Γεωγραφική διασπορά, φυσικοί εχθροί, πολυετής παρακολούθηση και γενετική ταυτοποίηση πληθυσμών Physokermes spp. (Hemiptera: Coccomorpha: Coccidae) επί της ελάτης Abies spp. (Pinales: Pinaceae) στην Ελλάδα

Abstract

The genus Physokermes Targioni Tozzetti includes herbivore oligophagus species that are distributed in the Holarctic region and feed on conifers. Hitherto, thirteen species have been recorded with Physokermes hemicryphus (Dalman) (Hemiptera: Coccidae) and Physokermes piceae (Schrank) (Hemiptera: Coccidae) being the two most cosmopolitan. In Greece, among the four recorded species, P. hemicryphus is the most frequently occurring to infest fir trees of the species Abies cephalonica Loudon (Pinales: Pinaceae) and A. borissi-regis Mattf (Pinales: Pinaceae). The recently described scale Physokermes hellenicus (Kozár and Gounari) (Hemiptera: Coccidae), that was collected on the conifer A. cephalonica, has been characterized as endemic species of Greece. Physokermes species are notorious pests of conifers in several European countries given that they can cause considerable primary and secondary damages on trees. However in Greece, these species are considered as highly beneficial scale insects in apiculture, since its honeydew secretions are exploited by honeybees leading to the production of a honey with specific physicochemical characteristics.This study was conducted, since the available published data on these insects in Greece are restricted. In different mountains of Greece, the following subjects were investigated: The possible existence of Physokermes species and their identification by using morphological criteria. The geographical distribution of Physokermes species and the estimation of the infestation degree in different locations. Following, a long term monitoring of the biological cycle of the predominant Physokermes species was carried out in three mountains (Menalon: 6 years, Parnis: 6 years and Tymfristos: 5 years) focusing on the degree of infestation, the natural enemies spectrum and their activity, the presence of honeydew and the existence of other arthropod species. Moreover, for the first time a preliminary study on the molecular taxonomy of P. hellenicus in Greece was carried out based on mtDNA (COI-Barcode) sequencing data using a non destructive DNA extraction method in combination with the classical systematic taxonomy.Only P. hellenicus was identified during the exhausting sampling at fir forests of Greece. Its extended geographical distribution was significantly negatively correlated with latitude. For the first time, a comparative demonstration of the P. hellenicus biological cycle based both on alive and mounted material was given through an image gallery. The long term monitoring of the infestation degree of P. hellenicus on fir trees in the three mountains (Menalon, Parnis and Tymfristos) showed a continuous and negative trend at Menalon. In addition, for the first time, the spectrum of P. hellenicus natural enemies in Greece was identified. Seven species of Encyrtidae, Eulophidae, Pteromalidae, and Eurytomidae (Hymenoptera); five species of Anthribidae and Coccinellidae (Coleoptera); and four species of Dictinidae, Linyphiidae, and Theridiidae (Araneae) were identified. Twelve of them were identified at the species level while four at the genus level. Among them, Microterys lunatus (Dalman) (Hymenoptera: Encyrtidae), Pseudorhopus testaceus (Ratzeburg) (Hymenoptera: Encyrtidae), and Anthribus fasciatus Forster (Coleoptera: Anthribidae) were the most abundant natural enemies of P. hellenicus adult female while Metaphycus unicolor Hoffer (Hymenoptera: Encyrtidae) and Trichomasthus sp. (Hymenoptera: Encyrtidae) were found to parasitize P. hellenicus male nymph. Also, for the first time numerous adult female individuals of P. hellenicus were found dead covered by a dark green (fungus-like) microorganisms, an issue that needs further investigation. Moreover, for the first time, the spider Cinetata gradata (Simon) (Araneae: Linyphiidae) is reported in the Greek arachnofauna which acted as a predator of P. hellenicus. The presence of honeydew and the fecundity of P. hellenicus female adults were significant negatively affected by the action of natural enemies. The reduction of the honey produced at mountain Menalon (a protected designation of origin product) could be attributed to the reduced presence of P. hellenicus on the fir forest. However, further studies on more biotic and abiotic factors that involved in the honey production are necessary to fully clarify this issue. The first preliminary study of the molecular identification of P. hellenicus based on the molecular marker COI-Barcode from mtDNA sequencing data showed that the variability detected among samples is not connected to their geographical origin. The average pairwise genetic distance detected does not sufficiently document the existence of different species, a fact that is in accordance with the results of morphological identification that concluded on P. hellenicus. Moreover, the UPGMA analysis of P. hellenicus data including Physokermes jezoensis Siraiwa (Hemiptera: Coccidae) as outgroup shows that the two species are clearly separated. The existence of other arthropod species was evident in the fir forest areas of the present study with an important finding. For the first time, the tiny cryptic aphid Dreyfusia nordmannianae Eckstein (Hemiptera: Adelgidae) is reported to exist and co-parasite with P. hellenicus on Abies cephalonica (Pinales: Pinaceae) in Greece. Due to the fact that D. nordmannianae constitutes a serious pest of conifers, it is necessary to conduct a large scale research to determine its status in the Greek fir forests.The present study enhances our knowledge both on beneficial honeydew scale insects and on the arthropod fauna of fir forest in Greece. The extended geographical distribution of P. hellenicus constitutes a serious sign that it is one of the main insects involved in the fir honeydew honey production of Greece. The above acquired information dealing with P. hellenicus life shed more light to the better understanding of its biology and its participation in the harmoniously existing but complex fir honeydew honey production system.

Το γένος Physokermes Targioni Tozzetti περιλαμβάνει φυτοπαρασιτικά είδη τα οποία εντοπίζονται στη περιοχή της Ολοαρκτικής ζώνης και τρέφονται από κωνοφόρα είδη. Μέχρι σήμερα έχουν καταγραφεί δεκατρία είδη με τα Physokermes hemicryphus (Dalman) (Hemiptera: Coccidae) και Physokermes piceae (Schrank) (Hemiptera: Coccidae) να είναι τα δύο πιο κοσμοπολίτικα. Στην Ελλάδα, έχουν καταγραφεί τέσσερα είδη μεταξύ των οποίων το P. hemicryphus είναι αυτό που απαντάται πιο συχνά να παρασιτεί στα Abies cephalonica Loudon (Pinales: Pinaceae) και Abies.borissi-regis Mattf (Pinales: Pinaceae). Το πιο πρόσφατα καταγεγραμμένο είδος είναι το Physokermes hellenicus (Kozár and Gounari) (Hemiptera: Coccidae) επί του A. cephalonica, το οποίο έχει χαρακτηρισθεί ως ενδημικό της Ελλάδας. Παρόλο που σε αρκετές ευρωπαϊκές χώρες τα είδη αυτά αποτελούν σοβαρούς εχθρούς των κωνοφόρων προκαλώντας σημαντικές άμεσες και έμμεσες ζημιές, στην Ελλάδα αντιμετωπίζονται ως ωφέλιμα είδη καθώς οι μελιτώδεις εκκρίσεις (μελιτώματα) που αποβάλλουν αποτελούν σημαντική τροφή της μέλισσας που οδηγεί στην παραγωγή μελιού υψηλής ποιότητας. Η περιορισμένη πρότερη γνώση για τα έντομα του γένους αυτού στην Ελλάδα ήταν το κίνητρο του παρόντος ερευνητικού πονήματος. Σε διαφορετικoύς ορεινούς όγκους της Ελλάδας διενεργήθηκε έρευνα για την παρουσία και τα είδη του γένους Physokermes επί της ελάτης (Abies spp.). Η ταυτοποίηση του είδους έγινε με την μέθοδο κλασικής ταξινόμησης ενώ πραγματοποιήθηκε υπολογισμός του βαθμού προσβολής, της γεωγραφικής διασποράς και προσδιορισμός του φάσματος των φυσικών εχθρών. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε πολυετής παρακολούθηση του βιολογικού κύκλου του επικρατέστερου είδους σε τρεις ορεινούς όγκους (Μαίναλο: 6 έτη, Πάρνηθα: 6 έτη και Τυμφρηστός: 5 έτη) σε συνδυασμό με το βαθμό προσβολής, την παρουσία μελιτώματος, το φάσμα και τη δράση των φυσικών εχθρών και την ύπαρξη άλλων πιθανών ειδών της αρθροποδοπανίδας της ελάτης. Επιπλέον για πρώτη φορά έγινε μια προκαταρκτική έρευνα για τη διερεύνηση της γενετικής ταυτοποίησης πληθυσμών του είδους P. hellenicus στην Ελλάδα με χρήση του μοριακού δείκτη COI-Barcode του μιτοχονδριακού DNA με μη καταστροφική μέθοδο σε συνδυασμό με την κλασική μορφολογική ταξινόμηση. Στη διάρκεια της παρούσας μελέτης ταυτοποιήθηκε μόνο το είδος P. hellenicus στους ορεινούς όγκους της Ελλάδος και η ευρεία γεωγραφική του διασπορά συσχετίσθηκε αρνητικά με το γεωγραφικό πλάτος. Επιπρόσθετα, για πρώτη φορά παρουσιάζονται σε αντιπαραβολή τα στάδια του βιολογικού κύκλου του εντόμου από ζωντανό και μονιμοποιημένο υλικό. Η πολυετής παρακολούθηση του βαθμού προσβολής της ελάτης από το P. hellenicus στους τρεις ορεινούς όγκους (Μαίναλο, Πάρνηθα, Τυμφρηστός) εμφάνισε μια συνεχής αρνητική τάση στο Μαίναλο. Για πρώτη φορά ταυτοποιήθηκε το φάσμα των φυσικών εχθρών του P. hellenicus, το οποίο περιλαμβάνει επτά είδη υμενόπτερων των οικογενειών Encyrtidae, Eulophidae, Pteromalidae, και Eurytomidae, πέντε είδη κολεόπτερων των οικογενειών Anthribidae και Coccinellidae και τέσσερα είδη αραχνών των οικογενειών Dictinidae, Linyphiidae και Theridiidae. Δώδεκα από τα παραπάνω ταυτοποιήθηκαν σε επίπεδο είδους και τέσσερα σε επίπεδο γένους. Μεταξύ αυτών, τα Pseudorhopus testaceus (Ratzeburg) (Hymenoptera: Encyrtidae), Microterys lunatus (Dalman) (Hymenoptera: Encyrtidae) και Anthribus fasciatus Forster (Coleoptera: Anthribidae) ήταν οι πιο άφθονοι φυσικοί εχθροί των θηλυκών ενήλικων ατόμων του P. hellenicus, ενώ τα Metaphycus unicolor Hoffer (Hymenoptera: Encyrtidae) και Trichomasthus sp. (Hymenoptera: Encyrtidae) βρέθηκαν να παρασιτούν τη νύμφη αρσενικών ατόμων του P. hellenicus. Επίσης για πρώτη φορά καταγράφηκε η παρουσία της αράχνης Cinetata gradata (Simon) (Araneae: Linyphiidae) στην αραχνοπανίδα της Ελλάδας, η οποία δρούσε ως αρπακτικό του P. hellenicus. Για πρώτη φορά καταγράφεται σε σημαντικό αριθμό η παρουσία ενήλικων θηλυκών ατόμων του P. hellenicus που έφεραν σε εξωτερικά μυκηλιακές υφές και εσωτερικά ήταν σάπια ή είχαν νεκρά ωά στο σύνολό τους. Η δράση των φυσικών εχθρών είχε σημαντικά αρνητική επίδραση στο αναπαραγωγικό δυναμικό και στην παρουσία μελιτώματος των ενηλίκων θηλυκών ατόμων του P. hellenicus. Η μείωση της παραγωγής του μελιού ελάτης στον ορεινό όγκο του Μαινάλου (προϊόν Προστατευόμενης Ονομασίας Προέλευσης (ΠΟΠ)) θα μπορούσε να αποδοθεί στη μείωση του πληθυσμού του P. hellenicus στη συγκεκριμένη περιοχή. Ωστόσο απαιτείται περαιτέρω έρευνα που θα περιλαμβάνει και άλλους βιοτικούς και αβιοτικούς παράγοντες που λαμβάνουν μέρος στην παραγωγή μελιού για να διευκρινισθεί πλήρως αυτή η κατάσταση. Η προκαταρτική ανάλυση πληθυσμών P. hellenicus στην Ελλάδα με βάση το μοριακό δείκτη COI-Barcode του mtDNA έδειξε μια γενετική παραλλακτικότητα η οποία δεν συνδέεται με την γεωγραφική προέλευση των δειγμάτων. H μέση γενετική απόσταση δε δικαιολογεί επαρκώς την ύπαρξη διαφορετικών ειδών, γεγονός που συμφωνεί με το αποτέλεσμα της μορφολογικής ταυτοποίησης των ατόμων που χρησιμοποιήθηκαν η οποία έδειξε μόνο το είδος P. hellenicus. Επίσης, η ανάλυση των δεδομένων της παρούσας μελέτης με τα διαθέσιμα στη GenBank δεδομένα που αφορούν το είδος Physokermes jezoensis Siraiwa (Hemiptera: Coccidae), έδειξε σαφή διαχωρισμό των δύο ειδών. Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης, η παρουσία άλλων ειδών αρθροπόδων ήταν εμφανής στα δασικά οικοσυστήματα της ελάτης. Από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν προέκυψε η πρώτη καταγραφή της παρουσίας της κρυπτικής αφίδας Dreyfusia nordmannianae Eckstein (Hemiptera: Adelgidae) στην αθροποδοπανίδα της Ελλάδας επί του Abies cephalonica (Pinales: Pinaceae), η οποία συχνά συνυπήρχε με το P. hellenicus στο ίδιο σημείο. Λόγω της καταγεγραμμένης καταστροφικής δράσης του D. nordmannianae επί των κωνοφόρων ειδών, είναι σημαντική η έρευνα σε ευρύτερη κλίμακα για τον προσδιορισμό της κατάστασης στα ελατοδάση στην Ελλάδα. Η παρούσα μελέτη εμπλούτισε τις γνώσεις μας στους τομείς τόσο των ωφέλιμων μελιτογόνων κοκκοειδών, όσο και της υπόλοιπης αρθροποδοπανίδας της Ελλάδας. Η ευρεία γεωγραφική διασπορά του P. hellenicus αποτελεί σοβαρή ένδειξη ότι είναι ένα από τα βασικά εμπλεκόμενα έντομα στην παραγωγή μελιού μελιτώματος ελάτης στην Ελλάδα. Οι πληροφορίες που αποκτήθηκαν σχετικά με τη μορφολογία του εντόμου, τα γενετικά του χαρακτηριστικά, τον βιολογικό του κύκλο, το σύμπλεγμα των φυσικών εχθρών του, την επίδραση αυτών στο αναπαραγωγικό δυναμικό και στην μελιτοέκκριση του, συμβάλλουν στην πληρέστερη κατανόηση της βιολογίας του εντόμου το οποίο μέχρι σήμερα συμμετέχει αρμονικά στο υπάρχον αλλά πολύπλοκο σύστημα παραγωγής μελιού μελιτώματος ελάτης στην Ελλάδα.