Μελέτη της βιο-οικολογίας του Helicoverpa armigera (lepidoptera: noctuidae) και του παρασιτοειδούς Hyposoter didymator (hymenoptera: ichneumonidae) στη Βόρεια Ελλάδα

Abstract

This thesis deals with the bioecology of Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) and its parasitoid Hyposoter didymator (Thunberg) (Hymenoptera: Ichneumonidae). The experiments were conducted between the years 2004 and 2008 and all insects used were obtained from cotton fields in the area of Serres, Northern Greece. They were studied the effect of temperature on the development of H. armigera, the tolerance of its adults when exposed to short term high temperature treatments, the overwintering of H. armigera in the field, as well as the induction and termination of its diapause in the laboratory. Furthermore, they were studied the effect of temperature and host instar of H. armigera at the time of parasitization on the development of H. armigera-H. didymator system. Laboratory studies were conducted to assess the effect of temperature on the survival, development, fecundity and longevity of H. armigera at 11 constant and 5 alternating temperature regimes. Helicoverpa armigera reared at constant temperatures did not develop from egg to adult (emergence) outside the temperature range of 17.5 to 32.5°C. The alternating conditions expanded this range from 10 to 35°C. The values of developmental thresholds estimated using the nonlinear (Lactin-2) model were lower than those estimated by the linear model both for constant and alternating temperature regimes, except for larval and pupal stages at constant temperatures. Mean adult longevity fluctuated from 34.4 days at 15°C to 7.6 days at 35°C. Females reared under alternating temperature regimes laid more eggs than those reared at all the constant temperature treatments, with the exception of 25°C. Extreme temperatures had a negative effect on life table parameters. Adults of H. armigera were exposed to four high temperature regimes (40, 42.5, 45 and 46.5°C) for time periods ranging from 1.5 to 540min, depending on the temperature treatment, in order to assess the effects of high temperatures and exposure pattern on the demographic parameters. The rate of survival of both sexes declined with the increase of the time of exposure at high temperatures. The lethal time needed to cause mortality in 50 and 90% of the population decreased rapidly with the increase of the temperature from 40 to 46.5°C and ranged from 247.68-391.74 to 7.29-12.40min for male and from 257.45- 375.09 to 6.98-12.46min for female, respectively. Mean adult longevity declined significantly with the increase of the exposure time at all high temperature treatments tested. Parameters of fecundity were found to be inversely related to exposure pattern of the adults. No eggs were oviposited by adults of H. armigera exposed to 40, 42.5 and 45°C

for 360, 120 and 15min respectively while adults exposed to 42.5, 45 and 46.5°C for 90, 12.5 and 5min respectively, did not mate. The survival and the overwintering pattern of H. armigera were studied under field conditions between the years 2004-05 and 2005-06. In addition, sex pheromone traps were used to monitor field populations in order to clarify whether local populations of the insect are established in Northern Greece. Most populations of H. armigera in Northern Greece overwinter as diapause pupae and enter diapause during September and October. The sharp decrease in temperature during autumn caused high larval mortality. Larvae of H. armigera placed in field conditions late in October were not able to pupate and died. The termination of diapause and the eclosion of adults the following spring are determined by the local conditions. The adults started to emerge in a period of 4-5 weeks in late April until early June, with female moths to emerge slightly earlier than male in the field. The emergence of 10, 25, 50, 75 and 90% of adults of the overwintering generation in Northern Greece required 335, 394, 453, 506 and 549 degree-days respectively. Furthermore, the capture of field H. armigera moths in sex pheromone traps which occurred almost at the same time with the overwintering adults of the outdoor experiments, leads to the conclusion that a local established population exists in the area. The effect of photoperiod and temperature on the induction and termination of facultative pupal diapause of H. armigera was investigated in the laboratory. The critical photoperiod for diapause induction was 12 and 10 hours at the constant temperatures 20 and 25°C respectively. The exposure in fluctuating temperatures with mean 25°C shifted the position of the photoperiod - diapause induction curve to the right in relation to the curve response to the constant temperature 25°C, yet without differentiation of the critical photoperiod. Maximum diapause induction (100%) occurred at 15°C and no diapause induction (0%) was observed at 30°C among all photoperiods tested. A chilling period was not a prerequisite for diapause termination. However, the exposure of diapause pupae to chilling temperatures accelerated the diapause development and significantly affected the adults’ emergence from diapause pupae. Consequently, temperature is the primary diapause factor in termination of H. armigera diapause and long daylength seems to accelerate this process. The main effects and interactions between temperature and host instar on development and survival of H. didymator as well as the effects of parasitism on the growth rate of the various host instars of H. armigera were studied under laboratory conditions. Developmental rate increased significantly with the increase of the temperature

within the range of 15-30°C. When parasitism took place on first and fifth host instars, the parasitoid development from egg stage up to adult emergence took significantly longer compared to other instars (2nd – 4th). Parasitoid survival did not vary linearly either with host stage or with temperature, and was generally lower in very young and older hosts in all temperatures tested: it decreased very quickly above 25°C, and fell to zero at 33°C. The parasitism by H. didymator reduced the weight gain of parasitized host larvae at an early stage of development (e.g. 1 day after parasitism) when the host larvae were parasitized in larger instars while this effect was delayed up to 4 days when smaller instars were parasitized.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν ορισμένα στοιχεία της βιολογίας του Helicoverpa armigera (Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) και του παρασιτοειδούς του Hyposoter didymator (Thunberg) (Hymenoptera: Ichneumonidae). Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν την περίοδο 2004-2008 με πληθυσμούς που προέρχονταν από βαμβακοκαλλιέργειες της ευρύτερης περιοχής του Νομού Σερρών. Πτυχές της βιολογίας του H. armigera που μελετήθηκαν ήταν η επίδραση της θερμοκρασίας στην ανάπτυξή του, η αντοχή των ενήλικών του στην έκθεσή τους σε βραχείας διάρκειας υψηλές θερμοκρασίες, η διαχείμασή του σε συνθήκες αγρού καθώς και η πρόκληση και η περάτωση της διάπαυσής του στο εργαστήριο. Επίσης, μελετήθηκαν η επίδραση της θερμοκρασίας και το στάδιο του ξενιστή H. armigera κατά των παρασιτισμό του από το H. didymator στην ανάπτυξη του συστήματος H. armigera-H. didymator. Η επίδραση της θερμοκρασίας στην επιβίωση, την ανάπτυξη, την γονιμότητα και την μακροβιότητα του H. armigera σε 11 σταθερές και σε 5 μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακές μεταχειρίσεις μελετήθηκε στο εργαστήριο. Το H. armigera όταν εκτράφηκε σε σταθερές θερμοκρασίες δεν μπόρεσε να ολοκληρώσει την ανήλικη ανάπτυξή του (εκκόλαψη αβγού έως την εμφάνιση του ενηλίκου) έξω από το θερμοκρασιακό εύρος των 17,5-32,5°C. Οι μεταβαλλόμενες συνθήκες επέκτειναν το εύρος αυτό από τους 10 έως τους 35°C. Οι τιμές των ορίων ανάπτυξης που υπολογίστηκαν με το μη γραμμικό μοντέλο του Lactin-2 ήταν χαμηλότερες σε σχέση με αυτές που υπολογίστηκαν με το γραμμικό μοντέλο τόσο για τις σταθερές όσο και για τις μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες με εξαίρεση το προνυμφικό και το νυμφικό στάδιο στις σταθερές θερμοκρασίες. Η μέση διάρκεια ζωής των ενηλίκων κυμάνθηκε από τις 34,4 ημέρες στους 15°C έως τις 7,6 ημέρες στους 35°C. Θηλυκά άτομα που εκτράφηκαν σε μεταβαλλόμενες θερμοκρασιακές μεταχειρίσεις απέθεσαν περισσότερα αβγά σε σχέση με τα θηλυκά τα οποία εκτράφηκαν σε όλες τις σταθερές θερμοκρασίες με εξαίρεση τους 25°C. Οι ακραίες θερμοκρασίες είχαν αρνητική επίδραση στις παραμέτρους του πίνακα ζωής του εντόμου. Ενήλικα άτομα του H. armigera εκτέθηκαν σε τέσσερις υψηλές θερμοκρασίες (40, 42,5, 45 και 46,5°C) για χρονικά διαστήματα που κυμάνθηκαν από 1,5 έως 540min ανάλογα με την θερμοκρασία έκθεσης προκειμένου να εκτιμηθεί η επίδραση της βραχείας διάρκειας έκθεσης σε υψηλές θερμοκρασίες στις δημογραφικές παραμέτρους τους. Η αύξηση του χρόνου παραμονής των ενηλίκων στις υψηλές θερμοκρασίες μείωσε το

ποσοστό επιβίωσης τόσο των αρσενικών όσο και των θηλυκών ατόμων. Η διάρκεια έκθεσης των ενηλίκων για θνησιμότητα του 50 και του 90% του πληθυσμού τους μειώθηκε σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας από τους 40 στους 46,5°C και κυμάνθηκε από 247,68-391,74 έως 7,29-12,40min για τα αρσενικά και από 257,45-375,09 έως 6,98- 12,46min για τα θηλυκά άτομα, αντίστοιχα. Η μέση διάρκεια ζωής του συνόλου των ενήλικων ατόμων μειώθηκε σημαντικά με την αύξηση του χρόνου έκθεσής τους σε όλες τις υψηλές θερμοκρασίες που εξετάστηκαν. Οι παράμετροι της γονιμότητας επηρεάστηκαν αρνητικά σε σχέση με το χρόνο έκθεσης των ενηλίκων. Ενήλικα του H. armigera που παρέμειναν στους 40, 42,5 και στους 45°C για 360, 120 και 15min αντίστοιχα δεν ωοτόκησαν στη διάρκεια της ζωής τους ενώ αυτά που εκτεθήκαν στους 42,5, 45 και στους 46,5°C για 90, 12,5 και 5min, αντίστοιχα δεν συζεύχθηκαν επιτυχώς. Μελετήθηκε η επιβίωση και ο τρόπος διαχείμασης του εντόμου H. armigera σε συνθήκες υπαίθρου κατά τα έτη 2004-05 και 2005-06 και έγινε προσπάθεια στο να αποσαφηνιστεί το κατά πόσο τοπικοί πληθυσμοί του εντόμου έχουν εγκατασταθεί στην βόρεια Ελλάδα με την χρησιμοποίηση φερομονικών παγίδων. Τα περισσότερα άτομα του H. armigera στην βόρεια Ελλάδα διαχειμάζουν ως διαπαύουσες νύμφες και η είσοδος σε διάπαυση πραγματοποιείται κυρίως τους μήνες Σεπτέμβριο - Οκτώβριο. Η απότομη μείωση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου είχε ως αποτέλεσμα την υψηλή προνυμφική θνησιμότητα. Προνύμφες του H. armigera που τοποθετήθηκαν σε συνθήκες υπαίθρου στα τέλη του Οκτωβρίου δεν κατάφεραν να νυμφωθούν και πέθαναν. Το τέλος της διάπαυσης και η εμφάνιση των ενηλίκων την επόμενη άνοιξη καθορίζεται από τις τοπικές θερμοκρασίες του εδάφους και εντοπίζεται συγκεντρωμένη εντός μιας περιόδου 4-5 εβδομάδων από τα τέλη Απριλίου έως τις αρχές Ιουνίου, με τα θηλυκά άτομα να εμφανίζονται λίγο νωρίτερα σε σχέση με τα αρσενικά. Για την εμφάνιση του 10, 25, 50, 75 και 90% των ενηλίκων της διαχειμάζουσας γενεάς του H. armigera, στην περιοχή της βορείου Ελλάδας, απαιτήθηκαν 335, 394, 453, 506 και 549 ημεροβαθμοί αντίστοιχα. Επιπλέον η ταυτόχρονη παρουσία των ενήλικων της διαχειμάζουσας γενεάς του H. armigera, από τα πειράματα υπαίθρου, με τις πρώτες συλλήψεις στον αγρό των ενήλικων αρσενικών του στις φερομονικές παγίδες, ενισχύει την άποψη της ύπαρξης τοπικά εγκατεστημένου πληθυσμού στην περιοχή. Η επίδραση της φωτοπερίοδου και της θερμοκρασίας στην πρόκληση και περάτωση της προαιρετικής διάπαυσης του H. armigera μελετήθηκαν στο εργαστήριο. Η κρίσιμη φωτοπερίοδος για την πρόκληση διάπαυσης ήταν 12 και 10 ώρες στην σταθερή θερμοκρασία των 20 και 25°C αντίστοιχα. Η έκθεση σε κυμαινόμενες θερμοκρασίες με

μέσο όρο 25°C μετατόπισε προς τα δεξιά τη θέση της καμπύλης φωτοπεριόδου-πρόκλησης διάπαυσης σε σχέση με την αντίστοιχη καμπύλη που πήραμε από την σταθερή θερμοκρασία, χωρίς ωστόσο η κρίσιμη φωτοπερίοδος να διαφοροποιηθεί. Το ποσοστό διάπαυσης έφτασε το 100% στους 15°C και το 0% στους 30°C σε όλες τις φωτοπεριόδους που εξετάστηκαν. Η έκθεση σε χαμηλές θερμοκρασίες δεν ήταν απαραίτητη για την περάτωση της διαπαυτικής εξέλιξης ωστόσο η παραμονή των διαπαυουσών νυμφών σε αυτές τις συνθήκες επιτάχυνε την παραπάνω διαδικασία και είχε σημαντική επίδραση στον χρόνο εμφάνισης των ενηλίκων από τις διαπαύουσες νύμφες. Η θερμοκρασία φαίνεται να είναι ο κυρίαρχος παράγοντας στην περάτωση της διάπαυσης του H. armigera με την μεγάλη διάρκεια ημέρας να επιταχύνει την διαδικασία της διαπαυτικής εξέλιξης εντός μιας μεγάλης όμως περιόδου εξόδου όπου τα αρσενικά άτομα εμφανίζονται αργότερα από τα θηλυκά. Σε εργαστηριακές συνθήκες μελετήθηκαν η επίδραση της θερμοκρασίας και του σταδίου του ξενιστή H. armigera στην ανάπτυξη και την επιβίωση του ενδοπαρασιτοειδούς H. didymator, καθώς και η επίδραση του παρασιτισμού των διαφορετικών σταδίων του ξενιστή στην μεταβολή του βάρους του συστήματος H. didymator-H. armigera. Η ταχύτητα ανάπτυξης του H. didymator αυξήθηκε σημαντικά με την αύξηση της θερμοκρασίας εντός του θερμοκρασιακού εύρους των 15-30°C. Όταν ο παρασιτισμός της προνύμφης του ξενιστή έγινε στο πρώτο και στο πέμπτο στάδιο, η διάρκεια της συνολικής ανήλικης ανάπτυξης (αβγό έως την εμφάνιση του ενηλίκου) του παρασιτοειδούς ήταν σημαντικά μεγαλύτερη συγκριτικά με την διάρκεια ανάπτυξης κατά τον παρασιτισμό των υπολοίπων (2ο-4ο) σταδίων. Η επιβίωση του παρασιτοειδούς δεν διέφερε γραμμικά ούτε με το στάδιο του ξενιστή ούτε με τη θερμοκρασία και ήταν γενικά χαμηλότερη στους πολύ μικρούς και μεγαλύτερους ξενιστές σε όλες τις θερμοκρασίες που δοκιμάστηκαν: μειώθηκε πολύ γρήγορα επάνω από τους 25°C, και έπεσε στο μηδέν στους 33°C. Το H. didymator μείωσε το ρυθμό απόκτησης βάρους των παρασιτισμένων προνυμφών του ξενιστή άμεσα (1 ημέρα μετά τον παρασιτισμό) όταν η προνύμφη του ξενιστή παρασιτίστηκε στα μεγάλα στάδιά της (4ο-5ο) ενώ αυτή η επίδραση ήταν καθυστερημένη (μέχρι την 4 ημέρα από τον παρασιτισμό) όταν παρασιτίστηκαν τα μικρότερα στάδια του ξενιστή (1ο-3ο).