezclaron en la cantidad adecuada de dieta.El control contenía exclusivamente dieta ycelulosa al 10%. La unidad experimental eraun pequeño vial de vidrio de 4 mi con 100mg de dieta correspondiente en donde seañadía una larva joven (10 días) de T. casta-neum. Transcurridos 10 días, se anotaba lalongitud de cada larva (con ayuda de unalupa binocular), asi como la mortalidad pro-ducida en cada tratamiento, para su compa-ración con el control.

Toxicidad por aplicación tópica

A larvas de 25 días de T. casteneum, colo-cadas individualmente en el interior detubos de ensayo sin tapar, se les aplicó tópi-camente 3 (ig/insecto de cada extracto (obte-nido de las especies de solanáceas) utilizan-do una micropipeta, en series de 10 repeti-ciones. Se incluyeron controles con la apli-cación de los mismos volúmenes pero sólode disolvente. Transcurridas 72 h se anotó lamortalidad obtenida.

Métodos estadísticos

Para el ensayo de repelencia, además delcálculo del índice mencionado, se estimó elgrado de actividad en función del n.° de re-peticiones en las que se obtenían resultadospositivos (0-40-70-100%).

Para cuantificar la inhibición del creci-miento, se compararon los valores obtenidos(para los tratamientos y el control) de la lon-gitud (mm) de las larvas utilizando el test noparamétrico U de Mann-Whitney. La morta-lidad se expresó como porcentaje.

RESULTADOS

Bioensayo de repelencia

En el cuadro 2 se resumen los resultadosobtenidos con los extractos de hojas, tallos,flores y frutos de caléndulas.

I

AFig. 1.-Especies vegetales:

a) Calendula officinalis e) Hojas de Solanum aviculareb) Calendula suffruticosa f) Frutos de 5. avicularec) Hyosciamus albus g) Solanum nigrumá) Nicotiana rustica h) Whitania somnifera

El índice de repelencia para larvas presentavalores altos en el caso de las hojas y flores deC. arvensis, los tallos de C. officinalis(USDA), las hojas y frutos de C. officinalis(Tüb) y los frutos de C. officinalis (Stoc), apre-ciándose por tanto diferencias en los resultadossegún la procedencia del material vegetal.

Además de los casos ya mencionados yaunque el valor del índice no fuera alto, seobtuvo un grado importante de actividad (enmás del 70% de las repeticiones las larvastendían a ser repelidas de la dieta tratada)

para las hojas de C. officinalis (Tüb), lasflores de C. officinalis (Bonn) y las hojas yflores de C. officinalis (CIDA).

Bioensayo de inhibición del crecimiento

La incorporación de extractos vegetales ala dieta de larvas a dosis de 0,25% produjomortalidad sólo en algunos casos puntuales(cuadro 3). Los extractos polares de N. rus-tica inducen un 70% de mortalidad en corn-

Cuadro 2.-Repelencia en larvas (edad = 25 días) de 7. castaneum al incorporar a la dietaextractos acetónicos de caléndulas a dosis de 0,05%

Especie (1)

C. arvensis

C. officinalis USDA

C. officinalis (Got)

C. officinalis (Mar)

C. officinalis (Tüb)

C. officinalis (Bonn)

C. officinalis (Stoc)

C. officinalis (CID A)

C. suffruticosa

(1) Ver cuadro 1.(2) índice de repelencia I.R. = (C - T)/(C + T) x 100

C = n.° larvas en el control; T = n.° larvas en el tratamiento.(3) Grado de actividad: - ninguna; + actividad en el 0-40% de las repeticiones; ++ actividad en el 40-70% de las re-

peticiones; +++ actividad en el 70-100% de las repeticiones; ++++ actividad en el 100% de las repeticiones.

paración al 40-60% de N. tabacum. La pro-cedencia de ETSIA de S. dulcamara tienemayor actividad insecticida que la de Kew.Extractos apoiares de W. somnifera danlugar a una mortalidad superior al control.

Con respecto al crecimiento de las larvassupervivientes (cuadro 3), el test U indica quehay una inhibición significativa del mismopara los extractos metanólicos de hojas de S.aviculare (P < 0,001) y de las partes aéreas de5. dulcamara de Kew (P < 0,05).

Sin embargo, en otros casos, hubo unaclara tendencia (no significativa) inhibitoriadel crecimiento como en los extractos meta-nólicos de L. peruvianum, S. dulcamara deKew y W. somnifera y en los extractos dehexano de S. aviculare.

En algunos casos, la incorporación de ex-tractos a la dieta produjo un aumento de lalongitud de larvas, por ejemplo con los ex-tractos apoiares de N. rustica, N. tabacum,L. peruvianum y H. albus.

BOL. SAN. VEG. PLAGAS, 24,1998 149

Cuadro 3.-Inhibición del crecimiento de larvas (edad = 10 días) de T. castaneum al incorporara la dieta extractos vegetales de solanáceas a dosis de 0,25%

Especie (1)

H. albus

L. peruvianum

N. rustica

N. tabacum

S. aviculare

S. aviculare

S. aviculare

S. dulcamara (ETSIA)

5. dulcamara (Kew)

5. nigrum

S. nigrum

W. somnifera

W. somnifera

W. somnifera

Partede la planta

hojas

parte aérea

tallos y hojas

hojas

parte aérea

hojas

frutos verdes

parte aérea

parte aérea

tallos y hojas

frutos verdes

parte aérea

hojas

frutos verdes

(1) Ver cuadro 1.(2) Extractos obtenidos secuencialmente con hexano = H, acetona = A y metanol al 50% = M.(3) Valores medios después de 10 días, T = tratamiento y C = control.(4) Test no paramétrico U de Mann-Whitney (si n < 5 U se omite): ns 0,05 < p, * 0,01 < p < 0,05, ** 0,001 < p < 0,01

y***p<0,001.

Bioensayo de toxicidad por aplicacióntópica

La toxicidad por contacto en larvas se ma-nifestó para la mayoría de las especies vegeta-les estudiadas (cuadro 4). En particular, paralos extractos metanólicos de hojas deH. albus, N. rustica, S. nigrum y de frutos deW. somnifera, con más del 60% de mortalidadsi se aplican 3 |ig/insecto. En segundo lugar,los extractos menos polares de partes aéreasde L. peruvianum, N. tabacum, S. dulcamara,S. nigrum y W. somnifera y frutos de 5. avicu-lare y S. nigrum dan lugar al menos al 50%de mortalidad para las dosis aplicadas.

DISCUSIÓN

Según RIVERA y OBÓN DE CASTRO

(1991), las especies de caléndula (figura 1: ay b) y en particular C. officinalis, tienen im-portantes usos: tisanas medicinales a partirde flores, cosméticos del aceite de semilla,colorantes, ornamentales etc. HARBORNE yBAXTER (1997) indican que C. arvensiscontiene en sus partes aéreas una saponina(arvenosida) que es antiinflamatoria.

Sería interesante, por su aplicación prácti-ca, que estas especies pudieran ser utilizadascomo repelentes de insectos. Nuestros resul-tados no permiten todavía esta afirmación,habría que comprobar ésta y otros tipos deactividades con otras plagas agrícolas. Lascalendulas tendrían la ventaja añadida de noser especialmente tóxicas para el hombre.

Las plantas pertenecientes a la familia So-lanaceae se caracterizan por poseer alcaloi-des, una de las toxinas vegetales más conoci-das. Desde antiguo se conoce que la nicotinapresente en hojas de N. tabacum es un insec-ticida, si bien no se ha considerado la posibi-lidad de utilizar otras especies de Nicotianacon este fin. A este respecto SCHMELTZ(1971) indicaba que los alcaloides propiosdel tabaco son la nicotina, la nornicotina y laanabasina pero que el tabaco silvestre (N.rustica) contiene mayor cantidad de nicotinaque el tabaco (N. tabacum) y que podría cul-

tivarse para la extracción de preparados in-secticidas. De hecho en nuestros resultados,se ha obtenido una mayor actividad para N.rustica en comparación a N. tabacum tantopor contacto como por inhibición del creci-miento. Por otra parte, la anabasina se en-cuentra en mayor cantidad en el árbol del ta-baco (Nicotiana glauca) que en el propio ta-baco, si bien hay otras fuentes más importan-tes de este alcaloide como es el caso de Ana-basis aphylla (Chenopodiaceae). El modo deacción de la nicotina es por contacto, causan-do convulsiones y muerte del insecto, la prin-cipal limitación como insecticida es su toxi-cidad para el hombre.

Popularmente es conocido que los frutosde S. nigrum son más venenosos que los de5. dulcamara para el hombre. GRAINGE yAHMED (1988) apuntan que estas especies yS.aviculare tienen propiedades plaguicidas,atribuidas a diversos alcaloides esteroideoscomo la solasodina, solasonina, solanina ysolanidina. MORGAN y MANDAVA (1990)indican que los alcaloides de solanáceas sontambién deterrentes de la alimentación deinsectos lo que puede explicar algunos delos resultados que nosotros hemos obtenido.

Según HARBORNE y BAXTER (1997),W. somnifera contiene witaferina y witanó-lidos con actividad antitumoral si bien tantoesta especie como H. albus poseen ademáspropiedades narcótico-sedativas. Ambas hanmostrado actividad en los experimentosplanteados en nuestro trabajo.

Las solanáceas son una fuente rica de me-tabolitos secundarios, principalmente alca-loides, con propiedades insecticidas quepueden ser usados de diversas maneras en laprotección vegetal. Una opción es el cultivode estas especies para la obtención de prepa-rados insecticidas para agricultura ecológi-ca. Otra, es la utilización de estas propieda-des en mejora genética para la obtención devariedades de especies cultivadas (Solanum,Lycopersicum, Capsicum, Nicotiana etc.)con mayores contenidos en estos compues-tos y que resulten más resistentes a plagas,reduciéndose las aplicaciones de insectici-das químicos al cultivo.

Cuadro 4-Toxicidad en larvas (edad = 25 días) de T. castaneum por aplicación tópicade extractos vegetales de solanáceas a dosis de 3 ¿ig/insecto

(1) Ver cuadro 1.(2) Extractos obtenidos secuencialmente con hexano = H, acetona = A y metanol al 50% = M.(3) T = tratamiento y C = control.

H. albus

L. peruvianum

N. rustica

N. tabacum

S. aviculare

S. aviculare

S. aviculare

S. dulcamara (ETSIA)

S. dulcamara (Kew)

S. nigrum

S. nigrum

W. somnifera

W. somnifera

W. somnifera

La investigación de insecticidas de origenvegetal puede ser abordada desde diversosfrentes: 1) profundizar en los compuestos ac-tivos responsables de la actividad en los ex-tractos crudos, 2) estudiar el modo de accióny los efectos sinérgicos de mezclas, 3) especi-ficidad en el control de plagas diversas, 4) es-tudios toxicológicos etc. y en general otras ac-tividades encaminadas a incrementar el rangode productos actualmente disponibles para laprotección fitosanitaria en los sistemas deproducción agrícola integrada y ecológica.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo forma parte del proyecto deinvestigación SC94-039 financiado por elInstituto Nacional de Investigación y Tecno-logía Agraria y Alimentaria. Agradecemos alos bancos de germoplasma del USDA (Es-tados Unidos), RBG Kew (Reino Unido),ETSIA Madrid (España) y a otros jardinesbotánicos la fuente de material vegetal. Enla realización de los ensayos apreciamos laayuda de N. Alburquerque y M. Martínez.

ABSTRACT

PASCUAL-VILLALOBOS, M. J., 1998: Repellency, growth inhibition and toxicity inTribolium castaneum Herbst. (Coleóptera: Tenebrionidae) larvae caused by plant ex-tracts. Bol. San. Veg. Plagas, 24(1): 143-154.

Anti-insect activity of plant extracts from the families Solanaceae and Compositae(genus Calendula) were studied in laboratory bioassays using larvae of the stored pro-duct pest Tribolium castaneum (Coleóptera: Tenebrionidae).

Leaves, stems, flowers and fruits of C. officinalis induced larvae repellency whenthe extracts were mixed in the diet at doses of 0,05% but variations were obtained de-pending on accessions. Repellent index had the highest value for C. arvensis.

When Solanaceae extracts were mixed with the diet at doses of 0,25%, larvae mor-tality was over 50% for Whitania somnifera, Solanum dulcamara and Nicotiana taba-cum and over 70% for Nicotiana rustica. Besides, methanolic extracts of Solanum avi-culare inhibited the growth of larvae.

Contact toxicity by topical application (3 ug/insect) of methanolic extracts of leavesof H. albus, N. rustica, S. nigrum and of fruits of W. somnifera was produced. Althoughin some cases, the application of non polar extracts of aerial parts of other species likeLycopersicum peruvianum gave positive result.

A reference to the possible active compounds and other medicinal and toxic proper-ties of the plant species studied is included. Finally, accions to undertake the researchon botanical insecticides are discussed.

Key words: Compositae, Solanaceae, Calendula, Hyosciamus, Lycopersicum, Ni-cotiana, Solanum, Whitania, Tribolium castaneum, plant extracts, anti-insect activity.

REFERENCIAS

ABDALLA, E. F., 1988: Antifeedant activity of ses-quiterpene lactones and their effects on con-sumption and utilization of food on Spodopteralittoralis (Boisd.) larvae. Bulletin of the Entomo-logical Society of Egypt, Economic Series, 15,245-252.

ADDOR, R. W., 1995: Insecticides. En: C.R.A. Go-frey (ed): Agrochemicals from natural products.Marcel Dekker, Inc., Nueva York, Estados Uni-dos, pp. 1-63.

DERKACH, A. I.; KOMISSARENKO, N. F. y CHERNOBAI,V. T., 1987: Coumarins of the inflorescences of Ca-lendula officinalis and Helichrysum arenarium.Chemistry of natural compounds, 22(6), 722-723.

GRAINGE, M. y AHMED, S., 1988: Handbook of Plantswith Pest Control Properties. John Wiley and Sons,Nueva York, Estados Unidos. 469 p.

HARBORNE, J. B. y BAXTER, H., 1997: Dictionary ofplant toxins. John Wiley and Sons. West Sussex,Reino Unido. 523 p.

JERMY, T., 1990: Prospects of antifeedant approach topest control. A critical review. Journal of ChemicalEcology, 16(11), 3151-3166.

MORGAN, E. D. y MANDAVA, N. B., 1990: CRC Handbookof Natural Pesticides. Volume VI. Insect Attractants andRepellents. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida, Esta-dos Unidos. 249 p.

RIVERA, D. y OBON DE CASTRO, C , 1991: La guía deincafo de las plantas útiles y venenosas de la penín-sula ibérica y baleares. Incafo, Madrid.

SCHMELTZ, I., 1971: Nicotine and other tobacco alka-loids. En: M. Jacobson y D. G. Crosby (eds): Natu-rally occurring insecticides. Marcel Dekker, Inc.,Nueva York, Estados Unidos, pp. 99-136.

YANG, R. Z. y CHANG, C. S., 1988: Plants used for pestcontrol in China: a literature review. Economic Bo-tany, 42(3), 376-406.

(Recepción: 15 diciembre 1997)(Aceptación: 7 enero 1998)