Insecticidal activity of Piper aduncum oil: variation in dillapiole content and chemical and toxicological stability during storage / Atividade inseticida do óleo de Piper aduncum: variação no conteúdo de dilapiol e estabilidade química e toxicológica durante o armazenamento

The insecticidal effect of the essential oil of Piper aduncum (EOPA), and of its constituent dillapiole [1-allyl-2,3-dimethoxy-4,5- (methylenedioxy) benzene] in particular, is well documented in the literature and can be associated with its interference with the enzymatic detoxification in arthropods. However, no data exist on the range of dillapiole content associated with insecticidal activity, which is necessary to establish reliable dose-activity parameters for a formulated product. The oil composition can also change during storage after distillation, mainly due to environmental factors such as light incidence, atmospheric oxygen and temperature, which can be deleterious to oil quality. In this study, EOPA subjected to different storage conditions over four years and its rectified fractions were submitted to bioassays to evaluate their insecticidal effect by topical contact and residual contact against Spodoptera frugiperda. Our objectives were to determine the relationship between dillapiole content and the insecticidal activity of EOPA, and to evaluate its chemical and toxicological properties over time under different conditions. Our results showed that EOPA was stable with respect to the dillapiole content and the toxicological effect against S. frugiperda under different storage conditions for four years. The overall chemical composition of the EOPA did not vary significantly among storage conditions. EOPA with dillapiole content ranging between 68% and 100% showed greater insecticidal toxicity by residual and topical contact against S. frugiperda larvae.(AU)

O efeito inseticida do óleo essencial de Piper aduncum (OEPA) e, particularmente, de seu constituinte dilapiol [1-alil-2,3- dimetoxi-4,5-(metilenodioxi) benzeno], está bem documentado na literatura e pode estar associado à sua interferência na desintoxicação enzimática em artrópodes. No entanto, não existem dados sobre a amplitude de teores de dilapiol associados à atividade inseticida, o que é necessário para estabelecer parâmetros de dose-atividade confiáveis para um produto formulado. A composição do óleo também pode sofrer alterações durante seu armazenamento após a destilação, principalmente devido a fatores ambientais como incidência de luz, oxigênio atmosférico e temperatura, que podem ser deletérios à qualidade do óleo. Neste estudo, durante quatro anos, OEPA submetido a diferentes condições de armazenamento e suas frações retificadas foram submetidos a bioensaios para avaliar seu efeito inseticida por contato tópico e contato residual contra Spodoptera frugiperda. Nossos objetivos foram determinar a relação entre o teor de dilapiol e a atividade inseticida do OEPA, e avaliar suas propriedades químicas e toxicológicas ao longo do tempo sob diferentes condições. Nossos resultados mostraram que o OEPA foi estável em relação ao teor de dilapiol e o efeito toxicológico contra S. frugiperda sob diferentes condições de armazenamento durante quatro anos. A composição química do OEPA não variou significativamente entre as condições de armazenamento. OEPA com teor de dilapiol entre 68% e 100% apresentou maior toxicidade inseticida por contato residual e tópico contra larvas de S. frugiperda.(AU)

Ecological risk assessment of Piper aduncum essential oil in non-target organisms / Avaliação de risco ecológico do óleo essencial de Piper aduncum em organismos não alvo

One possible alternative to chemotherapeutic agents in the treatment and prevention of diseases in fish farms is the use of Piper aduncum essential oil. However, ecotoxicological data are required to ensure its proper use and to prevent adverse effects on non-target organisms. These data are relevant since this essential oil is described as having insecticidal, molluscicidal and cytotoxic activitiy that may be associated with its chemical composition. Thus, the aim of this study was to evaluate the ecotoxicity of P. aduncum essential oil to five test organisms using the species sensitivity distribution (SSD) statistical approach. The chemical composition of the essential oil was characterized by means of gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography-flame ionization detection (GC-FID) for identification and quantitation purposes, respectively. The main component (75.5%) of the essential oil was dillapiole. The hazardous concentration for 5% of biological species (HC5) was calculated to determine the 95% protection level, resulting in a value of 0.47 mg L-1 (with a confidence interval of 0.028 - 1.19 mg L-1. ). A concentration range related to the level of protection for aquatic communities (the predicted no-effect concentration, PNEC) was determined through the application of safety factors to the HC5 value. The ecotoxicity parameters showed that P. aduncum essential oil can be used safely in water bodies at a concentration equal to or below 0.09 mg L-1.(AU)

Uma possível alternativa ao uso de fármacos veterinários no tratamento e prevenção de doenças na piscicultura é o uso do óleo essencial de Piper aduncum. No entanto, são necessários dados ecotoxicológicos para garantir seu uso apropriado sem causar efeitos adversos a organismos não alvo. Esta informação é relevante, pois esse óleo essencial é descrito como tendo atividades inseticidas, moluscicidas e citotóxicas, possivelmente associadas à sua composição química. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a ecotoxicidade do óleo essencial de P. aduncum para cinco organismos-teste, usando o método estatístico da Distribuição da Sensibilidade das Espécies (SSD). A composição química do óleo essencial foi caracterizada por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa (GC-MS) e cromatografia gasosa com detector de ionização de chama (GC-FID), para fins de identificação e quantificação, respectivamente. O principal componente (75,5%) do óleo essencial foi o dilapiol. A concentração perigosa para 5% de espécies biológicas (HC5) foi calculada com um nível de proteção de 95%, resultando em um valor de 0,47 mg L-1 (com intervalo de confiança de 50% = 0,028 - 1,19 mg L-1). A faixa de concentração relacionada aos níveis de proteção para comunidades aquáticas (concentração sem efeito previsto - PNEC) foi calculada através da aplicação de fatores de segurança ao valor de HC5. Os parâmetros de ecotoxicidade indicaram que o óleo essencial de P. aduncum pode ser usado com segurança em corpos dágua se a concentração for igual ou inferior a 0,09 mg L-1.(AU)

Rooting of apical, median and basal stem cuttings of Piper aduncum L. on different substrates / Enraizamento de estacas apicais, medianas e basais de Piper aduncum L. em diferentes substratos

Piper aduncum L. (Piperaceae) is an aromatic species native from Tropical Americas. The elevated dillapiole content in its essential oil attributes great economic potential to the species, due to its proven insecticidal action against important agricultural pests. The domestication and cultivation of this species, seeking the standardization of the essential oil quality, goes through the stage of plant propagation, which presents scarce technical and scientific information. Thus, the objective of this study was to evaluate the rooting of stem cuttings collected from the apical, median and basal positions of P. aduncum plagiotropic branches, in sieved soil, commercial substrate (composed of pine bark, peat, expanded vermiculite and enriched with macro and micronutrients), and vermiculite of medium granulometry. The cuttings were kept under intermittent misting for 45 days until the experimental evaluation. Higher rooting percentages were observed in apical cuttings (17.4%) when compared to basal ones (6.9%). There were also higher number, length and fresh mass of roots in apical cuttings. The substrate did not influence the rooting of P. aduncum stem cuttings.

Piper aduncum L. (Piperaceae), é uma espécie aromática nativa da América Tropical. O alto teor do composto dilapiol no óleo essencial atribui à espécie grande potencial econômico em função de sua comprovada ação inseticida em importantes pragas agrícolas. A domesticação e cultivo da espécie, visando a padronização da qualidade do óleo essencial, passa pela etapa de produção de mudas, na qual são escassas as informações técnicas e científicas. Nesse sentido, objetivou-se com o presente trabalho avaliar o enraizamento de estacas caulinares coletadas das posições apical, mediana e basal de ramos plagiotrópicos de P. aduncum em solo peneirado, substrato comercial (composto de casca de pinus, turfa, vermiculita expandida e enriquecido com macro e micronutrientes) e vermiculita de granulometria média. As estacas foram mantidas sob nebulização intermitente por 45 dias até a avaliação do experimento. Não houve interação significativa entre substratos e tipos de estaca. Avaliando os fatores isoladamente, observaram-se maiores porcentagens de enraizamento em estacas apicais (17,4%) em relação às basais (6,9%). Verificou-se também maiores número, comprimento e massa fresca de raízes nas estacas da porção apical. O substrato não influenciou o enraizamento das estacas de P. aduncum.

Rooting of apical, median and basal stem cuttings of Piper aduncum L. on different substrates / Enraizamento de estacas apicais, medianas e basais de Piper aduncum L. em diferentes substratos

Piper aduncum L. (Piperaceae) is an aromatic species native from Tropical Americas. The elevated dillapiole content in its essential oil attributes great economic potential to the species, due to its proven insecticidal action against important agricultural pests. The domestication and cultivation of this species, seeking the standardization of the essential oil quality, goes through the stage of plant propagation, which presents scarce technical and scientific information. Thus, the objective of this study was to evaluate the rooting of stem cuttings collected from the apical, median and basal positions of P. aduncum plagiotropic branches, in sieved soil, commercial substrate (composed of pine bark, peat, expanded vermiculite and enriched with macro and micronutrients), and vermiculite of medium granulometry. The cuttings were kept under intermittent misting for 45 days until the experimental evaluation. Higher rooting percentages were observed in apical cuttings (17.4%) when compared to basal ones (6.9%). There were also higher number, length and fresh mass of roots in apical cuttings. The substrate did not influence the rooting of P. aduncum stem cuttings.(AU)

Piper aduncum L. (Piperaceae), é uma espécie aromática nativa da América Tropical. O alto teor do composto dilapiol no óleo essencial atribui à espécie grande potencial econômico em função de sua comprovada ação inseticida em importantes pragas agrícolas. A domesticação e cultivo da espécie, visando a padronização da qualidade do óleo essencial, passa pela etapa de produção de mudas, na qual são escassas as informações técnicas e científicas. Nesse sentido, objetivou-se com o presente trabalho avaliar o enraizamento de estacas caulinares coletadas das posições apical, mediana e basal de ramos plagiotrópicos de P. aduncum em solo peneirado, substrato comercial (composto de casca de pinus, turfa, vermiculita expandida e enriquecido com macro e micronutrientes) e vermiculita de granulometria média. As estacas foram mantidas sob nebulização intermitente por 45 dias até a avaliação do experimento. Não houve interação significativa entre substratos e tipos de estaca. Avaliando os fatores isoladamente, observaram-se maiores porcentagens de enraizamento em estacas apicais (17,4%) em relação às basais (6,9%). Verificou-se também maiores número, comprimento e massa fresca de raízes nas estacas da porção apical. O substrato não influenciou o enraizamento das estacas de P. aduncum.(AU)

First phytochemical description of essential oils from Piper cachimboense (Piperales, Piperaceae) / Primeira descrição fitoquímica de óleos essenciais de Piper cachimboense (Piperales, Piperaceae)

Piper cachimboense is recorded only for the Amazon region of Brazil and Colombia, and the objective of this study was to report the first phytochemical assessment of the composition of the essential oils (EOs) from this species collected in the Amazon rainforest, in Novo Progresso, Pará State, Brazil. Samples of leaves were subjected to hydrodistillation in a Clevenger-type apparatus. The chemical identification was carried out by gas chromatography. The yield of oils was of 11.03 ± 5.94% for fresh leaves, and 1.07 ± 0.27% for dry leaves. The analysis showed 36 volatile compounds from fresh leaves and 49 from dried leaves. Main constituents in EOs of both fresh and dried leaves from P. cachimboense were (E)-caryophyllene, germacrene-D, -amorfene, -cadinene and apiole.

Piper cachimboense é registrada apenas para a região amazônica do Brasil e Colômbia, e o objetivo deste estudo foi relatar, pela primeira vez, a composição fitoquímica dos óleos essenciais (OEs) desta espécie coletada na floresta amazônica, em Novo Progresso/PA, Brasil. Amostras de folhas foram submetidas a hidrodestilação em aparelho tipo Clevenger. A identificação química foi realizada por cromatografia gasosa e o rendimento dos óleos foi de 11,03 ± 5,94% para as folhas frescas e de 1,07 ± 0,27% para as folhas secas. A análise mostrou 36 compostos voláteis para folhas frescas e 49 para folhas secas. Os constituintes principais dos OEs de folhas frescas e secas de P. cachimboense foram (E)-cariofileno, germacreno-D, -amorfeno, -cadineno e apiol.

First phytochemical description of essential oils from Piper cachimboense (Piperales, Piperaceae) / Primeira descrição fitoquímica de óleos essenciais de Piper cachimboense (Piperales, Piperaceae)

Piper cachimboense is recorded only for the Amazon region of Brazil and Colombia, and the objective of this study was to report the first phytochemical assessment of the composition of the essential oils (EOs) from this species collected in the Amazon rainforest, in Novo Progresso, Pará State, Brazil. Samples of leaves were subjected to hydrodistillation in a Clevenger-type apparatus. The chemical identification was carried out by gas chromatography. The yield of oils was of 11.03 ± 5.94% for fresh leaves, and 1.07 ± 0.27% for dry leaves. The analysis showed 36 volatile compounds from fresh leaves and 49 from dried leaves. Main constituents in EOs of both fresh and dried leaves from P. cachimboense were (E)-caryophyllene, germacrene-D, -amorfene, -cadinene and apiole.(AU)

Piper cachimboense é registrada apenas para a região amazônica do Brasil e Colômbia, e o objetivo deste estudo foi relatar, pela primeira vez, a composição fitoquímica dos óleos essenciais (OEs) desta espécie coletada na floresta amazônica, em Novo Progresso/PA, Brasil. Amostras de folhas foram submetidas a hidrodestilação em aparelho tipo Clevenger. A identificação química foi realizada por cromatografia gasosa e o rendimento dos óleos foi de 11,03 ± 5,94% para as folhas frescas e de 1,07 ± 0,27% para as folhas secas. A análise mostrou 36 compostos voláteis para folhas frescas e 49 para folhas secas. Os constituintes principais dos OEs de folhas frescas e secas de P. cachimboense foram (E)-cariofileno, germacreno-D, -amorfeno, -cadineno e apiol.(AU)

Piper aduncum against Haemonchus contortus isolates: cross resistance and the research of natural bioactive compounds / Piper aduncum contra isolados de Haemonchus contortus: resistência cruzada e a pesquisa de bioativos naturais

Abstract The anthelminthic activity of the essential oil (EO) of Piper aduncum L. was tested in vitro on eggs and larvae of resistant (Embrapa2010) and susceptible (McMaster) isolates of Haemonchus contortus. The EO was obtained by steam distillation and its components identified by chromatography. EO concentrations of 12.5 to 0.02 mg/mL were used in the egg hatch test (EHT) and concentrations of 3.12 to 0.01 mg/mL in the larval development test (LDT). Inhibition concentrations (IC) were determined by the SAS Probit procedure, and significant differences assessed by ANOVA followed by Tukeys test. In the EHT, the IC50 for the susceptible isolate was 5.72 mg/mL. In the LDT, the IC50 and IC90 were, respectively, 0.10 mg/mL and 0.34 mg/mL for the susceptible isolate, and 0.22 mg/mL and 0.51 mg/mL for the resistant isolate. The EO (dillapiole 76.2%) was highly efficacious on phase L1. Due to the higher ICs obtained for the resistant isolate, it was raised the hypothesis that dillapiole may have a mechanism of action that resembles those of other anthelmintic compounds. We further review and discuss studies, especially those conducted in Brazil, that quantified the major constituents of P. aduncum-derived EO.(AU)

Resumo Este estudo avaliou a atividade anti-helmíntica in vitro do óleo essencial (OE) de Piper aduncum L. sobre ovos e larvas de Haemonchus contortus, verificando se um isolado resistente (Embrapa2010), apresentaria o mesmo comportamento que um sensível (McMaster). O OE foi obtido por arraste a vapor e analisado por cromatografia para identificação dos constituintes. O óleo foi avaliado nas concentrações de 12,5 a 0,02 mg/mL no Teste de eclosão dos ovos (TEO) e nas concentrações de 3,12 a 0,01 mg/mL no Teste de desenvolvimento larvar (TDL). As concentrações inibitórias (CI) foram determinadas pelo procedimento Probit do SAS e as diferenças estatísticas geradas pela ANOVA seguida pelo teste de Tukey. Para o isolado sensível obteve-se CI50 de 5,72 mg/mL no TEO. No TDL o óleo apresentou CI50 e CI90 de 0,10 mg/mL e 0,34 mg/mL para o isolado sensível e 0,22 mg/mL e 0,51 mg/mL para o resistente, respectivamente. Demonstrou-se que o OE (dilapiol 76,2%) teve alta eficácia sobre a fase L1. Devido às elevadas CIs obtidas para o isolado resistente, levantou-se a hipótese de que o dilapiol talvez possua um mecanismo de ação semelhante a algum grupo anti-helmíntico. O artigo faz uma revisão e discute estudos de quantificação dos constituintes majoritários do OE de P. aduncum, destacando os realizados no Brasil.(AU)

Synergistic potential of dillapiole-rich essential oil with synthetic pyrethroid insecticides against fall armyworm / Potencial sinérgico do óleo essencial rico em dilapiol para inseticidas piretroides sintéticos frente à lagarta-do-cartucho

The objective of this study was to evaluate the synergy and response homogeneity of the Spodoptera frugiperda larvae population to the Piper aduncum essential oil in combination with pyrethroid insecticides (alpha-cypermethrin, beta-cypermethrin, fenpropathrin, and gamma-cyhalothrin) compared to piperonylbutoxide (PBO) as positive control. Synergism (SF) comparisons were obtained using lethal concentration (LC50) and lethal dose (LD50) ratios of insecticides individually and in their respective synergistic combinations with essential oil and PBO. Dose/concentration-mortality slope curves were used to establish relative toxicity increase promoted by synergism. They also determined homogeneity response. Residual contact revealed significant potentiation for commercial insecticides formulated with beta-cypermethrin (SF=9.05-0.5) and fenpropathrin (SF=34.05-49.77) when combined with the P. aduncum essential oil. For topical contact, significant potentiation occurred only for alpha-cypermethrin (SF=7.55-3.68), fenpropathrin (SF=3.37-1.21), and gamma-cyhalothrin (SF=5.79-10.48) insecticides when combined with essential oil. With the exception of fenpropathrin and gamma-cyhalothrin, insecticides synergistic combinations presented homogeneous response by topical as well as residual contact at least with essential oil. The SF significance values of the P. aduncum essential oil combined with alpha-cypermethrin, beta-cypermethrin, fenpropathrin, and gamma-cyhalothrin insecticides indicated potential for this oil to be used as an alternative to PBO.(AU)

O objetivo deste trabalho foi avaliar a sinergia e homogeneidade de resposta de lagartas de Spodoptera frugiperda ao óleo essencial de Piper aduncum, em combinações com inseticidas do grupo dos piretroides: alfa-Cipermetrina, beta-Cipermetrina, Fenpropatrina e gama-Cialotrina, em comparação ao butóxido de piperonila (PBO controle positivo). Por meio da relação das CL50 e DL50 dos inseticidas tomados isoladamente e de suas respectivas combinações sinérgicas com o óleo essencial e o PBO, foram obtidos os fatores de sinergismo (FS) para comparação entre si. O coeficiente angular das curvas de dose/concentração-mortalidade foi utilizado no estabelecimento do aumento de toxicidade relativa, promovida pelos sinérgicos e determinação da homogeneidade de resposta. Por contato residual, evidenciou-se significativa potencialização dos inseticidas comerciais formulados com beta-Cipermetrina (FS=9,05-0,5) e Fenpropatrina (FS=34,05-49,77), quando combinados com o óleo essencial de P. aduncum. Já por contato tópico, ocorreu significativa potencialização somente dos inseticidas alfa-Cipermetrina (FS=7,55-3,68), Fenpropatrina (FS=3,37-1,21) e gama-Cialotrina (FS=5,79-10,48) quando em combinação com o óleo essencial. Com exceção da Fenpropatrina e gama-Cialotrina, as demais combinações sinérgicas apresentaram homogeneidade de resposta tanto por contato tópico como residual, para pelo menos uma combinação sinérgica com o óleo essencial de P. aduncum. A significância dos valores do FS das combinações do óleo essencial de P. aduncum com os inseticidas a base de alfa-Cipermetrina, beta-Cipermetrina, Fenpropatrina e gama-Cialotrina pode indicar que esse óleo essencial é uma alternativa ao PBO.(AU)

Novo tratamento para tambaquis parasitados utilizando planta amazônica

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a tolerância (cap. I) e o potencial antiparasitário do extrato etanólico e do dilapiol da Piper aduncum, em testes in vitro e in vivo em juvenis de Colossoma macropomum (cap. 2). No cap. I, foi determinada a tolerância (CL50 - Concentração letal para 50 % da população) do tambaqui ao extrato (CL50-24 h) e ao dilapiol (CL50-4 h) e, adicionalmente, foi determinada a composição química do óleo essencial. Para determinar a CL50, juvenis de tambaqui (48,0 ± 5,0g) foram expostos a dois controles (água e metanol 0,1%); 55; 65; 75; 85; 95; 105 e 115 mg.L-1 de extrato etanólico e 7 tratamentos com: dois controles (água e Tween-20 0,0004 %); 33, 36, 39, 42 e 45 mg.L-1 de dilapiol. Os resultados mostraram alto teor de dilapiol na sua composição (>92 %), sendo mais de 41% do extrato etanólico constituído por dilapiol. O tambaqui demonstrou elevada tolerância ao extrato etanólico (CL50-24 h=79 mg.L-1) e menor tolerância ao dilapiol (CL50-4 h= 36 mg.L-1), e, no cap. II, nos testes in vitro, a maior concentração (100 mg.L-1 de extrato) apresentou 100% de eficácia em 4 h e 90 mg.L-1, 100% após duas horas para o dilapiol. Em ambos os produtos, foi observada uma relação dose-tempo dependente. Nos banhos terapêuticos (in vivo) com duas exposições de 4h, o extrato e o dilapiol influenciaram na diminuição do número de monogenoideos, com diferenças significativas em relação aos controles, e com elevada eficácia em 40 e 60 mg.L-1 do extrato com 85,89 e 99,21%, e em 28 e 33 mg.L-1 de dilapiol com 52,44 e 80,24%, respectivamente. Após os banhos com o extrato e com o dilapiol, foram observadas alterações nos parâmetros sanguíneos, bioquímicos e histológicos. Os resultados sugerem que o extrato e o dilapiol da P. aduncum, são eficazes no controle de monogenoideos do tambaqui. Apesar das alterações fisiológicas e histológicas, estas não comprometeram a homeostase dos animais.

The present study aimed to evaluate the tolerance (chapter 1) and the potential use of the ethanol extract and dillapiole from Piper aduncum in the control of parasites in Colossoma macropomum through in vitro and in vivo tests (chapter 2). In chapter 1, the tolerance (LC50 Lethal concentration for 50% of the population) of tambaqui to the ethanol extract (LC50-24h) and dillapiole (LC50-4h) and additionally, the chemical composition of the essential oil was determined. In order to determine the LC50, tambaqui juveniles (48.0 ± 5.0g) were exposed to two controls (water and 0.1% methanol); 55; 65; 75; 85; 95; 105 and 115 mg.L-1 of ethanol extract and two controls (water and Tween-20 0,0004%); 33; 36; 39; 42 and 45 mg.L-1 of dillapiole. Results showed high concentration of dillapiole (>92%) and more than 41% of dillapiole in the ethanol extract. The tambaqui showed high tolerance to the ethanol extract (LC50-24h = 79 mg.L-1) and lower tolerance to dillapiole (LC50-4h = 36 mg.L-1). In chapter 2, the in vitro tests showed 100% efficacy in 4 hours with 100 mg.L-1 of extract and in 2 hours with 90 mg.L-1 of dillapiole. For both products it was observed a dose-time dependent relation. The in vivo tests (4-h therapeutic bath) showed a reduction in the number of monogenean parasites for ethanol extract and dillapiole, with significant difference compared to the controls. The efficacy was 85.89 and 99.21% with 40 and 60 mg.L-1 of ethanol extract and 52.44 and 80.24% with 28 and 33 mg.L-1 of dillapiole, respectively. After the therapeutic bath of extract and dillapiole, it was observed alterations in blood, biochemical and histological parameters. The results suggest that the ethanol extract and dillapiole from P. aduncum are efficient in the control of monogenean parasites of tambaqui and despite the physiological and histological alteration, fish homeostasis was not compromised.