Potential of novel tools for the biorational control of Euschistus heros

Abstract

Brazil is the largest producer of soybeans in the world. This recognition has been achieved through years of research, manipulation, and selection of soybean varieties to be productive in tropical climates. Soybean cultivation is of great global importance, primarily for animal feed and oil production. However, soybeans (Glycine max) face limiting factors such as climate, weeds, and pests.one of the most representative pests of soybean crops is Euschistus heros, commonly known as the "brown soybean stink bug". This sucking insect attacks pods and seeds, directly affecting production. The main control method for sucking insects in soybean cultivation is the use of neonicotinoid insecticides, which are compounds derived from nicotine. These compounds act on the nervous system of insects, binding to nicotinic acetylcholine receptors. Their effects cause the death of the insect within hours. However, prolonged, and excessive use of the same control method has selected populations of resistant insects, making control difficult. Additionally, the use of chemical insecticides has negative effects on natural and agricultural ecosystems and impacts human health. Therefore, it is important to research alternative control methods that enrich integrated pest management (IPM) programs and diversify agricultural systems. During this study, a prospecting of new synthetic molecules and essential oils were conducted, focusing on the biorational control of Euschistus heros and selectivity to pollinators and natural enemies. The toxicity of essential oils from Ruta graveolens (rue), Schinus terebinthifolius (red pepper), Cymbopogon citratus (lemon grass), and Morinda citrifolia (noni) was evaluated in concentrations of 25.13 nL/cm 2, 50.26 nL/cm2 and 100.52 nL/cm 2 on third instar nymphs of E. heros. Essential oils of rue, lemon grass and noni showed significant toxicity with a mortality rate ranging from 90% to 100% after 24 hours of exposure. The essential oil of Morinda citrifolia had a LC50 of 11.06 (9.05 - 13.07) nL/cm 2. The synthetic molecules evaluated belong to the group of tetronamides of mucochloric acid. For this study we call them: BEN, M-AN, 3F, DICL, AN, TO2, 4Cl, 2Cl, 2F, 3F, and 4Br. The DICL molecule was the only one that caused significant mortality in E. heros. A dose-response curve was obtained for this molecule, revealing a LC50 of 0.019 (0.017 - 0.020) nL/cm2. Toxicity bioassays were also conducted on pollinators and natural enemies. From the bioassays on pollinators, no significant effect was found on the consumption of DICL-contaminated diet. In the bioassays with the predator, no significant mortality or negative effects on predatory capacity were observed. Our results suggest the potential use of the studied essential oils as insecticidal tools or as a basis to produce new insecticidal products. Additionally, our findings demonstrate the potential use of the DICL molecule as a biorational insecticide, with high efficiency in the control of E. heros and minimal to no effect on the pollinators Apis mellifera and Partamona helleri, as well as the predatory insect Coleomegilla maculata. Future studies could evaluate the selectivity potential of the parasitoid Telenomus podisi. A biological controller that is currently beingused in some soybean fields in Brazil. Keywords: Agricultural entomology. Biorational pest management. Insecticide selectivity.O Brasil é o maior produtor de soja do mundo. Este reconhecimento foi alcançado a través de anos de pesquisa, manipulação e seleção de variedades de soja para serem produtivas em climas tropicais. O cultivo da soja é de grande importância mundial, principalmente para alimentação animal e produção de óleo. No entanto, a soja (Glycine max) enfrenta fatores limitantes, como clima, ervas daninhas e pragas. Umadas pragas mais representativas da cultura da soja é o Euschistus heros, popularmente conhecido como "percevejo marrom da soja". Esse inseto sugador ataca vagens e sementes, afetando diretamente a produção. O principal método de controle de insetos sugadores na cultura da soja é o uso de inseticidas neonicotinoides, compostos derivados da nicotina. Esses compostos atuam no sistema nervoso dos insetos, ligando-se aos receptores nicotínicos de acetilcolina. Seus efeitos causama morte do inseto em poucas horas. No entanto, o uso prolongado e excessivo do mesmo método de controle tem selecionado populações de insetos resistentes, dificultando o controle. Além disso, o uso de inseticidas químicos tem efeitos negativos nos ecossistemas naturais e agrícolas e impacta a saúde humana. Portanto, é importante pesquisar métodos alternativos de controle que enriqueçam os programas de manejo integrado de pragas (MIP) e diversifiquem os sistemas agrícolas. Durante este estudo, foi realizada uma prospecção de novas moléculas sintéticas e óleos essenciais, com foco no controle biorracional de Euschistus heros e seletividade a polinizadores e inimigos naturais. A toxicidade dos óleos essenciais de Ruta graveolens (arruda), Schinus terebinthifolius (pimenta roça), Cymbopogon citratus (capim limão) e Morinda citrifolia (noni) foi avaliada em concentrações de 25.13 nL/cm 2, 50.26 nL/cm 2 e 100.52 nL/cm2 em ninfas de terceiro instar de E. heros. Os óleos essenciais de arruda, capim limão e noni apresentaram toxicidade significativa com taxa de mortalidade variando de 90% a 100% depois de 24 horas de exposição. O óleo essencial de Morinda citrifolia apresentou CL50 de 11.06 (9.05 - 13.07) nL/cm 2 As moléculas sintéticas avaliadas pertencem ao grupo das tetronamidas do ácido mucoclórico. Para este estudo chamamos elas de: BEN, M-AN, 3F, DICL, AN, TO2, 4Cl, 2Cl, 2F, 3F e 4Br. A molécula DICL foi a única que causou mortalidade significativa em E. heros. Uma curva dose-resposta foi obtida para esta molécula, revelando uma LC50 de 0.019 (0.017 – 0.020) nL/cm2. Bioensaios de toxicidade também foram conduzidos em polinizadores e inimigos naturais. A partir dos bioensaios em polinizadores, nenhum efeito significativo foi encontrado no consumode dieta contaminada com DICL. Nos bioensaios com o predador, não foram observadas mortalidade significativa ou efeitos negativos na capacidade predatória. Nossos resultados sugerem o uso potencial dos óleos essenciais estudados como ferramentas inseticidas ou como base para a produção de novos produtos inseticidas. Adicionalmente, nossos achados demonstram o potencial uso da molécula DICL como inseticida biorracional, com alta eficiência no controle de E. heros e mínimo ounenhum efeito sobre os polinizadores Apis mellifera e Partamona helleri, bem como sobre o inseto predador Coleomegilla maculata. Estudos futuros, poderiam avaliar o potencial de seletividade do parasitoide Telenomus podisi. Um controlador biológico que atualmente está sendo ussado em alguns campos de soja no Brasil. Palavras-chave: Entomologia agrícola. Manejo biorracional de pragas. Seletividade de inseticidas.