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Sistema de Información Científica
Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 30 (Número especial sobre ambiente y genética) 67-73
ACTIVIDAD INSECTICIDA DE EXTRACTOS ETANÓLICOS FOLIARES DE NUEVE
PIPERÁCEAS (
Piper
spp.) EN
Drosophila melanogaster
Óscar CARMONA-HERNÁNDEZ
1
, María del Socorro FERNÁNDEZ
2
, Beatriz PALMEROS-SÁNCHEZ
2
y José Armando LOZADA GARCÍA
2
*
1
Licenciatura en Biología, Facultad de Biología Xalapa, Universidad Veracruzana, Circuito Universitario
Gonzalo Aguirre Beltrán s/n, Col. Zona Universitaria C. P. 91000, Xalapa, Veracruz, México
2
Laboratorio de Toxicología, Facultad de Biología Xalapa, Universidad Veracruzana, Circuito Universitario
Gonzalo Aguirre Beltrán s/n, Col. Zona Universitaria C. P. 91000, Xalapa, Veracruz, México
* Autor de correspondencia: jalozadamx@yahoo.com.mx
(Recibido noviembre 2013; aceptado abril 2014)
Palabras clave: bioinsecticidas, toxicidad, CL
50
, bioensayos
RESUMEN
Actualmente, el uso indiscriminado de los plaguicidas sintéticos ha generado problemas
graves en el ambiente, por lo que es necesario investigar y desarrollar alternativas nue-
vas para el control de las plagas. Las plantas son una fuente importante de compuestos
nuevos que por su actividad biológica puedan sustituir los plaguicidas de origen sin-
tético. La toxicidad asociada a los extractos de varias especies del género
Piper
se ha
relacionado con una actividad insecticida alta. La naturaleza química de los compuestos
con actividad biológica presente en los extractos vegetales se determina mediante un
análisis ftoquímico preliminar, el cual se complementa demostrando su eFectividad
en varios modelos biológicos. En este trabajo se evaluó la actividad insecticida de los
extractos etanólicos foliares de 9 especies de
Piper
colectadas en la región central del
estado de Veracruz. Las muestras de hojas se extrajeron en Soxhlet hasta agotamiento
y los extractos obtenidos se concentraron en rotavapor a presión reducida. La concen-
tración letal media (CL
50
) se determinó en adultos de
Drosophila melanogaster
cepa
Canton S mediante el ensayo de discos de contacto. El análisis ftoquímico preliminar
determinó la presencia de alcaloides, ±avonoides, terpenos y/o esteroles en las nueve
especies, mientras que las cumarinas solo se encontraron en
P. hispidum
,
P. umbella-
tum
,
P. nudum
y
P. psilorhachis
; no se detectó la presencia de saponinas en ninguna
de las especies estudiadas. Todos los extractos tuvieron actividad insecticida contra
D. melanogaster
.
P. amalago
presentó la actividad más alta (CL
50
de 27.95 mg/mL)
seguida de
P. umbellatum
(34.54),
P. aduncum
(54.20),
P. nudum
(176.77),
P. diandrum
(261.72),
P. psilorhachis
(625.6),
P. hispidum
(761.98) y
P. sanctum
(4704.93). Las
especies con mayor potencial para utilizar sus extractos como bioinsecticidas son:
P.
amalago, P. aduncum
y
P. umbellatum
ya que son tóxicas en concentraciones bajas.
Key words: bioinsecticides, toxicity, LC
50
, bioassays
ABSTRACT
Currently, indiscriminate use of synthetic pesticides has caused serious problems in
the environment, so it is necessary to research and develop new alternatives for the
O. Carmona-Hernández
et al.
68
control of pests. Plants, for its biological activity, are an important source of new
compounds that can replace synthetic pesticides. The toxicity associated with extracts
from various species of the genus Piper has been associated with a high insecticidal
activity. The chemical nature of the compounds with biological activity present in the
plant extracts is carried out through a preliminary phytochemical characterization,
which complemented demonstrating their effectiveness in various biological models.
In this work it’s evaluated the insecticidal activity of the ethanol extracts leaf of 9 Piper
species collected in the central region of the State of Veracruz. Leaf samples were
extracted in Soxhlet until exhaustion and the obtained extracts were concentrated on
a rotary evaporator under reduced pressure. The medium lethal concentration (LC
50
)
was determined in adult
Drosophila melanogaster
Canton S strain by contact disks
test. The phytochemical analysis determined the presence of alkaloids, Favonoids,
terpenes and/or sterols in the nine species, while the coumarins only was found in
P.
hispidum
,
P. umbellatum
,
P. nudum
and
P. psilorhachis
. It does not detect the pres-
ence of saponins in any of the studied species. All extracts were insecticidal activity
against
D. melanogaster
;
P amalago
presented the highest activity (LC
50
of 27.95
mg/mL) followed by
P. umbellatum
(34.54),
P. aduncum
(54.20),
P. nudum
(176.77),
P. diandrum
(261.72),
P. psilorhachis
(625.6),
P. hispidum
(761.98) and
P. sanctum
(4704.93). It is concluded that the species with the greatest potential to use its extracts
as bioinsecticides are
P. amalago
,
P. umbellatum
and
P. aduncum
since shown to be
toxic at lowest concentrations.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años con la ±nalidad de erradicar
o contener plagas que afectan de manera directa las
plantaciones de interés comercial y alimenticio se han
utilizado en forma masiva agroquímicos, los cuales
si bien es cierto han disminuido la pérdida de cose-
chas por insectos también han dañado el ambiente y
la salud humana (Cobos-Gasca
et al
. 2011). En los
últimos años se han buscado otras alternativas para
disminuir el uso de los plaguicidas en la agricultura;
investigaciones recientes han demostrado que las
plantas producen una variedad amplia de compuestos
con actividad insecticida (Scott
et al.
2004, 2008,
Sathish Kumar y Maneemegalai 2008, Vinayaka
et
al
. 2009). La toxicidad contra insectos se debe prin-
cipalmente a la presencia de metabolitos secundarios
que son sintetizados por las plantas y que tienen un
papel importante en su defensa contra herbivoría,
entre otras funciones. Gracias a estas propiedades,
muchas especies podrían ser usadas como agentes
importantes en el control biológico (Sepúlveda-
Jiménez
et al.
2003).
La búsqueda de metabolitos secundarios con
actividad insecticida resulta ser adecuada para sus-
tituir el uso de plaguicidas convencionales y dañinos
(Ramírez y Lacasaña 2001). Con el ±n de encontrar
alternativas potenciales para el control de plagas,
se propone la exploración de nuevos compuestos
orgánicos que sean ecológicamente aceptables, e±
-
cientes, biodegradables y que presenten seguridad
relativa para los organismos bené±cos (Lizana-Rojas
2005). Las especies del género
Piper
son adecuadas
ya que se ha observado que tienen efecto insecticida,
bactericida, fungicida, genotóxico y mutagénico en
organismos nocivos (Celis
et al.
2008, Pereira
et al
.
2008, 2009, Scott
et al
. 2008).
El presente trabajo tiene como objetivo carac-
terizar las propiedades insecticidas en
Drosophila
melanogaster
de los extractos etanólicos de hojas
de 9 especies del género
Piper
nativas de la región
centro del estado de Veracruz.
MATERIALES Y MÉTODOS
Colecta e identifcación de especímenes de diFe
-
rentes especies del género
Piper
El material botánico fue colectado en municipios
ubicados en la región centro del estado de Veracruz
(
Fig. 1
), entre los meses de diciembre del 2011 y
enero-febrero del 2012. Las especies de
Piper
fue-
ron identi±cadas por comparación con ejemplares
previamente identi±cados.
Preparación de extractos etanólicos
Aproximadamente, 1 kg de hojas de cada especie
fueron secadas a 60 ± 5 ºC en una estufa; poste-
riormente fueron molidas hasta obtener un polvo
±no (Soberon
et al
. 2006), el cual se extrajo suce-
sivamente con etanol al 96 % (EtOH) en un equipo
Soxhlet hasta agotar la muestra. El extracto obtenido
ACTIVIDAD INSECTICIDA DE
Piper
EN
Drosophila melanogaster
69
fue concentrado a presión reducida en rotavapor y a
partir del peso seco se estimó el rendimiento bruto
(Moreno
et al
. 2000, Gómez-López 2008).
Caracterización ftoquímica preliminar
La identifcación de los metabolitos secundarios
presentes en las piperáceas en estudio se realizó me-
diante pruebas cualitativas para alcaloides, Favonoi
-
des, cumarinas, saponinas y triterpenos y/o esteroles
(Domínguez 1979).
Cultivo de
Drosophila melanogaster
La cepa Canton S de
D. melanogaster
utilizada
en este estudio fue donada por el Drosophila Stock
Center de la Facultad de Ciencias de la Universidad
Nacional Autónoma de México. El cultivo se mantu-
vo en la Facultad de Biología-Xalapa utilizando me-
dio estándar: agar-agar 10 g, harina de maíz 105.5 g,
azúcar no refnada 75 g, levadura de cerveza en polvo
66 g; disueltos en 1250 mL de agua. La mezcla es
hervida por 15 minutos y posteriormente se le agre-
garon 4 mL de ácido propiónico y 4 mL de nipagín al
10 % en etanol ó 4 mL de ácido propiónico el 8.5 %
en etanol, a 25 ºC y con ciclos de luz oscuridad 12/12
(Moreno
et al
. 2000, Granados
et al.
2002, Cazares-
Hernández 2006, Stocker y Gallent 2008).
Bioensayos en
Drosophila melanogaster
Para determinar la actividad insecticida de los
extractos etanólicos foliares de cada especie se
realizó el ensayo de discos de contacto (4 cm de
diámetro) de acuerdo con método reportado por
Cazares-Hernández (2006), Araque
et al
. (2007) y
Bonilla-Ramírez
et al
. (2011). Para cada ensayo se
tomaron 10 adultos de 2 a 5 días de vida sin sexar y
se colocaron en los frascos que contenían los discos
impregnados con 200 mL del extracto etanólico
foliar. Para cada especie se realizaron tres réplicas
por ensayo de cinco concentraciones de su extracto:
20, 40, 60, 80 y 100 mg/mL para
P. umbellatum
;
30, 60, 90, 120 y 150 mg/mL para
P. amalago
; y
100, 200, 300, 400 y 500 mg/mL para
P. aduncum
,
P. auritum
,
P. nudum
,
P. diandrum
,
P. psilorhachis
,
P. hispidum
y
P. sanctum.
Análisis estadísticos
El cálculo de la CL
50
se estimó mediante el mode-
lo de regresión lineal Probit, donde la concentración
fue la variable independiente y la mortalidad en por-
centaje la variable dependiente (Finney 1987, Jensen
et al.
2005, 2006) utilizando el programa estadístico
BioStat 2009. Los resultados se grafcaron con el
programa Statistica 8.
RESULTADOS
Rendimiento bruto de los extractos etanólicos de
hojas de piperaceas (porcentaje)
Los rendimientos más altos, ligeramente arriba del
30 %, se obtuvieron en los extractos de
P. auritum
y
P
.
amalago
, mientras que
P. aduncum
presentó el
rendimiento menor con 19.4 %. En el resto de los
extractos los porcentajes de rendimiento estuvieron
en el rango de 21 a 28 %.
Caracterización ftoquímica preliminar
La determinación de la presencia de metabolitos
secundarios en las nueve especies estudiadas (
Cua
-
dro I
), estableció que los Favonoides, alcaloides
y triterpenos y/o esteroles, aunque en cantidades
diferentes, se encuentran en las nueve especies,
mientras que las cumarinas solo se detectaron en
cuatro extractos. Las saponinas no se pudieron de-
terminar en ningún de los extractos con las pruebas
utilizadas.
Actividad insecticida
La actividad insecticida mayor se presentó en el
extracto de
P
.
amalago
con una CL
50
de 27.9 mg/mL,
seguido de
P. umbellatum
con una CL
50
de
32.54 mg/mL. El extracto de
P. aduncum
presentó
una CL
50
de 54.2 mg/mL seguida de
P. auritum
con
CL
50
de 174. 2 mg/mL (
Cuadro II
). Las CL
50
del
resto de los extractos fueron: para
P. nudum
de 176.7
mg/mL, para
P. diadrum
y
P. psilorhachis
de 261.72
y 625.68 mg/mL, respectivamente. Los extractos de
las especies con menor actividad fueron
P
.
hispidum
N
Rancho Nuevo, Alto Lucero, Veracruz
Concepción, Jiotepec, Veracruz
Xalapa, Veracruz
El Haya, Xalapa, Veracruz
Tlalchy Ixhuacán de los Reyes, Veracruz
Región centro
Fig. 1.
Localización de los sitios de colecta de las nueve especies
de
Piper
estudiadas en este trabajo (Imagen ArcView 3.2)
O. Carmona-Hernández
et al.
70
con una CL
50
de 761.98 mg/mL y
P
.
sanctum
con
4704.93 mg/mL.
En la
fgura 2
se observa la comparación de las
medias de mortalidad de los extractos sobre
D. me-
lanogaster
a las diferentes concentraciones, donde
se puede observar que existen diferencias en cuanto
al grado de toxicidad.
DISCUSIÓN
Los porcentajes de rendimiento bruto obtenidos
en los extractos de las nueve especies estudiadas
fueron superiores a los presentados por Gómez-López
(2008), que reporta rendimientos máximos de 11.01 %
en
P. jacquemontanium
y 9.11 % en
P. umbellatum
.
Estos rendimientos se encuentran muy por debajo de
los obtenidos con
P. aurtium
y
P. amalago
, los cuales
sobrepasaron el 30 %.
La caracterización ftoquímica preliminar deter
-
minó la presencia de alcaloides, Favonoides y triter
-
penos y/o esteroles en todos las muestras, como ya se
había reportado para otros extractos alcohólicos de
Piper
(Cruz
et al
. 2006, Gómez López 2008, Rivera-
Sagastume 2008, Mosquera
et al
. 2009, Chakraborty
y Shah, 2011). Las cumarinas sólo se encontraron en
CUADRO II.
CONCENTRACIONES LETALES MEDIAS
(CL
50
) DE LOS EXTRACTOS ETANÓLICOS
FOLIARES DE LAS NUEVE ESPECIES DE
Piper
OBTENIDAS EN
D. melanogaster
Especie
CL
50
P. aduncum
54.20
P. hispidum
761.98
P. amalago
27.95
P. nudum
176.77
P. psilorhachis
625.68
P. auritum
174.18
P. umbellatum
32.54
P. diandrum
261.72
P. sanctum
4704.93
CUADRO I.
RESULTADOS DEL ANÁLISIS FITOQUÍMICO PRELIMINAR REALIZADO A LOS EXTRACTOS
ETANÓLICOS FOLIARES DE LAS NUEVE ESPECIES DE PIPERACEAS ESTUDIADAS EN ESTE
TRABAJO. SE MUESTRAN LOS COMPUESTOS DETERMINADOS Y LAS PRUEBAS UTILIZADAS
Especie/Compuesto
Prueba
Alcaloides
Flavonoides
Saponinas
Cumarinas
Terpenos y/o esteroles
M
D
W
A
C
S
E
L
F
LB
P. aduncum
+
+++
++
+
+++
++
-
n/d
-
+++
P. hispidium
+
+++
+++
+
+
+
-
n/d
+
++
P. sanctum
+
+++
++
++
+++
+
-
n/d
-
+
P. diandrum
+
+++
++
++
+++
++
-
n/d
-
+
P. amalago
+
+++
++
++
+++
++
-
n/d
-
+++
P. nudum
+
+++
++
++
+++
++
-
n/d
+
+
P. psilorhachis
+
+++
++
++
+++
++
-
n/d
+
++
P. auritum
+
+++
++
++
+++
++
-
n/d
-
+++
P. umbellatum
+
++
++
++
++
+++
-
n/d
+
+++
Alcaloides: M = Prueba de Mayer, D = prueba de Drangendorff y W = prueba de Wagner.
Flavonoides: A = Prueba del H
2
SO
4
, F = FeCL
2
, S = prueba de Shinoda.
Saponinas: E = Prueba de la espuma, L = Prueba de Lieberman.
Cumarinas: C = Prueba de Fluorescencia.
Triterpenos y/o Esteroles: LB = Prueba de Lieberman-Bouchard.
Intensidad: mayor +++, mediana++, baja +, nula – y n/d no determinada.
Fig. 2.
Curvas de la actividad insecticida en
D. melanogaster
de
los nueve extractos alcohólicos de piperáceas. Los datos
de la mortalidad se obtuvieron 24 horas después de estar
en presencia de los extractos crudos
100
P. sanctum
P. hispidum
P. nudum
P. psilorhachis
P. diandrum
P. auritum
P. aduncum
P. amalago
P. umbellatum
80
60
Mortalidad en %
40
20
0
02
03
04
06
08
090
100 120 150 200300 400500
Concentración en mg/mL
ACTIVIDAD INSECTICIDA DE
Piper
EN
Drosophila melanogaster
71
los extractos de
P. hispidum
,
P. nudum
,
P. psilorhachis
y
P. umbellatum
, esta diferencia puede estar inFuen
-
ciada por factores ecológicos (Granados-Sánchez
et
al
. 2008), aunque se requiere hacer más ensayos para
entender a que se deben estas; además, hay que tener
en cuenta que las pruebas utilizadas son cualitativas,
no cuantitativas. La presencia de las saponinas no se
pudo determinar en ningún extracto, sin embargo, no
se descarta su presencia ya que se han encontrado
en
P. donell
Smith y
P. obliquom
(Cruz
et al
. 2006,
Rivera-Sagastume 2008).
Las nueve especies estudiadas presentaron ac-
tividad insecticida; los nueve extractos etanólicos
tienen efecto letal sobre
D. melanogaster
en mayor
o menor grado.
P. amalago
fue la especie más tóxica,
lo cual resulta interesante ya que se han reportado
alrededor de treinta alcamidas diferentes en esta
especie, las cuales son los compuestos con mayor
actividad biológica para este género (Parmar
et al
.
1997, do Nascimento
et al
. 2012).
P. umbellatum
y
P. auritum
, consideradas hermanas (Jaramillo
et al
.
2008), también presentan amidas, compuestos con
efecto citotóxico e inhibitorio de varias enzimas.
Estas amidas están presentes en otras especies, como
es el caso de
P. sanctum
; sin embargo, en este estudio,
esta especie fue la que tuvo menor actividad, lo que
quizá se deba a la cantidad en la que se encuentran.
Ya se ha reportado que los metabolitos secun-
darios pueden variar de una especie a otra, aunque
estén genéticamente relacionadas. Un caso ya estu-
diado es el de
P. nigrum
que ha mostrado toxicidad
en
D. melanogaster
y en otros organismos gracias a
una amida conocida como piperina, la cual es muy
tóxica (Scott
et al.
2004, 2005c, 2008, Jensen
et al
.
2005, 2006).
P. guieense,
una especie relacionada,
también produce este compuesto y aunque no tiene la
misma actividad, en cambio tiene actividad repelente
(Asawalan, 2006, Jaramillo
et al
. 2008).
P. adumcum
, la especie cuya toxicidad la coloca
en tercer lugar de las
más toxicas, también se sabe
que tiene efecto insecticida en organismos plaga
como
Diatraea saccharalis
(gusano del maíz),
Musca domestica
(mosca común) y
Solenopsis sp.
(hormigas de fuego), tanto cuando se usa su aceite
esencial como con extractos (Barillas y Guerra 2002,
Misni
et al
. 2008).
Los resultados obtenidos muestran que las espe-
cies estudiadas tienen toxicidad diferente, pero las
tres especies más toxicas puedan ser usadas en el
control de plagas. Un caso bien estudiado es el de
P. nigrum
, el cual se usa como bioinsecticida para el
control de plagas en algunas partes de Canadá y en
Europa, donde se ha observado que su uso es factible
dado que no representa riesgos ambientales ni a la
salud humana (Scott
et al.
2004
,
2005a,b
,
c
,
2008).
CONCLUSIONES
Los extractos etanólicos foliares con rendimientos
elevados fueron los de
Piper auritum
con 31.4 %
y
P. amalago
con 30.9 %. El extracto de
P. adencum
fue el que tuvo el rendimiento más bajo con 19.4 %;
el resto estuvo entre estos rangos.
En los extractos de las nueve especies estudiadas
se demostró la presencia de alcaloides, Favonoi
-
des, triterpenos y/o esteroles. Las cumarinas solo
se encontraron en cuatro especies:
P. hispidum, P.
umbellatum, P. nudum
y
P. psilorhachis
. En ninguna
especie se detectó la presencia de saponinas.
Los extractos de
P. amalago, P. umbellatum
y
P.
aduncum
fueron los que presentaron mayor tóxicidad
con CL
50
de 27.95, 32.54 y 54.20 mg/mL, respec-
tivamente. En contraste, el extracto de
P. sanctum
fue el menos tóxico con una CL
50
de 4704.9 mg/mL
(4.7 g/mL).
Al menos tres especies de las nueve estudiadas,
P. amalago, P. umbellatum
y
P. aduncum
, podrían
ser usadas como bioinsecticidas ya que sus extractos
mostraron ser más tóxicos a concentraciones bajas;
además, los rendimientos obtenidos están por arriba
de los porcentajes reportados. Por ejemplo, para
P.
amalago
la CL
50
es de 27.95 mg/mL y dio un rendi-
miento de 30.9 %
AGRADECIMIENTOS
Al Drosophila Stock Center de la Facultad de
Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de
México, especialmente a la Dra. Patricia Ramos
Morales por la donación de la cepa Cantos S para la
realización de este trabajo.
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