The Andean potato weevil Premnotrypes suturicallus - Ecology and interactions with the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana
Der Anden Kartoffelrüssler Premnotrypes suturicallus – Ökologie und Interaktion mit dem entomopathogenen Pilz Beauveria bassiana
by Magnus Kühne
Date of Examination:2007-07-19
Date of issue:2008-04-01
Advisor:Prof. Dr. Stefan Vidal
Referee:Prof. Dr. Stefan Vidal
Referee:Prof. Dr. Hans-Michael Poehling
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
The Andean potato weevil (APW) is a complex of 14 species of the genera Premnotrypes and Rhigopsidius. It is one of the most important insect potato pests in the Andes from Venezuela to north-western Argentina above 2800 meter. The larvae feed inside the potato tuber causing severe damage. In a survey with over 600 farmers from all over Peru, average damages of 23% by APW are reported. Actually control is mainly based on the application of the insecticides Metamidophos and Carbofuran. The present studies have been carried out with Premnotrypes suturicallus, the dominant species in the central highlands of Peru. Temperature dependent development and mortality rates of all life stages as well as adult longevity and fecundity were determined under laboratory conditions at constant temperatures. The non-linear thermodynamic model from Sharp and DeMichele was adapted to the data. Survival of all stages of APW and fecundity were maximal at temperatures between 11° C and 15° C. Especially oviposition was severely affected by temperature above 20° C. For soil stages, additionally the influence of soil humidity on development and mortality rates was determined. At approximately 8% soil water content, a threshold was observed below which development of pre-pupae and adult emergence was markedly retarded. A facultative dormancy could be suggested for pre-pupae to overcome the dry season. Under field conditions, the population development was studied along an altitude gradient from sea level to 4100 meter. Only few individuals survived at an altitude of 2400 meter (corresponding to 16.7° C) making it the lower distribution limit of P. suturicallus. These field studies confirmed the cold adaptation of the weevil as found under laboratory conditions. Bioassays showing good pathogenicity of the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana against pre-pupae and adult weevils in the laboratory could not be confirmed by cage and open field trials. Further experiments showed, that the median lethal concentration (LC50) was 1600 times higher (respectively the pathogenicity lower) at 13° C than at 19° C. This means, that under the optimal environmental conditions for the weevil, the performance of the fungus could be substantially reduced. Additionally investigations aimed at studying the possibility to control neonate larvae in the soil with B. bassiana. LC50 values for larvae feeding in tubers were 10,000 times higher than for larvae kept in an empty container. By the determination of colony forming units on the larval cuticle, by scanning electron microscopy and by fluorescence microscopy, the loss of most (in many cases all) conidia from the cuticle of neonates moving through soil or feeding in potato tubers was proven. These results demonstrate, that environmental conditions and larval behaviour render it almost impossible to use B. bassiana successfully in the control of APW.
Keywords: Biological control; development rate; cold adaptation; Andes; Solanum tuberosum; Curculionidae; Premnotrypes suturicallus; Beauveria bassiana
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Der Anden Kartoffelrüssler (Andean potato
weevil - APW) ist ein Komplex aus 14 Arten der Gattungen
Premnotrypes and Rhigopsidius. Er ist einer der wichtigsten
Kartoffelschädlinge in den Anden von Venezuela bis Nordwest
Argentinien oberhalb 2800 Meter. Die Larven fressen in der
Kartoffelknolle und verursachen erhebliche Schäden. In einer
Befragung von über 600 Bauern aus ganz Peru, wurden
durchschnittliche Schäden von 23% durch APW angegeben. Zur Zeit
beschränkt sich die Bekämpfung fast ausschließlich auf die
Applikation der Insektizide Metamidophos und Carbofuran. Die
vorliegenden Studien wurden an der im zentralem Hochland Perus
dominierenden Art Premnotrypes suturicallus durchgeführt. Sowohl
temperaturabhängige Entwicklungs- und Mortalitätsraten aller
Lebensstadien als auch die Langlebigkeit und Fruchtbarkeit der
Adulten wurden bei konstanten Temperaturen unter Laborbedingungen
bestimmt. Das nicht-lineare, thermodynamische Model von Sharp und
DeMichele wurde an die Daten angepasst. Die Überlebensraten aller
Lebensstadien von APW sowie die Fruchtbarkeit der Weibchen waren
maximal bei Temperaturen zwischen 11° C and 15° C. Vor allem die
Eiablage war stark beeinträchtigt bei Temperaturen über 20° C. Für
die im Boden lebenden Stadien wurde zusätzlich der Einfluss der
Bodenfeuchtigkeit auf Entwicklung und Mortalität bestimmt. Bei
ungefähr 8% Wasser Gehalt des Bodens wurde ein Schwellenwert
beobachtet unterhalb dessen die Entwicklung der Präpuppen und der
Schlupf der Adulten deutlich verzögert wurden. Zum Überstehen der
Trockenzeit kann das Vorhandensein einer fakultativen Dormanz bei
Präpuppen angenommen werden. Unter Feldbedingungen wurde die
Populationsentwicklung entlang eines Höhengradienten von Meereshöhe
bis 4100 Meter Höhe untersucht. Dabei überlebten nur wenige
Individuen auf 2400 Metern (entsprechend 16.7° C) was diese Höhe
zur unteren Verbreitungsgrenze von P. suturicallus macht. Diese
Untersuchungen bestätigten die Kälteanpassung des Rüsslers wie sie
schon unter Laborbedingungen gefunden wurde. Im Labor an Präpuppen
und Adulten Rüsslern durchgeführte Bioassays mit dem
entomopathogenen Pilz Beauveria bassiana zeigten gute Wirkungen,
konnten jedoch in Käfig- und Feldversuchen nicht bestätigt werden.
Anschließende Versuche zeigten, dass die mittlere letale
Konzentration (LC50) bei 13° C etwa 1600 mal höher
(beziehungsweise die Pathogenität niedriger) war als bei 19° C. Das
bedeutet, dass unter für den Rüssler optimalen Umweltbedingungen,
die Leistungsfähigkeit des Pilzes erheblich reduziert war. Bei
weiteren Versuchen wurden die Möglichkeiten der Bekämpfung im Boden
von frisch geschlüpften Larven mit B. bassiana untersucht. Für
Larven welche in Kartoffelknollen gefressen haben waren die
LC50 Werte 10,000 mal höher als für Larven welche in
einem leeren Behälter gehalten wurden. Durch Bestimmung der Kolonie
bildenden Einheiten (colony forming units – CFU) auf der
Larvenkutikula, durch Rasterelektronenmikroskopie und durch
Fluoreszenz Mikroskopie wurde der Verlust der meisten (in vielen
Fällen aller) Konidien von der Kutikula der frisch geschlüpften
Larven belegt. Diese Resultate zeigen, dass Umweltbedingungen und
Verhalten der Larven eine erfolgreiche Anwendung von B. bassiana
zur Bekämpfung von APW fast unmöglich machen.
Schlagwörter: Biologische Schädlingsbekämpfung; Entwicklungsrate; Kälteanpassung; Anden; Solanum tuberosum; Curculionidae; Premnotrypes suturicallus; Beauveria bassiana