ผลของ Beauveria bassiana และ Bacillus thuringiensis ต่อฮีโมไซต์ระยะตัวอ่อนของด้วงหนอนนก (Tenebrio molitor L.)
Effect of Beauveria bassiana and Bacillus thuringiensis on Hemocytes of Mealworm Beetle Larvae (Tenebrio molitor L.)
Keywords:
หนอนนก, ฮีโมไซต์, ฮีโมลิมพ์, ย่าฆ่าแมลง, สารชีวภัณฑ์, mealworm, hemocyte, hemolymph, insecticide, biopesticidesAbstract
วัตถุประสงค์และที่มา : สารชีวภัณฑ์ถูกนำมาใช้ในการควบคุมและกำจัดแมลงศัตรูพืชอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตามข้อมูลการตอบสนองของฮีโมไซต์แมลงต่อสารชีวภัณฑ์ยังมีจำกัด วัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งเพื่อตรวจสอบผลของสารชีวภัณฑ์เชื้อราบิวเวอเรีย (Beauveria bassiana) และเชื้อบีที (Bacillus thuringiensis) ต่อฮีโมไซต์ของแมลงโดยใช้ด้วงหนอนนกเป็นสัตว์ทดลองต้นแบบ วิธีดำเนินการวิจัย : จำนวน total hemocyte count (THC) และ differential hemocyte count (DHC) ได้ถูกทำการศึกษาหลังจากตัวอ่อนด้วงหนอนนกได้รับสารชีวภัณฑ์ที่ความเข้มข้น 0.0025, 0.00625 และ 0.0125 กรัมต่อมิลลิลิตร ที่เวลา 24, 48, 72, 96, 120, 144 และ 168 ชั่วโมง ผลการวิจัย : ผลการทดลองพบว่า THC มีค่าลดลงอย่างมีนัยสำคัญในตัวอ่อนที่ได้รับเชื้อ B. bassiana และเชื้อ B. thuringiensis ที่เวลา 24 ชั่วโมง และยังคงอยู่ในระดับเดิมหลังจากนั้น นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงของค่า THC ถูกตรวจสอบในตัวอ่อนที่ได้รับสารชีวภัณฑ์ความเข้มข้น 0.0125 กรัมต่อมิลลิลิตร ที่เวลา 2, 6, 10, 24, 48 และ 72 ชั่วโมง พบว่าค่า THC ในตัวอ่อนที่ได้รับเชื้อ B. bassiana เริ่มลดลงที่ 6 ชั่วโมง ขณะที่การลดลงของ THC ถูกบันทึกได้ที่เวลา 2 ชั่วโมง หลังจากตัวอ่อนได้รับ B. thuringiensis พบ DHC ทั้งหมด 4 ชนิดในตัวอ่อนที่ได้รับสารชีวภัณฑ์ prohemocytes เป็นฮีโมไซต์ชนิดหลักที่พบในตัวอ่อนกลุ่มควบคุม แต่จำนวนของ prohemocytes ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อตัวอ่อนได้รับเชื้อ B. bassiana และเชื้อ B. thuringiensis ในทุกความเข้มข้นที่ 24 ชั่วโมง จำนวน plasmatocytes เพิ่มขึ้นในทุกความเข้มและระยะเวลาที่ทดสอบ granulocytes ตอบสนองต่อเชื้อ B. bassiana และเชื้อ B. thuringiensis แตกต่างกัน จำนวนของ granulocytes เพิ่มขึ้นเมื่อตัวอ่อนได้รับ B. thuringiensis ที่ 48 และ 72 ชั่วโมง ขณะที่การลดลงของ granulocyte ถูกพบที่ความเข้มข้นสูงนาน 120-168 ชั่วโมง หลังจากได้รับ B. bassiana ในทางตรงกันข้ามจำนวนของ oenocytes ไม่มีการเปลี่ยนแปลงหลังจากได้รับสารชีวภัณฑ์ สรุปผลการวิจัย : ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสารชีวภัณฑ์ส่งผลกระทบต่อ THC และ DHC ในตัวอ่อนด้วงหนอนนก การค้นพบนี้ทำให้มีข้อมูลพื้นฐานของผลกระทบของสารชีวภัณฑ์ต่อระบบภูมิคุ้มกันของแมลง Background and Objectives: Biopesticides have been used to control and eliminate pests widely. However, the information on how insect’s hemocytes respond to biopesticides is still limited. The aim of this study was to examine the effect of Beauveria bassiana and Bacillus thuringiensis on insect’s hemocytes using the mealworm beetle (Tenebrio molitor L.) larva as an animal model. Methodology: The total hemocyte count (THC) and differential hemocyte count (DHC) were examined after T. molitor larvae were treated with biopesticides at concentrations of 0.0025, 0.00625 and 0.0125 g/ml for 24, 48, 72, 96, 120, 144 and 168 hours. Main Results: Results showed that THC was decreased significantly in the larvae treated with B. bassiana and B. thuringiensis at 24 hours and remained low thereafter. Moreover, the changes in THC were examined in larvae treated with 0.0125 g/ml of biopesticides for 2, 6, 10, 24, 48 and 72 hours. The THC in larvae treated with B. bassiana started to decrease at 6 h, while the decrease in TCH was recorded at 2 h after the larvae were treated with B. thuringiensis. The DHC in larvae treated with B. bassiana and B. thuringiensis were found in 4 types. Prohemocytes was the dominant hemocytes found in the control larvae, but number of prohemocytes decreased significantly when the larvae were treated with B. bassiana and B. thuringiensis at every concentration for 24 hours. Plasmatocytes increased in all examined concentrations and all periods of treatment. Granulocytes responded differently to B. bassiana and B. thuringiensis. The number of granulocytes increased when the larvae were treated with B. thuringiensis at 48 and 72 hours, while the decrease of granulocytes was recorded with highest concentration at 120-168 hours after B. bassiana treatment. In contrast, the number of oenocytes was not changed after biopesticide treatment. Conclusions: The results indicated the treatment of biopesticides affected the THC and DHC in the T. molitor larvae. This finding provides basic information on how biopesticides affected the immune system in insects.References
Arnold, J. W. (1979). Controversis about hemocyte types in insects. In: A. P. Gupta, Insect hemocytes: development, forms, functions, and techniques (pp 231-258). New York, Cambridge University Press.
Celi, M., Russo, D., Vazzana, M., Arizza, V., & Manachini, B. (2022). Does Bacillus thuringiensis Affect the Stress and Immune Responses of Rhynchophorus ferrugineus Larvae, Females, and Males in the Same Way?. Insects, 13(5), 437. https://doi.org/10.3390/insects13050437
Dailey, P. J. (1978). Biological Investigations of Insect Haemocytes. (Doctoral dissertation). Bowling Green State University. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=bgsu1566463066600033
Department of Agricultural Extension, Ministry of Agriculture and Cooperatives. (2020) The use of microorganisms (biopesticides) in pest control. Bangkok: New Thammada Press (Thailand) CO., LTD.
de Oliveira Barbosa Bitencourt, R., Corrêa, T. A., Santos-Mallet, J., Santos, H. A., Lowenberger, C., Moreira, H. V. S., Gôlo, P. S., Bittencourt, V. R. E. P., & da Costa Angelo, I. (2023). Beauveria bassiana interacts with gut and hemocytes to manipulate Aedes aegypti immunity. Parasites & vectors, 16(1), 17. https://doi.org/10.1186/s13071-023-05655-x.
de Souza, P. C., Morey, A. T., Castanheira, G. M., Bocate, K. P., Panagio, L. A., Ito, F. A., Furlaneto, M. C., Yamada-Ogatta, S. F., Costa, I. N., Mora-Montes, H. M., & Almeida, R. S. (2015). Tenebrio molitor (Coleoptera: Tenebrionidae) as an alternative host to study fungal infections. Journal of microbiological
El-Aziz, N. M., & Awad, H. H. (2010). Changes in the haemocytes of Agrotis ipsilon larvae (Lepidoptera: Noctuidae) in relation to dimilin and Bacillus thuringiensis infections. Micron (Oxford, England : 1993), 41(3), 203–209.
Grigorian, M., & Hartenstein, V. (2013). Hematopoiesis and hematopoietic organs in arthropods. Development genes and evolution, 223(1-2), 103–115. https://doi.org/10.1007/s00427-012-0428-2
Heimpel, A. M., & Harshbarger, J. C. (1965). Symposium on microbial insecticides. V. Immunity in insects. Bacteriological reviews, 29(3), 397–405. https://doi.org/10.1128/br.29.3.397-405.1965
Janssen, R. H., Lakemond, C. M. M., Fogliano, V., Renzone, G., Scaloni, A., & Vincken, J. P. (2017). Involvement of phenoloxidase in browning during grinding of Tenebrio molitor larvae. PloS one, 12(12), e0189685
Jones, S J. C. (1957). DDT and the hemocyte picture of the mealworm, Tenebrio molitor L. Journal of cellular and comparative physiology, 50(3), 423–428.
Jones, J. C., & Tauber, O. E. (1951). Normal total hemocyte counts of Tenebrio molitor. Annals of the Entomological Society of America, 44(4), 539-545.
Kumar, J., Ramlal, A., Mallick, D., & Mishra, V. (2021). An Overview of Some Biopesticides and Their Importance in Plant Protection for Commercial Acceptance. Plants (Basel, Switzerland), 10(6), 1185.
Lee, H. S., Cho, M. Y., Lee, K. M., Kwon, T. H., Homma, K., Natori, S., & Lee, B. L. (1999). The pro-phenoloxidase of coleopteran insect, Tenebrio molitor, larvae was activated during cell clump/cell adhesion of insect cellular defense reactions. FEBS letters, 444(2-3), 255–259.
Mishra, S., Kumar, P., & Malik, A. (2015). The effect of Beauveria bassiana infection on cell mediated and humoral immune response in house fly, Musca domestica L. Environmental science and pollution research international, 22(19), 15171–15178.
Mochiah, M. B., Ngi song, A. J., Overholt, W. A., & Botchey, M. (2003). Variation in Total and Differential Haemocyte Count of Busseola fusca (Lepidoptera: Noctuidae) Parasitized by Two Biotypes of Cotesia sesamiae (Hymenoptera: Braconidae) and Larval Growth Responses. Environmental Entomology, 32(2), 247-255. https://doi.org/10.1603/0046-225X-32.2.247
Moyetta, N. R., Ramos, F. O., Leyria, J., Canavoso, L. E., & Fruttero, L. L. (2021). Morphological and Ultrastructural Characterization of Hemocytes in an Insect Model, the Hematophagous Dipetalogaster maxima (Hemiptera: Reduviidae). Insects, 12(7), 640.
Nawaz, M., Mabubu, J. M., & Hua H. (2016). Current status and advancement of biopesticides: Microbial and botanical pesticides. Journal of Entomology and Zoology Studies, 4(2), 241-6.
Perveen, N., & Ahmad, M. (2017). Toxicity of some insecticides to the haemocytes of giant honeybee, Apis dorsata F. under laboratory conditions. Saudi journal of biological sciences, 24(5), 1016–1022. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2016.12.011
Rajitha, K., Savithri, G., & Sujathamma, P. (2013). Haemocyte population dynamics in fifth instar silkworm bombyx mori l inoculated with beauveria bassiana (bals.) Vuill. International Journal of Agricultural Science and Research, 3(2), 265-275.
Shukla, K., & Bahadur, J. (1986). Total haemocyte count in male Poekilocerus pictus under the influence of dichlorvos and phosphamidon. Journal of animal morphology and physiology, 33, 87.
Siddiqui, M. I., & AL-Khalifa, S. M. (2014). Review of haemocyte count, response to chemicals, phagocytosis, encapsulation and metamorphosis in insects. Italian journal of Zoology, 81(1), 2-15.
Silva, J. E., Boleli, I. C., & Simões, Z. L. (2002). Hemocyte types and total and differential counts in unparasitized and parasitized Anastrepha obliqua (Diptera, Tephritidae) larvae. Brazilian journal of biology = Revista brasleira de biologia, 62(4A), 689–699. https://doi.org/10.1590/s1519-69842002000400017
Vigneron, A., Jehan, C., Rigaud, T., & Moret, Y. (2019). Immune Defenses of a Beneficial Pest: The Mealworm Beetle, Tenebrio molitor. Frontiers in physiology, 10, 138. https://doi.org/10.3389/fphys.2019.00138
Vommaro, M. L., Kurtz, J., & Giglio, A. (2021). Morphological Characterisation of Haemocytes in the Mealworm Beetle Tenebrio molitor (Coleoptera, Tenebrionidae). Insects, 12(5), 423. https://doi.org/10.3390/insects12050423
Wang, H., Peng, H., Li, W., Cheng, P., & Gong, M. (2021). The Toxins of Beauveria bassiana and the Strategies to Improve Their Virulence to Insects. Frontiers in microbiology, 12, 705343.
Wang, Y., Gaugler, R., & Cui, L. (1994). Variations in Immune Response of Popillia japonica and Acheta domesticus to Heterorhabditis bacteriophora and Steinernema Species. Journal of nematology, 26(1), 11–18.
