Propiedades repelentes, antialimentarias e insecticidas de nanoemulsiones de bioactivos volátiles sobre pulgones (Hemiptera: Aphididae) en cultivos hortícolas

Abstract

Los pulgones (Hemiptera: Aphididae) son una de las plagas que mayores pérdidas económicas ocasionan en los cultivos a nivel mundial. En los últimos años, en las principales zonas productoras del sureste español, la incidencia de daños producidos por pulgones, concretamente las especies Myzus persicae (Sulzer) y Aphis gossypii Glover, se ha visto incrementada sobre todo en los cultivos ecológicos de pimiento y melón. El control químico de pulgones resulta complicado debido a la aparición de poblaciones resistentes a numerosas materias activas, lo que unido a las iniciativas promovidas por la Unión Europea como El Pacto Verde Europeo y la estrategia De la Granja a la Mesa, que buscan reducir el uso de plaguicidas, han propiciado un escenario muy complejo para el sector agrícola, dadas las dificultades que encuentran para llevar a cabo un buen manejo de las herramientas de gestión integrada de plagas para la protección de cultivos. Ante la falta de alternativas a los productos fitosanitarios convencionales tan problemáticos, surge la necesidad de buscar en la naturaleza aquellas sustancias que sean capaces de controlar las plagas sin comprometer la integridad del medio ambiente, la salud humana y que además sean compatibles con la fauna auxiliar. Se sabe que los aceites esenciales de algunas plantas y los compuestos puros que se pueden extraer de ellas tienen propiedades repelentes, insecticidas, antialimentarias e inhibidoras de la reproducción, entre otras. Pero tienen la particularidad de que son inmiscibles en agua, muy volátiles y se degradan fácilmente.Por ello, el objetivo de esta tesis doctoral es desarrollar emulsiones de aceite en agua, empleando surfactantes y/o estabilizantes y aplicando la energía necesaria para obtener una mezcla homogénea y estable en el tiempo, con tamaños de partícula del ingrediente activo a una escala nanométrica y evitar así su rápida degradación, volatilización y mejorar la persistencia de su efecto insecticida, con la finalidad de que estos formulados sean una herramienta más de control químico para la protección de cultivos. Las nanoemulsiones se han elaborado empleado tanto un homogeneizador de alta velocidad como la técnica de ultrasonidos y se han caracterizado para conocer el tamaño de partícula del ingrediente activo y la estabilidad de la mezcla. En este aspecto, los resultados indican que con la técnica de ultrasonidos se consiguen nanoemulsiones con tamaños de partícula pequeños y buena estabilidad. Además, se ha evaluado el efecto insecticida y su persistencia sobre M. persicae tanto en condiciones de laboratorio como en condiciones de campo en invernadero con plantas de pimiento y se ha obtenido que un 1% de la mezcla de citral, (E)-anetol, farnesol, (Z)-jasmona y aceite de limón, a partes iguales, en combinación con lecitina de soja y aceite de girasol en formulación 1:1:1, produce a los 4 días de la pulverización una mortalidad del 73% que se mantiene hasta los 14 días en condiciones de laboratorio y del 30% en condiciones de campo sin causar fitotoxicidad al cultivo del pimiento. Por otro lado, la (Z)-jasmona al 0,25% hace buena emulsión con Tween80® (1:2) y en condiciones de campo produce un 83% de mortalidad a los 4 días de la pulverización. En el caso del aceite de semillas de algodón al 3%, formulado al 1:1 con jabón potásico como surfactante en agua, da como resultado una mortalidad del 82% a los 4 días de la aplicación en campo. En cuanto al farnesol, la nanoemulsión al 0,2% con Tween80® (1:2), reduce la tasa de crecimiento poblacional de M. persicae con un efecto que persiste hasta 7 días después de la pulverización de las plantas de pimiento.

Aphids (Hemiptera: Aphididae) are one of the pests that cause the greatest economic losses in crops worldwide. In recent years, in the main production areas of southeastern Spain, the incidence of damage caused by aphids, specifically the species Myzus persicae (Sulzer) and Aphis gossypii Glover, has increased especially in organic pepper and melon crops. Chemical control of aphids is complicated due to the appearance of populations resistant to numerous active ingredientes, which together with the initiatives promoted by the European Union such as the European Green Deal and the Farm to Fork strategy, which seek to reduce the use of pesticides, have led to a very complex scenario for the agricultural sector, given the difficulties they encounter in carrying out a good management of integrated pest management tools for crop protection. Given the lack of alternatives to conventional problematic phytosanitary products, there is a need to look for in nature those substances that are capable of controlling pests without compromising the integrity of the environment, human health and that are also compatible with auxiliary fauna. The essential oils of some plants and the pure compounds that can be extracted from them are known to have repellent, insecticidal, and feeding and reproductive inhibiting properties, among others. But they have the particularity that they are immiscible in water, very volatile and easily degraded. Therefore, the objective of this doctoral thesis is to develop oil-in-water emulsions, using surfactants and/or stabilizers and applying the necessary energy to obtain a homogeneous and stable mixture over time, with particle sizes of the active ingredient at a nanometric scale and thus avoid its rapid degradation, volatilization and improve the persistence of its insecticidal effect, with the aim of making these formulations another chemical control tool for crop protection. The nanoemulsions have been developed using both a high-speed homogenizer and the ultrasonic technique and have been characterized to know the particle size of the active ingredient and the stability of the mixture. In this regard, the results indicate that the ultrasonic technique produces nanoemulsions with small particle sizes and good stability. In addition, the insecticidal effect and its persistence on M. persicae have been evaluated both in laboratory conditions and in field conditions in a greenhouse with pepper plants and it has been obtained that 1% of the mixture of citral, (E)-anethole, farnesol, (Z)-jasmone and lemon oil, in equal parts, in combination with soya lecithin and sunflower oil in a 1:1:1 formulation, it produces a mortality of 73% after 4 days of spraying, which is maintained until 14 days in laboratory conditions and 30% in field conditions without causing phytotoxicity to the pepper crop. On the other hand, 0.25% (Z)-jasmone makes a good emulsion with Tween80® (1:2) and in field conditions produces 83% mortality 4 days after spraying. In the case of 3% cottonseed oil, formulated 1:1 with potassium soap as a surfactant in water, it results in 82% mortality at 4 days after field application. As for farnesol, the 0.2% nanoemulsion with Tween80® (1:2), reduces the population growth rate of M. persicae with an effect that persists up to 7 days after spraying of pepper plants.