Eine experimentelle Studie zur Überwinterung des Kartoffelkäfers unter natürlichen Bedingungen

Summary

Hier stellen wir eine Methode zur Untersuchung des Winterschlafs des Kartoffelkäfers unter den natürlichen Bedingungen der gemäßigten Zone sowie eine Technik zum Sammeln von Käfern im Winter vor. Diese Methode ermöglicht es, eine gewünschte Anzahl von überwinternden Individuen für verschiedene Analysen in jedem Stadium des Winterschlafs zu erhalten.

Abstract

Einer der Hauptschädlinge der Kartoffel Solanum tuberosum L. in der gemäßigten Zone ist das Schadinsfest Kartoffelkäfer (CPB). Die meisten Studien zur Immunität und zu Erkrankungen des CPB werden während der aktiven Fütterungsphasen durchgeführt. Dennoch gibt es weniger Studien zu Ruhestadien, obwohl diese Käfer den größten Teil ihres Lebenszyklus in einem Zustand der Winterpause (Winterschlaf) verbringen. In dieser Arbeit wurde eine Methode zur Untersuchung des CPB-Winterschlafs unter natürlichen Bedingungen entwickelt und getestet, die die Möglichkeit bietet, eine ausreichende Anzahl von Individuen im Winter zu sammeln. In diesem Artikel wurde das CPB-Überleben bewertet und Infektionserreger in verschiedenen Stadien des Winterschlafs identifiziert. Die CPB-Mortalität stieg während des Winterschlafs an und erreichte im April-Mai ein Maximum. Aus den toten Insekten wurden entomopathogene Pilze (Beauveria, Isaria und Lecanicillium) und die Bakterien Bacillus, Sphingobacterium, Peribacillus, Pseudomonas und Serratia isoliert. Die Überlebensrate der Käfer über den gesamten Winterschlaf lag bei 61%. Es wurden keine gefrorenen oder getrockneten Käfer gefunden, was auf den Erfolg der vorgestellten Methode hindeutet.

Introduction

Der Kartoffelkäfer Leptinotarsa decemlineata Say (CPB) ist ein wichtiger Schädling von Solanaceae-Pflanzen, vorwiegend Kartoffel Solanum tuberosum L. Das geografische Verbreitungsgebiet dieser Art beträgt mehr als 16 Millionen^km2 und erweitert sich ständig¹. Das CPB hat fakultative Winterdiapause, und in der gemäßigten Zone ist der Winterschlaf obligatorisch. Die Diapause wird durch eine kurztägige Photoperiode induziert und durch Temperatur¹ moduliert. Diese Käfer überwintern im erwachsenen Stadium, indem sie sich in den Boden eingraben. Mit zunehmenden Breitengraden verlängert sich die Dauer des Winterschlafs. In der gemäßigten Zone, vor allem in den nördlichen Territorien ihres Verbreitungsgebietes, dauert die Überwinterung bis zu 9 Monate: von August-September bis Mai-Juni (Noskov et al., persönliche Beobachtungen). In dieser Zeit ist das CPB – wie jedes andere Insekt in der gemäßigten Zone auch – ungünstigen Winterbedingungen ausgesetzt und muss seine Kältetoleranz erhöhen. Gleichzeitig erhöht der Kontakt der Käfer mit dem Boden das Risiko einer Infektion durch verschiedene opportunistische und pathogene Mikroorganismen². Daher müssen diese Käfer während des Winterschlafs ein gewisses Maß an Aktivität des Immunsystems aufrechterhalten, was auch energetisch kostspielig ist. Doch selbst wenn das Insekt eine Infektion überlebt, kann die Krankheit seine Kältehärte verringern³. Es sollte beachtet werden, dass niedrige Temperaturen nicht der einzige Grund für die Wintersterblichkeit des CPB sind. Eine wichtige Rolle spielt auch der Sauerstoffmangel, der unter bestimmten Bedingungen der Hauptfaktor für die Wintersterblichkeit sein^{könnte 4,5}.

Es ist bekannt, dass die natürliche Wintersterblichkeit des CPB sehr hoch sein kann und in tonigen Lehmböden 100 % erreicht⁶. Daher ist die Überwinterung eine der wichtigsten Phasen im CPB-Lebenszyklus. Dennoch sind die Daten über die Physiologie, die Aktivität des Immunsystems, das Überleben und andere Parameter des CPB-Winterschlafs unter natürlichen Bedingungen noch begrenzt. Es gibt Studien zur differentiellen Genexpression und verschiedenen physiologischen Parametern bei CPB-Erwachsenen während der Diapause und als Reaktion auf einen Kälteschock 7,8,9,10,11,12; Diese Analysen wurden jedoch hauptsächlich durch Induktion von Diapause oder Kältestress unter Laborbedingungen ohne natürliche Schwankungen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und nativer Erregerlast durchgeführt. Nichtsdestotrotz ist die Erforschung der Physiologie dieser Käfer, die durch Ausgrabung aus dem Boden unter natürlichen Bedingungen gesammelt wurden, wichtig. In den 1970er bis 1980er Jahren wurden verschiedene Aspekte der CPB-Überwinterung unter natürlichen Bedingungen aktiv untersucht 13,14,15,16,17,18. Andererseits wurde in diesen Studien kein CPB-Aushub aus dem Boden im Winter durchgeführt. Darüber hinaus werden eine Technik zur kontrollierten Überwinterung des CPB und eine Beschreibung der Käfige nicht im Detail bereitgestellt. Daher ist es notwendig, die Physiologie von CPBs zu untersuchen, die in natürlichen Umgebungen überwintern¹⁹.

Ziel dieser Studie war es, eine Methode zur kontrollierten Überwinterung von CPB-Erwachsenen unter natürlichen Bedingungen zu entwickeln und zu testen. Die vorgeschlagene Methode ermöglicht es, eine gewünschte Anzahl von CPB-Individuen für mikrobiologische, immunologische und andere Assays während des Winterschlafs unter Feldbedingungen eines kontinentalen Klimas zu erhalten. Diese Methode kann angepasst und auf andere Insektenarten angewendet werden, die in Böden unter Schnee überwintern.

Protocol

1. Beschreibung der Käfige für den Winterschlaf HINWEIS: Je nach Ziel des Experiments variiert die Anzahl der Käfige. Verwenden Sie mindestens drei Käfige pro Probenahmedatum. Um die Anzahl der Käfer abzuschätzen, die schlüpfen werden, bereiten Sie mindestens drei zusätzliche Käfige vor, die erst im Frühjahr aus dem Boden geholt werden. Verwenden Sie Käfige aus einem starren Holzrahmen mit einer Größe von 25 × 25 × 40 cm (L × B × H). Um ein…

Representative Results

Die folgenden Ergebnisse zu überwinternden CPBs zeigen die Bodentemperatur, das Überleben und die Infektionen. Dynamik der Bodentemperatur.Von Ende November bis Anfang April wurden Minustemperaturen in den Käfigen in 30 cm Tiefe registriert (Abbildung 1). Die Durchschnittstemperatur lag in diesem Zeitraum bei minus 3,3 ± 0,1 °C (Mittelwert ± Standardfehler). Die niedrigste gemessene Temperatur lag Mitte Februar bei minus 7,9 °C. <p …

Discussion

Diese Studie zeigt, dass die vorgeschlagene Methode zur Untersuchung der Überwinterung von CPBs es uns ermöglicht, eine ausreichende Anzahl von Insekten in verschiedenen Perioden des Winterschlafs zu erhalten. Der Erfolg der vorgestellten Technik hängt von mehreren unabhängigen Faktoren ab, von denen der wichtigste die Wetterbedingungen sind. In einem kalten, schneelosen Winter kann der Boden bis zur gesamten Tiefe des Käfigs gefrieren. In diesem Fall steigt das Sterberisiko aller Käfer deutlich an<sup class="xref"…

Materials

Agar-agar bacteriological purified	diaGene	1806.5000
Bile Esculin Agar	HiMedia	M972
Endo Agar	HiMedia	M029
Glucose monohydrate-D	PanReac Applichem	143140.1000Φ
Lactic acid	PanReac Applichem	141034.1211
Luria-Bertani liquid medium	HiMedia	G009
15 ml conical centrifuge tubes	Axygen	SCT-15ML-25-S
Peptone	FBIS SRCAMB	M030/O61
Phosphate buffered saline	Medigen	PBS500
Temperatutre and humidity datalogger Ecklerk-M-11	Relsib		Waterproof datalogger