Relationships between insecticidal activity and spatial repellency of plant essential oils in Asian tiger mosquito, Aedes albopictus

Abstract

Recent studies on mosquito repellents seek control agents with spatial effects, and plant essential oils can be considered as potential candidates since they are mainly composed of volatile monoterpene compounds. In the present study, the insecticidal activity of 31 essential oils via topical application method and fumigation assay was examined, and toxicity was compared with spatial repellent activity against the female adults of Asian tiger mosquito, Aedes albopictus. The result displayed moderate correlation between insecticidal activity and spatial repellency, suggesting that the repellency of oils may be the result of active avoidance behavior from potential toxicants. Among tested oils, cinnamon oil (Cinnamomum cassia) was the most active in all three bioassays, as the LD50 in contact toxicity, LC50 in fumigation assay, and repellency at 30 min post-exposure were 3.42 g/mg, 1.37 L/L, and 85.0 ± 5.8%, respectively. The blending effect of cinnamon oil with other 30 oils was examined in their contact toxicity and spatial repellency, and fennel, lavender, and spearmint oils exhibited notable synergistic spatial repellent activity. Unlike the moderate correlation between toxicity and spatial repellency of individual oils, no direct relationship was found in the binary mixtures of oils. Meanwhile, the mosquitoes failed to show any avoidance behavior when their antennae were removed, indicating that although spatial repellency is related to the toxicity of the compounds, the decision-making process is driven by other factors.

최근 연구에 따라 공간기피 효과가 나타나는 기피제의 필요성이 대두되고 있으며, 식물 정유는 공간기피제의 후보 중 하나로 고려된다. 대부분 휘산성인 monoterpene 성분을 함유하고 있으며, 살충 효과 및 공간기피 효과를 지닌다. 본 연구에서는 흰줄숲모기(Aedes albopictus)를 대상으로 31가지 식물 정유에 대한 미량적하실험 및 훈증실험, 공간기피실험을 진행하여 접촉 및 훈증 독성과 공간기피 효과를 비교해보았다. 결과값을 Pearson correlation coefficient을 통해 비교한 결과, 접촉독성과 기피율, 훈증독성과 기피율 사이에는 moderate correlation이 존재한다는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 공간기피 효과는 모기가 식물 정유가 지닌 살충성 성분을 회피하는 행위를 통해 나타난다는 가능성을 확인할 수 있었다. 실험에 사용한 식물 정유 중, cinnamon (Cinnamomum cassia)의 LD50, LC50 및 기피율이 각각 3.42 g/mg, 1.37 L/L, and 85%로 살충효과 및 공간기피 효과가 가장 뛰어났다. 이러한 cinnamon oil를 30가지 식물 정유와 혼합한 결과, fennel, lavender, spearmint 세 가지 식물 정유에서 공간기피 효과가 시너지 효과로 인해 증가한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 단일 식물 정유에서 확인한 살충 효과와 공간 기피 효과 사이의 상관관계와는 달리, 혼합한 식물 정유에서는 둘 사이의 상관관계를 확인할 수 없었다. 또한 더듬이를 제거한 흰줄숲모기를 대상으로 공간기피실험을 진행한 결과, 기피율이 유의미하게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 공간기피는 식물 정유의 살충 성분과 연관성이 있으나, 기피 행위에 따른 의사 결정 과정은 다른 요소에 의해 발생하는 것으로 판단된다.