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Bol. San. Veg. Plagas, 17: 391-400, 1991
Los insecticidas reguladores del crecimiento y la cutícula
E. VIÑUELA, F. BUDIA Y P. DEL ESTAL
Se ha pasado revista a las muchas e importantes funciones que desempeña la cu-tícula en la vida del insecto, y que justifican que sea el lugar preferente de actuaciónde los insecticidas selectivos. Se han examinado igualmente los diferentes tipos de in-secticidas reguladores del crecimiento de los insectos existentes hoy en día (HJ, juve-noides y juvenógenos; anti-hormonas juveniles; ecdisona y ecdisoides; anti-ecdisonas;inhibidores de la formación de la cutícula; y ciromacina), haciendo referencia a susefectos sobre la cutícula y a sus posibilidades de uso práctico.
E. VIÑUELA, F. BUDIA Y P. DEL ESTAL: Entomología Agrícola. ETSI Agrónomos.28040-Madrid.
Palabras clave: Insecticidas reguladores del crecimiento, cutícula.
EL TEGUMENTO DE LOS INSECTOS
Una de las características más importan-tes de los insectos, que comparten con elresto de los artrópodos, es la existencia deun tegumento externo, que determina suforma y que es el responsable en gran me-dida, del éxito evolutivo de los mismoscomo animales terrestres, ya que gracias aque es impermeable, ha permitido que vi-van en ambientes que no están saturadosde vapor de agua (WIGGLESWORTH, 1974).
El tegumento consta de una membranabasal, de una capa celular o epidermis y deuna capa externa no celular o cutícula queconstituye el exoesqueleto.
La cutícula es la capa más importante.Recubre externamente el cuerpo del insec-to y tapiza ciertas superficies internas, porlo que interviene en una variada gama deprocesos fisiológicos, que hace que los in-sectos dependan totalmente de ella. Estacapa realiza importantes funciones mecáni-cas (HADLEY, 1984; REYNOLDS, 1987) yprincipalmente actúa como exoesqueleto
que no se deforma o rompe bajo presión,pero también proporciona al organismoprotección frente a diversos agentes exter-nos (microorganismos, insecticidas, etc.),puede ser utilizada como lugar de almace-namiento de energía durante el vuelo y elsalto, y participa en la formación de todaclase de órganos de los sentidos.
La cutícula tiene una estructura laminar,con capas dispuestas en paralelo a la super-ficie, que van atravesadas por numerososporos canales. En la capa más exterior oepicutícula se distinguen de fuera a dentro,la capa de cemento (para protección), lacapa de ceras (que evita las pérdidas deagua y es una barrera a la entrada de insec-ticidas) y la cuticulina, que es quizás la capamás importante por ser barrera permeableselectiva y limitar el crecimiento al ser ine-lástica (GILLOT, 1980). En la epicutícula sepueden encontrar también antibióticos quí-micos que dan protección contra hongos(NEVILLE, 1984).
La procutícula o zona interna, está for-mada esencialmente por una matriz protei-
ca en la que van embebidas gran númerode largas fibras de quitina, que adoptan unadisposición helicoidal (HILLERTON, 1984;REYNOLDS, 1987). La zona externa puedeesclerotizarse y constituye la exocutícula,denominándose al resto endocutícula.
El principal componente de la procutícu-la es la quitina (polisacárido de N-acetild-glucosamina) y su proporción va aumen-tando con la profundidad, oscilando el con-tenido normal medio entre un 25 y un 50 %(DAVIES, 1991).
El segundo componente en importanciason las proteínas, conociéndose al menos 20tipos diferentes de éstas (CHEN & MAYER,1985). En la exocutícula se estabilizan me-diante compuestos fenólicos y quinonas yforman la esclerotina que le confiere rigidez(HACKMAN, 1984).
La epidermis es una capa unicelular cu-yas células se pueden modificar para dar cé-lulas dermales, oenocitos, pelos, etc. Ade-más secreta la mayoría de la cutícula e in-terviene en la impermeabilidad del tegu-mento al modificar el flujo de ceras desdesu membrana (HADLEY, 1984).
LA CUTÍCULA COMO OBJETIVODE LOS INSECTICIDAS SELECTIVOS
A la vista de las muchas e importantesfunciones que realiza la cutícula en la vidadel insecto, no es de extrañar que gran par-te de las investigaciones actuales para el di-seño de insecticidas selectivos, hayan elegi-do a ésta o a las células epidérmicas comolugar de actuación, ya que un objetivo fun-damental es el respeto de los vertebrados,y la presencia de un exoesqueleto diferen-cia a los invertebrados del resto de losanimales.
La vulnerabilidad de la cutícula y el in-terés que ofrece como objetivo de los in-secticidas selectivos, se asocia principal-mente con la necesidad de la muda y consu composición química. Periódicamentelos artrópodos deben desprenderse de sucutícula para incrementar de tamaño, porlo que todo producto que incida sobre ella,
alterará de alguna manera sus posibilidadesde crecimiento. Además aunque la quitinano es totalmente exclusiva de los artrópo-dos, es particularmente esencial para ellos,siendo por tanto un lugar ideal para la ac-tuación de los plaguicidas (REYNOLDS,1987).
En el caso de las células epidérmicas elinterés se centra en que al secretar la ma-yoría de la cutícula, son en definitiva lasresponsables del crecimiento, forma y pro-tección del insecto.
INSECTICIDAS REGULADORESDEL CRECIMIENTO (RCI)
Dentro del término RCI se incluye a to-dos aquellos compuestos que de alguna for-ma alteran el crecimiento y desarrollo delos insectos, y todos ellos parecen interferirde alguna manera con la normal formaciónde la cutícula (CHEN & MAYER, 1985), aun-que todavía en muchos casos, no se conocecon exactitud su forma de actuación.
Hormona juvenil. Juvenoides. Juvenógenos
La metamorfosis que sufren los insectosdesde el estado de huevo al de adulto, estáregulada por un sistema hormonal comple-jo en el que intervienen principalmente laecdisona (hormona de la muda = HM) y lahormona juvenil (HJ). Las concentracionesrelativas de estas hormonas en el cuerpo delinsecto son muy importantes, ya que van adeterminar si la muda va a ser juvenil o aadulto.
A la vista del importante papel que jue-ga la HJ en el desarrollo de los insectos, Wl-LLIANS en 1956, propuso su utilizacióncomo insecticida, al obtener efectos morfo-genéticos en la metamorfosis del gusano deseda, cuando le aplicaba extractos del ab-domen del macho de Hyalophora cecropia(Lep: Saturniidae).
Sin embargo la HJ es costosa de sinteti-zar y se degrada rápidamente, por lo quese han puesto a punto diferentes sustancias
análogas y miméticas (sintéticas, y aisladasde plantas y animales) conocidas comoJuvenoides.
La aplicación de HJ y sus análogos a losinsectos, origina la formación de cutículasanormales, no sólo en cuanto a su aspectoexterno (Fig. 1), sino también en cuanto asu ultraestructura (CAVENEY, 1970), o ni-vel molecular, ya que se ve alterado el con-tenido proteico de la misma (ROBERTS &WILLIS, 1980). La diferenciación de las cé-lulas epidérmicas, y la síntesis de proteínaspuede verse también inhibida (CAVENEY,1970; BELLES, 1980).
El uso práctico de los juvenoides, no estámuy extendido sin embargo, porque su efi-cacia depende del momento de aplicación,que es muy crítico, y por otro lado existe elpeligro de inducción a la producción de es-tadios larvarios supernumerarios, con locual, si son el estado de desarrollo más pe-ligroso para el cultivo, estaríamos aumen-tando el problema. Además los insectoshan conseguido desarrollar resistencia ha-cia muchos de estos productos (SPARKS yHAMMOCK, 1983).
En nuestro país están registrados en laactualidad únicamente el Fenoxycarb, elKinopreno y el Metopreno.
Modernamente a este grupo hay que aña-dir otros productos denominados Juvenóge-nos que son compuestos que una vez en elinterior del insecto, sufren una activaciónmetabólica, liberando una molécula con ac-tividad de HJ (COLL, 1988).
Anti-hormonas juveniles
Los productos antagonistas de la HJ fue-ron aislados por vez primera por BOWERSen 1976, a partir de la planta Ageratumhoustonianum, denominándose Precocenospor el efecto de producir una metamorfosisprecoz en los insectos heterometábolos, alactuar sobre los «corpora allata» (BOWERSetal, 1976).
Más recientemente, se han identificadootros compuestos que actúan inhibiendo losprimeros pasos de la síntesis de la HJ o los
Fig. 1.—Malformaciones en Tribolium castaneumtratado con Fenoxycarb.
últimos y que pueden ser activos contra al-gunos insectos holometábolos (STAAL,1986), con lo que se ha ampliado notable-mente la gama de productos de este grupo.
Su uso práctico, sin embargo, está aúnpor desarrollar.
Ecdisona y ecdisoides
Otra alternativa para el control de insec-tos, aunque todavía muy poco exploradadesde el punto de vista práctico, lo consti-tuyen las hormonas de la muda (HM).
En 1934 WIGGLESWORTH encuentra «unfactor iniciador de la muda» en Rhodnius yFUKUDA en 1940 propone que su lugar desíntesis eran las glándulas protorácicas. Aeste compuesto aislado y purificado por Bu-TERNAND & KARLSON, se le denominó ec-disona y posteriormente se vio que se po-día sintetizar en otros lugares del cuerpo delinsecto (abdomen, oenocitos y terguitos).Igualmente se hizo evidente, la existencia
de otro compuesto muy efectivo en bioen-sayos, la ecdisterona o 20-hidroxiecdisona,que se formaba por hidroxilación de la an-terior, en los órganos periféricos, talescomo cuerpo graso, tubos de Malpigio yepidermis (GNATZY& ROMER, 1984).
La acción de esteroides análogos a la HMfue descubierta por HORA y colaboradoresen 1966, al ver que se inhibía el endureci-miento de la cutícula de Pyrrhocoris opte-rus, tras mudar, denominándose a estoscompuestos Ecdisoides (SLAMA et al.,1974).
Este tipo de sustancias también se hallapresente en ecosistemas naturales, ya quedos grupos de plantas relativamente primi-tivos como son los heléchos y gimnosper-mas contienen ecdisteroides (Fitoecdisonas)que las hace bastante resistentes a los ata-ques de los insectos (HARBORNE, 1982).
La escasa atención que ha dedicado la in-dustria química a estos productos, se debea que a pesar de ser específicos de insectos,crustáceos y nematodos, y no mostrar toxi-cidad en mamíferos (aunque son semejan-tes a algunas hormonas de los vertebrados),son moléculas complejas y penetran difícil-mente a través de la cutícula de los insec-tos (MARCO & TOMAS, 1988).
No obstante recientemente se han abier-to nuevas posibilidades de uso práctico, conel descubrimiento de sustancias no esteroi-dales que tienen efectos análogos a la HM(WING eí a/., 1988).
Anti-ecdisonas
Los primeros compuestos que inhibían lamuda de los insectos fueron descubiertos enplantas (azadiractina, brasinolida, digitoni-na, etc.), pero también existen productosde síntesis (azaesteroides, algunas aminas yamidas de cadena lineal, etc.), y aunque al-gunos de ellos se sabe que no compiten conlos receptores específicos de la HM, su me-canismo de acción no se conoce con exac-titud (MARCO & TOMAS, 1988).
Su uso práctico por el momento, está sindesarrollar, al igual que en el caso anterior.
Inhibidores de la formación de la cutícula
Son todas aquellas sustancias que inter-fieren en el mecanismo de formación de lanueva cutícula del insecto, inhibiendo lasíntesis de algunos de sus componentes bá-sicos, o la estabilización de su estructura.Se consideran RCI porque sus efectos tar-dan un período de tiempo en manifestarse(COHEN, 1987a), pero deberían llamarse enrealidad inhibidores del desarrollo de insec-tos (IDI), ya que a diferencia de los RCIclásicos como los juvenoides, no regulan elcrecimiento sino que inhiben un proceso vi-tal, la deposición de cutícula (GROSSCURT& JONGSMA, 1987).
a) Inhibidores de la síntesis de la quitina
Estos productos actúan específicamentesobre la cutícula de los insectos, evitandola incorporación de las unidades de N-ace-tilglucosamina, en el polímero de la quiti-na, y tienen una acción citostática sobre lascélulas epidérmicas que producen quitina(BEEMAN, 1982). También pueden tenerefectos secundarios en el metabolismo delos ácidos nucleicos y en el de la hormonade la muda (MAUCHAMP & PERRINEAU,1987).
A principios de los años setenta, VANDAALEN y colaboradores descubrieron losprimeros inhibidores de la síntesis de quiti-na: la benzoilfenil ureas, observando en losinsectos anormalidades en la zona endocu-ticular, al interrumpirse el crecimiento yperderse la apariencia laminar (COHEN,1987a).
Su modo de acción primario parece seruna rápida inhibición de la síntesis de laquitina, aunque también puede haber a lavez una acumulación del precursor UDP-GIc-NAc (MITSUI et al, 1981). La menorcantidad de quitina en los insectos tratados,no está claro si se debe fundamentalmentea la inhibición de la quitina sintetasa(ISHAAYA, 1990), y se ha sugerido que sepuede ver inhibido el transporte de los pre-cursores de la síntesis de quitina hasta su lu-
gar de actuación en la membrana apical delos microvilos epidérmicos (REYNOLDS,1987).
La principal actividad insecticida de lasbenzoilfenil ureas es larvicida por ingestiónen holometábolos (Lepidoptera, Coleópte-ra y Díptera) pero también exhiben un pe-queño efecto larvicida por contacto en al-gunas especies, siendo elevado en Spodop-tera littoralis y S. exigua (SANTIAGO-ALVA-REZ, 1988).
El efecto ovicida de estos productos sepuede manifestar por aplicación directa so-bre el huevo o por el tratamiento de hem-bras adultas, (SARASUA & SANTIAGO-ALVAREZ, 1983a; ASCHER et al, 1986,1989; GROSSCURT & JONGSMA, 1987) y unareducción significativa de la fecundidad hasido también observada por SARASUA &SANTIAGO-ALVAREZ (1983b). Igualmentese han citado efectos no letales tales comocambios estructurales en la cutícula, defi-ciencias funcionales en la misma, y altera-ciones de la membrana peritrófica (GROSS-CURT & JONGSMA, 1987).
El producto más estudiado ha sido el di-flubenzuron y su uso práctico al igual queel de otras difenilureas está bastante gene-ralizado, aunque no son enteramente selec-tivas para los artrópodos acuáticos o algu-nos insectos beneficiosos (COHEN, 1987a;ISHAAYA, 1990), y se ha detectado ya re-sistencia en varias especies (SPARKS &HAMMOCK, 1983).
En nuestro país los productos empleadosde este tipo son el Clorfluazurón, Difluben-zurón, Teflubenzurón y Triflumurón, es-tando en fase de registro el Hexaflumurón(DOW) y el Flufenuxurón (SHELL).
Aparte de las benzoilfenil ureas, hayotros muchos compuestos que inhiben lasíntesis de quitina en insectos o ácaros, yasea en el paso de la polimerización que sue-le ser lo más frecuente, o en el lugar de ca-talización (COHEN, 1987b), así como todauna serie de productos con acción sobre lacutícula, pero cuyo modo exacto de actua-ción no se conoce por el momento. Entreestos productos cabe destacar: el insectici-da Buprofezín, los acaricidas Clofentezín,
Flubenzimina y Hexitiazox, y los antibióti-cos nucleósidos peptidilos Polioxina-d y Ni-komicina (potentes inhibidores de quitinaen hongos) (BAILLOD et al, 1986; COHEN,1987b; SANTIAGO-ALVAREZ, 1988). Todosestán registrados en España, excepto las ni-komicinas.
Modernamente, se ha descubierto en lasraíces de la planta tropical medicinal Plum-bago capensis una sustancia denominadaPlumbagina, que inhibe la síntesis de la qui-tina en algunas especies de Lepidópteros,por lo que este tipo de sustancias, tambiénparece estar presente en las plantas (KUBOetal, 1983).
b) Inhibidores del curtido
El proceso de curtido, por el que las pro-teínas estructurales de la cutícula se unenentre sí mediante puentes fenólicos, puedeverse interrumpido de diferentes maneras,dando como resultado lesiones irreversiblesen el tegumento, que llevan a la muerte delinsecto (SANTIAGO-ALVAREZ, 1988).
La interferencia puede ser a nivel de ladeposición normal de proteínas cuticulares(Diterbutil-fenoles), o de la inhibición delenzima clave dopa-descarboxilasa (TURN-BULL & HOWELLS, 1980). Por el momentono tienen utilidad práctica.
Ciromacina
Un RCI nuevo, perteneciente al grupo delas «triaminotriazinas» cuyo modo exactode actuación permanece incierto es la CI-ROMACINA.
Este producto parece ser muy selectivofrente a dípteros (MULLA & AXELROD,1983; ISHAAYA, 1990), y afecta incluso a es-pecies que han desarrollado resistencia aproductos convencionales (SCHLAPFER etal, 1986), aunque ya existen razas-R deMusca domestica que muestran diferentesgrados de tolerancia (ISEKI &.GEORGHIOU,1986; BLOOMCAMP et al, 1987; SHEN &PLAPP, 1990).
Las especies de dípteros sobre las que seha visto tiene efecto aparecen en Cuadro 1.
Aunque en general parece tener pocoefecto sobre especies de otros órdenes, in-hibe el crecimiento de Spodoptera frugiper-da (Lep., Noctuidae), el de Manduca sexta(Lep., Sphingidae) y el de Ctenocephalidescams (Siphonaptera, Pulicidae) (Ross &BROWN, 1982; FRIEDEL, 1986; HUGHES etal., 1989).
La principal actividad de este compuestoes larvicida por ingestión (PARRELLA et al.,1983; FRIEDEL & MCDONNEL, 1985; BUDIAet al., 1988) aunque se han encontrado ca-sos en el que la acción por contacto era im-portante (POCHON & CASIDA, 1983; SHEN& PLAPP, 1990).
La sensibilidad hacia este compuesto, esmayor en los estadios larvarios jóvenes, ydentro de las pupas, en las primeras horasde pupación (PRICE & STUBBS, 1984;BLOOMCAMP et ai, 1987), y hay grandes di-ferencias de susceptibilidad entre especies.
Cuando los insectos se crían en dietas tra-tadas con ciromacina, la eclosión no se veafectada en general, aunque a altas concen-traciones se inhibe el desarrollo larvarioposterior (HALL & FOEHSE, 1980; BINNING-
TON et al., 1987). Sin embargo, cuando sesuministra el compuesto a los adultos a do-sis elevadas, puede haber una disminución(POCHON & CASIDA, 1983).
La fecundidad de algunas especies dismi-nuye ligeramente cuando los adultos ingie-ren el compuesto a elevadas concentracio-nes (FRIEDEL & MCDONELL, 1985), peroen otros casos no se modifica (POCHON &CASIDA, 1983).
Los insectos sometidos a la acción de esteinsecticida muestran anormalidades morfo-lógicas diversas: larvas muy alargadas, convejigas e hinchazones en la región dorsal,como por ejemplo en C. capitata (Fig. 2);pupas alargadas y adultos de menor tama-ño; larvas de menor peso, etc. En 5. frugi-perda sin embargo, no se han observado ta-les efectos (Ross & BROWN, 1982).
Sus usos actuales tienen una vertiente ve-terinaria y otra agrícola. En el primer casose utiliza como aditivo de la dieta alimenti-cia de aves y otros animales domésticos,para inhibir el crecimiento de dípteros ensus excrementos, o se aplica tópicamente enlos lugares de reproducción de éstos (MU-LLA & AXELROD, 1983; GIGA, 1987).
Cuadro 1.—Especies de dípteros sobre las que actúa Ciromacina
Familia
Muscidae
Muscidae
Muscidae
Muscidae
Muscidae
Calliphoridae
Agromyzidae
Tephritidae
Especie
Fannia femoralis
Fannia canicularis
Musca domestica
Musca autumnalis
Muscina stabulans
Lucilia cuprina
Liriomyza trifolü
Ceratitis capitata
Autor
MULLA y AXELROD, 1983O
MEYERS et al, 1987
BLOOMCAMP et al., 1987
EL-OsHARD<?ía/., 1985HALL y FOESE, 1980
MULLA y AXELROD, 1983a
HALL y FOESE, 1980
MULLA y AXELROD, 19836
BINNINGTON, 1985
FRIEDEL y MCDONELL, 1985
FOSTER y SÁNCHEZ, 1988
OVERMAN y PRICE, 1984
YATHOM et al., 1986
BUDIA et al, 1988
Fig. 2.—Vejiga dorsal en larva de ceratitis capitatatratada con Ciromacina.
Fig. 3.—Tegumento desorganizado de la larva deceratitis capitata, tratada con Ciromacina.
(Corte al MET X 3.000).
En cuanto a su uso agrícola, se ha vistoque tiene buen efecto en el control de mi-nadoras del género Liriomyza incluidaL. trifolii, y también controla los dípterosesciáridos que viven en los champiñones(OVERMAN & PRICE, 1984; TRUMBLE,1985; SCHLAPFER et al, 1986). En ensayosde laboratorio, ha sido muy efectivo contraC. capitata (BUDIA et ai, 1988).
Este insecticida aplicado sobre las plan-tas tiene acción sistémica y se puede em-plear aplicado al suelo, ya que es trasloca-do por las raíces (SCHLAPFER et al, 1986).
Según algunos autores es inofensivo paramuchos himenopteros parasitoides y paraalgunos ácaros Fitoseidos, tanto en ensayosde laboratorio como de campo (PARRELLAet ai, 1987; HASSAN et ai, 1990), pero tie-ne efectos perjudiciales para otros enemi-gos naturales, tanto insectos como ácaros,en especial si examinamos otros parámetrosademás de la fecundidad, que no se suele
ver modificada (AVILLA et al., 1990; HAS-SAN et ai, 1990).
El modo de acción primario de la ciro-macina, no se conoce. En estudios «in vi-tro» algunos autores han visto inhibición dela síntesis de la quitina, y otros solamentela aparición de lesiones necróticas en la cu-tícula, que se veía invadida por las célulasde la epidermis (MILLER et al, 1981; TURN-BULL & HOWELLS, 1982; BlNNINGTON etal, 1987; BUDIA et al, 1988) (Fig. 3).
Algunos autores han sugerido que podríainterferir con el equilibrio hormonal quecontrola el desarrollo, pues han observadoproblemas de inserción muscular en los in-sectos tratados, pero no han encontradoninguna alteración cuticular (TURNBULL &HOWELLS, 1982; AWAD & MULLA, 1984).Por el contrario, otros investigadores hanencontrado que afecta al crecimiento nor-mal de la cutícula, a su expansión o a am-bos (HUGHES et al, 1989).
También se ha sugerido que puede tenerefecto sobre la vitelogénesis, afectando losovarios de las hembras, o el metabolismode la ecdisona (FRIEDEL & MCDONELL,1985), y no se ha visto que tenga un efectodirecto sobre el metabolismo del ácido fó-lico (EL-OSHAR etal., 1985) aunque los sín-tomas de envenenamiento por análogos de
éste, son similares a los producidos por laciromacina.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la CICYT la financiaciónde este trabajo (proyecto PPA86-0050).
ABSTRACT
VIÑUELA, E.; BUDIA, F.; DEL ESTAL, P., 1991: Insect growth regulators and insectcuticle. Bol. San. Veg. Plagas. 17 (3): 391-399.
The many and important cuticle functions on insect life, have been briefly exami-ned because this layer is a useful target site for selective insecticides. The different In-sect Growth Regulators have also been reviewed (HJ, juvenoids and juvenogens; an-ti-juvenile hormones; ecdysone and ecdysoids; anti-ecdysoids; inhibitors of cuticle for-mation; and cyromazine) and their effects upon the cuticle and possibilities of practi-cal use have been recorded.
Key words: Insect growth regulators, cuticle.
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(Aceptado para su publicación: 17 mayo 1991).
