Abstract

1. Introducere

Aici am investigat efectele schimbării gazdei pentru larvele P. viburni crescute pe o gazdă optimă (Viburnum dentatum sau V. trilobum, cunoscut și sub numele de V. opulus var. Americanum) până la al 3-lea instar de dezvoltare și apoi transferat la o gazdă suboptimală. Am folosit trei plante gazdă suboptime în acest studiu: viburnum V. carlesii corespice, viburnum Nannyberry V. lentago și viburnum Siebold V. sieboldii și am măsurat mai multe corelații de fitness ale insectelor (supraviețuire, greutate pupală și adultă) după transfer. În plus față de acest experiment de performanță, au fost efectuate teste complementare de alegere a hranei, cu larvele P. viburni din stadiul 3 care se încadrează în două categorii de greutate (6 mg) și plante gazdă optime și suboptime pentru a răspunde la următoarele întrebări: între gazdele optime și suboptimale și între gazdele suboptimale? Și (2) preferința pentru anumite plante gazdă scade pe măsură ce larvele devin mai grele și mai aproape de pupație?

2. Secțiunea experimentală

2.1. Insecte și materiale vegetale

Insectele au fost menținute în cutii de plastic ventilate (27,5 × 20 × 9,5 cm) în camere menținute la 22 ° C sub o fotoperioadă 16: 8 (L: D). Larvele de P. viburni au fost obținute de la crenguțe de V. dentatum infestate în mod natural cu ouă de P. viburni colectate în câmp în zona Ithaca, NY, iarna premergătoare experimentului. Crenguțele infestate cu ouă au fost ținute într-un frigider până când au fost necesare și apoi transferate într-un incubator menținut la 17 ° C timp de trei zile și, în cele din urmă, într-o cameră menținută la 22 ° C până la eclozare. Frunzișul folosit pentru creșterea larvelor până la cel de-al treilea stadiu de dezvoltare a fost păstrat în tuburi florale (13 mm diametru × 10 cm).

Cinci specii de viburnum au fost utilizate în acest studiu, acoperind trei categorii de rezistență la gândacul de frunze de viburnum, așa cum este definit de Weston [23]: Viburnum dentatum și V. trilobum sunt extrem de sensibile (distruse în câmp după 2-3 ani de infestare), V. lentago este moderat susceptibil (prezintă grad variabil de susceptibilitate, dar de obicei supraviețuiește pe câmp), iar V. carlesii și V. sieboldii sunt rezistente (prezintă daune foarte mici sau deloc în câmp, supraviețuiesc foarte bine infestărilor). Viburnum dentatum, V. trilobum și V. lentago sunt specii nord-americane, în timp ce V. carlesii și V. sieboldii sunt originare din Asia. Cercetările anterioare au arătat că larvele P. viburni se dezvoltă optim atunci când sunt crescute pe V. dentatum și V. trilobum [21], în timp ce V. lentago, V. carlesii și V. sieboldii sunt gazde suboptime pentru P. viburni atunci când sunt crescute din trapa de ou pe aceste specii [20,21]. Tot materialul vegetal utilizat pentru acest studiu provine de la arbuști plantați în aceeași parcelă (Bluegrass Lane Turf Farm, Ithaca, NY, SUA) și se afla în pământ de cel puțin 8 ani. Niciuna dintre plantele folosite nu a avut antecedente de tratament insecticid. Frunzele au fost colectate atunci când au fost necesare prin tăierea terminalelor ramificate și apoi ținute timp de cel mult o zi într-o cameră de 22 ° C (72 F) până când au fost utilizate pentru bioanalize.

2.2. Bioanalize

Am folosit cutii Petri (8,5 cm diametru × 2,5 cm) cu capace care au înlocuit o porțiune din material plastic cu plasă fină din poliester (20 × 24 ochiuri/in) ca arene de testare biologică. Un strat de 1 cm de nisip umezit a fost pus la baza fiecărei cutii Petri ca substrat de pupație. Nisipul a ajutat, de asemenea, frunzele de Viburnum folosite în timpul experimentului să rămână proaspete prin furnizarea de umiditate.

Larvele de P. viburni au fost crescute într-o singură colonie pe frunze proaspete de V. dentatum colectate în câmp în timpul primelor două etape. Odată ce au ajuns la cel de-al treilea stadiu (pre-pupar instar), 100 de larve au fost selectate și cântărite individual, apoi separate în 5 grupuri de 20. Am asigurat o distribuție similară a greutății între tratamente, de la larvele nou-trezecate de la nivelul 3 până la larvele mai grele care hrănite și au fost mai aproape de pupație (Figura A1). Fiecare larvă a fost apoi pusă într-o farfurie de testare bio cu una dintre dietele testate: o frunză de V. dentatum (control pozitiv), V. lentago, V. carlesii sau V. sieboldii, sau fără alimente (control negativ). Greutatea larvelor a fost înregistrată individual în fiecare zi până la moarte sau pupație. Arenele de bioanaliză au fost apoi monitorizate zilnic pentru apariția adulților. Adulților emergenți nu li s-a acordat acces la alimente și au fost cântăriți și sexați în 12 ore după apariție. Fiecare larvă a fost considerată o singură replică, care a furnizat un total de 20 de replici pe tratament.

În plus față de greutatea larvelor, pupalei și adulților, cantitatea de erbivor din diferitele diete a fost cuantificată prin măsurarea suprafeței frunzelor consumate de fiecare larvă la sfârșitul experimentului. Suprafața frunzelor consumată a fost cuantificată prin compararea suprafeței frunzelor rămase după hrănire cu aria aceleiași frunze pe care nu a fost hrănită. Zonele frunzelor au fost cuantificate cu ușurință folosind Scion Image, ver. 0,4 (Scion Corporation: Frederick, MD, SUA) după ce scanările de frunze au fost convertite în imagini bitmap alb-negru folosind PhotoShop ver. 5.0 (Adobe Systems, Inc.: San Jose, CA, SUA). Deoarece scanările frunzelor nu au fost făcute înainte de experiment, aria frunzei intacte a trebuit estimată prin completarea manuală a zonei frunzelor consumate folosind un instrument de desen în Scion Image. Consumul a fost apoi estimat prin scăderea suprafeței frunzelor după hrănire din zona frunzei intacte reconstituite (virtuale). Zonele din imaginea Scion au fost apoi convertite din pixeli în cm 2 prin înmulțirea cu factorul de conversie corespunzător obținut dintr-o scanare a unui disc frunze de dimensiuni cunoscute (1 cm diametru).

Eficiența conversiei alimentelor ingerate (ECI) a fost, de asemenea, calculată pentru fiecare larvă la sfârșitul experimentului, împărțind greutatea totală câștigată (adică suma câștigurilor zilnice în greutate până la pupație) la greutatea totală a alimentelor consumate. Greutatea alimentelor consumate a fost cuantificată prin conversia suprafeței frunzelor consumate în greutate utilizând factorii de conversie corespunzători. Factorii de conversie au fost determinați separat pentru fiecare specie de Viburnum prin măsurarea suprafeței frunzelor totale a cinci frunze de greutate cunoscută.

2.3. Analize statistice

Efectele dietei insectelor asupra greutății larvelor și pupalei, a greutății zilnice câștigate, a erbivorului total și a datelor ECI au fost analizate separat folosind analiza varianței (ANOVA). Valorile zilnice ale creșterii în greutate au fost mediate pentru fiecare larvă din fiecare tratament pentru a avea un singur punct de date pe larvă în model. Mijloacele au fost comparate cu procedura de comparație LSD în perechi (Statistix ver. 8.0, Software analitic: Tallahassee, FL, SUA). Datele câștigate zilnic în greutate au fost transformate în rădăcină cubică pentru a îndeplini ipotezele modelului ANOVA. Efectele sexului și ale dietei larvare asupra greutății adulților au fost analizate folosind modelul de analiză a varianței (ANOVA) (Statistix ver. 8.0, Software analitic: Tallahassee, FL, SUA).

Pentru a analiza rezultatele testelor de alegere, s-a efectuat o analiză pentru a determina dacă larvele au devenit mai puțin selective pe măsură ce se apropiau de pupație. Pentru această analiză, o variabilă dependentă de „alegere” a fost calculată ca diferență între larvele care au ales specia A și larvele care au ales specia B după 24 de ore pentru fiecare test-alegere. Specia A a fost definită ca fiind specia în care s-au găsit majoritatea larvelor, iar specia B a fost specia în care s-a găsit minoritatea larvelor. Astfel, alegerea variabilă a fost o valoare pozitivă, iar valoarea pentru alegere a crescut pe măsură ce larvele au făcut alegeri mai marcate. De asemenea, am definit variabila „tip test” ca o variabilă categorică cu două niveluri, în funcție de gazdele care au fost incluse în test: optim vs. suboptimal și suboptimal vs. suboptim. A fost efectuat un ANOVA testând efectele tipului de test, greutatea larvelor și interacțiunile dintre ambii termeni asupra alegerii.

3. Rezultate si discutii

3.1. Puparea directă și acceptarea dietei

Dintre cele 100 de larve monitorizate individual până la moarte sau pupație pe diferitele tratamente testate, 46 de pupate la mai puțin de 24 de ore după începerea experimentului (Figura A1). Aceste larve nu s-au hrănit cu materialul frunzelor și s-au îngropat direct în nisip pentru a pupa. Greutatea medie a acestor larve a fost de 14,2 ± 1,6 (medie ± SE) mg, iar greutatea medie inițială a larvelor care au pupat direct nu a fost semnificativ diferită între diete (ANOVA unidirecțională, F4,41 = 0,7, p = 0,6). Larvele care s-au pupat imediat au fost excluse din analiza ulterioară a datelor. Dintre larvele rămase (54 de indivizi), 95,2% au început să se hrănească cu materialul frunzelor. Restul larvelor, inclusiv cele cărora nu li s-a dat hrană (control negativ), au murit de foame și au murit rapid.

3.2. Efectul dietei asupra supraviețuirii, a greutății câștigate, a ICE și a greutății pupilor și a adulților

Toate larvele cărora li s-au dat frunze de V. dentatum ca hrană (= control pozitiv) s-au hrănit cu noul material vegetal și 90% au ajuns la stadiul pupal. Majoritatea larvelor cărora li s-a administrat o specie suboptimală hrănită cu noua dietă (de la 88,9% la V. sieboldii la 100% la V. lentago) și au prezentat niveluri diferite de succes la atingerea stadiului pupal (de la 50% la V. lentago la 76,9% pe V. carlesii). Larvele din toate tratamentele au prezentat un anumit grad de mortalitate pupală, de la 20% la V. lentago la 44,5% la V. sieboldii, dar cel puțin un procent mic din larvele inițiale au atins stadiul adult, de la 11,1% la V. sieboldii la 50% pe V. dentatum (Figura 1). Dintre cele 54 de larve care s-au hrănit cu noua dietă, 18 au ajuns la stadiul adult: 8 pe V. dentatum și 10 în total pe gazdele suboptime. Raportul de sex masculin: femeie al adulților provenind din dieta V. dentatum și din dietele suboptime au fost comparabile (5: 3 și, respectiv, 6: 4).

gândacului

Dezvoltarea larvelor P. viburni din stadiul 3 după transferul de la o specie gazdă optimă (V. dentatum, n = 10) la aceeași gazdă sau la o gazdă suboptimală (V. lentago, n = 10; V. carlesii, n = 13; V. sieboldii, n = 9). Durata medie de dezvoltare până la apariția adulților a fost de 30,0 ± 2,4 zile.

A existat o diferență semnificativă în greutatea zilnică câștigată pe larvă între tratamente (F4, 46 = 16,7, p Figura 2 A). A existat un efect semnificativ al dietei asupra ierbivorului (F3.34 = 14.5, p Figura 2 B). Cu toate acestea, nu a existat niciun efect al dietei asupra raportului ECI (F3,34 = 0,5, p = 0,7); Valorile ECI au variat de la 0,28 pentru V. carlesii la 0,38 pentru V. lentago (Figura 2 C).