pepo

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • Bioanalize de cultivar de câmp
  • Testele biologice pe soiurile de seră
  • Biotest fără alegere
  • Test biologic fără efect de seră
  • discuţie

obiecte

  • Variații naturale ale plantelor
  • Înmulțirea plantelor

abstract

Gândacul maghiar în dungi (Acalymma vittatum (F.)) este un dăunător distructiv al culturilor de dovleac și gestionarea acestuia ar putea fi îmbunătățită prin rezistența plantelor gazdă, în special în sistemele de agricultură ecologică. Deși s-au observat diferențe în preferințele castraveților în dungi pentru speciile importante din punct de vedere economic, crescătorii de plante și entomologii Cucurbita pepo L. nu au un cadru simplu pentru clasificarea și exploatarea acestor diferențe. Acest studiu a folosit cele mai recente dovezi filogenetice și bioanalize pentru a clasifica preferința pentru armadillo de castraveți maghiari în C. pepo. Rezultatele noastre sugerează contraste preferențiale între două subspecii relevante din punct de vedere agricol: C. pepo subsp. texana și C. pepo subsp. pepo. Plante de C. pepo subsp. pepo au fost puternic preferate decât C. pepo subsp. Plantele texane. Această structură de preferință a gândacului în C. pepo va permite cultivatorilor de plante și entomologilor să concentreze mai bine eforturile de cercetare asupra nepreferinței plantelor gazdă pentru a controla castraveții dungați.

Deteriorarea plantelor din familia Cucurbitaceae cauzată de gândacul de castravete în dungi, Acalymma vittatum (F.) (Coleoptera: Chrysomelidae), este un fenomen bine studiat și important din punct de vedere economic. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Gândacii cu dungi provoacă daune semnificative culturilor de dovleac (dovleac, dovlecei, pepene verde, castraveți și pepene galben) prin ierburi din frunze, flori, fructe și rădăcini, 4 și agenți patogeni vectoriali boli majore, cum ar fi ofilirea bacteriană (Erwinia tracheiphila) 9 și virusul mozaicului Squash. 10 Acești gândaci sunt afectați de toate culturile de dovleac.

Preferința relativă pentru gândacii cu castraveți în dungi - și astfel gradul de daune economice - variază în familia Cucurbitaceae. 5, 6, 11 Deoarece castraveții în dungi pot distruge o recoltă recent plantată, au fost dezvoltate câteva strategii de control. De exemplu, cultivatorii care folosesc metode convenționale au acces la controale chimice eficiente, în special insecticide neonicotinoide sistemice. 12 Cu toate acestea, utilizarea acestor pesticide a fost testată datorită impactului lor potențial asupra sănătății polenizatorilor. 13, 14, 15 Controalele culturale, cum ar fi canotajul și tunderea, sunt, de asemenea, recomandate cultivatorilor, dar nu oferă control deplin și măresc costurile, cum ar fi forța de muncă, materialul sau pierderea spațiului de producție, pe capcane. 16 O modalitate de a optimiza controlul acestor gândaci ar fi elucidarea mecanismelor care conduc la ceea ce determină gândacii de castraveți cu dungi preferate și utilizarea acestor variații preferențial pentru a dezvolta un control eficient asupra plantelor.

Biologia de bază care influențează preferințele erbivorelor din familia Cucurbitaceae a fost studiată pe larg pentru o gamă largă de specii de cucurbită și un grup de gândaci diabrotici specializați (Chrysomelidae: Galerucinae: Luperini), care includ castraveți în dungi. În general, curbitacinele, triterpenoide tetraciclice fierbinți, s-au dovedit a fi toxice pentru majoritatea erbivorelor comune, dar furnizează stimulente acestei tulpini de gândaci. 11, 17, 18 Cu toate acestea, A. vittatum s-a dovedit a fi cel mai puțin sensibil la curbitacinele acestui grup de gândaci. 18, 19 Deși adulții de A. vittatum aleg să se hrănească și larvele obțin rezultate mai bune, pe plantele de castraveți (Cucumis sativus) cu producție funcțională de cucurbitacină C 1, 20 nu necesită cucurbitacină C pentru procesele fiziologice cheie, cum ar fi producerea agregării lor feromonul, 21, 22 și răspunsul la hrănire indus de curbitacina C sunt foarte dependenți de istoricul lor de viață. 23 Preferința poate fi influențată și de chimia sau nutriția frunzelor. 20, 24 În plus, diferențele între specii în substanțele volatile joacă, de asemenea, un rol în atractivitate. 3, 25, 26, 27

Există sisteme în care este posibil să se testeze ipoteze cu privire la rolul acestor factori biochimici care controlează preferințele. De exemplu, sunt disponibile linii izogene care produc cucurbitacină C și linii de castraveți care nu produc. 28 Cu toate acestea, una dintre speciile în care astfel de resurse nu există este specia economică Cucurbita pepo .

C. pepo conține două subspecii importante din punct de vedere agricol și diverse din punct de vedere genetic ale C. pepo subsp. pepo și C. pepo subsp. texana, 29, 30, care a apărut probabil din diferite evenimente de domesticire. 31, 32, 33 Aceste subspecii includ un număr de clase de piață diferite de dovlecei: C. pepo subsp. pepo include cocon, dovleac, legume și dovlecei, în timp ce C. pepo subsp. Texana include stomac, curcan, scoici și dovlecei. 34 Aceste clase de piață constau dintr-un set de culturi fenotipic diverse, 35 întrucât unele sunt consumate ca fructe necoapte (de exemplu dovlecei), în timp ce altele sunt consumate ca fructe complet coapte (de exemplu dovleac stomacului).

Foarte important, s-a observat o variație a preferințelor gazdă cu castraveți în dungi la această specie. 5, 6, 11, 36 Cu toate acestea, un predictor singular al metabolitului preferinței de castravete în dungi nu pare a fi preferat în C. pepo. În schimb, studiile au sugerat că pot exista o mulțime de factori în C. pepo care contribuie la preferința pentru castraveții cu gândac în dungi, inclusiv istoricul vieții gândacului, 23 de feromoni de agregare, 21, 22 de diete, 20, 24 și fluctuații ale nivelurilor de curbitacină. . 11

Datorită numărului de relații complexe care determină preferința, ar fi util să se dezvolte un cadru simplu pentru organizarea preferinței gândacilor în dungi în C. pepo. Crearea unui cadru ar putea consolida studiile cu privire la factorii care influențează preferința gândacului și le-ar permite integrarea mai ușoară în deciziile de creștere a plantelor.

Prin urmare, scopul acestui studiu a fost de a structura preferințele lui A. vittatum în C. pepo. O gamă largă de soiuri cultivate de C. pepo, inclusiv soiuri de diferite subspecii și clase de piață, au fost testate în testele de selecție a serelor și a câmpului pentru a evalua preferința gazdei de castravete în dungi. În plus, s-au efectuat studii neselectate pe teren și cu efect de seră pentru a elucida în continuare preferințele gazdei în C. pepo și pentru a informa strategiile de utilizare a trăsăturilor non-preferențiale.

Rezultatul

Bioanalize de cultivar de câmp

Panourile de recoltare timpurie și de recoltare mixtă au fost evaluate la ferma de cercetare organică pentru a testa preferința A. vittatum în lumea reală și pentru a descoperi că C. pepo subsp. texana suferea de o populație naturală erbivoră mai mică de gândaci cu castraveți în dungi decât plantele din alte subspecii, C. pepo subsp. pepo (Figura 1). Deteriorarea subgrupului C. pepo a fost observată în panoul de recoltare timpurie. soiurile texane au variat de la defolierea cu 5% a mai multor soiuri directe și cu foc încrucișat, inclusiv Success PM, la defolierea 10% cu soiul direct Lioness (Tabelul 1). În contrast, fiecare C. pepo subsp. soiul pepo a avut un procent mediu de defoliere mai mare decât C. pepo subsp. texana, variind de la 20% în soiul de dovlecei Partenon la 46% în soiul de măduvă de plante Romulus. Au existat diferențe semnificative în defolierea frunzelor între toate clasele de piață din diferite subspecii, precum și între subspecii în ansamblu (P

O comparație a tinerilor transplanturi adiacente pe teren evidențiază impactul preferinței de castravete dungat asupra sănătății plantelor. C. pepo subsp. A ) este foarte preferat și este grav deteriorat ca hrănire și gândac, în timp ce specia nepreferată C. pepo subsp. cultivar texana "Success PM" ( c ) este aproape lipsită de defecte pe bază de plante.

Imagine la dimensiune completă

Testele biologice pe soiurile de seră

Pentru a controla schimbarea câmpului, ambele panouri au fost, de asemenea, expuse la o fâșie de gândaci de castraveți recoltați pe câmp într-un mediu de seră limitat. Gândacii au cauzat daune semnificativ mai mari C. pepo subsp. soiuri pepo, reflectând rezultatele unui test de teren. În grupul de recoltare timpurie, diferența în defolierea subspeciei a fost foarte semnificativă (P

Scăderea defolierii frunzelor pe uscat fără alegere. Numărul mediu de plante cu defolieri semnificative (± 10% frunze) pe parcele de câmp fără selecție. Diferența dintre soiurile afectate de frunze a fost semnificativă (P 34 și sunt în concordanță cu rapoartele de diferențiere genomică a acestor subspecii. 29, 30 În general, am constatat în diferite teste biologice că soiurile C. pepo subsp. Pepo au fost mai deteriorate de gândacii de castravete în dungi, iar la C. pepo subsp. cultivare texanele au fost mai puțin deteriorate atunci când au fost prezentate în experimentele de selecție (Figura 1) sau selecția (Figura 2). În toate aceste rezultate, subspeciile sunt puternic implicate ca factor decisiv în preferința A. vittatum în C. pepo .

Cu toate acestea, procesele metabolice ale plantelor care favorizează gândacii din C. pepo nu sunt bine caracterizate. În general, în familia Cucurbitaceae, cucurbitacinele au fost descrise în mod clasic ca biomolecule cheie care dictează comportamentul erbivorelor. Plantele obișnuite tind să fie sărace la plantele bogate în curbacină; De exemplu, acarienii dubli (Tetranuchys urticae Koch.) Sufereau de o mortalitate mai mare 28 și aveau o fertilitate mai mică 42 când erau hrăniți cu castravete fierbinte. Dimpotrivă, de-a lungul unei istorii evolutive comune, erbivorele speciale Cucurbitaceae, precum A. vittatum și rudele sale apropiate din tulpina Luperini (cum ar fi gândacul pătat, Diabrotica undecimpunctata howardi), s-au adaptat pentru a tolera cucurbitacinele și, în unele cazuri, găsesc care hrănesc stimulente. 17, 18, 43 Cu toate acestea, nu există dovezi convingătoare care să sugereze că diferențele în preferința lui A. vittatum între subspecii din C. pepo pot fi atribuite unui factor calitativ în prezența diferită a corbbitacinelor.

Cucurbitacinele B, D și E au fost găsite în C. pepo, 11, 19, 20, 24, 44, 45, dar sunt în concentrații extrem de scăzute în comparație cu speciile sălbatice și cultivate cunoscute pentru a atrage A. vittatum., Cum ar fi mai multe soiuri obișnuia să crească capcane. 11, 19, 46 Deși curbitacinele au fost găsite în C. pepo, majoritatea celor câteva măsurători precise au fost făcute în țesutul radicular 20 și în țesutul cotiledon, 11, 24 nu în țesutul frunzelor. S-a constatat că cocurbitacinele din frunze ating maximum 5-10 μg g-1 în țesutul proaspăt din specia preferată C. pepo subsp. cultivar pepo dovlecei, negru, 44, care este sub nivelul raportat de detectare prin hrănirea a 20 μg g - 1 curbitacine în țesut proaspăt către gândacii diabrotici. 19 În plus, conținutul de curbitacină din frunzele plantelor C. pepo este slab corelat cu curbitacinele cotiledonate și se crede că este reglementat printr-o cale genetică diferită. Baza genetică pentru producerea curbitacinei în C. pepo în general nu este, de asemenea, bine caracterizată. Spre deosebire de producția de cucurbitacină C în C. sativus, producția de cucurbitacină în C. pepo nu este controlată de o singură genă. 24, 47

Deși curbitacinele sunt cu siguranță cel mai studiat metabolit defensiv specializat din culturile de dovleac, există dovezi că alte clase de biomolecule nevolatile și volatile pot explica diferențele în preferința erbivorilor dintre subspecii. Au fost raportate diferențe în substanțele nutritive nevolatile, cum ar fi zahărul cotiledon, 24 și azotul rădăcinii, 20. Contrastele florilor volatile 25, 26, 27 și ale plantelor volatile 3 fără flori s-au dovedit, de asemenea, că determină o preferință diferențială a gândacilor. Pot exista, de asemenea, alți factori, încă necunoscuți, care controlează diferența extremă de preferință, deoarece aceste două subspecii de C. pepo sunt distincte genetic, 29, 30 și probabil că au apărut în diferite evenimente de domesticire. 31, 32, 33 Deși lucrările viitoare ar trebui să exploreze o gamă largă de produse biochimice, inclusiv nutrienți, tipuri de curbitacină și niveluri totale și substanțe volatile - și interacțiuni - care pot duce la preferința A. vittatum, este important să recunoaștem că această preferință este probabil printr-un set cuprinzător de factori într-un sistem biochimic dinamic și sensibil la mediu.

Deși vor fi depuse eforturi pentru a obține o înțelegere mai completă a cadrului biochimic și genetic care stă la baza preferinței, această cunoaștere a preferinței A. vittatum structurată de subspecii C. pepo va fi imediat aplicabilă în deciziile de creștere și creștere a plantelor. Strategiile de prindere folosesc deja dovleci foarte preferați pentru a îndepărta gândacii de pe cultura de pe piață. 49, 50, 51, 52 Derivarea capcanei, un sistem de control push-pull, 53 a fost propus pentru controlul A. vittatum în C. pepo, 27, unde un soi nepotrivit este asociat cu o cultură extrem de preferată. Rezultatele noastre identifică C. pepo subsp. culturile texane ca plantare preferată de „împingere” și a ridicat întrebarea dacă factorul „împingere” al soiului preferat poate fi suficient de puternic pentru a fi o formă eficientă de combatere a dăunătorilor. În special, cum ar reacționa A. vittatum dacă nu ar exista o sursă de hrană la fermă (cum ar fi monocultura „Success PM”)? Dacă nu ar exista o sursă de hrană „preferată”, gândacii ar provoca în continuare daune minime sursei de hrană „nepreferată”.?

Rezultatele noastre atât din experimentele de câmp, cât și din cele din seră sugerează că, deși nepreferența nu egalează rezistența ca atare, folosește nuanțe în metodele de hrănire a gândacilor cu castraveți în dungi, rezultând ca soiul preferat să aibă daune semnificativ mai mici, chiar dacă soiul preferat nu disponibile local. În plus, s-au observat daune concentrate în seră doar pe câteva plante din soiul nepreferat, ridicând de preferință rolul rezistenței plantelor gazdă. Acest rezultat, atunci când nepreferența A. vittatum se manifestă atât în ​​prezența, cât și în absența genotipului preferat, este confirmat și de o selecție experimentală suplimentară a A. vittatum la castraveți (Cucumis sativus). 1

Deși aceste teste de selecție nu au folosit doar două dintre numeroasele soiuri disponibile, folosind un cadru structural pentru a organiza preferința subspeciei A. vittatum din C. pepo, nenumărate alte soiuri pot fi testate riguros atât pentru selecție, cât și pentru tipărire - setări extrase. În general, partea neselectabilă a acestui studiu a oferit o nouă perspectivă asupra preferințelor gândacului maghiar cu dungi și a eficacității câmpului și a furnizat informații despre reproducerea soiurilor C. pepo, oferind dovezi ale utilității introducerii nepreferinței între barierele subspeciei .,

Acest studiu a fost primul care a luat în considerare subspeciile ca fiind forța motrice a preferinței gândacului în C. pepo și a furnizat o definiție clară preferențial între cele două subspecii comerciale principale - C. pepo subsp. pepo și C. pepo subsp. texana - cu C. pepo subsp. texana este mai puternică decât substanța preferată singură și printre speciile preferate de C. pepo subsp. soiuri pepo. Bazând această lucrare pe un context biologic, acest contrast oferă un cadru structural accesibil pentru înțelegerea variațiilor preferate în C. pepo și a fost descoperită utilizarea sa în mediul agricol. Această structură permite imediat crescătorilor de plante și entomologilor să extindă opțiunile de combatere a dăunătorilor și susține, de asemenea, lucrările viitoare pentru a înțelege baza biochimică și genetică a preferinței A. vittatum. .