Μελέτη της δυναμικής πληθυσμών της αφίδας Aphis gossypii Glover

Abstract

The present study deals with the dynamics and the spatial distribution of natural populations of the cotton aphid, Aphis gossypii Glover (Hemiptera: Aphididae) in a 1,8ha cotton field in Magnesia, Greece during 1997-1999. In the first part of this thesis a bibliographic review covering the areas of aphids in general and particularly biological and ecological aspects of Aphis gossypii, as well as the field of its morphological variation and population dynamics is presented. Also, cotton crop and its most widespread Greek cultivars are discussed, and major predators of the cotton aphid are presented. Apart from the study of cotton aphid population dynamics, in field studies the effect of major predators on aphid populations was also evaluated. Their biological characteristics and demographic parameters were examined under laboratory conditions. In an untreated cotton field systematic sampling was performed by marking cotton plants. From each marked plant four leaves were randomly examined in situ at two heights, two from the upper and two from the lower part, and aphids were counted. Predator species were recorded and their abundance was estimated by shaking plants onto a muslin wooden frame. Aphid and predator occurrence were surveyed during June-October. For each sampling occasion the mean, standard deviation and coefficient of variability were calculated. Furthermore, the goodness of fitting of the data to the Taylor’s Power Law (coefficient b) and to the Negative Binomial Distribution (dispersion parameter k) was tested, and correlations between aphid and predator dynamics were investigated.In general, the results follow the usual bimodal pattern of cotton aphid population occurrence in Greece. Aphis gossypii populations followed an aggregated distribution pattern and not a random or a uniform one, at least at high infestation rates, a fact that was confirmed by high (> 2) values of Taylor’s b and very low values of negative binomial k (< 2). Also, there was an unequal within-plant distribution of A. gossypii individuals, suggesting a direct implication in timing and efficiency of aphidicide applications. Coccinellid and chrysopid predators showed a trend to aggregate around aphid aggregations, a situation reflecting an ecological response resulting from either long-term presence in a particular cotton leaf or accumulated predatory effect of many predator individuals that colonize and disperse in plants. Spatio-temporal correlations between aphid and predator populations designate the species studied as important density-dependent mortality factors for the aphid, especially at pesticide free periods. Field experimentation was supported by laboratory studies. The performance of A. gossypii lineages on six cotton cultivars was evaluated during 1997-1998. Individual aphids were kept on cotton leaves in clip-cages and natality, mortality, fecundity, development and survival were recorded. Biological characteristics and demographic parameters were estimated and correlated to cotton leaf pubescence.Cotton cultivars affected aphid performance and population increase. Aphids performed worse on low trichome density cultivars, while high trichome density was responsible for cotton susceptibility to aphid infestation. Trichome presence did not adversely affect aphid infestation, indicating that other resistance factors may be involved. Differential trichome density and aphid infestation categorization was partially attributed to differential cultivar genealogy. Furthermore, the contribution of three cotton aphid predators in controlling cotton aphid populations was studied, along with biological traits and demographic parameters and, for the first time regarding Greek predator populations, their predatory activity on this aphid in laboratory controlled conditions during 1998-2000 was evaluated. Predator pairs were reared in special cages. Preimaginal development, mortality and aphid consumption were recorded, and fecundity, adult longevity and demographic parameters were estimated. The three predatory species showed different traits. Chrysoperla carnea s.l. and Hippodamia convergens exhibited shorter developmental time and longevity than Coccinella septempunctata, which showed high aphid consumption rates and considerable intraspecific variation in preoviposition period. Overall, the results highlighted the potential of the three predators examined as control agents of the cotton aphid. Each species showed different relative advantages, which could be beneficial in certain phases of aphid control in the field.Lastly, morphometric variation of A. gossypii samples from crops and non-cultivated plants in many parts of Greece was examined in 2002-2004, in order to investigate whether this variation is correlated with aphid hosts origin. Samples of A. gossypii were collected from species belonging to the families: Cucurbitaceae, Malvaceae and Compositae. Morphometric data for 13 parameters measured from several clonal lineages were statistically analysed by a series of Canonical Variates Analyses (CVA). Clonal lineages were reared on a common host in controlled conditions to standardize the effect of host and environment on morphology.The analyses provided a clear morphometric separation of the aphids originating from Compositae and those collected on Cucurbitaceae and Malvaceae, regardless of the geographical origin of the aphids and the host plant on which they were reared. This indicates that within A. gossypii there are two genetically isolated and widely distributed host races or subspecies with different plant family associations. The aforementioned morphological separation of host-adapted genotypes is of high taxonomic, as well as of special ecological interest with direct implications to crop protection. In summary, the results obtained in the present thesis provide novel knowledge on cotton aphid population dynamics and the activity of the aphid’s natural enemies. However, the study of population dynamics of A. gossypii in a cotton field is complex; nevertheless, its study contributes to the development of Integrated Pest Management schemes in Greek cotton crops.

Η παρούσα μελέτη πραγματεύεται τη δυναμική και τη χωροταξική κατανομή φυσικών πληθυσμών της αφίδας Aphis gossypii Glover (Hemiptera: Aphididae) σε αγρό βαμβακιού έκτασης 18 στρεμμάτων στη Μαγνησία κατά τα έτη 1997-1999. Σε αυτούς τους πληθυσμούς μελετήθηκε και η επίδραση σημαντικών φυσικών εχθρών, η βιολογία των οποίων εξετάστηκε σε ελεγχόμενες συνθήκες εργαστηρίου. Σε αγρό απαλλαγμένο από χημικές επεμβάσεις εφαρμόστηκε συστηματική δειγματοληψία τεσσάρων φύλλων από δύο επίπεδα προσημειωμένων φυτών δύο φορές την εβδομάδα για την περίοδο από Ιούνιο έως Οκτώβριο και γινόταν έλεγχος για παρουσία αφίδων. Τα αρπακτικά καταγράφονταν με τινάγματα φυτών σε ειδικό τούλι. Για κάθε δειγματοληψία υπολογίστηκαν ο μέσος όρος, η διακύμανση και ο συντελεστής μεταβλητότητας. Επίσης, έγινε έλεγχος προσαρμογής της αρνητικής διωνυμικής κατανομής με χρήση του δείκτη διασποράς k και έλεγχος εφαρμογής του νόμου του Taylor, καθώς και συσχέτιση διακυμάνσεων πληθυσμών αφίδων και αρπακτικών. Τα αποτελέσματα γενικά συμφωνούν με το πρότυπο των δύο κυμάτων προσβολών της αφίδας του βαμβακιού στην Ελλάδα και δεν υποδεικνύουν την ανάγκη αντιμετώπισης των αφίδων σε νεαρά φαινολογικά στάδια του φυτού, αφού αυτό ανακάμπτει γρήγορα λόγω βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων. Η διασπορά των πληθυσμών της αφίδας A. gossypii στο βαμβάκι έγινε μέσω ομαδοποιήσεων-συναθροίσεων (πρότυπα υπερδιασποράς αφίδων) και όχι τυχαία ή ομοιόμορφα, τουλάχιστο στις μεγάλες πυκνότητες, γεγονός που επιβεβαιώθηκε με τις τιμές του δείκτη ομαδοποίησης b της εξίσωσης του Taylor να είναι μεγαλύτερες του 2, και με τις πολύ χαμηλές τιμές του δείκτη διασποράς k της αρνητικής διωνυμικής κατανομής. Επίσης, βρέθηκε καθ’ ύψος ανισοκατανομή των αφίδων στα φυτά, πράγμα που έχει άμεση επίπτωση στην εφαρμογή χημικών επεμβάσεων. Τα αρπακτικά Coccinellidae και Chrysopidae επέδειξαν τάση συγκέντρωσης σε περιοχές με ομαδοποιήσεις αφίδων, φαινόμενο που υποδηλώνει αντίδραση των αρπακτικών ως αποτέλεσμα είτε της μακροχρόνιας παραμονής τους σε ένα φύλλο είτε της συσσωρευτικής δράσης πολλών ατόμων που αποικίζουν και μετακινούνται από φυτό σε φυτό. Οι χωρο-χρονικές συσχετίσεις διακυμάνσεων φυσικών πληθυσμών αφίδων και αρπακτικών αναδεικνύουν τα μελετηθέντα είδη ως σημαντικούς παράγοντες θνησιμότητας για την αφίδα, ιδίως σε περιόδους απουσίας χημικών επεμβάσεων. Η μελέτη αγρού υποστηρίχθηκε από τη μελέτη του αναπαραγωγικού δυναμικού της αφίδας στο εργαστήριο σε έξι ποικιλίες βαμβακιού κατά τα έτη 1997-1998. Τα πειράματα αφορούσαν τον εγκλωβισμό ατομικών αφίδων σε κλωβούς εκτροφής και την καταγραφή γεννήσεων, θανάτων, διάρκειας ανάπτυξης και επιβίωσης. Υπολογίστηκαν δημογραφικά χαρακτηριστικά και συσχετίστηκαν με το διαφορετικό βαθμό τριχοφυΐας των ποικιλιών του βαμβακιού. Οι ποικιλίες επηρέασαν το αναπαραγωγικό δυναμικό των αφίδων, και κατά συνέπεια, την αύξηση των πληθυσμών τους. Οι ποικιλίες στις οποίες οι αφίδες επέδειξαν χαμηλό αναπαραγωγικό δυναμικό διαθέτουν χαμηλή πυκνότητα τριχώματος, ενώ οι πιο ευαίσθητες στην προσβολή αφίδων (υψηλό αναπαραγωγικό δυναμικό) είναι γενικά ποικιλίες υψηλής τριχοφυΐας. Η παρουσία τριχών δεν επηρέασε αρνητικά τη σχετική προσβολή από την αφίδα, και πιθανώς εμπλέκονται άλλοι παράγοντες. Οι διαφορές στην ευπάθεια των φυτών στις προσβολές αφίδων εξηγήθηκαν εν μέρει μέσω της γενεαλογίας των ποικιλιών, καθώς ποικιλίες με κοινό πρόγονο εμφάνισαν παρόμοια ομαδοποίηση ως προς την τριχοφυΐα. Επιπλέον, μελετήθηκε η συμβολή των αρπακτικών στον έλεγχο των φυσικών πληθυσμών των αφίδων, η βιολογία και τα δημογραφικά χαρακτηριστικά τους, και για πρώτη φορά στην Ελλάδα (κατά τα έτη 1998-2000) η δράση τους πάνω στην αφίδα σε ελεγχόμενες συνθήκες εργαστηρίου. Τα αρπακτικά εκτράφηκαν κατά ζεύγη τελείων σε μικρούς κλωβούς για το κυρίως πείραμα και καταγράφηκαν η προνυμφική ανάπτυξη, η θνησιμότητα και η κατανάλωση αφίδων, και εκτιμήθηκαν η γονιμότητα και η διάρκεια ζωής τελείων, καθώς και τα δημογραφικά χαρακτηριστικά τους. Τα τρία είδη εμφάνισαν διαφορετικά δημογραφικά και βιολογικά χαρακτηριστικά. Τα είδη C. carnea και H. convergens είχαν μικρότερη διάρκεια ανάπτυξης και μακροζωία. Το C. septempunctata παρουσίασε μεγάλη αδηφαγία και ενδοειδική παραλλακτικότητα στην περίοδο προωοτοκίας του. Η μελέτη αυτή τονίζει τη σημασία των τριών φυσικών εχθρών ως δυνητικών παραγόντων ελέγχου της αφίδας του βαμβακιού, αφού κάθε είδος έδειξε διαφορετικά συγκριτικά πλεονεκτήματα έναντι των άλλων και θα μπορούσε να είναι ωφέλιμο σε συγκεκριμένες χρονικές περιόδους. Τέλος, διερευνήθηκε η ύπαρξη μορφολογικής διαφοροποίησης μεταξύ ελληνικών πληθυσμών της αφίδας A. gossypii που προέρχονταν από διαφορετικούς ξενιστές κατά τα έτη 2002-2004. Παρθενογενετικές σειρές δημιουργήθηκαν από δείγματα ατομικών αφίδων και διατηρήθηκαν σε κοινό φυτό-ξενιστή. Χρησιμοποιήθηκε η πολυπαραγοντική μορφομετρική Ανάλυση Κανονικών Μεταβλητών (Canonical Variates Analysis, CVA) σε δεδομένα μήκους 13 χαρακτηριστικών του σώματος της αφίδας που μετρήθηκαν με ειδικό μικροσκόπιο. Από την ανάλυση αποδείχθηκε η ύπαρξη μίας μορφολογικά διαφορετικής μορφής του A. gossypii στην Ελλάδα που αποικίζει φυτά Compositae, στατιστικά διακριτής από αυτή που αποικίζει φυτά Malvaceae και Cucurbitaceae. Οι δύο μορφές εμφανίζουν γενετικές διαφορές· γι’ αυτό, απαιτείται η απόδοση διαφορετικής ταξινομικής κατηγορίας σε καθεμιά (π.χ. φυλή, υποείδος κ.λπ.). Ο διαχωρισμός γενοτύπων του A. gossypii προσαρμοσμένων σε διαφορετικούς ξενιστές και η ύπαρξη μορφολογικών διαφορών ανάμεσα σε αυτούς έχει ταξονομικό και οικολογικό ενδιαφέρον με πρακτική διάσταση όσον αφορά στη φυτοπροστασία. Ο συνδυασμός των επιμέρους αποτελεσμάτων της διατριβής παρείχε πρωτότυπη γνώση για τη δυναμική των φυσικών πληθυσμών της αφίδας του βαμβακιού και πληροφορίες για τη δραστηριότητα των φυσικών της εχθρών. Βέβαια, η δυναμική φυσικών πληθυσμών εντόμων σε ένα ανοικτό αγροοικοσύστημα, όπως αυτό του βαμβακιού, δεν περιγράφεται εύκολα· ωστόσο, η μελέτη της συμβάλλει στην ανάπτυξη στρατηγικών αντιμετώπισης στα πλαίσια της ολοκληρωμένης διαχείρισης εχθρών των φυτών.