Effect of nanoparticles and combinations with Beauveria bassiana on controlling fall armyworm, spodoptera frugiperda

ผลของอนุภาคนาโนร่วมกับเชื้อรา Beauveria bassiana ในการควบคุมหนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุด

Name: Sarayut Pittarate

LCSH: Beauveria bassiana

LCSH: Fall Armyworm

LCSH: Fungi

Abstract: The Polyphagous pest known as the fall armyworm, Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) (Lepidoptera: Noctuidae), is emerging as one of the main threats to agricultural crop production. It has about 80 host species that seriously harm crops of vegetables and cereals. In North and South America, it is a significant pest of maize. It was first discovered in Africa in 2016 and has since spread to other parts of the globe and become a significant invasive pest of maize. The fall armyworm is extremely challenging to manage because of its capacity for rapid reproduction, migration, and feeding on a variety of host plants. Nowadays, many of the registered chemical pesticides are neurotoxic, which means that their fundamental mode of action interferes with the insects’ nervous system and some of which may pose risks to mammals, environmental contamination, and bioaccumulation. Moreover, the use of Beauveria bassiana an important and widely used microbial agent, is an entomopathogenic fungus that is used to control numerous significant pests. This species has a long history of use and is widely used commercially. Additionally, they have been applied to a wide range of host arthropods and are utilized globally. B. bassiana is used in agriculture to control a variety of insect pests, but it has not yet met the requirements for commercialization, primarily because some isolates are weak in their natural state, have a narrow host range, and have a low mortality rate. Hence, the use of B. bassiana could be improved if their infection and killing infecting and killing ability is enhanced. Nanotechnology is currently accepted in the world of pesticides and pest management, and it has the potential to revolutionize agricultural pest control technology. Moreover, nanotechnology has the potential to provide effective solutions for a variety of agricultural issues. Recently, the efficacy of several nanoparticles against medically and economically significant arthropod pests has been investigated. Nanoparticle use combination with entomopathogens to control insect pest is limited and poor data. To address the expanding challenges of yield loss and food security, this research seeks to (i) select nanotechnology that is effective on the digestive system, reproductive system, and life cycle of S. frugiperda, and (ii) study the interactive effects of nanotechnology in combination with B. bassiana to control S. frugiperda. Nanotechnology is urgent as a highly attractive field for agricultural research geared toward developing new "insect pest control nanoparticles." The first study was to determine the effect of zinc oxide nanoparticles against S. frugiperda under laboratory conditions. The results showed that ZnO NPs were diluted into different concentrations (100–500 ppm) in which baby corn was dipped to feed the S. frugiperda larvae. The development of the insect feeding on food dipped in ZnO solution was significantly (p 0.05) affected, the number of days it took to complete its life cycle when compared to the control. When all concentrations of ZnO NPs were compared to the control, there was a significant difference in adult emergence, with over 90% of the eggs successfully completing the cycle until adult emergence. Several malformations were also observed throughout the insect's lifecycle. Female fecundity was also significantly affected. The findings of this study suggest that ZnO nanoparticles could be used not only to eradicate S. frugiperda but also to significantly reduce its population in the ecosystem through body deformations, reduced fecundity, reduced oviposition, and decreased egg hatchability. The last study show that copper nanoparticles were characterized by using a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray (EDaX) analysis. The EDaX analysis results clearly show that the synthesized copper nanoparticles contain copper as the main element, and the SEM analysis results show nanoparticle sizes ranging from 29 to 45 nm. The CuO NPs showed remarkable larvicidal activity (97%, 94%, and 81% were observed on the 3rd, 4th, and 5th instar larvae, respectively). The CuO NPs produced high antifeedant activity (98.25%, 98.01%, and 98.42%), which was observed on the 3rd, 4th, and 5th instar larvae, respectively. CuO NPs treatment significantly reduced larval hemocyte levels 24 h after treatment ; hemocyte counts and sizes changed in the CuO NPs treatment compared to the control. After 24 h of treatment with CuO NPs, the larval acetylcholinesterase enzyme levels decreased with dose dependent activity. All of the results demonstrate the potential of nanoparticles and their combination with entomopathogens to control fall armyworm and their impact on nontarget organisms ; it demonstrated new strategies to control fall armyworm, showed alternative methods for farmers in IPM programs, and provided a new data base for scientists.

Abstract: หนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุด Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) แมลงอันดับ Lepidoptera วงศ์ Noctuidae เป็นแมลงศัตรูที่กินพืชอาหารได้หลากหลาย เป็นแมลงศัตรูพืชร้ายแรงที่เข้าคุกคามผลผลิตทางการเกษตร เข้าทำลายพืชผลทางการเกษตรอย่างรุนแรงได้มากกว่า 80 สายพันธุ์ทั้งพืชผักและธัญพืช ในอเมริกาเหนือและใต้ โดยเป็นศัตรูพืชที่สำคัญของข้าวโพด หนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุดถูกค้นพบครั้งแรกในแอฟริกาในปี 2559 และได้แพร่กระจายไปยังส่วนอื่น ๆ ของโลก และกลายเป็นศัตรูพืชรุกรานที่สำคัญของข้าวโพด แมลงชนิดนี้ได้สร้างปัญหาและความท้าทายอย่างมากในการจัดการเนื่องจากความสามารถในการสืบพันธุ์ การอพยพย้ายถิ่น และการกินพืชอาศัยหลากหลายชนิดอย่างรวดเร็ว ในปัจจุบัน สารเคมีที่ใช้กำจัดศัตรูพืชที่ขึ้นทะเบียนจำนวนมากเป็นพิษต่อระบบประสาท ซึ่งหมายความว่ารูปแบบการทำงานของสารกำจัดศัตรูพืชพื้นฐานรบกวนระบบประสาทของแมลง และบางชนิดอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม และการสะสมทางชีวภาพ นอกจากนี้ การใช้เชื้อราก่อโรคในแมลง Beauveria bassiana ซึ่งเป็นสารจุลินทรีย์ที่มีใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมแมลงศัตรูพืชที่สำคัญจำนวนมาก เชื้อราสายพันธุ์นี้มีประวัติการใช้งานมายาวนานและมีการผลิตในเชิงพาณิชย์ นอกจากนี้ยังถูกนำไปใช้ควบคุมสัตว์ขาปล้องหลากหลายชนิดและนำไปใช้ทั่วโลก เชื้อรา B. bassiana ที่ใช้ในการเกษตรเพื่อควบคุมแมลงศัตรูพืชมีหลายชนิด แต่ยังไม่เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับการค้า เนื่องจากเชื้อที่แยกได้บางชนิดอ่อนแอในสภาพธรรมชาติ มีความเฉพาะเจาะจงกับแมลงอาศัย และเชื้อราบางชนิดทำให้อัตราการตายต่ำเมื่อทดสอบกับแมลงศัตรู ดังนั้นการใช้ เชื้อรา B. bassiana สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้หากเพิ่มความสามารถในการติดเชื้อและการฆ่าแมลง ปัจจุบันนาโนเทคโนโลยีเป็นที่ยอมรับในบริบทของ สารกำจัดศัตรูพืช และการจัดการศัตรูพืช มีศักยภาพในการปฏิวัติเทคโนโลยีการควบคุมศัตรูพืชทางการเกษตร นอกจากนี้ นาโนเทคโนโลยียังมีศักยภาพในการแก้ปัญหาด้านการเกษตรที่หลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการตรวจสอบประสิทธิภาพของอนุภาคนาโนหลายชนิดต่อศัตรูพืชสัตว์ขาปล้องที่มีความสำคัญทางการแพทย์และเศรษฐกิจ การใช้อนุภาคนาโนร่วมกับเชื้อราก่อโรคในแมลงเพื่อควบคุมแมลงศัตรูพืชนั้นมีการศึกษาในวงจำกัดและข้อมูลการศึกษามีน้อย เพื่อให้สอดรับกับความท้าทายที่เพิ่มขึ้นของการสูญเสียผลผลิตและความมั่นคงทางอาหาร งานวิจัยนี้พยายามที่จะ (i) เลือกสารนาโนเทคโนโลยีที่มีผลกับระบบย่อยอาหาร ระบบสืบพันธุ์ และวงจรชีวิตของหนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุด (S. frugiperda) และ (ii) ศึกษาประสิทธิภาพของการใช้นาโนเทคโนโลยี ร่วมกับเชื้อรา B. bassiana เพื่อควบคุม S. frugiperda นาโนเทคโนโลยีเป็นเรื่องค่อนข้างใหม่ทั้งยังเป็นสาขาที่น่าสนใจอย่างมากสำหรับการวิจัยทางการเกษตรที่มุ่งสู่การพัฒนา "อนุภาคนาโนสำหรับควบคุมแมลงศัตรูพืช" ชนิดใหม่ การศึกษาแรกเพื่อตรวจสอบผลกระทบของอนุภาคนาโนซิงค์ออกไซด์ต่อหนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุด ภายในห้องปฏิบัติการ ผลการวิจัยพบว่าอนุภาค ZnO NPs ถูกเจือจางในความเข้มข้นต่างกันที่ (100–500 ppm) โดยจุ่มข้าวโพดอ่อนเพื่อเลี้ยงแมลงในระยะหนอน S. frugiperda พัฒนาการของแมลงที่กินอาหารจุ่มในสารละลาย ZnO ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ (p 0.05) สังเกตได้จากจำนวนวันที่ใช้เพื่อให้วงจรชีวิตสมบูรณ์เมื่อเทียบกับชุดควบคุม เมื่อเปรียบเทียบความเข้มข้นทั้งหมดของ ZnO NP กับชุดควบคุม พบมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการลอกคราบจากดักแด้ของตัวเต็มวัย อีกทั้งพบว่ากว่า 90% ของไข่ที่ฟักสามารถพัฒนาการในระยะต่าง ๆ ตลอดวงจรชีวิต แต่ยังพบความผิดปกติหลายอย่างตลอดวงจรชีวิตของแมลง โดยพบว่าความดกของไข่ในแมลงตัวเมียได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน จากการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าอนุภาคนาโน ZnO สามารถนำมาใช้ไม่เพียงเพื่อกำจัด หนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุดเท่านั้น แต่ยังช่วยลดจำนวนประชากรในระบบนิเวศได้อย่างมาก ผ่านความผิดปกติของลำตัวแมลง การมีประชากรรุ่นลูกที่ลดลง การตกไข่ที่ลดลง และความสามารถในการฟักไข่ที่ลดลง การศึกษาครั้งล่าสุดแสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนของทองแดงมีลักษณะเฉพาะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และการวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ดูการกระจายตัวด้วยพลังงานไฟฟ้า (EDaX) ผลการวิเคราะห์ EDaX ช่วยยืนยันว่าอนุภาคนาโนทองแดงสังเคราะห์ที่ใช้ในการศึกษามีทองแดงเป็นองค์ประกอบหลัก และผลการวิเคราะห์โดยกล้อง SEM แสดงให้เห็นว่าขนาดอนุภาค นาโนที่สังเคราะห์ได้มีขนาดตั้งแต่ 29 ถึง 45 นาโนเมตร อนุภาค CuO NPs ส่งผลให้เกิดอัตราการตายกับแมลงระยะหนอนอย่างมีนัยสำคัญ (97%, 94% และ 81% สังเกตพบในแมลงวัยอ่อนระยะที่ 3, 4 และ 5 ตามลำดับ) CuO NPs มีศักยภาพในการยับยั้งการกินอาหารของแมลงได้สูง (98.25%, 98.01% และ98.42%) ซึ่งสังเกตพบในตัวอ่อนระยะที่ 3, 4 และ 5 ตามลำดับ มากไปกว่านั้นพบว่าอนุภาค CuO NPs ช่วยลดระดับเม็ดเลือดของแมลงระยะหนอนได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยพบจำนวนและขนาดของเม็ดเลือดเปลี่ยนแปลงหลังจากได้รับ CuO NPs 24 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม การได้รับอนุภาค CuO NPs ส่งผลให้ระดับเอนไซม์ acetylcholinesterase ของระยะหนอนลดลงโดยขึ้นอยู่กับปริมาณสารที่ได้รับ ผลลัพธ์ทั้งหมดแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของอนุภาคนาโนและการใช้ร่วมกับเชื้อราก่อโรคในแมลงเพื่อควบคุมหนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุดและผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่เป้าหมาย ซึ่งแสดงให้เห็นกลยุทธ์ใหม่ในการควบคุมหนอนกระทู้ข้าวโพดลายจุด แสดงวิธีการทางเลือกสำหรับเกษตรกรในการควบคุมแบบผสมผสาน และเป็นฐานข้อมูลใหม่สำหรับนักวิทยาศาสตร์

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Patcharin Krutmuang

Role: Advisor

Name: Supamit Mekchay

Role: Advisor

Name: Malee Thungrabeab

Role: Advisor

Name: Jennifer Luangsa-Ard

Role: Advisor

Created: 2022

Modified: 2024-01-05

Issued: 2023-08-02

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Entomology

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	630851001.pdf	1.02 MB	13	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.038572 วินาที