Identifikace antenálně aktivních látek esenciálních olejů Pompinella anisum, Origanum vulgare, and Thymus vulgaris u kůrovce I. typographus

Jan Prchal

Bachelor's thesis

Identification of antennally active substances of essential oils Pompinella anisum, Origanum vulgare, and Thymus vulgaris in bark beetle I. typographus

Abstract:

Lýkožrout smrkový (Ips typographus) je největší škůdce smrkových porostů (Picea abies). K úspěšné kolonizaci stromu samci produkují agregační feromon, který láká brouky obou pohlaví. Tento feromon a jiné vůně dokáže vnímat pomocí velmi citlivých čichových receptorů, které se nacházejí v senzilách na tykadle. Tato práce měla za cíl identifikovat antenálně aktivní látky v repelentních esenciálních olejích (EO) Pimpinella anisum, Thymus vulgaris a Origanum vulgare.V této práci jsem nejprve zjišťoval pomocí elektroantennografie (EAG), jak dlouho je schopno izolované tykadlo kůrovce reagovat na čichové podněty. Druhý experiment byl zaměřen na porovnání EAG aktivity různých koncentrací (1, 10 100 µg/µl, 1, 10, 100 ng/µl) tří esenciálních olejů Pimpinella anisum, Thymus vulgaris a Origanum vulgare. Ve třetím experimentu jsem pomocí plynové chromatografie spojené s elektroantenografickou detekcí (GC-EAD), analyzoval jednotlivé esenciální oleje a následně pomocí plynové chromatografie s hmotnostní detekcí (GC-MS), a Kovatsových indexů byly identifikovány antenálně aktivní látky EO.Bylo zjištěno, že izolované tykadlo lýkožrouta reaguje na čichové podněty po dobu 14 minut. V EAG experimentech vyvolával nejsilnější reakce tykadel Origanum vulgare ve všech testovaných koncentracích. Odpovědi větší než hexan se vyskytovaly od koncentrace 100 ng/µl a větších. V GC-EAD a GC-MS experimentech bylo identifikováno celkem sedm antenálně aktivních látek, které vyvolaly různě silné antenální odpovědi.Identifikované antenálně aktivní látky repelentních EO byly anetol, carvacrol, caryophyllen, cymen, estragol, thymol, γ-Terpinen. Estragol, cymen a γ-Terpinen již byly u Ips typographus studovány a bylo zjištěno, že jsou vnímány specifickými čichovými neurony (OSN). Ostatní látky anetol, carvacrol, caryophyllen a thymol doposud studovány nebyly a budou základem dalších studií.

Abstract:

Spruce bark beetle (Ips typographus) is the economicaly important pest of spruce forests (Picea abies). To succcesfully colonize the tree, males produce an agregation pheromone that attract both sexes of beetle. Beetles perceivethe pheromone and other scents with very sensitive olfactory receptors on antennae. Aim of this work was to identify antennaly active substances from essential oils with repellent effect - Pimpinella anisum, Thymus vulgaris and Origanum vulgare.Using electroantennography (EAG), I first tried to determine how long isolated antennae are able to respond to olfactory stimulations. EAG was also used for efficiency comparison of various concentrations (1, 10, 100 µg/µl, 1, 10, 100 ng/µl) of three essential oils Pimpinella anisum, Thymus vulgaris and Origanum vulgare. Finally, using gas chromatography with electroantennographic detection (GC EAD), we analyzed individual essential oils to determine anennally active compounds. By means of gas chromatography with mass spektrometry (GC-MS), and Kovats retention indexes we identified these antenally active substances.I observed that isolated antennae of spruce bark beetles can react about 14 minutes. In EAG dose-response experiments, it was also observed that Origanum vulgare elicited strongest EAD reactions in all concentrations tested. EAG responses higher than hexane were observed above concentration 100 ng/µl. In GC-EAD analyses we identified seven antenally active areas. Using GC-MS we identified 7 antennally active compounds anethole, carvacrol, caryophyllene, cymene, estragole, thymol, γ-Terpinene.The substances estragole, anehole, cymene and γ-terpinene have been already studied on Ips typographus and specific olfactory neuron receptors were found on bark beetle antennae. Compounds carvacrol, caryophyllene and thymol are new and will be studied in further experiments.

Keywords

Ips typographus, esenciální oleje, EAG, Scolytinae

Keywords

Ips typographus, essential oils, EAG, Scolytinae

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Hana Šípková, Ph.D.
• Reader: Michal Řeřicha, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme / field:
Environmental Sciences / Applied Ecology