Developing novel natural and synthetic tools for a more sustainable management of Euschistus heros (Hemiptera: Pentatomidae)

Abstract

Chemical control is the primary strategy for managing Euschistus heros in soybean production. However, excessive use of synthetic insecticides raises concerns about resistance development and impacts on non-target organisms, such as natural enemies and pollinators. This study evaluated essential oils and biorational molecules as sustainable alternatives. The essential oils of Minthostachys verticillata (peperina) and Pelargonium graveolens (rose geranium) were tested alongside the synthetic butenolide K16 for their toxicity against third instar nymphs of E. heros and selectivity toward Telenomus podisi and Apis mellifera. In order to determine their insecticidal potential, lethal concentrations (LC) were estimated for each treatment. For P. graveolens essential oil, the LC50 was 1,784 µL/L (?2= 4.1627, P = 0.2444), and the LC80 reached 5,368 µL/L. For M. verticillata essential oil, the LC50 was 2,483 µL/L (?2= 1.9762, P = 0.3723), and the LC80 was 5,365 µL/L. In addition, to parasitoid T. podisi, P. graveolens EO caused 0.83% mortality at LC10, 32.36% at LC50, and 83.86% at LC80. M. verticillata EO, resulted in 0.83%, 21.4%, and 75.18% mortality at the same concentrations, respectively selectivity only up to LC50. For the pollinator A. mellifera, LC80 mortality in the first five hours was 60.24% for P. graveolens and 31.39% for M. verticillata, with no mortality in the control group. The synthetic butenolide K16 showed strong insecticidal activity in a dose-dependent manner. The LC20 was 181.47 µg/L, LC50 was 423.48 µg/L, and LC20 reached 988.23 µg/L. K16 demonstrated selective toxicity, with Telenomus podisi showing no significant mortality at LC20 (P = 0.0014) but reaching 100% mortality at LC80 (P = 1), indicating loss of selectivity at higher concentrations. In Apis mellifera, mortality increased from 6.67% at LC20 to 28.33% at LC80, highlighting potential risks to pollinators. These results suggest that essential oils and butenolide-based molecules are potential alternatives to conventional insecticides. However, optimizing their application is crucial to minimize risks to beneficial organisms. Future research should focus on improving formulations, reducing environmental persistence, and evaluating field-scale efficacy to enhance sustainable pest management. Keywords: sustainable pest control; non-target organisms; selective toxicity; soybean insect management.O controle químico é a principal estratégia para o manejo de Euschistus heros na produção de soja. No entanto, o uso excessivo de inseticidas sintéticos levanta preocupações sobre o desenvolvimento de resistência e os impactos em organismos não-alvo, como inimigos naturais e polinizadores. Este estudo avaliou óleos essenciais e moléculas biorracionais como alternativas sustentáveis. Os óleos essenciais de Minthostachys verticillata (peperina) e Pelargonium graveolens (gerânio rosa) foram testados juntamente com o butenolide K16 sintético quanto à sua toxicidade contra ninfas de terceiro estágio de E. heros e seletividade em relação a Telenomus podisi e Apis mellifera. A fim de determinar seu potencial inseticida, foram estimadas as concentrações letais (CL) para cada tratamento. Para o óleo essencial de P. graveolens, a LC50 foi de 1.784 µL/L (?2= 4,1627, P = 0,2444) e a LC80 atingiu 5.368 µL/L. Para o óleo essencial de M. verticillata, a LC50 foi de 2.483 µL/L (?2= 1,9762, P = 0,3723) e a LC80 foi de 5.365 µL/L. Além disso, para o parasitóide T. podisi, o óleo essencial de P. graveolens causou 0,83% de mortalidade na CL10, 32,36% na CL50 e 83,86% na CL80. O EO de M. verticillata resultou em 0,83%, 21,4% e 75,18% de mortalidade nas mesmas concentrações, respectivamente, com seletividade apenas até LC50. Para o polinizador A. mellifera, a mortalidade LC80 nas primeiras cinco horas foi de 60,24% para P. graveolens e 31,39% para M. verticillata, sem mortalidade no grupo controle. O butenolide K16 sintético mostrou forte atividade inseticida de maneira dependente da dose. A LC20 foi de 181,47 µg/L, a LC50 foi de 423,48 µg/L e a LC80 atingiu 988,23 µg/L. O K16 demonstrou toxicidade seletiva, com Telenomus podisi não apresentando mortalidade significativa em LC20 (P = 0,0014), mas atingindo 100% de mortalidade em LC80 (P = 1), indicando perda de seletividade em concentrações mais altas. Em Apis mellifera, a mortalidade aumentou de 6,67% em LC20 para 28,33% em LC80, destacando os riscos potenciais para os polinizadores. Esses resultados sugerem que os óleos essenciais e as moléculas à base de butenolideos são alternativas potenciais aos inseticidas convencionais. No entanto, otimizar sua aplicação é crucial para minimizar os riscos para os organismos benéficos. Pesquisas futuras devem se concentrar em melhorar as formulações, reduzir a persistência ambiental e avaliar a eficácia em escala de campo para aprimorar o manejo sustentável depragas. Palavras-chave: controle sustentável de pragas; organismos não-alvo; toxicidade seletiva; manejo de insetos da soja.