Tầm quan trọng của các hợp chất thứ cấp trong cây cải dầu trong việc môi giới các tương tác giữa một loài côn trùng ăn lá chuyên biệt và ký sinh trùng đơn độc chuyên biệt của nó

Mahmoud Soufbaf1, Yaghoub Fathipour1, Myron P. Zalucki2, Cang Hui3
1Department of Entomology, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2School of Biological Sciences, The University of Queensland, St Lucia, Australia
3Department of Botany and Zoology, Center for Invasion Biology, University of Stellenbosch, Matieland, South Africa

Tóm tắt

Vai trò của hóa học thực vật sơ cấp trong các tương tác dinh dưỡng chưa được nghiên cứu nhiều. Chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của các chuyển hóa sơ cấp của thực vật, tập trung vào nitơ, đối với một số chỉ số sinh học của côn trùng thuộc cấp dinh dưỡng thứ hai và thứ ba trong một hệ thống ba cấp dinh dưỡng, gồm hai dòng cây cải crucifer, Brassica napus (cải dầu) (SLM046 và RGS003), côn trùng ăn lá chuyên biệt Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera: Plutellidae), và ký sinh trùng đơn độc giai đoạn ấu trùng - nhộng chuyên biệt Diadegma semiclausum (Hellén) (Hymenoptera: Ichneumonidae). Cụ thể, chúng tôi đã đo lường tốc độ tăng trưởng tương đối của côn trùng ăn lá liên quan đến chỉ số chất lượng cây trồng (nội dung nitơ trong mô lá), thời gian phát triển của côn trùng ăn lá (tổng thời gian của các giai đoạn ấu trùng thứ hai, thứ ba và thứ tư), và tỷ lệ tăng trưởng nội tại (rm) của côn trùng ăn lá và ký sinh trùng. Các nghiên cứu về ba cấp dinh dưỡng đã được thực hiện để xem xét sự phát triển, phân tích đường sống sót, tiềm năng sinh sản, lịch sử sống, sự ký sinh, và một số yếu tố liên quan đến khả năng sinh sản khác của ký sinh trùng. Các thông số bảng sống của D. semiclausum được xác định trong điều kiện phòng thí nghiệm. Tỷ lệ tăng trưởng nội tại (rm) của ký sinh trùng đã cao hơn đáng kể trên RGS003 so với SLM046. Trong mô hình ba cấp dinh dưỡng này, các kết quả chỉ ra rằng ảnh hưởng trực tiếp từ dưới lên đến tốc độ tăng trưởng quần thể côn trùng ăn lá gần như bằng với ảnh hưởng trực tiếp của lực tác động từ trên xuống do tốc độ tăng trưởng quần thể ký sinh trùng; nhưng nó lại cao hơn so với điểm đối kháng gián tiếp thông qua tốc độ tăng trưởng quần thể ký sinh trùng. Do đó, D. semiclausum hoạt động tốt hơn trên RGS003, đây là vật chủ kém nhất đối với P. xylostella so với các giống cây khác và có nội dung nitơ thấp nhất trong lá của nó.

Từ khóa

#cải dầu #hóa học thực vật sơ cấp #côn trùng ăn lá #ký sinh trùng #tương tác dinh dưỡng

Tài liệu tham khảo

Agrawal AA (2004) Plant defense and density dependence in the population growth of herbivores. Am Nat 164:113–120

Aqueel MA, Leather SR (2011) Effect of nitrogen fertilizer on the growth and survival of Rhopalosiphum padi (L.) and Sitobion avenae (F.) (Homoptera: Aphididae) on different wheat cultivars. Crop Protect 30:216–221

Awmack CS, Leather SR (2002) Host plant quality and fecundity in herbivorous insects. Annu Rev Entomol 47:817–844

Badenes-Perez FR, Reichelt M, Heckel DG (2010) Can sulfur fertilisation improve the effectiveness of trap crops for diamondback moth, Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera: Plutellidae)? Pest Manag Sci 66:832–838

Barbosa P, Gross P, Kemper J (1991) Influence of plant allelochemicals on the tobacco hornworm and its parasitoid, Cotesia congregata. Ecology 72:1567–1575

Benrey B et al (1998) The Effects of domestication of Brassica and Phaseolus on the interaction between phytophagous insects and parasitoids. Biol Control 11:130–140

Bryman A, Cramer D (2002) Quantitative data analysis with SPSS release 10 for windows (A guide for social scientists). Taylor & Francis Inc., London

Campbell BC, Duffey SS (1979) Tomatine and parasitic wasps Hyposoter exiguae: potential incompatibility of plant antibiosis with biological control of the tomato pest, Heliothis zea. Science 205:700–702

Carey JR (2001) Insect biodemography. Annu Rev Entomol 46:79–110

Coley PD, Bateman M, Kursar T (2006) The effects of plant quality on caterpillar growth and defense against natural enemies. Oikos 115:219–228

Davis JM et al (2010) Long-term nutrient enrichment decouples predator and prey production. Proc Natl Acad Sci 107:121–126

De Kraker J, Rabbinge R, Van Huis A et al (2000) Impact of nitrogenous-fertilization on the population dynamics and natural control of rice leaffolders (Lep.: Pyralidae). Int J Pest Manage 46:225–235

Deevey ES (1947) Life tables for natural populations of animals. Q Rev Biol 22:283–314

Eigenbrode SD et al (1996) Mobility of three generalist predators is greater on cabbage with glossy leaf wax than on cabbage with a wax bloom. Entomol Exp Appl 81:335–343

Gols R et al (2008a) Performance of generalist and specialist herbivores and their endoparasitoids differs on cultivated and wild Brassica populations. J Chem Ecol 34:132–143

Gols R et al (2008b) The effect of direct and indirect defenses in two wild brassicaceous plant species on a specialist herbivore and its gregarious endoparasitoid. Entomol Exp Appl 128:99–108

Gols R et al (2009) Are population differences in plant quality reflected in the preference and performance of two endoparasitoid wasps? Oikos 118:733–742

Gunasena GH et al (1990) Effects of nicotine on growth, development, and survival of the tobacco budworm (Lepidoptera: Noctuidae) and the parasitoid Campoletis sonorensis (Hymenoptera: Ichneumonidae). J Econ Entomol 83:1777–1782

Gupta PD, Thorsteinson AJ (1960) Food plant relationships of the diamond-back moth (Plutella maculipennis (Curt.)). Entomol Exp Appl 3:305–314

Harvey JA (2005) Factors affecting the evolution of development strategies in parasitoid wasps: the importance of functional constraints and incorporating complexity. Entomol Exp Appl 117:1–13

Harvey JA, Van Dam NM, Gols R (2003) Interactions over four trophic levels: food plant quality affects development of a hyperparasitoid as mediated through a herbivore and its primary parasitoid. J Anim Ecol 72:520–531

Harvey JA et al (2005) Effects of quantitative variation in allelochemicals in Plantago lanceolata on development of a generalist and a specialist herbivore and their endoparasitoids. J Chem Ecol 31:287–302

Harvey JA et al (2007) Effects of dietary nicotine on the development of an insect herbivore, its parasitoid and secondary hyperparasitoid over four trophic levels. Ecol Entomol 32:15–23

Hunter MD (2003) Effects of plant quality on the population ecology of parasitoids. Agric For Entomol 5:1–8

Hunter MD, Price PW (1992) Playing chutes and ladders: heterogeneity and the relative roles of bottom-up and top-down forces in natural communities. Ecology 73:724–732

Johnson MTJ (2008) Bottom-up effects of plant genotype on aphids, ants, and predators. Ecology 89:145–154

Johnson ML, Zalucki MP (2007) Feeding and foraging behaviour of a generalist caterpillar: are third instars just bigger versions of firsts? Bull Entomol Res 97:81–89

Karla YP (1998) Reference methods for plant analysis. Soil and Plant Analysis Council, Inc. CRC Press, Boca Raton

Karowe DN, Martin MM (1989) The effects of quantity and quality of diet nitrogen on the growth, efficiency of food utilization, nitrogen budget, and metabolic rate of fifth-instar Spodoptera eridania larvae (Lepidoptera: Noctuidae). J Insect Physiol 35:699–708

Kogan M, Cope D (1974) Feeding and nutrition of insects associated with soybeans. 3. Food intake, utilization, and growth in the soybean looper, Pseudoplusia includence. Ann Entomol Soc Am 66:67–72

Kos M et al (2011) Prey-mediated effects of glucosinolates on aphid predators. Ecol Entomol 36:377–388

Li Q et al (2000) Feeding and growth of Plutella xylostella and Spodoptera eridania on Brassica juncea with varying glucosinolate concentrations and myrosinase activities. J Chem Ecol 26:2401–2419

Lill JT, Marquis RJ, Ricklefs RE (2002) Host plants influence parasitism of forest caterpillars. Nature 417:170–173

Loader C, Damman H (1991) Nitrogen content of food plants and vulnerability of Pieris rapae to natural enemies. Ecology 72:1586–1590

Lohr B et al (2007) Impact of an exotic parasitoid on Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae) population dynamics, damage and indigenous natural enemies in Kenya. Bull Entomol Res 97:337–350

Lou Y, Baldwin IT (2004) Nitrogen supply influences herbivore-induced direct and indirect defenses and transcriptional responses in Nicotiana attenuata. Plant Physiol 135:496–506

Maia AHN et al (2000) Statistical inference on associated fertility life table parameters using jackknife technique: computational aspects. J Econ Entomol 93:511–518

Mattson WJ (1980) Herbivory in relation to plant nitrogen content. Annu Rev Ecol Syst 11:119–161

McHugh JJ Jr, Foster RE (1996) The influence of macronutrient fertilization on diamondback moth infestation on head cabbage. J Veg Crop Prod 1:81–95

Meyer JS et al (1986) Estimating uncertainly in population growth rates: jackknife vs. bootstrap techniques. Ecology 67:1156–1166

Moreau J et al (2009) Host plant cultivar of the grapevine moth Lobesia botrana affects the life history traits of an egg parasitoid. Biol Control 50:117–122

Ode PJ (2006) Plant chemistry and natural enemy fitness: effects on herbivore and natural enemy interactions. Annu Rev Entomol 51:163–185

Ode PJ et al (2004) Host plant, host plant chemistry and the polyembryonic parasitoid Copidosoma sosares: indirect effects in a tritrophic interaction. Oikos 104:388–400

Poelman EH et al (2009) Chemical diversity in Brassica oleracea affects biodiversity of insect herbivores. Ecology 90:1863–1877

Price PW et al (1980) Interactions among three trophic levels: influence of plants on interactions between insect herbivores and natural enemies. Annu Rev Ecol Syst 11:41–65

Prudic K, Oliver J, Bowers M (2005) Soil nutrient effects on oviposition preference, larval performance, and chemical defense of a specialist insect herbivore. Oecologia 143:578–587

Raubenheimer D, Simpson SJ (1997) Integrative models of nutrient balancing: application to insects and vertebrates. Nutr Res Rev 10:151–179

Rosner B (2000) Fundamentals of biostatistics. Duxbury Pres, North Scituate

Roy S, Chattopadhyay J (2007) Enrichment and stability: a phenomenological coupling of energy value and carrying capacity. BioSyst 90:371–378

Sarfraz M, Dosdall LM, Keddie BA (2009) Host plant nutritional quality affects the performance of the parasitoid Diadegma insulare. Biol Control 51:34–41

SAS (2003) SAS statistics and graphics guide, release 9.1. SAS Institute, Cary

Scriber JM (1979) The effects of sequentially switching food plants upon biomass and nitrogen utilization by polyphagous and Stenophagous papilio larvae. Entomol Exp Appl 25:203–215

Scriber JM (1981) Sequential diets, metabolic costs, and growth of Spodoptera eridania (Lepidoptera: Noctuidae) Feeding upon dill, lima bean, and cabbage. Oecologia 51:175–180

Smith DS, Northcott FE (1951) The effects on the grasshopper, Melanoplus mexicanus mexicanus (Sauss.) (Orthoptera: Acrididae), of varying the nitrogen content in its food plant. Can J Zool 29:297–304

Soler R et al (2005) Root herbivore effects on above-ground herbivore, parasitoid and hyperparasitoid performance via changes in plant quality. J Anim Ecol 74:1121–1130

Soler R et al (2007) Impact of foliar herbivory on the development of a root-feeding insect and its parasitoid. Oecologia 152:257–264

Soufbaf M et al (2010a) Bottom-up effect of different host plants on Plutella xylostella (Lepidoptera: Plutellidae): a life-table study on canola. J Econ Entomol 103:2019–2027

Soufbaf M et al (2010b) Development and age-specific mortality of diamondback moth on Brassica host plants: pattern and causes of mortality under laboratory conditions. Ann Entomol Soc Am 103:574–579

SPSS (2008) SPSS base 16.0.2 for windows user’s guide. SPSS Inc.

Stiling P, Moon DC (2005) Quality or quantity: the direct and indirect effects of host plants on herbivores and their natural enemies. Oecologia 142:413–420

Talekar NS, Shelton AM (1993) Biology, ecology, and management of the diamondback moth. Annu Rev Entomol 38:275–301

Travers-Martin N, Müller C (2008) Matching plant defence syndromes with performance and preference of a specialist herbivore. Funct Ecol 22:1033–1043

Walker M, Hartley SE, Jones TH (2008) The relative importance of resources and natural enemies in determining herbivore abundance: thistles, tephritids and parasitoids. J Animal Ecol 77:1063–1071

White TCR (1984) The abundance of invertebrate herbivores in relation to the availability of nitrogen in stressed food plants. Oecologia 63:90–105

Winter TR, Rostás M (2010) Nitrogen deficiency affects bottom-up cascade without disrupting indirect plant defense. J Chem Ecol 36:642–651

Yang JC, Chu YI, Talekar NS (1993) Biological studies of Diadegma semiclausum (Hym., Ichneumonidae), a parasite of diamondback moth. Entomophaga 38:579–586