Abstract in English Helicoverpa armigera ((Hübner) (Lepidoptera, Noctuidae) is the most damaging pest of processing tomatoes in various growing areas of Italy. Control of this pest is still based on the adoption of calendar chemical treatments as the ineffectiveness of monitoring tools do not allow for early detection of adults and to optimize the timing of insecticide applications. The low effectiveness of current used monitoring tools could be due to a different composition of the sex pheromone blend of the Italian pest population. To date, studies on the identification of the sex pheromone of this pest mainly focused on Asian populations while specific data are still lacking on the European ones. For several lepidopteran species, the existence of differences in the sex pheromone composition of populations evolved in different geographical contexts is well documented. During the PhD research activity, field studies were conducted in processing tomato crops, with different ripening period, in order to determine the attractant power of previously identified sex pheromone components of H. armigera towards males. In particular, the attractiveness of individual compounds and their combinations in binary, ternary and quaternary blends were studied. Results of field trapping tests were also accompanied by electroantennographic (EAG) assays in order to evaluated the ability of the male antennal olfactory system to perceive the sex pheromone components. EAG tests showed that all compounds tested are perceived by males and allowed to establish the activation threshold of antennas on stimulation with increasing concentrations of each compound. Field trapping tests showed that males of the pest population present in the Capitanata area (Foggia province) are attracted by different binary, ternary and quaternary mixtures of sex pheromone components confirming the plasticity of the male response to sex pheromone observed in Indian populations. However, in the three-year study, some binary (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald) and ternary mixtures (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald, 16:Ald) in specific ratios were the most attractive. Male captures obtained by these pheromone blends loaded in rubber septum dispensers were 10 to 50 times higher than those of currently available commercial dispensers. Using an effective pheromone blend to bait different trap models, oil traps captured a number of male moths which was respectively 6 to 13 times higher than that of delta and pagoda traps, currently used to monitor H. armigera. Moreover, oil traps also showed a higher sensitivity in detecting changes in population density and, therefore, to describe the pattern of flight activity. The attractiveness of three mixtures of plant volatile compounds containing respectively green leaf volatiles(GLV), aromatic compounds (mainly emitted from flowers) or terpenoids (emitted by various plant organs) to adult moths as well as the effect of sex pheromone combination with plant volatiles on the male response to the sex pheromone were also assessed. Results obtained from these tests have shown some attractant activity to females of aromatic compounds while all the combinations of plant volatiles and sex pheromone resulted in a significant reduction in male catches, probably due to a competition mechanism at the antennal olfactory receptors. The research activity carried out during the PhD represents the first contribution to the knowledge of the sex pheromone of the Italian population of H. armigera. Results may be used to improve the monitoring of this serious pest and, therefore, the timing of insecticide applications. In addition, the identification of effective sex attractant blends may contribute to the development of innovative and sustainable control strategies of this pest, such us “mating disruption”, “attract and kill” and “mass trapping” methods. Abstract in italiano Helicoverpa armigera ((Hübner) (Lepidoptera, Noctuidae) è il principale fitofago dannoso del pomodoro da industria nei diversi areali di coltivazione in Italia. Il controllo dell’insetto è ancora oggi basato sull’adozione di rigidi schemi di lotta a calendario in quanto l’inefficacia degli strumenti di monitoraggio non consentono di rilevare tempestivamente la presenza dell’insetto in campo e di individuare il momento ottimale per l’esecuzione dei trattamenti insetticidi. La scarsa efficacia degli strumenti di monitoraggio potrebbe dipendere da una differente composizione del blend feromonico sessuale utilizzato della popolazione italiana del fitofago. Infatti, gli studi finora condotti sulla identificazione del feromone sessuale di tale specie hanno riguardato principalmente popolazioni asiatiche mentre mancano dati specifici sulle popolazioni europee. Ben documentata è, inoltre, per diversi lepidotteri, l’esistenza di differenze di composizione del feromone sessuale di popolazioni appartenenti alla stessa specie ma evolutesi in contesti geografici diversi. Durante il dottorato sono state condotte indagini di campo, in coltivazioni di pomodoro da industria a diversa epoca di maturazione, volte a determinare il potere attrattivo, verso i maschi della nottua, dei diversi componenti feromonici finora identificati. In particolare, è stata studiata l’attrattività di composti singoli e loro combinazioni binarie, ternarie e quaternarie. Gli studi di campo sono stati corredati anche da un’indagine elettroantennografica in laboratorio che ha dimostrato la capacità del sistema olfattivo antennale dei maschi dell’insetto di percepire i componenti feromonici saggiati ed ha permesso di stabilire, per ciascuno composto, la soglia di attivazione delle antenne a seguito di stimolazione con dosi crescenti di sostanza. Dai saggi di attrattività in campo è emerso che i maschi di H. armigera della popolazione in studio, presente in Capitanata, sono attratti da diverse miscele binarie e ternarie di componenti feromonici, confermando la plasticità della risposta del maschio al feromone osservata su popolazioni indiane. Tuttavia, alcune miscele binarie (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald) e ternarie (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald, 16:Ald) si sono confermate, nei diversi anni, come quelle maggiormente attrattive. Le catture di maschi ottenute con tali blend feromonici, posti in erogatori di gomma, sono risultate da 10 a 50 volte superiori a quelle di diversi erogatori commerciali. L’impiego di un blend feromonico maggiormente attrattivo per attivare diversi modelli di trappola ha evidenziato che quella ad olio consente di catturare un numero di adulti da 6 a 13 volte superiore a quello conseguibile con trappola a delta e a pagoda attualmente utilizzate per il monitoraggio dell’insetto. La trappola ad olio, inoltre, ha mostrato una maggiore sensibilità nel rilevare le variazioni di densità della popolazione e, quindi, di descrivere l’andamento del volo. E’ stata valutata l’attività attrattiva di tre miscele di composti volatili vegetali costituite rispettivamente da odori della foglia verde (Green leaf volatiles), composti aromatici (emessi principalmente da fiori) o terpenoidi (emessi da vari organi della pianta) verso i maschi e le femmine del nottuide e l’effetto della combinazione di feromone sessuale e composti volatili di origine vegetale sulla risposta del maschio al feromone. I risultati ottenuti da tali prove hanno evidenziato una certa attività attrattiva dei composti aromatici verso le femmine mentre le sostanze volatili vegetali poste in prossimità dell’erogatore di feromone hanno determinato una significativa riduzione delle catture dei maschi, probabilmente per un meccanismo di competizione esercitato nei confronti delle molecole di feromone a livello dei recettori olfattivi presenti sulle antenne. L’attività di ricerca svolta durante il dottorato rappresenta il primo contributo alla conoscenza del feromone sessuale della popolazione italiana di H. armigera. I risultati ottenuti potranno essere utilizzati per migliorare il monitoraggio della specie e, quindi, il timing delle applicazioni insetticide. Inoltre, l’identificazione di una miscela attrattiva efficace potrà contribuire, nei nostri comprensori, allo sviluppo di strategie innovative ed ecosostenibili di controllo diretto del fitofago, secondo i metodi della confusione sessuale, lotta attratticida e cattura massale.

Studio sul feromone sessuale di una popolazione italiana di Helicoverpa armigera (HÜBNER) mediante indagine elettrofisiologica e di campo

DI CATALDO, MICHELE Vincenzo
2014-07-17

Abstract

Abstract in English Helicoverpa armigera ((Hübner) (Lepidoptera, Noctuidae) is the most damaging pest of processing tomatoes in various growing areas of Italy. Control of this pest is still based on the adoption of calendar chemical treatments as the ineffectiveness of monitoring tools do not allow for early detection of adults and to optimize the timing of insecticide applications. The low effectiveness of current used monitoring tools could be due to a different composition of the sex pheromone blend of the Italian pest population. To date, studies on the identification of the sex pheromone of this pest mainly focused on Asian populations while specific data are still lacking on the European ones. For several lepidopteran species, the existence of differences in the sex pheromone composition of populations evolved in different geographical contexts is well documented. During the PhD research activity, field studies were conducted in processing tomato crops, with different ripening period, in order to determine the attractant power of previously identified sex pheromone components of H. armigera towards males. In particular, the attractiveness of individual compounds and their combinations in binary, ternary and quaternary blends were studied. Results of field trapping tests were also accompanied by electroantennographic (EAG) assays in order to evaluated the ability of the male antennal olfactory system to perceive the sex pheromone components. EAG tests showed that all compounds tested are perceived by males and allowed to establish the activation threshold of antennas on stimulation with increasing concentrations of each compound. Field trapping tests showed that males of the pest population present in the Capitanata area (Foggia province) are attracted by different binary, ternary and quaternary mixtures of sex pheromone components confirming the plasticity of the male response to sex pheromone observed in Indian populations. However, in the three-year study, some binary (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald) and ternary mixtures (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald, 16:Ald) in specific ratios were the most attractive. Male captures obtained by these pheromone blends loaded in rubber septum dispensers were 10 to 50 times higher than those of currently available commercial dispensers. Using an effective pheromone blend to bait different trap models, oil traps captured a number of male moths which was respectively 6 to 13 times higher than that of delta and pagoda traps, currently used to monitor H. armigera. Moreover, oil traps also showed a higher sensitivity in detecting changes in population density and, therefore, to describe the pattern of flight activity. The attractiveness of three mixtures of plant volatile compounds containing respectively green leaf volatiles(GLV), aromatic compounds (mainly emitted from flowers) or terpenoids (emitted by various plant organs) to adult moths as well as the effect of sex pheromone combination with plant volatiles on the male response to the sex pheromone were also assessed. Results obtained from these tests have shown some attractant activity to females of aromatic compounds while all the combinations of plant volatiles and sex pheromone resulted in a significant reduction in male catches, probably due to a competition mechanism at the antennal olfactory receptors. The research activity carried out during the PhD represents the first contribution to the knowledge of the sex pheromone of the Italian population of H. armigera. Results may be used to improve the monitoring of this serious pest and, therefore, the timing of insecticide applications. In addition, the identification of effective sex attractant blends may contribute to the development of innovative and sustainable control strategies of this pest, such us “mating disruption”, “attract and kill” and “mass trapping” methods. Abstract in italiano Helicoverpa armigera ((Hübner) (Lepidoptera, Noctuidae) è il principale fitofago dannoso del pomodoro da industria nei diversi areali di coltivazione in Italia. Il controllo dell’insetto è ancora oggi basato sull’adozione di rigidi schemi di lotta a calendario in quanto l’inefficacia degli strumenti di monitoraggio non consentono di rilevare tempestivamente la presenza dell’insetto in campo e di individuare il momento ottimale per l’esecuzione dei trattamenti insetticidi. La scarsa efficacia degli strumenti di monitoraggio potrebbe dipendere da una differente composizione del blend feromonico sessuale utilizzato della popolazione italiana del fitofago. Infatti, gli studi finora condotti sulla identificazione del feromone sessuale di tale specie hanno riguardato principalmente popolazioni asiatiche mentre mancano dati specifici sulle popolazioni europee. Ben documentata è, inoltre, per diversi lepidotteri, l’esistenza di differenze di composizione del feromone sessuale di popolazioni appartenenti alla stessa specie ma evolutesi in contesti geografici diversi. Durante il dottorato sono state condotte indagini di campo, in coltivazioni di pomodoro da industria a diversa epoca di maturazione, volte a determinare il potere attrattivo, verso i maschi della nottua, dei diversi componenti feromonici finora identificati. In particolare, è stata studiata l’attrattività di composti singoli e loro combinazioni binarie, ternarie e quaternarie. Gli studi di campo sono stati corredati anche da un’indagine elettroantennografica in laboratorio che ha dimostrato la capacità del sistema olfattivo antennale dei maschi dell’insetto di percepire i componenti feromonici saggiati ed ha permesso di stabilire, per ciascuno composto, la soglia di attivazione delle antenne a seguito di stimolazione con dosi crescenti di sostanza. Dai saggi di attrattività in campo è emerso che i maschi di H. armigera della popolazione in studio, presente in Capitanata, sono attratti da diverse miscele binarie e ternarie di componenti feromonici, confermando la plasticità della risposta del maschio al feromone osservata su popolazioni indiane. Tuttavia, alcune miscele binarie (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald) e ternarie (Z11-16:Ald, Z9-16:Ald, 16:Ald) si sono confermate, nei diversi anni, come quelle maggiormente attrattive. Le catture di maschi ottenute con tali blend feromonici, posti in erogatori di gomma, sono risultate da 10 a 50 volte superiori a quelle di diversi erogatori commerciali. L’impiego di un blend feromonico maggiormente attrattivo per attivare diversi modelli di trappola ha evidenziato che quella ad olio consente di catturare un numero di adulti da 6 a 13 volte superiore a quello conseguibile con trappola a delta e a pagoda attualmente utilizzate per il monitoraggio dell’insetto. La trappola ad olio, inoltre, ha mostrato una maggiore sensibilità nel rilevare le variazioni di densità della popolazione e, quindi, di descrivere l’andamento del volo. E’ stata valutata l’attività attrattiva di tre miscele di composti volatili vegetali costituite rispettivamente da odori della foglia verde (Green leaf volatiles), composti aromatici (emessi principalmente da fiori) o terpenoidi (emessi da vari organi della pianta) verso i maschi e le femmine del nottuide e l’effetto della combinazione di feromone sessuale e composti volatili di origine vegetale sulla risposta del maschio al feromone. I risultati ottenuti da tali prove hanno evidenziato una certa attività attrattiva dei composti aromatici verso le femmine mentre le sostanze volatili vegetali poste in prossimità dell’erogatore di feromone hanno determinato una significativa riduzione delle catture dei maschi, probabilmente per un meccanismo di competizione esercitato nei confronti delle molecole di feromone a livello dei recettori olfattivi presenti sulle antenne. L’attività di ricerca svolta durante il dottorato rappresenta il primo contributo alla conoscenza del feromone sessuale della popolazione italiana di H. armigera. I risultati ottenuti potranno essere utilizzati per migliorare il monitoraggio della specie e, quindi, il timing delle applicazioni insetticide. Inoltre, l’identificazione di una miscela attrattiva efficace potrà contribuire, nei nostri comprensori, allo sviluppo di strategie innovative ed ecosostenibili di controllo diretto del fitofago, secondo i metodi della confusione sessuale, lotta attratticida e cattura massale.
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