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Insecticidal potential of terpenes and phenylpropanoids: natural solutions and nanotechnology for agricultural pests control

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Resumo

A agricultura é uma das principais atividades econômicas do Brasil. Anualmente a produtividade sofre perdas por vários fatores, incluindo a ação de insetos-praga. A principal forma de controle é o uso de inseticidas químicos sintéticos, normalmente feito de forma abusiva, o que gera problemas de contaminação de recursos naturais, seleciona indivíduos resistentes e coloca em risco a integridade de ecossistemas. Como alternativa ao uso desses compostos, produtos naturais têm ganhado destaque, especialmente terpenos e fenilpropanoides que são constituintes de óleos essenciais de espécies vegetais. Os produtos naturais são considerados ecologicamente corretos e empregados em práticas sustentáveis de produção. Objetivou-se nesse trabalho avaliar a atividade inseticida de terpenos e fenilpropanoides sobre os insetos-praga Drosophila suzukii e Sitophilus zeamais; utilizar os compostos de maior potencial na síntese de nanopartículas para contornar as limitações impostas pelas propriedades físico-químicas dessas moléculas. Adicionalmente, avaliar o efeito de doses subletais nos organismos de interesse e em espécies não-alvo, como Doru luteipes, Palmistichus elaeisis e Tetrastichus howardi. Para D. suzukii, L-(-)-carvona, carvacrol, (E)-anetol e (E)-cinamaldeído, causando alta mortalidade e deformações nos adultos. Esses compostos também alteraram a atividade de enzimas detoxificantes, como catalase (CAT), superóxido dismutase (SOD) e glutationa-S-transferase (GST), além de provocarem alterações histológicas no exoesqueleto, intestino e corpo gorduroso dessa praga. Os compostos nanoparticulados apresentaram efeito inseticida prolongado, especialmente PCL-carvacrol. Os compostos não afetaram significativamente os inimigos naturais D. luteipes e P. elaeisis, sugerindo seletividade biológica. Para S. zeamais, carvacrol foi composto mais eficaz, seguido por (E)-cinamaldeído e p-anisaldeído. Além disso, (E)-anetol demonstrou forte sinergia em misturas binárias. Os compostos ativaram enzimas antioxidantes e aumentaram a peroxidação lipídica, promovendo estresse oxidativo. Também inibiram enzimas digestivas, como α-amilase, e reduziram a espessura de fibras musculares e intestinais, além da reserva lipídica e carboidratos no corpo gorduros. O (E)-cinamaldeído mostrou maior compatibilidade com T. howardi, parasitoide de pragas. Os resultados indicam que esses compostos naturais são potenciais bioinseticidas seletivos, com aplicações promissoras no controle sustentável de pragas agrícolas.

Abstract

Agriculture is one of the main economic activities in Brazil. Annually, productivity suffers losses due to various factors, including the action of pest insects. The primary control method is the use of synthetic chemical insecticides, which is often done abusively and without awareness, causing issues such as contamination of natural resources, selection of resistant individuals, and posing risks to ecosystem integrity and human health. As an alternative to these compounds, natural products have gained attention, especially terpenes and phenylpropanoids, which are constituents of essential oils from plant species. Natural products are considered environmentally friendly and are used in sustainable production practices. This study aimed to evaluate the insecticidal activity of terpenes and phenylpropanoids on pest insects Drosophila suzukii and Sitophilus zeamais; to use the most potent compounds in nanoparticle synthesis to overcome limitations imposed by the physicochemical properties of these molecules. Additionally, the effects of sublethal doses on target organisms and non-target species, such as Doru luteipes, Palmistichus elaeisis, and Tetrastichus howardi, were assessed. For D. suzukii, L-(-)-carvone, carvacrol, (E)-anethole, and (E)-cinnamaldehyde caused high mortality and deformities in adults. These compounds also altered the activity of detoxifying enzymes, such as catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and glutathione-S-transferase (GST), and induced histological changes in the exoskeleton, intestines, and fat body of this pest. Nanoparticled compounds showed prolonged insecticidal effects, especially PCL-carvacrol. The compounds did not significantly affect natural enemies D. luteipes and P. elaeisis, suggesting biological selectivity. For S. zeamais, carvacrol was the most effective compound, followed by (E)-cinnamaldehyde and p-anisaldehyde. Furthermore, (E)-anethole demonstrated strong synergy in binary mixtures. The compounds activated antioxidant enzymes and increased lipid peroxidation, promoting oxidative stress. They also inhibited digestive enzymes, such as α-amylase, and reduced muscle fiber and intestinal thickness, as well as lipid reserves and carbohydrates in the fat body. (E)-cinnamaldehyde showed the greatest compatibility with T. howardi, a pest parasitoid. The results indicate that these natural compounds are potential selective biopesticides with promising applications for the sustainable control of agricultural pests.

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Arquivo retido, a pedido do autor, até fevereiro de 2026.

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SOUZA, Luciano de. Insecticidal potential of terpenes and phenylpropanoids: natural solutions and nanotechnology for agricultural pests control. 2025. 191 p. Tese (Doutorado em Agroquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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