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GC-MS phytochemical profiling, toxicity assessment, and bioinsecticide potential of the leaf extracts from three medicinal plants of Puerto Rican folklore
Vázquez Torres, Mike
Vázquez Torres, Mike
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Abstract
Medicinal plants are known to synthesize biologically active secondary metabolites that can be derived as natural product formulations for many applications, depending on their biological activities. Botanical insecticides are emerging as a promising solution for crop protection since they minimize concerns related to environmental pollution and insect resistance due to their natural origin. Leaf extracts from the folkloric medicinal plants Mammea americana L. (Calophyllaceae), Genipa americana L. (Rubiaceae), and Pluchea carolinensis (Jacq.) Don (Asteraceae) were obtained through micro-Soxhlet Extraction and subjected to Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) analysis to identify their phytochemical composition. Phytocompounds with antibacterial, anti-inflammatory, anticancer, antioxidant, cytotoxic and insecticidal-related activities, including other pharmacological properties, were identified in these extracts. GC-MS profiling revealed that M. americana leaf extracts were mainly composed of sesquiterpenes, carboxylic acids, coumarins, and others, those of G. americana by carboxylic acids, esters, steroids, and others, while those of P. carolinensis were principally constituted by sesquiterpenes, sesquiterpenoids, triterpenoids, among other phytochemicals. Toxicity assessment through brine shrimp lethality tests proved the potential pesticidal activity of M. americana leaf extracts, which resulted highly toxic to Artemia salina. The dichloromethane extract (MAD) had the lowest LC50 value (8.39 μg/mL), followed by the methanol extract (MAM, 11.66 μg/mL) and the chloroform extract (MAC, 12.67 μg/mL). Two of the three leaf extracts of G. americana resulted toxic to A. salina with the chloroform extract being the most toxic (GAC, 92.85 μg/mL) followed by the dichloromethane extract (GAD, 485.46 μg/mL), while only the chloroform extract of P. carolinensis (PCC, 375.29 μg/mL) resulted toxic. Contact toxicity bioassays against the striped mealybugs Ferrisia sp. (Hemiptera: Pseudococcidae) demonstrated that the highest insecticidal efficacy was for M. americana methanolic extract (LC50 = 5.90 mg/mL after 48 h), which was followed by G. americana chloroform extract (LC50 = 7.89 mg/mL after 24 h) and by M. americana dichloromethane extract (LC50 = 9.86 mg/mL after 24 h), against these insects of highly negative economic impact on agriculture. This is the first study that evaluates the insecticidal activity of leaf extracts from these three medicinal plants against the striped mealybugs, providing valuable insights into using plant-derived natural products in pest control.
Se conoce que las plantas medicinales sintetizan metabolitos secundarios biológicamente activos que pueden derivarse en formulaciones como productos naturales para diversas aplicaciones, dependiendo de sus actividades biológicas. Los insecticidas botánicos se perfilan como una solución prometedora para la protección de cultivos, ya que minimizan las preocupaciones relacionadas con la contaminación ambiental y la resistencia de los insectos debido a su origen natural. Los extractos de hojas de las plantas medicinales folclóricas Mammea americana L. (Calophyllaceae), Genipa americana L. (Rubiaceae) y Pluchea carolinensis (Jacq.) Don (Asteraceae) se obtuvieron mediante extracción micro-Soxhlet y se sometieron a análisis por CromatografÃa de Gases-EspectrometrÃa de Masas (GC-MS) para identificar su composición fitoquÃmica. En estos extractos se identificaron fitocompuestos con actividad antibacteriana, antiinflamatoria, anticancerÃgena, antioxidante, citotóxica e insecticida, incluyendo otras propiedades farmacológicas. El perfil GC-MS reveló que los extractos de hojas de M. americana estaban compuestos principalmente de sesquiterpenos, ácidos carboxÃlicos, cumarinas y otros, los de G. americana por ácidos carboxÃlicos, ésteres, esteroides y otros, mientras que los de P. carolinensis estaban constituidos por sesquiterpenos, sesquiterpenoides, triterpenoides, entre otros fitoquÃmicos. La evaluación de toxicidad mediante pruebas de letalidad en artemia demostró la posible actividad pesticida de los extractos de hojas de M. americana, que resultaron altamente tóxicos para Artemia salina. El extracto de diclorometano (MAD) tuvo el valor CL50 más bajo (8.39 μg/mL), seguido del extracto de metanol (MAM, 11.66 μg/mL) y el extracto de cloroformo (MAC, 12.67 μg/mL). Dos de los tres extractos de hojas de G. americana resultaron tóxicos para A. salina, siendo el extracto de cloroformo el más tóxico (GAC, 92.85 μg/mL), seguido del extracto de diclorometano (GAD, 485.46 μg/mL), mientras que solo el extracto de cloroformo de P. carolinensis (PCC, 375.29 μg/mL) resultó tóxico. Los bioensayos de toxicidad por contacto contra las cochinillas rayadas Ferrisia sp. (Hemiptera: Pseudococcidae) demostraron que la mayor eficacia insecticida fue para el extracto metanólico de M. americana (CL50 = 5.90 mg/mL tras 48 h), seguido del extracto clorofórmico de G. americana (CL50 = 7.89 mg/mL tras 24 h) y del extracto diclorometánico de M. americana (CL50 = 9.86 mg/mL tras 24 h), contra estos insectos de gran impacto económico en la agricultura. Este es el primer estudio que evalúa la actividad insecticida de los extractos de hojas de estas tres plantas medicinales contra las cochinillas rayadas, aportando información valiosa sobre el uso de productos naturales de origen vegetal en el control de plagas.
Se conoce que las plantas medicinales sintetizan metabolitos secundarios biológicamente activos que pueden derivarse en formulaciones como productos naturales para diversas aplicaciones, dependiendo de sus actividades biológicas. Los insecticidas botánicos se perfilan como una solución prometedora para la protección de cultivos, ya que minimizan las preocupaciones relacionadas con la contaminación ambiental y la resistencia de los insectos debido a su origen natural. Los extractos de hojas de las plantas medicinales folclóricas Mammea americana L. (Calophyllaceae), Genipa americana L. (Rubiaceae) y Pluchea carolinensis (Jacq.) Don (Asteraceae) se obtuvieron mediante extracción micro-Soxhlet y se sometieron a análisis por CromatografÃa de Gases-EspectrometrÃa de Masas (GC-MS) para identificar su composición fitoquÃmica. En estos extractos se identificaron fitocompuestos con actividad antibacteriana, antiinflamatoria, anticancerÃgena, antioxidante, citotóxica e insecticida, incluyendo otras propiedades farmacológicas. El perfil GC-MS reveló que los extractos de hojas de M. americana estaban compuestos principalmente de sesquiterpenos, ácidos carboxÃlicos, cumarinas y otros, los de G. americana por ácidos carboxÃlicos, ésteres, esteroides y otros, mientras que los de P. carolinensis estaban constituidos por sesquiterpenos, sesquiterpenoides, triterpenoides, entre otros fitoquÃmicos. La evaluación de toxicidad mediante pruebas de letalidad en artemia demostró la posible actividad pesticida de los extractos de hojas de M. americana, que resultaron altamente tóxicos para Artemia salina. El extracto de diclorometano (MAD) tuvo el valor CL50 más bajo (8.39 μg/mL), seguido del extracto de metanol (MAM, 11.66 μg/mL) y el extracto de cloroformo (MAC, 12.67 μg/mL). Dos de los tres extractos de hojas de G. americana resultaron tóxicos para A. salina, siendo el extracto de cloroformo el más tóxico (GAC, 92.85 μg/mL), seguido del extracto de diclorometano (GAD, 485.46 μg/mL), mientras que solo el extracto de cloroformo de P. carolinensis (PCC, 375.29 μg/mL) resultó tóxico. Los bioensayos de toxicidad por contacto contra las cochinillas rayadas Ferrisia sp. (Hemiptera: Pseudococcidae) demostraron que la mayor eficacia insecticida fue para el extracto metanólico de M. americana (CL50 = 5.90 mg/mL tras 48 h), seguido del extracto clorofórmico de G. americana (CL50 = 7.89 mg/mL tras 24 h) y del extracto diclorometánico de M. americana (CL50 = 9.86 mg/mL tras 24 h), contra estos insectos de gran impacto económico en la agricultura. Este es el primer estudio que evalúa la actividad insecticida de los extractos de hojas de estas tres plantas medicinales contra las cochinillas rayadas, aportando información valiosa sobre el uso de productos naturales de origen vegetal en el control de plagas.
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Date
2025-05-14
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Phytochemistry, Bioactivity, Mealybugs, Natural products, Pest control