Synergistic Mechanism of Insecticidal Activity in Basil (Ocimum basilicum) and Mandarin (Citrus reticulata) Essential Oils against the Tobacco Cutworm

Abstract

Owing to the complexity in the chemical composition of plant essential oils, they often display enhanced insecticidal activity when applied as a mixture. Although the insecticidal activity of plant essential oils has been gaining more attention recently, understanding in the mechanism of synergy has not been studied as much. In the present study, insecticidal activity of 28 individual essential oils and their mixtures against the third instar larvae of Spodoptera litura was examined. Among the oils tested, basil oil exhibited the strongest contact toxicity, and mandarin oil displayed the greatest boosting effect when the remaining oils were mixed with basil oil. Estragole and linalool were determined as the major active constituents for the insecticidal activity of basil oil, and limonene for mandarin oil from the chemical analyses and compound elimination assay. Based on the LD50 values, the binary mixture of basil and mandarin oils exhibited enhanced toxicity compared to the individual application of the two oils, showing synergy ratios of 1.3 and 1.4 from two statistical models. As for the major active compounds, synergistic interaction was found in tertiary mixture of estragole, linalool, and limonene in the blending ratio of 7:2:7, displaying the same insecticidal activity of the binary mixture of basil and mandarin oils. The synergistic effect was only observed in the tertiary mixture, indicating each compound play crucial roles of the overall contact toxicity. Increased penetration through cuticular layer and amplified neurophysiological response were proposed for the mechanism of synergistic effect.

식물 에센셜 오일의 화학적 구성은 복잡하기 때문에, 혼합 처리 시 살충력이 상승하는 경우가 존재한다. 이러한 에센셜 오일의 활성은 주목을 받고 있지만, 상승 매커니즘에 대한 이해는 많은 연구가 이루어지지 않은 실정이다. 본 연구에서는 담배거세미나방(Spodoptera litura)의 세 번째 유충에 대해 28종류의 에센셜 오일과 그 혼합물의 살충력을 평가하였다. 이들 중 바질 오일은 가장 높은 접촉독성을 보였으며, 만다린 오일은 바질 오일과의 혼합 평가에서 가장 높은 상승 효과를 나타냈다. GC-MS와 주 성분 소거 평가(Compound elimination assay)를 통해, 바질 오일은 estragole과 linalool, 만다린 오일은 limonene이 주요한 살충 활성을 보이는 물질임을 확인하였다. 반수치사량을 기준으로, 바질 오일과 만다린 오일의 이원 혼합물은 두 오일을 개별적으로 처리하였을 때에 비해, 두 가지 통계 모델에서 1.3, 1.4 라는 값을 나타냈다. 각 오일의 주 활성물질인 estragole, linalool, limonene의 화합물의 살충력을 평가했을 때, 혼합비 7:2:7에서 시너지 효과가 나타났으며 바질 오일과 만다린 오일 이원 혼합물과 유사한 살충 활성을 보였다. 시너지 효과는 세 가지 주 물질이 모두 혼합되었을 경우 나타났으며, 이는 각 화합물이 접촉 독성에서 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다. 바질 오일과 에센셜 오일의 활성은 표피층에 대해 높아진 침투효과와 신경 생리학적 반응이 시너지 효과의 매커니즘으로 여겨진다.